甜瓜不同變種及其雜交后代的香氣特征研究

張少慧，劉 莉＊，周 莉，劉 翔，高 星，張 平，李志文

（1 天津大學 環(huán)境科學與工程學院，天津300072；2 國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心，天津300384）

甜瓜屬于葫蘆科甜瓜屬甜瓜種（CucumismeloL.），世界十大水果之一，主要分布在中亞、西亞、北非、西歐、北美以及中國、日本等地。目前市售的甜瓜多屬于冬甜瓜（var.inodorus）、硬皮甜瓜（var.cantalupensis）、網(wǎng)紋甜瓜（var.recticulatus）、香瓜（var.makuwa）和越瓜（var.conomon）變種類型。這些甜瓜變種在植株形態(tài)、果實的生長發(fā)育、成熟類型及香氣特征等方面表現(xiàn)出豐富的多樣性，因此甜瓜被稱作“多態(tài)性種”［1－2］。甜瓜的果實品質(zhì)由芳香物質(zhì)、糖酸比、質(zhì)地及風味等諸多因素構(gòu)成［3－6］，果實的香氣特征是影響消費者選擇的重要因素之一，也越來越受到種植者和品質(zhì)育種學家的廣泛重視。甜瓜果實的香氣物質(zhì)種類主要有酯類、醛類、酮類、醇類、含硫化合物和揮發(fā)性萜類物質(zhì)等，其合成途徑多樣，主要來源于氨基酸、脂肪酸、類胡蘿卜素和萜類等營養(yǎng)物質(zhì)的代謝，如氨基酸轉(zhuǎn)氨作用、脂質(zhì)過氧化、類胡蘿卜素的降解等［7－9］。不同香味類型的芳香成分以不同的配比相互作用而形成了甜瓜香氣的果香型、清香型、醛香型、花香型等。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，在甜瓜中已經(jīng)鑒定出超過240 種揮發(fā)性成分［10］。周莉等［11］研究表明不同變種甜瓜的成熟性狀及其香氣特征共同決定了果實品質(zhì)的差異性及多樣性，在躍變類型甜瓜果實中酯類物質(zhì)含量普遍高于非躍變類型，而在非躍變類型果實中醛類物質(zhì)含量普遍高于躍變類型。徐偉欣等［12］對不同變種甜瓜果實成熟期的理化性狀進行分析，表明醇類物質(zhì)含量與其他成熟性狀的關(guān)聯(lián)度最高，其次是呼吸速率、乙烯釋放速率、黃化、脫落、香氣總量及非乙酸酯類含量等。

甜瓜果實的香氣特征是影響消費者選擇的主要因素之一，因此針對香氣品質(zhì)的育種也成為育種家的目標之一。迄今，對于不同變種甜瓜雜交后代中香氣組成特征及主要香氣物質(zhì)的變化研究尚鮮見有報道。為探索不同變種類型甜瓜中香氣物質(zhì)組成特征及其在雜交后代中的變化，本研究采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC－MS）對4 個甜瓜變種及其4 個雜交組合成熟果實的香氣成分進行了測定，并對其進行主成分分析，以期為甜瓜種質(zhì)資源香氣特征的評價及品質(zhì)育種提供技術(shù)方法和理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

本研究選用了4個性狀差異很大的甜瓜（CucumismeloL.）變種香瓜、硬皮甜瓜、冬甜瓜和越瓜，以及它們的4個雜交組合（表1）。其中，甜寶屬于香瓜變種，為薄皮甜瓜類型，平均單果重只有375g，可溶性固形物含量為13.1%；Charentais屬于硬皮甜瓜變種，厚皮甜瓜，為典型的呼吸躍變類型，在成熟的3～5d內(nèi)果實會迅速黃化、脫落、果肉軟化，橘紅色果肉，可溶性固形物含量為10.9%；哈密瓜類型的皇后屬于冬甜瓜變種，平均單果重亦最大（1 435g），果 肉 淺 橘 色，可 溶 性 固 形 物 含 量 為12.8%，為典型的非呼吸躍變類型，成熟緩慢，果實發(fā)育期長達51d；與以上3個材料差異最大的是屬于越瓜變種的八棱脆，為菜瓜類型，多用于腌漬食用，可溶性固形物含量僅有3.7%。用這4 個變種配制的4個雜交組合中，組合3和組合4為相同父母本的正反交，用于觀察甜瓜果實香氣特征的變化。

