不同品种薄皮甜瓜芳香物质研究.doc

不同品种薄皮甜瓜芳香物质研究.doc 摘要 薄皮甜瓜(Cucumis二elovar.ma爱uwaMakino)是我国重要的甜瓜品种资源。由于其生长期短，收获期集中在高温多雨季节，在贮运过程中极易腐烂，因此急需解决保鲜问题。本试验以7个不同类群的薄皮甜瓜品种为试材，对其果实在成熟和贮藏期间的生理生化变化规律进行了研究，探讨了薄皮甜瓜果实的乙烯合成和软化机理，初步筛选出比较耐贮的甜瓜品种，并研究了不同采收期对甜瓜果实贮藏效果的影响，为薄皮甜瓜的生产和保鲜及耐贮品种的选育工作提供一定的理论依据。研究结果如下: 1.薄皮甜瓜果实成熟衰老过程中具有明显的呼吸跃变和乙烯生成高峰，果实耐贮性 差。呼吸强度和乙烯释放量可作为筛选甜瓜耐贮品种的重要指标。日本甜宝在贮藏期间 呼吸和乙烯跃变出现的时间较晚且持续时间较短，跃变高峰值较低，果实成熟衰老速度较 慢，比较耐贮，可用于较长期(15d)的贮藏;特大白宝、No.62、齐甜l号、96一58和麻瓜耐贮性稍差，可作短期贮藏(7d);龙甜1号贮藏效果最差，不适于贮藏。 2.在薄皮甜瓜成熟和贮藏期间，果实中1一氨基环丙烷一1一梭酸(ACC)含量、ACC合成 酶活性和ACC氧化酶活性与乙烯释放量的变化紧密相关:ACC的大量生成为乙烯合成 奠定了基础，ACC合成酶和ACC氧化酶是乙烯合成的两个限速酶，通过调控SAM一 ACC和ACC~乙烯来最终控制乙烯的生成，这就为用基因通过调控乙烯合成 来控制甜瓜果实成熟衰老过程、培育耐贮品种提供了理论依据。 3.薄皮甜瓜果肉中可溶性果胶含量的急剧增加是果实硬度快速下降的主要原因。多聚半乳糖醛酸酶(PG)通过调控果胶的降解而影响果实的软化过程。麻瓜采收时果实硬度较小，可溶性果胶含量较高，二者在贮藏过程中变化幅度较大，导致果实迅速软化，不利于贮藏。 4.甜瓜果实发育成熟过程中，发育前期(花后15d以内)果重增长最快，发育后期品 种间果重日增长率的不同是采收时果重差异的主要原因。特大白宝和No.62具有成熟期 短和果重日增长率高的特点，可作为早熟栽培选用品种。薄皮甜瓜果实可溶性固形物含量 积累的关键时期是采前10一15d。积累速度决定了成熟时果实的糖分含量和品质优劣，其 中日本甜宝、龙甜1号和麻瓜的可溶性固形物含量均在10写以上，品质较好。 5.薄皮甜瓜果实贮藏期间的生理生化变化规律为:随贮藏时间的延长，果实重量和 水分含量随之降低;还原糖含量和可滴定酸度的变化因品种不同而有差异;可溶性固形物 含量先升后降，具有明显的后熟作用。日本甜宝和麻瓜贮藏期间重量和营养物质损失较 小，品质较好。 6.No.62不同采收期果实的贮藏试验明，提前采收虽然可以推迟呼吸跃变和乙烯 生成高峰的出现，但严重影响糖分积累，重量损失较多，对品质影响较大。应根据贮藏和销 售距离的远近来确定适宜的采收时间。 关键词:薄皮甜瓜;成熟;贮藏;生理生化变化规律贮藏期间薄皮甜瓜果实呼吸强度和乙烯释放量的异常变化 在3.3和3.4的研究中，甜瓜果实在采后贮藏过程中，出现明显的呼吸跃变和乙烯生 成高峰，到了贮藏末期，随着果实组织的衰老，呼吸强度和乙烯释放量应逐渐减弱。但由图 3一5和3一6可以看到有些品种甜瓜果实在贮藏12d前后出现呼吸强度和乙烯释放量急剧 升高的现象。这是由于不利的贮藏环境条件使得甜瓜果实受病菌侵染产生严重的腐烂所 致。