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探析3种不同基因型杏果实的主要香气物质

2020-07-10 427 上传者：管理员

摘要：为探究不同基因型杏果实香气成分组成的差异，该文以淡香型黄肉品种、浓香型黄肉品种与浓香型白肉品种3种不同基因型的杏品种为材料，通过固相微萃取法(SPME)结合气相色谱-质谱（GC-MS）法对褪绿期、商熟期和完熟期果实的挥发性香气物质进行检测。结果表明，在3种基因型杏果实中，共鉴定出111种不同的挥发性化合物，黄肉型果实中挥发性化合物种类明显高于白肉型品种。浓香型果实中挥发性化合物主要以萜烯类、酯类与醇类为主，在果实成熟早期以醛类挥发性化合物积累为主，后期则酯类与萜烯类含量明显增加。黄肉型果实与白肉型果实间的呈香物质与代谢途径存在着差异，由于不同呈香物质成分间的代谢途径与嗅觉阈值差异，不同杏品种果实形成了其特有的香气风味。

关键词：
基因型
李杏种质资源
杏
果实
遗传育种
香气
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杏（Prunus armeniaca L.）果实成熟早、营养丰富，一直是人们喜爱的夏初水果。在长期的栽培驯化中，由于人类选择形成各种各样的类型。我国大多数地方品种香气浓郁，但果实成熟时果实硬度较低，不适宜长距离运输。近年来，在规模化栽培中，这些地方品种逐渐被国外引进的果实硬度较大的‘金太阳’和‘凯特’等品种替代，但这些引进品种缺乏我国地方品种特有的果实香气[1]。

目前，在杏果实中已经鉴定出200种以上不同的挥发性物质[2]。通过分析不同生态群的杏品种间的挥发性组分后，认为我国华北生态群中杏种质的主要挥发性成分是乙酸丁酯、顺式-3-乙酸己酯和反式-2-乙酸己酯等酯类与萜烯类物质[3]；中亚生态群鲜食杏的主要特征香气物质为芳樟醇、γ–癸内酯、δ–十二内酯以及部分醛、酮类物质[4]，而制干杏品种则包含了醛类、醇类、酯类和萜烯类等多种挥发性物质[5]。一般认为，欧洲生态群的杏品种果实香气差。在6份该生态群的杏品种中，仅检测到45种不同种质的挥发性化合物，其中顺式-2-己烯醇、2-甲基丁基乙酸酯、2-甲基丁酸丁酯、6-甲基-5-庚烯-2-酮、苯乙酮和γ-辛内酯随着果实成熟度增高而积累[6]。Xi等[7]认为，在新疆杏果实成熟过程中己醛类（顺式-3-已烯醛和反顺-3-已醛）和萜烯类物质含量在整个果实成熟过程中迅速下降，而β-紫罗酮、酮类（γ-十二酮）和酯类（乙酸己酯）含量不断增加。从以上分析可以看出，不同基因型杏果实的挥发性化合物积累存在明显差异，并且在果实发育的成熟后期，果实内挥发性化合物组成比例也产生显著变化。

因此，本文有针对性地分析了淡香型黄肉品种、浓香型黄肉品种与浓香型白肉品种3种不同基因型杏品种在果实发育成熟后期挥发性物质的变化，旨在深入了解不同基因型间果实香气形成的差异，为调控杏果实香气形成和培育新品种提供借鉴意义。

1、材料与方法

1.1材料

试验于2019年在辽宁省果树科学研究所国家果树种质熊岳李杏圃进行，供试品种为淡香型黄肉品种‘金太阳’、浓香型黄肉品种‘烟黄2号’与浓香型白肉品种‘银香白’，均为20年生左右大树，株行距为5 m×5 m，树势一致，生长结果良好，正常田间管理。果实采集分别于褪绿期（果皮开始褪绿）、商熟期（果实九成熟，有一定弹性）和完熟期（果实达到完全成熟，产生该品种固有的风味）进行。每次从树冠外围随机采集成熟一致果实10个，并各取部分果肉混均后，取50 g混合果肉用锡泊纸封闭保存，做好标记，液氮速冻后超低温冰箱（-80℃）保存。