表1 實驗材料Table1 Materials used in the experiment

1.2 實驗方法

實驗材料于2012年3～7月種植于天津大學北辰區(qū)實驗基地大棚中，每個材料種植20株，采用單蔓整枝，吊蔓、微灌栽培方式，在果實生理成熟期采樣，測定果實的成熟性狀及香氣成分，每個處理測定3個單瓜。

1.2.1 香氣成分的測定 采用固相微萃取方法（SPME），取樣前先將固相微萃取頭（美國Supleco公司的100μm 固相微萃取頭PDMS）在氣相色譜進樣口老化2h（老化溫度250 ℃）。將甜瓜果實中間部分果肉打漿，4層紗布過濾后離心，取8mL 果汁放入15mL的頂空瓶，添加2.8g分析鹽NaCl，60 ℃萃取30 min，用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（GCMS）進行檢測分析。

GC－MS分析條件：使用美國Finnigan 公司Trace GC－MS 氣質(zhì)聯(lián)用儀，安捷倫科技公司HPINNOWAX（30m×250μm×0.25μm）色譜柱進行氣相測定，進樣口溫度230 ℃下解析5min，升溫程序為40℃保持2min，以5℃／min升至95℃，然后以2 ℃／min升至160 ℃，再以5 ℃／min升至230℃保持2min，載氣為氦氣。

1.2.2 呼吸速率及乙烯釋放速率的測定 將甜瓜材料放置于密封干燥器中靜置2h，然后用便攜式二氧化碳測定儀測定頂空氣體中二氧化碳的濃度，計算其呼吸速率；抽取20 mL 氣體，用島津GC－2010氣相色譜儀檢測氣體中乙烯含量，檢測條件為火焰離子檢測器（FID），進樣口溫度110 ℃，柱溫80℃，檢測器溫度110 ℃，載氣（N2）流速35mL／min，根據(jù)所測的峰面積來計算乙烯釋放速率。測定方法參照文獻［11］。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜瓜不同變種及其雜交組合成熟果實香氣組成特征分析

芳香物質(zhì)的組成和含量是衡量甜瓜品質(zhì)的重要指標［13］。本研究采用GC－MS 分析方法，測定了4個甜瓜不同變種材料及其4個雜交組合在果實成熟時期的香氣物質(zhì)組成，共檢測到了167種香氣物質(zhì)，主要包括乙酸酯類、非乙酸酯類、醇類、醛類、酮類、含硫化合物及其它類物質(zhì)，其它類物質(zhì)主要有烯、醚、酸、烷、呋喃、萘和酚類等。以上各類香氣物質(zhì)相對含量見表2。

從表2可以看出，這4個親本材料香氣組成差異很大。除了八棱脆菜瓜外，酯類物質(zhì)是甜瓜果實的最主要香氣成分，尤其以非乙酸酯（NAEPC）占有的比例最大。典型呼吸躍變類型的Charentais成熟果實中酯類物質(zhì)含量最高（92.38%），其中非乙酸酯含量達78.23%，而其醇類物質(zhì)（AloPC）和醛類物質(zhì)（AIPC）的含量則最低，分別為4.20%和0.20%。與之形成鮮明對照的是八棱脆菜瓜，酯類物質(zhì)含量僅20.55%，遠低于其它3個變種材料，而醛類物質(zhì)含量卻高達48.22%，分別是Charentais、甜寶、皇后的241倍、29.4倍、8.8倍。醇類物質(zhì)含量在八棱脆和皇后中無顯著性差異，分別為27.01%和28.65%，其遠高于Charentais（4.20%）和甜寶（9.45%）。

在4個雜交組合的F1果實中，酯類物質(zhì)含量居于雙親之間，且偏向于高親值；醛類物質(zhì)含量均與低親值無顯著性差異。醇類物質(zhì)含量除了在組合1中略低于低親值外，在其它3個組合中均介于雙親之間。另外，4 個組合F1果實中含硫化合物含量（SPC）均介于雙親之間。而酮類物質(zhì)（KPC）和其他類物質(zhì)含量（OASPC），在親本和雜交F1代之間未顯示出規(guī)律性的變化。厚皮甜瓜皇后與Charentais的正反交F1代皇后×Charentais和Charentais×皇后組合中乙酸酯（AEPC）和醇類這兩類物質(zhì)的含量表現(xiàn)趨勢相同，均介于親本之間并偏向呼吸躍變類型的Charentais；香氣總峰面積（TPA，香氣物質(zhì)總量）、香氣種類數(shù)、其他類物質(zhì)含量以及含硫化合物含量等在這2 個親本的正反交組合中表現(xiàn)趨勢亦相同。