早在20世纪40年代，苏联的植物学家B.A.Py毛HH〔78j就提出了果蔬采后的呼吸保 卫学说，认为植物遭受伤害和病菌侵染时，会主动加强细胞内氧化系统的活性，使呼吸作 用加强，从而(1)抑制侵染微生物分泌的酶所引起的水解作用;(2)防止积累有毒的代谢 中间产物，氧化破坏病原微生物所分泌的毒素;(3)加强合成新细胞的成分，加速伤口修 复。毕阳和张维一〔79j的研究表明甜瓜果实感病以后呼吸强度和乙烯释放量均呈增加趋 势，并且在病斑部位和邻近病斑0.scm处最高，同一病斑部位果皮明显高于果肉。本试验 中在贮藏12d时一些品种甜瓜果实的可溶性果胶含量和可溶性固形物含量等指标的异常 变化也与果实的腐烂败坏有关。 4.2薄皮甜瓜果实的成熟期与产量、品质和耐贮性的关系 以往研究表明，不同品种厚皮甜瓜果实的成熟期对耐贮性的影响较大。一般来说，晚熟品种比较耐贮，而中早熟品种的耐贮性能较差。这是由于晚熟品种在果实发育后期气温较低，昼夜温差较大，营养物质积累较多，且果实厚而坚韧，有弹性，肉质致密。在采后贮藏过程中，果实的呼吸强度和乙烯释放量较低且变化平缓，因此果实的成熟衰老进程较慢，较耐贮藏，如我国新疆的青麻皮、可口奇和密极甘等。与此相反，早熟品种果实不具备这样的解剖结构和较高的营养物质含量，在贮藏过程中具有明显的呼吸和乙烯跃变，果实很快地衰老腐败，因此不宜于贮藏和远距离运输，如红心脆甜瓜〔，?““，2，，。本试验选取了4个早熟薄皮甜瓜品种，2个中熟品种和1个晚熟品种。研究结果表明，不同品种薄皮甜瓜果实的成熟期对产量、品质和耐贮性的影响不大。这是由于不同熟期品种间的成熟天数相差不大，且成熟期均在高温季节，因此气候和果实生长期的长短对果实的产量形成和营养物质的积累影响不大。在产量性状上，早熟品种特大白宝和No.62的单瓜重均在4409以上，而中熟品种齐甜1号和晚熟品种麻瓜只有2909左右。在品质性状上，早熟品种日本甜宝和龙甜1号成熟采收时果实可溶性固形物含量均在11%以上，而中熟品种96一58只有6.87%。在贮藏性状上，早熟品种日本甜宝具有致密的果皮结构，在贮藏过程中较晚经历呼吸和乙烯跃变，峰值较低，且重量和糖分损失较少，具有相对较好的贮藏性能;而中熟品种96一58和齐甜1号在成熟衰老过程中呼吸速率和乙烯释放量均较高，失重率较大;晚熟品种麻瓜在贮藏过程中果实的硬度下降较快，果肉细胞彼此分离，贮藏7d时，果实已严重变软，不耐贮藏。因此，在薄皮甜瓜的生产和保鲜工作中，果实的成熟期不能作为选择生产和贮运用品种的依据，应在充分了解不同品种薄皮甜瓜果实的成熟特性和贮藏特性的基础上才能做出正确的选择。 4.3乙烯启动果实的成熟过程 甜瓜是典型的呼吸跃变型果实，在果实成熟过程中具有明显的呼吸跃变和乙烯合成高峰。乙烯是一种成熟激素。BurgSP和B盯9EA〔‘，在研究香蕉果实成熟时发现，乙烯跃变先于呼吸跃变，从而得出乙烯启动成熟的结论。后来人们从更多种类果实的研究结果中看到，有些果实乙烯生成量的增加确实先于呼吸强度的升高，如香蕉和鳄梨;但也有些果实乙烯生成量的增加与呼吸强度的升高同时发生，如苹果、杏和梨;有些甚至晚于呼吸上升，如番茄和芒果等。进一步研究表明，同一种类不同品种果实也有差异。如蜜露甜瓜乙烯生成量的增加先于呼吸而罗马露瓜两者同时发生〔311。本试验所选用的7个薄皮甜瓜品种中，特大白宝和麻瓜乙烯生成量的增加与呼吸强度的升高同时发生，另5个品种乙烯生成量的增加先于呼吸强度的升高。这些结果表明，在跃变前(大量乙烯生成之前)，内源乙烯是否先上升并不是启动成熟的必需条件。YangSF〔们的研究指出，在果实发育成熟过程中，果肉组织对成熟的阻力即对乙烯作用敏感性的增加才是启动成熟的关键。