1.2样品前处理及GC-MS上机检测

称取-80℃冷冻果肉样品10 g左右，切碎后迅速将其装入15 mL样品瓶内，再向瓶中加入3 g NaCl，上部留约2cm左右的空隙，加盖封口。将其用45℃水浴预热10min后，插入萃取头，恒温萃取30min，然后上样。

采用Agilent公司生产的7890-5975C GC-MS联用仪进行挥发性物质的GC-MS检测。固相微萃取头和50/30μm DVB/CAR/PDMS吸附剂购买自美国Supelco公司。首次使用萃取头时应在250℃温度下老化2.5 h；顶空上样时，250℃解吸附萃取头3 min。色谱条件、质谱条件与具体操作步骤详见罗静等[8]。

1.3数据处理与计算

将采集到的质谱图用质谱仪自带的NIST标准谱库搜索，确定不同基因型所含有的挥发性化合物。定量计算按照峰面积归一化法计算各组分的相对百分含量。

2、结果与分析

2.1不同基因型果实中挥发性化合物的种类差异

试验结果（表1）表明，在3种不同基因型果实中共检测到111种挥发性化合物，‘金太阳’‘烟黄2号’和‘银香白’依次为67、73和35种。白肉型‘银香白’果实中检测到的挥发性化合物明显少于黄肉型杏品种。

表1 3种不同基因型果实发育过程中挥发性物质的组分变化

在黄肉型果实中含有酮类和内酯类化合物，而白肉型果实中则无此类挥发性物质。在所有基因型果实中检测到最多的挥发性物质为萜烯类化合物，其余依次为酯类、醇类和醛类化合物。随着果实成熟度不断增加，果实中检测到的挥发性化合物种类越来越多，并且在果实完全成熟时，浓香型品种‘烟黄2号’和‘银香白’的挥发性化合物种类以萜烯类、酯类与醇类为主。

2.2不同基因型果实成熟后期的挥发性化合物比例的变化

试验结果（表2）表明，杏果实成熟早期挥发性化合物含量以醛类物质为主，即褪绿期‘金太阳’与‘烟黄2号’的醛类物质占比分别为44.65%和60.20%，而‘银香白’则高达88.51%。随着果实成熟度增加，进入商熟期后，‘烟黄2号’和‘银香白’的醛类物质占比分别下降至33.25%和41.96%。酯类化合物占比，‘烟黄2号’从早期的2.62%上升至商熟期的57.09%，‘银香白’从早熟期的5.47%上升至商熟期的55.70%。果实发育至完全成熟，由于醇类、萜烯类和醛类等其他新的化合物成分产生，酯类占比有所下降，‘烟黄2号’和‘银香白’分别降至24.94%和31.51%，明显高于淡香型品种‘金太阳’的16.39%。从不同基因型比较中可看出，完全成熟期黄肉型‘金太阳’和‘烟黄2号’果实中的萜烯类占比分别为13.78%和17.49%，明显高于白肉品种‘银香白’的2.81%。

表2 3种不同基因型果实发育过程中挥发性物质的相对含量变化

2.3不同基因型完全成熟时主要呈香物质间的差异

经化学物质数据库检索发现，本文中检测到的下列挥发性化合物具有明显的呈香风味（表3）。从表3可以看出，这些呈香物质含量均占该品种所有检测到挥发性物质含量的75%以上。尽管3种不同基因型的果实呈香物质均以醛类物质为主，但具体化合物间却存在着明显差异。浓香型果实主要呈香物质以反-2-己烯醛为主，而淡香型则以β-环柠檬醛为主。对于同一种化合物，不同构象的化学结构能够产生不同的呈香效果。例如，在浓香型果实中水果香气主要是反式-2-己烯醛，而在淡香型果实则以顺式形成存在，且呈香特征为特殊的青叶香味。