香氣物質(zhì)總量及香氣種類在不同變種及雜交組合間也均存在著不同幅度的變化。典型呼吸躍變類型的Charentais香氣濃郁，香氣物質(zhì)總量最高（1.58×109），而薄皮甜瓜甜寶的香氣種類數(shù)最多（達71種）；菜瓜八棱脆的香氣物質(zhì)總量和種類數(shù)均最低，分別為3.65×108和35種，哈密瓜類型的皇后介于中間。4個雜交組合中，組合1（Charentais×甜寶）、組合3（皇后×Charentais）和組合4（Charentais×皇后）的果實中的香氣物質(zhì)總量均介于親本之間，且組合3和組合4中香氣物質(zhì)總量偏向高親值。而由差異最大的2 個材料雜交而來的組合2（八棱脆×Charentais）的香氣總量顯著高于其雙親，大約分別是親本八棱脆和Charentais的近8和2倍，表現(xiàn)出超親的特征；對于香氣種類，組合4果實中香氣種類數(shù)高于雙親，表現(xiàn)出超親的特征，其余組合果實的香氣種類數(shù)均介于兩親本之間。

表2 4個甜瓜變種及雜交組合果實成熟時期香氣物質(zhì)相對含量Table2 The relative contents of aromatic components in four combinations of melon at harvest stage

2.2 甜瓜果實香氣組成的主成分分析

不同變種類型的甜瓜果實在成熟時，其乙烯釋放速率、呼吸強度等差異很大，它們與香氣特征之間可能存在著一定聯(lián)系［5，14］。本研究對各供試材料成熟果實的呼吸速率和乙烯釋放速率也進行了測定（表2），并與其它香氣指標一起進行了主成分分析，得到的主成分因子載荷表見表3。

由表3可以看出，前3個主成分的累積貢獻率達到了77.80%。其中，PC1解釋了43.37%的貢獻率，主要與甜瓜果實中酯類物質(zhì)含量（NAEPC，AEPC）、香氣種類數(shù)（Num）及含硫化合物含量（SPC）呈正相關(guān)（載荷值為0.853～0.647），與醇類物質(zhì)（AloPC）和醛類物質(zhì)（AIPC）的含量呈負相關(guān)（載荷值為－0.921，－0.871）；PC2則主要與其他類物質(zhì)含量（OASPC）呈正相關(guān)（載荷值為0.930），與乙烯釋放速率呈負相關(guān)（載荷值為－0.561）。

在圖1，A中，典型呼吸躍變類型的Charentais因其酯類物質(zhì)尤其是非乙酸酯類物質(zhì)含量及乙烯釋放速率顯著高于其他材料，從而位于PC1的正向與PC2的負向區(qū)域。八棱脆和皇后由于醛類及醇類物質(zhì)含量較高而位于PC1的負軸方向，尤其是八棱脆中醛類物質(zhì)含量最高，位于PC1 的最負向，其雜交組合八棱脆×Charentais則主要沿PC1分布于親本之間；正反交組合皇后×Charentais和Charentais×皇后均分布于PC1的正向與PC2的負向區(qū)域，均介于雙親之間。甜寶位于PC2的最負向，該材料成熟果實中的其它類物質(zhì)含量顯著高于其它材料；雜交組合Charentais×甜寶主要沿PC2分布，并位于雙親之間，但更接近母本Charentais。

表3 甜瓜果實香氣組成主成分因子載荷表Table3 Contribution percentages and characters associated with the first three principal components of aroma

PC3解釋了14.22%的貢獻率（表3），主要與酮類物質(zhì)含量（KPC）呈正相關(guān)（載荷值為0.803），與香氣總峰面積（TPA）呈負相關(guān)（載荷值為－0.769）。雜交組合八棱脆×Charentais的香氣總峰面積顯著高于其它材料，且未檢測到酮類物質(zhì)，因此位于PC3的最負向；組合Charentais×甜寶的香氣總峰面積也介于雙親之間，但酮類物質(zhì)含量顯著高于雙親，位于雙親的上方；組合皇后×Charentais沿PC3位于雙親之間，其香氣總峰面積和酮類物質(zhì)的含量均表現(xiàn)為介于親本之間；組合Charentais×皇后中酮類物質(zhì)含量和香氣總峰面積均與Charentais無顯著性差異，但酮類物質(zhì)含量低于組合皇后×Charentais，分布于雙親下方區(qū)域接近Charentais（圖1，B）。

