決定不同類型甜瓜果實品質差異的關鍵性狀

徐偉欣，劉 莉,*，佘建華，周 莉，劉 翔，張少慧，李志文

決定不同類型甜瓜果實品質差異的關鍵性狀

徐偉欣1，劉 莉1,*，佘建華2，周 莉1，劉 翔1，張少慧1，李志文3

（1.天津大學環境科學與工程學院，天津 300072；2.新疆農業科學院園藝所，新疆 烏魯木齊 830001；3.國家農產品保鮮工程技術研究中心，天津市農產品采后生理與貯藏保鮮重點實驗室，天津 300384）

甜瓜果實品質直接影響消費者對果實的整體感官及購買力，其主要包括果實香氣、色素、口感風味等，具有很強的品種特異性。為明確產生差異品質的原因，本研究采用主成分分析法和Pajek軟件繪圖法，比較了來自7 個類型的20 份甜瓜材料。結果表明：上述材料在果實成熟形態、香氣物質構成及其他理化性狀上均存在較大差異。對以上性狀的主成分分析結果顯示，前3 個主成分的累計貢獻率達77.0%，PC1能將脫落、黃化及呼吸、乙烯激增等果實性狀區分開來，PC2能夠將形態學上的薄皮與厚皮甜瓜類型區分開來。Pajek軟件所描繪的果實品質性狀相關性網絡顯示，在所測定的香氣及理化性狀中，決定該差異的關鍵性狀是醇類物質含量，以及果實呼吸速率、乙烯釋放速率、黃化、脫落和香氣物質總量等。

甜瓜；類型；品質；香氣組成；主成分分析；相關性網絡

近年來，甜瓜（Cucumis melo L.）在國內外市場所占份額在逐年升高，據世界糧農組織最新數據顯示，2011年我國的甜瓜種植面積和產量分別為423 000 hm2和130.9萬t，遠超排在其后的伊朗、土耳其、埃及和美國，這得益于甜瓜獨特的芳香和風味。甜瓜是葫蘆科作物中變異最為豐富的一個種[1-2]。目前市場上的甜瓜品種多屬于var. makuwa、var. inodorus、var. recticulatus和var . cantalupensis。

甜瓜的果實品質是由芳香物質、糖酸比、質地及風味等諸多因素構成，這些性狀直接或間接影響了消費者對甜瓜的購買力[3-7]，甜瓜種內包含躍變型和非躍變型兩種成熟類型，因此在不同品種的甜瓜果實成熟及后熟過程中，會有呼吸、乙烯釋放速率的顯著差異，并伴隨有不同程度的果實軟化和芳香物質揮發的現象[8-9]。

呼吸類型、果實香氣物質構成及其他性狀的差異皆會使甜瓜表現出不同的果實品質。以往研究內容多局限于少數類型間的比較，對甜瓜眾多變種及類型間尚缺乏較為系統的對比研究。本研究對來自7 個類型20 份甜瓜材料的香氣及理化性狀，采用主成分分析法，分析果實的品質性狀，并通過Pajek 3.09畫圖軟件[10]構建性狀相關性網絡，將果實性狀之間的聯系可視化。該網絡依賴于20 份代表性甜瓜材料在成熟過程中香氣構成、呼吸及乙烯釋放速率和其他理化性狀變異所得到的相關性矩陣。以期闡明決定不同類型甜瓜果實品質差異的關鍵性狀，為提高甜瓜果實品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

本研究所涉及的甜瓜材料及類型見表1，范圍涵蓋薄皮甜瓜、菜瓜、Honeydew、Casaba、Cantaloupe、哈密瓜和網紋甜瓜等，包含目前國內外甜瓜市場上的主要類型。

表1 實驗材料統計及分類Table 1 Experimental materials and their classification

1.2 儀器與設備

氣相色譜-質譜（gas chromatograph-mass spectrometer，GC-MS）聯用儀 美國Finnigan公司；固相微萃取頭（100 ?m） 美國Supleco公司；HPINNOWAX（30 m×250 ?m，0.25 ?m）色譜柱 安捷倫科技公司；GC-2010氣相色譜儀 日本島津公司；便攜式二氧化碳測定儀GXH-3051 美國Revco公司；Refractometer PAL-1手持折光儀 北京中科公司；PHS-3C pH計 上海雷磁公司。