一般情况下，将果实中检测到的全部挥发性物质均可看作为果实的香气物质，但是，只有那些香气值高的、呈香性强的物质，才能对人的嗅觉器官起作用。阈值低的香气物质更容易被人们嗅学器官感觉到，而这些物质只需要少量含量即可产生浓郁香气[9]。例如，尽管白肉型果实中萜烯类物质含量很少，但是‘银香白’果实中却含有呈香阈值较低的β-紫罗酮（3.5μg.L-1）、β-紫罗兰醇（5.0μg.L-1）与芳樟醇（6.0μg.L-1）。从表3也可以看出，反-2-己烯醛、壬醛、芳樟醇、β-紫罗酮、β-紫罗兰醇、乙酸己酯和乙酸-3-己烯酯等化合物是这3种杏果实的特征香气物质。但是，在黄肉型‘烟黄2号’果实中检测到γ-十一碳内酯、γ-葵内酯和δ-葵内酯等桃果实的特征香气化合物，这与其具有特殊香味有关。

表3 3种不同基因型果实完全成熟时主要呈香物质的比较

3、讨论与结论

随着果品市场对杏果实品质要求的不断提高，带有芳香味的杏品种具有很强的吸引力和市场竞争力。通过本文对3种不同基因型的挥发性香气物质比较后，表明黄肉型品种果实中含有的挥发性化合物显著高于白肉型杏品种，并且在果实成熟早期均以青香型醛类挥发性物质为主，在接近果实成熟后期才能够产生具有浓香风味的特征性香气物质。因此，在杏果实生产与运输中，确定合适的采摘成熟度或销售成熟度是最大程度呈现杏品种特有香气风味的关键。

果实中的香气物质属于次生代谢产物，主要有脂肪酸代谢途径、类异戊二烯代谢途径和氨基酸代谢途径[10]。脂肪酸代谢中的脂氧合酶（LOX）分支形成C6和C9直链的醇类、醛类和酯类挥发性化合物；β-氧化分支形成内酯类化合物；氨基酸代谢途径形成芳香族或低碳链醇、酸和酯类化合物；类异戊二烯途径则以类β-胡萝卜素等为底物合成为萜烯类化合物。结合本文研究结果可以看出，在成熟早期杏果实的主要挥发性物质是通过脂肪酸代谢中LOX分支形成的，在成熟后期则有类异戊二烯代谢途径和氨基酸代谢途径参与。另外，黄肉型杏品种以丰富的β-胡萝卜素为底物产生大量的萜烯类挥发性物质，但是不同品种间产生的萜烯类化合物却存在着较大差异，这是不同黄肉杏品种产生香气差异的主要原因。

‘烟黄2号’杏是辽宁省果树科学研究所上世纪80年代在杏种质资源考察时从山东烟台地区发现的1份农家品种，其果实成熟期较早、香气浓郁。通过本文检测发现，‘烟黄2号’含有另外两种基因型没有的γ-十一碳内酯、γ-葵内酯和δ-葵内酯，这表明该品种能够通过脂肪酸途径中的β-氧化分支形成内酯类化合物。这一结论也将为深入发掘该特异种质资源的果实香气形成机制提供重要依据。

杏果实香气物质是多种挥发性化合物混合形成的，它不仅受某种化合物的嗅觉阈值影响，而且还受到挥发性物质的种类与混合比例影响。不同杏品种间香挥发性物质的种类与混合比例影响。不同杏品种间香气物质的种类和含量均不相同，使得不同杏品种形成了独一无二的香气风味。

参考文献：

[1]章秋平,刘威生.杏种质资源收集､评价与创新利用进展[J].园艺学报,2018,45(9):1642-1660.

[4]卢娟芳,郑惠文,郑巧,等.新疆杏果实发育过程中香气物质的变化及其特征成分的确定[J].园艺学报,2016,43(10):1 878-1 890.

[8]罗静,谢汉忠,方金豹,等.红肉桃和白肉桃果实挥发性成分的差异分析[J].中国农业大学学报,2016,21(11):34-42.

章秋平,刘威生,刘家成.3种不同基因型杏果实的主要香气物质分析[J].北方果树,2020(04):10-13+20.

基金:辽宁省科学事业公益研究基金(20180025);国家重点研发计划(2019YFD1000601).