2.3 甜瓜不同變種及雜交組合果實中特征性香氣成分分析

甜瓜的香氣成分是復雜的揮發(fā)性化合物的混合物，不同類型甜瓜具有多種特征效應化合物［15－17］。根據(jù)主成分分析結(jié)果，從167中香氣成分中選列出在不同變種及其雜交組合成熟果實中表現(xiàn)出差異的部分香氣成分（表4）。

首先，屬于硬皮甜瓜變種的Charentais為典型的呼吸躍變類型，在成熟時伴隨乙烯急劇升高，果實迅速黃化、脫落，果肉變軟。用該材料配制的4個組合F1果實均表現(xiàn)出不同程度的呼吸躍變（表2）。其果實中香氣成分主要以小分子酯類物質(zhì)為主，包括2－甲基丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸己酯及丁酸乙酯，相對含量分別為15.63%、10.58%、10.01%和7.79%，遠高于其它3個變種果實中的含量（0～6.47%）；在4個雜交后代果實中這幾種小分子酯類含量大部分表現(xiàn)為中間值，只有Charentais×甜寶中的丁酸乙酯和Charentais×皇后中的乙酸己酯的含量高于Charentais。苯乙酸乙酯在Charentais雖然相對含量較低（0.87%），但除了在皇后中檢測到微量（0.13%）外，在其它2個變種中未檢測到，在3個雜交組合中可以檢測到少量（0.16%～0.50%）。由此可看出這些酯類物質(zhì)，尤其是小分子酯類與甜瓜果實的呼吸躍變有著較緊密的聯(lián)系，使甜瓜果實呈現(xiàn)濃郁的香甜氣味［17］。

其次，典型的非呼吸躍變類型皇后果實中檢測出非常突出的九碳醇類化合物：（Z）－3－壬烯－1－醇（17.07%）和（E，Z）－3，6－壬二烯－1－醇（7.88%），相對含量遠遠高于其它3個變種，在與Charentais正反交組合中這2 種醇類均表現(xiàn)出中間偏低值。Kourkoutous［10］在屬于冬甜瓜變種的HoneyDew中測得較高的九碳醇類物質(zhì)含量，是其特征性香氣物質(zhì)，或者可以認為這類九碳化合物是冬甜瓜變種的特征香氣成分。

圖1 甜瓜果實香氣組成等性狀主成分分析Fig.1 Principal component plots of aroma volatile characteristics of melon

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再次，上述主成分分析結(jié)果顯示高的醇醛類化合物含量和低的酯類化合物含量使得屬于越瓜變種的八棱脆遠遠偏離其它3個變種材料。表4中豐富的不飽和九碳醛醇類化合物含量成為八棱脆的特征性物質(zhì)，如（E，Z）－2，6－壬二烯醛、（E）－6－壬烯醛、（E）－2－壬烯醛、壬醛、（6Z）－壬烯－1－醇和1－壬醇的相對含量分別高達19.68%、13.47%、10.19%、3.17%、9.02%和7.37%，而它們除了部分在甜寶和皇后中檢測出較低的量外（0.10%～1.54%），在Charentais中均未檢測出來。在這兩個極端類型的雜交組合（八棱脆×Charentais）F1果實中，醛類化合物含量傾向于父本Charentais的表現(xiàn)，相對含量為0～0.17%。

同時，表3的主成分分析結(jié)果顯示，其它類物質(zhì)含量（OASPC）是香瓜變種材料甜寶的一個主要特征。從表4可以看到甜寶中烯丙基甲基硫醚、丁香酚和2，4－二乙酰氧基戊烷的相對含量分別為9.28%、4.29%和1.56%，顯著高于其它材料幾倍到幾十倍不等。這或許是導致甜寶中其它物質(zhì)含量（包括烯、醚、酸、烷、呋喃、萘、酚類及含硫化合物）以及香氣種類數(shù)顯著高于其它3個變種材料的主要原因。烯丙基甲基硫醚、丁香酚和2，4－二乙酰氧基戊烷這3種成分在Charentais中均未檢測到，在兩者的雜交組合（Charentais×甜寶）果實中亦含量甚低（0.71%～1.95%）。

另外，從表4中還觀察到二氫獼猴桃內(nèi)酯僅在桔色果肉的Charentais、皇后及其雜交組合中檢測到（0.19%～0.38%），該化合物是類胡蘿卜素的降解產(chǎn)物之一，對甜瓜果實風味具有重要影響。有研究報道相對于白色和綠色果肉，在桔色果肉的甜瓜中含有較豐富的類胡蘿卜素［20］，本研究測定結(jié)果可以說明桔色果肉甜瓜中的高類胡蘿卜素含量是果實中二氫獼猴桃內(nèi)酯產(chǎn)生的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