跃变前果实对成熟的阻力很大，即对乙烯作用不敏感，以致系统I生成的低水平乙烯不足以诱导成熟。随着果实的发育，在基础乙烯的不断作用下，组织的成熟阻力不断下降，即对乙烯作用的敏感性不断上升。当组织对乙烯敏感性增加到能对内源乙烯(低水平的系统I)的作用起反应时，便启动了成熟和乙烯的自我催化作用(系统l)，乙烯合成才大量增加。 4.4PG与薄皮甜瓜果实软化的关系 由3.5的研究可知，在薄皮甜瓜成熟和采后贮藏期间果实的硬度不断下降。这种变化虽然与多聚半乳糖醛酸酶(PG)的活性和可溶性果胶含量的增加速率有较大的关系，但果实的硬度并不随后两者的跃变而发生跃变，这说明果实硬度的变化与它们并无直接的因果关系，果实软化还受另外一些因素的影响。在其它种类果实的研究中也得到相似的结果〔‘’?40?月幻。近年来，反义RNA技术的应用为研究PG在果实软化中的作用提供了最直接的证据。在转 PG反义mRNA的番茄果实中，PG活性严重受阻且果实中果胶的降解受到抑制，但果实仍能正常成熟，并没有像预期的那样推迟软化或减少软化过程〔48j。这一结果表明，虽然PG对果实中果胶物质的降解十分重要，但它肯定不是果实软化的决定因素。 4.5田间试验 由于本试验可供试验用的保护地面积等客观原因所限，在田间试验上没有采用常规的三次重复设计。虽然这对本试验的总体结论没有大的影响，但还是造成了一些损失。如对于今年新引进的甜瓜品种因其对本地栽培环境的适应性较差，长势和产量均不好。再者在结瓜期间田间病害和鼠害较严重，致使一些品种的产量受到很大的影响。这些都说明在田间试验设计上采用多次重复以及加大每次重复中样本数量的必要性和重要性，在以后的研究工作中应予以充分的重视。 5结论 1.薄皮甜瓜果实成熟衰老过程中具有明显的呼吸跃变和乙烯生成高峰，果实耐贮性较差。呼吸强度和乙烯释放量可作为筛选甜瓜耐贮品种的重要指标。日本甜宝在贮藏期间呼吸和乙烯跃变出现时间较晚且持续时间较短，跃变高峰值较低，果实成熟衰老速度较慢，可用于较长期(15d)的贮藏;特大白宝、No.62、齐甜1号、96一58和麻瓜耐贮性稍差，可作短期贮藏(7d);龙甜1号贮藏效果最差，不适于贮藏。 2.在薄皮甜瓜成熟和贮藏期间，果实中ACC含量、ACC合成酶活性和ACC氧化酶活性与乙烯释放量的变化紧密相关:ACC的大量生成为乙烯合成奠定了基础，ACC合成酶和ACC氧化酶是乙烯合成的两个限速酶，通过调控SAM一ACC和ACC一乙烯来最终控制乙烯的生成，这就为用基因工程方法通过调控乙烯合成来控制甜瓜果实成熟衰老过程，培育耐贮品种提供了理论依据。 3.薄皮甜瓜果肉中可溶性果胶含量的急剧增加是果实硬度快速下降的主要原因。多聚半乳糖醛酸酶(PG)通过调控果胶的降解而影响果实的软化过程。麻瓜采收时果实硬度较小，可溶性果胶含量较高，二者在贮藏过程中变化幅度较大，导致果实迅速软化，不利于贮藏。 4.不同品种薄皮甜瓜果实生长发育状况的研究表明，果实发育前期(花后15d以内) 果重增长最快，发育后期品种间果重日增长率的不同是采收时果重差异的主要原因。特大 白宝和No.62具有成熟期短和果重日增长率高的特点，可作为早熟栽培选用品种。 5.薄皮甜瓜果实可溶性固形物含量积累的关键时期是采前10~15d。积累速度决定了成熟时果实的糖分含量和品质优劣，其中日本甜宝、龙甜1号和麻瓜的可溶性固形物含量均在10写以上。在采后贮藏过程中可溶性固形物含量先升后降，具有明显的后熟作用。 6.薄皮甜瓜果实贮藏期间的生理生化变化规律为:随贮藏时间的延长，果实重量随之降低，其中特大白宝、龙甜1号、96一58和齐甜1号的失重率均在9写以上，贮藏效果不 好;果实中水分含量也不断降低;还原糖含量和可滴定酸度的变化因品种不同而有差异。 