1.3 方法

1.3.1 甜瓜種植條件

甜瓜于2011年3月播種于天津大學北辰區實驗基地，每個甜瓜品種種植20 株，采用單蔓整枝、微灌栽培、常規生產，厚皮甜瓜每株留1 個瓜，薄皮甜瓜每株留瓜3～4 個。在往年所記錄的甜瓜果實發育期基礎上，參照當年果實成熟狀況，均于上午采收果實，測定果實的各項理化性狀。因脫落和黃化是影響甜瓜品質及貨架期的重要因素，所以在本研究中列為觀察調查性狀，并將發生果實黃化、脫落性狀的記為1，反之記為0，每個處理設定3 個重復。

1.3.2 呼吸速率及乙烯釋放速率的測定

參照Aurand[10]、劉園[11]、候田瑩[12]等的方法測定，將實驗材料在70%的相對環境濕度下平衡至少4 h后，24 ℃條件下置于密封干燥容器中靜置2 h后取樣。采用便攜式二氧化碳測定儀測定頂空氣體中的二氧化碳體積分數，計算呼吸速率；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（flame ionization detector，FID），進樣口溫度110 ℃，柱溫80 ℃，檢測器溫度110 ℃，載氣（N2）流速35 mL/min，根據測定的峰面積計算乙烯釋放速率。

1.3.3 香氣成分的測定

參照Obando-Ulloa[13]、馬永昆[14]等的方法，采用固相微萃取（solid-phase micro-extraction，SPME），取樣前首先將固相微萃取頭在氣相色譜進樣口老化2 h（老化溫度為250 ℃）。將甜瓜果實去皮去籽后切成2 cm×2 cm小塊，打漿，4 層紗布過濾后離心，取8 mL上清加入體積為15 mL的頂空瓶，添加2.8 g NaCl分析鹽，于60 ℃萃取30 min，用GC-MS進行檢測分析。

色譜柱：HP-INNOWAX（30 m×250 ?m，0.25 ?m）；升溫程序：40 ℃保持2 min，以5 ℃/min升至95 ℃，然后以2 ℃/min升至160℃，再以5 ℃/min升至230 ℃保持2 min；載氣為He。

1.3.4 其他性狀的測定

采用PHS-3C pH計測定果汁pH值；采用Refractometer PAL-1手持折光儀測定果肉可溶性固形物含量（Brix值，%），均設3 次重復。

1.4 數據分析

采用SSPS 17.0軟件對7 個類型20 份材料的17 個品質性狀，進行主成分分析。通過Pajek 3.09軟件描繪果實品質性狀間的相關性，首先通過SPSS17.0軟件計算果實性狀間的相關系數，對于所有的相關系數，計算P值，并描繪具有顯著性的相關關系（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 果實的品質性狀與感官

甜瓜的營養價值在世界十大著名水果中位居第2位，深受人們的青睞，這有賴于其獨特的風味和品質，其果實品質是由香氣、顏色、糖酸比、質地和營養成分含量等性狀綜合決定的[15-18]，一直以來，香氣和含糖量都是果實品質評價最重要的兩個指標。有研究[19-21]指出芳香物質是甜瓜果實品質的主要構成成分，其組成和含量是衡量甜瓜品質的重要指標。

由表2可知，不同類型甜瓜的各品質性狀間具有較大差異。從香氣物質構成方面來看，不同甜瓜品種所檢測到的香氣種類、總峰面積及各類香氣物質的相對比例明顯不同。香氣種類上，供試材料中檢測所得香氣種類數極值相差16 種之多，分別是最多的Ogen（51 種）和最少的一窩猴菜瓜（35 種）；香氣總峰面積Cantaloupe類型普遍較高，其中Anana最高，是最低的Casaba類型T19-3的約34倍；各類香氣物質的相對比例方面，va r. c o n o m o n的一窩猴菜瓜乙酸酯類含量最低（37.73%），而醛類含量（37.26%）則顯著高于其他品種，此外，該品種的可溶性固形物含量、pH值和糖酸比均最低，多用于腌漬和炒食，表現出典型的黃瓜清香味，這或許是高含量醛類物質與低含量乙酸酯類物質協同作用的結果，這一發現與Saftner等[22]對Cantaloupe類型以及具綠色、橘色果肉Honeydew類型的多個材料的測定結果一致，他們推測甜瓜的高甜度是可溶性固形物和揮發性芳香物質共同作用的結果。劉勇等[19]也發現可溶性糖含量與感官檢驗的甜度、酸度、質地和感官檢驗項目總分分別呈顯著正相關。此外，Lester等[23]發現相比其他理化性狀，可溶性固形物含量與果實整體感官之間具有較好的相關性（r=0.52）。本實驗中絕大多數材料所測定的香氣物質具有果香、甜香味，其中糖酸比較高的材料表現出濃蜜的香甜口味，使其具有良好的感官品質。