3 討 論

關(guān)于香氣物質(zhì)的遺傳研究，在葡萄上有根據(jù)加性－顯性與環(huán)境互作的遺傳模型對其具體香氣成分的遺傳效應進行分析的報道［18－19］。甜瓜上關(guān)于品質(zhì)性狀的遺傳研究主要集中在含糖量和果實顏色等性狀上。對甜瓜果實香氣物質(zhì)的研究多是不同學者對不同類型甜瓜果實的香氣分別進行研究。而甜瓜變種類型豐富，不同變種間差異很大，對多個變種甜瓜的香氣特征進行系統(tǒng)分析的研究報道較少［11－12］，對不同變種雜交后代中香氣組成的變化規(guī)律的研究更是尚未見報道。本研究中的4個變種甜瓜材料在香氣總峰面積、種類數(shù)及香氣組成特征上表現(xiàn)出很大差異，對4個變種及4個雜交組合成熟果實中香氣組成等11個性狀的主成分分析結(jié)果顯示，酯類物質(zhì)含量、醛類物質(zhì)含量、醇類物質(zhì)含量以及其他類物質(zhì)含量等可以顯著區(qū)別這4個不同的甜瓜變種；這些香氣類物質(zhì)含量在不同變種間的雜交F1果實中表現(xiàn)趨勢不同；主成分PC1和PC2使得4個雜交組合位于親本的中間，但主成分PC3的與香氣總峰面積（TPA）的負相關(guān)，使得八棱脆×Charentais組合遠遠偏離親本及其它組合。在本研究選用的4個親本材料中，八棱脆和Charentai表現(xiàn)的差異最大，或許是由于這個原因使其雜交組合F1表現(xiàn)出超親現(xiàn)象。

本研究中4個不同變種甜瓜的香氣組成特征差異較大，Charentais的香氣成分以小分子的酯類為主；八棱脆菜瓜則含有豐富的九碳醇醛類化合物；皇后中香氣成分主要（Z）－3－壬烯－1－醇和（E，Z）－3，6－壬二烯－1－醇等醇類物質(zhì)；甜寶中烯丙基甲基硫醚、2，4－二乙酰氧基戊烷和丁香酚的含量顯著高于其它材料。有研究報道酯類化合物是躍變型甜瓜的主要芳香物質(zhì)，尤其是非乙酸酯類，而醛類化合物則是非躍變型品種的主要芳香物質(zhì)［21］，本研究結(jié)果也證實了這一點。但是本研究在材料Charentais中檢測到的酯類物質(zhì)主要是2－甲基丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸己酯、丁酸乙酯及苯乙酸乙酯，與Obando－Ulloa［21］在躍變型甜瓜果實報道的乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸己酯和乙酸芐酯有所不同，這可能是由于所選用的品種不同而導致的。本研究中在變種越瓜材料八棱脆中檢測到豐富的不飽和九碳醛醇類化合物為其特征性物質(zhì)，該結(jié)果與徐偉欣等［12］在同為越瓜變種的一窩猴菜瓜中的測定結(jié)果一致。這類物質(zhì)的高含量和酯類物質(zhì)的低含量協(xié)同作用，使得八棱脆表現(xiàn)出典型的黃瓜清香味。另外，本研究在八棱脆中檢測到很高的（E，Z）－2，6－壬二烯醛含量（19.68%），這也證實了Perry［22］的研究結(jié)論，即九碳醛醇類化合物，尤其是（E，Z）－2，6－壬二烯醛可能是導致甜瓜（冬甜瓜變種）中黃瓜味道的重要影響化合物。

不同類型的香氣類物質(zhì)在不同變種的雜交后代中表現(xiàn)趨勢不同。大部分的酯類化合物含量在F1代果實中居于雙親之間，且偏向于高親值，這與呼吸躍變性狀表現(xiàn)一致。而醛類、醇類以及其它類化合物含量在F1代均表現(xiàn)為接近低親值。上述遺傳表現(xiàn)對于甜瓜育種中親本的選配具有現(xiàn)實指導意義。如果想培育香氣濃郁的甜瓜品種，親本之一酯類含量要盡可能高，而另外一個親本的醛類及醇類含量則盡量低；相反，如果欲培育適合糖尿病人食用的甜瓜品種，則2個親本的酯類含量均要相對降低。

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