日本甜宝和麻瓜贮藏期间重量和营养物质损失较小，品质较好。 7.No.62不同采收期果实的贮藏试验表明，提前采收虽然可以推迟呼吸跃变和乙烯生成高峰的出现，但严重影响糖分积累，重量损失较多，对品质影响较大。应根据贮藏和销售距离的远近来确定适宜的采收时间。 ?22甜瓜果实的提前采收虽然可以推迟果实的呼吸跃变和乙烯生成高峰出现的时间，但由于果实的失重率较高，尤其是严重影响了糖分的积累，对甜瓜品质的影响较大。因此应根据采后甜瓜的用途和销售距离的远近来确定适宜的采收时间。如用于远距离的运输或贮藏，则可提前几天采收(即八九分熟);如用于近距离的销售，则应在充分成熟时采收，这样才能保质保量，带来最大的经济效益。 缩略语表 ACC:l一aminoeyeloProPane一l一earboxylieaeid 1一氨基环丙烷一1一梭酸 SAM:S一adenosylmerhionine S一腺昔蛋氨酸 MET:Methionine 蛋氨酸(甲硫氨酸) PG:Polygalaeturonase多聚半乳糖醛酸酶 PE:Peetinesterase果胶甲醋酶 anesulfonieaeid HEPPS:4一(2一hydroxyethyl)一l一PIPerazineProP4一(2一轻乙基)一1一呱嚓磺酸丙烷 DTT:Dithiothreitol 二硫苏糖醇 EDTA:Ethylenediaminetetraaeetieaeid 乙二胺四乙酸 许多研究表明， 乙酸酯类对香气形成起很大的作用。日本高砂香料综合研究所 原麻男等, ’, 用阿鲁斯甜瓜的夏 (!%) 品系， 在授粉后 *50~60 日测定果实的香气成分， 表明乙酸乙酯含量在授粉后51~58 日大量增加， 约占香气总的50~60%， 且此期间其含量变化不大， 表明它对甜瓜香气形成起很大作用。其他的乙酸含量也较高， 可达香气成分总量的"25~30%， 其中包括乙酸-2-甲基丙酯、 乙酸-2-甲基丁酯、 乙酸丙酯、 乙酸甲酯等。 ( !) ライフ( ロツキ%フ才%ド=パ%ル) : 属于典型的跃变型果实， 果实成熟时有明显的呼吸跃变与乙烯释放。可食期有香气。 ( ") クリネツト: 典型的跃变型果实， 可食期有香气。 ( ’) マドンナ( 阿鲁斯=ロツキ%フ才%ド) : 典型的跃变型果实， 可食期有香气。 ( $) アンデス( 阿鲁斯、 ><87? @7A、 #B82BC<6D7、哥萨克甜瓜的杂种后代) :典型的跃变型果实与弱的跃变型果实混杂存在。前者可食期有香气， 后者则无香气。 ( *) 阿鲁斯( 春系 ’ 号) : 缓慢的跃变型， 缺乏香气。 ( -) ハニ%キング( 阿鲁斯夏系 !- 号) : 依收获期成熟度之差异， 有渐减型与跃变型， 缺乏香气。 ( &) メロデイ( E7C<@?) ( 阿鲁斯、 パ%ル、 佐治亚$&、 ロツキ%フ才%ド的杂种后代) : 非跃变型果实，自始至终无香气。 ( .) 哥萨克( 阿鲁斯=ロツキ%フ才%ド的固定系与俄罗斯南部的网纹甜瓜的 (! 代) : 非跃变型果实，无香气。随着果实溃坏而香气增强。 ( F) 深绿( 阿鲁斯夏系 " 号 = 佐治亚 $& 固定系与ライフ固定系的 (! 代) : 非跃变型， 始终无香气。 钾对厚皮甜瓜成熟果实中芳香物构成及含量的影响以4 种不同钾肥量追施处理厚皮甜瓜中蜜 5 号后，采用气相色谱 ,质谱联用仪 ( GC , MS) 测定了成熟果实中的芳香物成分，分别在低量钾肥、中量钾肥 ( CK) 、中高量钾肥和高量钾肥处理中检测出 32、 35、34、39 种芳香成分，各占其总峰面积的 96. 