果實成熟時乙烯峰的出現及理化性狀上的變化是使果實產生良好風味的重要原因[24-25]。甜瓜種內既有躍變型又包含非躍變型的成熟類型，具有典型呼吸躍變特性的Cantaloupe類型甜瓜的呼吸速率（平均為14.32 mg CO2/（kg·h））及乙烯釋放速率（平均為51.44 μL/（kg?h））都顯著高于其他類型（平均值分別為6.04 mg CO2/（kg?h）和11.24 μL/（kg?h））。此外，厚皮甜瓜的果實發育期為40～48 d，比薄皮甜瓜普遍長15～20 d，具有較大的單果質量。但厚皮甜瓜之間的果實單果質量也存在較大差異。

2.2 果實品質性狀的主成分分析

對7 個類型20 份甜瓜材料的共17 個品質性狀進行主成分分析，并對主成分因子載荷做散點圖，如圖1所示。前3 個主成分的累計貢獻率達77%，其中PC1和PC2的貢獻率分別為34.5%和26.3%。Cantaloupe類型的Charentais、Anana、Ogen和RMD位于PC1的正向區域，與其他材料區分開來，這與果實黃化、脫落、非乙酸酯類含量、呼吸速率、乙烯釋放速率、香氣物質總量以及種類等果實性狀密切相關。var. reticulatus和var. inodorus位于PC2的正向區域，主要受單果質量、可溶性固形物含量、果實發育期、乙酸酯類含量、糖酸比、其他類物質及醛類物質含量等性狀的顯著影響，PC2能將形態學上的薄皮（菜瓜和香瓜類型）和厚皮甜瓜區分開，與甜瓜果實的品種特異性相關，如var. conomon就因其較高的醛類物質含量而被明顯地區分開來。該結論與文樂欣等[26]對9 個不同變種及類型的370 份甜瓜種質資源24個性狀進行的主成分分析結果一致，PC1和PC2分別能將生態學上的薄皮甜瓜和厚皮甜瓜類型以及具有顯著脫落和黃化現象的類型區分開來。

圖1 20份甜瓜材料的品質性狀主成分分析圖（A）及主成分因子載荷散點圖（B）BFig.1 PCA plots for fruit characteristics of 20 melon materials (A) and loading scatter diagram of principal components (B)

2.3 不同類型甜瓜果實品質性狀間的相關性分析

采用SPSS 17.0軟件的Pearson雙側檢驗，分析得出包括果實發育期、單果質量在內的共17個特征值的相關性（表3）。并在此基礎上，得到以上性狀的相關性矩陣，通過Pajek 3.09軟件描繪出不同類型甜瓜品質性狀間的相關性圖，將不同性狀之間的聯系可視化，如圖2所示。

圖2 甜瓜果實香氣及其他理化性狀的相關性網絡Fig.2 Correlation network of aroma and physicochemical traits of melon

Pajek繪圖軟件是分析大型復雜網絡的有力工具，主要用于研究目前所存在的各種復雜非線性網絡。Aurand等[10]將其應用于番茄果實質地及其他理化性狀間的可視化分析，結果顯示，網絡中有3個節點的中間中心度較高：分別為果皮細胞體積、穿刺測試所得果肉硬度和果實直徑。中心度表征著某個節點對網絡中資源控制的程度，節點的中心度越高，就越多地占據資源的關鍵位置。本研究對來自5個變種共7個類型的20份甜瓜材料，采用SPSS17.0軟件構建果實品質性狀間的相關性矩陣，通過Pajek3.09描繪出如圖2所示相關性網絡。在本研究所測定的果實香氣及理化性狀中，最為突出的是醇類物質含量，該節點的中心度最高，并且由圖2可知，果實中醇類物質的含量除與單果質量呈正相關（r=0.530）外，與果實的黃化、脫落、香氣總峰面積、呼吸速率、乙烯釋放速率及非乙酸酯類含量均呈負相關（r=－0.620～－0.470），而上述性狀的中心度又均僅次于果實的醇類物質含量，可見其對果實品質的影響占有重要地位。較為有趣的是，果實的pH值與糖酸比并無顯著性相關關系，而是與果實發育期、非乙酸酯類物質含量、醛類物質含量及酮類物質含量有程度不一的相關關系，該發現與本研究中對var. conomon甜瓜的感官及PCA結果描述較為一致。此外，醛類物質含量與果實的含糖量、pH值及乙酸酯類物質含量均呈極顯著負相關（r=－0.620～－0.600）。

表3 20份甜瓜材料的品質性狀相關性分析Table 3 Correlation analysis of characterstics of 20 melon materials

3 結 論

Pajek軟件可用于將包含上千乃至數百萬個結點大型網絡的分析和可視化操作，但目前很少有將其應用到果實品質性狀分析領域的報道。本研究所測果實性狀中中間中心度最高的節點是醇類物質含量，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，并且這些性狀間存在非常緊密的相關關系，對上述性狀進行適當調控對保持甜瓜果實品質具有重要作用。運用Pajek軟件可以準確、明了地描述果實品質性狀間的復雜關系，并指出該復雜網絡中至關重要的性狀，為果實品質研究提供了一條便捷的途徑。

主成分分析結果顯示，PC1和PC2分別能將具有顯著脫落和黃化現象的類型和生態學上的薄皮與厚皮甜瓜類型區分開來。Cantaloupe類型的幾個甜瓜材料因具有較高的香氣物質種類數和總含量，以及較高水平的呼吸、乙烯釋放速率、果實黃化/脫落而表現出濃郁的芳香風味；var. reticulatus和inodorus則具有較高的可溶性固形物含量、單果質量、乙酸酯類含量、醇類物質含量以及糖酸比，且普遍果實發育期較長；var. conomon甜瓜具有較高的醛類物質含量，與其他材料明顯地區分開來。

本研究旨在通過主成分分析法和Pajek軟件繪圖法，分析并描繪不同類型甜瓜果實品質性狀間的差異與聯系，以期將其可視化、簡單化，為更好地了解甜瓜品質提供科學、簡明的方法，為明確決定不同類型甜瓜果實品質差異的關鍵性狀提供途徑。

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Key Attributes Determining the Fruit Quality of Different Melon Varieties

XU Wei-xin1, LIU Li1,*, SHE Jian-hua2, ZHOU Li1, LIU Xiang1, ZHANG Shao-hui1, LI Zhi-wen3
(1. College of Environmental Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 2. Horticultural Research Institute, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, ürümqi 830001, China; 3. National Engineering and Technology Research Center for Preservation of Agriculture Products, Tianjin Key Laboratory of Postharvest Physiology and Storage of Agriculture Products, Tianjin 300384, China)

Sensory quality attributes directly affects overall consumer acceptability and purchasing of melon fruits, mainly including aroma, color, taste and flavor, which have a strong varietal specificity. To clarify the possible cause of the intervarietal variability of sensory quality attributes of melon fruits, principal component analysis (PCA) and Pajek were used to compare 20 different melon materials from 7 varieties in this study. It was found that fruit shape, volatile aroma, and other physicochemical traits of these materials varied a lot from each other. PCA results showed that the cumulative contribution of the first three principal components (PC) was 77.0%; PC1 was associated with fruit abscission, yellowing and a rise in respiration rate and ethylene burst, and PC2 was significantly correlated to the distinction between oriental melon and muskmelon. The results of Pajek showed that the aroma and physiochemical properties determining the inter-varietal variability of melon quality included alcohol content, fruit respiration rate, ethylene release rate, yellowing, fruit abscission and total amount of roma compounds.

Cucumis melo L.; variety; quality; aroma profile; principal component analysis; correlation network

S651

A

1002-6630（2014）09-0085-05

10.7506/spkx1002-6630-201409018

2013-03-21

天津市應用基礎及前沿技術研究計劃項目（12JCZDJC23300）

徐偉欣（1988—），女，碩士研究生，主要從事甜瓜種質資源及品質育種研究。E-mail：michelle4232@163.com

*通信作者：劉莉（1963—），女，副教授，博士，主要從事蔬菜、瓜果種質資源品質育種研究。E-mail：liulitjdx@126.com