78 %、98. 39 %、95. 27 %、90. 95 %。随钾肥施用量增加，果实中挥发性酯类物质与醇类物质的相对含量变化趋势相反。不同钾肥量处理成熟甜瓜果实特征芳香成分中，( E， Z) 3， 6 ,壬二烯 , 1 , 醇、( Z) , 6 , 壬烯 -1 -醇乙酸酯、2， 3 , 丁二醇二乙酸酯、2 , 甲基丁酸乙酯、( 6Z) 壬烯 , 1 ,醇、( Z) 3 ,壬烯 , 1 ,醇等相对含量存在显著性差异，特征香气含量随钾肥施用量的增加而呈现先增加后降低的趋势，以适量钾肥处理 ( 9. 6 g?株, 1) 为最佳，果实品质最好. 甜瓜中已检测出240 多种芳香物质，一半以上为酯类物质，有些成分含有硫化物，其余的 物质以醛和醇为主〔4〕。其中碳9 族的酯类、醇类和醛类为甜瓜香气成分中的重要物质和主体成分。Kemp 等〔5〕在甜瓜中检测出( Z， Z) , 3， 6 二壬烯 , 1 醇，该物质被称为甜瓜特征香气物质。Wang等〔6〕确定了丁酸乙酯、2 ,甲基丁酸甲酯及 2 , 乙基丙酸甲酯为甜瓜香气的重要组成部分，此外，他们也确定了2 ,甲基丁酸乙酯、2， 3 ,丁二醇二乙酸酯、( Z) , 6 , 壬烯 , 1 ,醇乙酸酯、硫代丁酸甲酯为甜瓜特征香气物质。 钾对甜瓜果实中芳香物质含量的影响在甜瓜果实的芳香物质中以酯类物质的含量最 高，它主要来源于氨基酸的代谢以及醇类物质化 氨基酸通过转氨基作用形成酮酸，经脱羧或脱氢形成醇和酰基 ( CoA) ，再经过醇脱氢酶H) 和醇酰基转化酶 ( AAT) 的催化形成酯类物质 AAT 能够催化不同的醇类与乙酰 , CoA生成不同的酯类，这些酯类物质成为果实中主要的香气 11AAT 的活性与受体醇类物质有很关系，这在香蕉 草莓和甜瓜上都有研究报道 12在甜瓜中AAT 主要对异戊醇 丁醇 异丁醇的转化作用较为明显，对戊醇几乎没有作用〔13〕。另一种名为苯甲醇酯化酶 ( BEAT) 的物质能够催化苯基醇与乙酰 , CoA 结合生成苯基酯，苯基酯是茉莉和栀子花中的主要成香成分〔14〕。 本试验中，随着钾肥施用量的增加，甜瓜果实中酯类物质有减少的趋势，而醇类物质含量却 有所增加，二者呈负相关，过多钾肥施用降低了醇类向酯类转化的能力，究其原因可能是由于果实中 K +含量的过量增加影响了甜瓜植株对 Mg2 +的吸收〔15〕，而 Mg2 +又是乙酰 , CoA 合成酶的活化剂，二者存在着醋酸盐 + ATP?乙酰 , AMP + PPi ( Mg2 +) ，乙酰 , AMP + CoA ( K +) ?乙酰 ,CoA + AMP。因此，果实中钾离子含量的增加会加速乙酰 CoA 的合成，但是当钾离子含量到达一定程度的情况下，植物对 Mg2 +的吸收效率降低，使得乙酰 , AMP 的合成受到阻碍，而乙酰 , AMP又是乙酰 CoA 的原料，所以过量施用钾肥会导致果实中乙酰 CoA 的含量降低，从而导致醇类物质向酯类物质的转化受阻。因此，只有适量施用钾肥才有利于甜瓜芳香成分尤其是特征香气成分的合成; 过量施钾将造成植株的营养生长与生殖生长失调，果实风味品质下降; 钾不足则影响前体物向芳香成分的转化，导致芳香物质含量低。因此，生产上通过合理施用钾肥，才能使甜瓜达到 最佳的风味品质。根据本试验结果，推荐在本试验小区条件下，以每株中蜜5 号甜瓜追施9. 6 g 硫酸钾的钾肥量果实品质最优。