設施栽培下不同坐果技術對西瓜果實揮發性物質的影響

黃 遠，李文海，趙 露，沈 泰，陳海文，孔秋生，別之龍

（園藝植物生物學教育部重點試驗室·華中農業大學園藝林學學院 武漢 430070）

西瓜是一種重要的園藝作物，我國的西瓜種植面積和產量均居世界第一。早春條件下利用塑料大棚等園藝設施進行西瓜栽培，可以促進西瓜提早上市，提高經濟效益。然而，設施本身隔絕了外界傳粉昆蟲的進入，而西瓜是雌雄異花授粉植物，自然條件下需要依靠昆蟲進行授粉。因此，設施內西瓜栽培必需進行一定的人工輔助坐果技術來確保西瓜的坐果率。隨著我國農村適齡勞動力的減少、勞動力價格的上漲，傳統人工授粉坐果技術因其對勞動力的過度依賴，已不能滿足未來設施西瓜規模化種植的發展趨勢。采用氯吡脲（CPPU）等植物生長調節劑可以促進西瓜坐果，但對果實品質的影響尚存在一定爭議。蜜蜂授粉作為一種借助昆蟲的天然授粉方式，能減輕勞動強度，在草莓等園藝作物上已經成熟應用，而在設施西瓜生產上的應用和研究還處于起步階段。前人在西瓜蜜蜂授粉上的研究主要集中在授粉技術和經濟效益分析方面[1-4]，關于不同坐果技術對西瓜果實揮發性物質等品質的影響尚缺乏系統的研究[5]。因此，本文通過比較不同坐果技術對西瓜果實揮發性物質的影響，旨在為設施西瓜生產中選擇合適的坐果技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

試驗于2013年3—6月在國家蔬菜改良中心華中分中心（湖北武漢，華中農業大學蔬菜基地）進行，選取土壤理化性質、養分狀況一致的3個大棚分別作為植物生長調節劑CPPU處理棚、人工授粉棚、蜜蜂授粉棚。每個大棚面積為288 m2（長48 m×寬6 m），用60目紗網封住不同處理大棚的前后入口，防止其他授粉昆蟲進入。試驗采用的西瓜品種為‘早佳’（8424）（新疆農科院哈密瓜研究中心提供）。3月8日，將3葉1心的幼苗定植于大棚內，每棚定植500株，株距50 cm，行距130 cm，吊蔓栽培，單蔓整枝，每株留一果，采用水肥一體化系統保證植株長勢一致。于4月26日上午8:00，在不同處理的大棚內選取當日開放的第2雌花（12～14節位）進行標記及處理（蜜蜂棚只進行標記）。植物生長調節劑采用成都施特優公司生產的氯吡脲（CPPU），其中藥劑有效成分0.1%，稀釋 100倍（10 mg·L-1）后用微型噴霧器將溶液噴施于雌花子房上。蜜蜂采用意大利蜜蜂（Apismelliferaligustica），標準蜂箱內有3脾蜂，約6 000只，于盛花期前2 d放置于蜜蜂授粉大棚中央。

在花后33 d的上午8：00，在不同處理大棚內，分別選取同一天、同一節位坐果的9個西瓜果實，用水果刀將西瓜切開取中心果肉，并將其迅速切成小塊裝于錫箔紙中，置于液氮中冷凍完全后，轉入-70℃冰箱中保存，供西瓜果實揮發性物質的測定。

1.2 揮發性物質的測定

參考Beaulieu和Lea[6]的方法進行樣品處理，采用氣質聯用（GC-MS）的方法進行，GC-MS型號為Thermo TRACE DSQⅡ。參數設置、測定及數據分析參考Liu等[7]，采用了頂空固相微萃取（HS-SPME）的方法，經GC-MS檢測對不同坐果方式西瓜成熟果實的總離子流圖，結合計算機數據庫檢索、匹配及篩選，最終對西瓜成熟果實中揮發性物質進行定性和定量分析。

2 結果與分析

2.1 不同坐果處理西瓜果實中主要揮發性物質的構成

根據GC-MS總離子流圖（圖1），本文共檢測出西瓜揮發性物質82種，包括醛類23種、醇類21種、酮類10種、酯類6種、烷烴5種、芳香烴3種、烯烴2種、酸類4種，其他物質8種（表1）。3種處理中，蜜蜂授粉的西瓜果實揮發性物質最多，共75種，其相對含量比值最大，占檢出峰面積的99.98%。人工授粉與CPPU處理西瓜果實分別檢測出68種和65種，相對含量分別占檢出峰面積的98.71%和96.66%。

在所檢測出的揮發性物質中，醛類物質含量最高。CPPU、人工授粉和蜜蜂授粉分別為19、22和23種，相對含量分別為60.09%、58.54%和43.90%（表1）。酮類物質的含量僅次于醛類，CPPU、人工授粉和蜜蜂授粉分別為8、7和10種，相對含量分別22.53%、20.61%和25.53%（表3）。醇類物質含量僅次于醛類和酮類，其中CPPU處理16種，人工授粉 17種，蜜蜂授粉20種，相對含量分別為10.60%、15.43%和22.87%（表1）。

西瓜果實中酯類、烷烴、芳香烴、烯烴、酸類物質的種類及含量在不同坐果處理間具有差異。CPPU處理后西瓜果實中酯類、烷烴、芳香烴、烯烴、酸類物質的種類為4、4、3、1和4種，含量分別為0.35%、0.84%、0.44%、0.07%和0.44%。人工授粉西瓜果實酯類、烷烴、芳香烴、烯烴、酸類物質的種類分別為 5、3、2、2和 4種，含量分別為 0.45%、0.51%、0.24%、0.07%和0.96%。蜜蜂授粉西瓜果實未檢測出芳香烴類物質，酯類、烷烴、烯烴、酸類物質的種類分別為6、5、1和4種，含量分別為1.07%、0.79%、3.86%和0.52%（表1）。

圖1 不同坐果處理西瓜成熟果實的揮發性物質總離子流

表1 西瓜果實揮發性物質種類和相對含量

2.2 不同坐果處理對西瓜果實揮發性物質含量的影響（表2）

2.2.1 醛類物質 醛類物質在西瓜果實揮發性物質中所占比率最高，其中己醛、（E）-2-己烯醛(青葉醛)、壬醛、（E）-2-壬烯醛、（Z）-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛、3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛(檸檬醛)、（E,Z）-2,6-壬二烯醛是西瓜醛類物質中的主要種類。其中己醛的含量最高，分別為CPPU處理17.25%、人工授粉 19.16%、蜜蜂授粉 13.03%。（E，Z）-2,6-壬二烯醛在CPPU處理中的含量為10.53%，明顯高于其他2種處理西瓜中的含量。

2.2.2 醇類物質 人工授粉與蜜蜂授粉西瓜果實中（Z）-3-壬烯醇含量最高，分別為 7.07%和13.87%，而在CPPU處理的西瓜果實中未檢測到。在3種處理西瓜果實中含量均較高的醇類有(S)-1,2-丙二醇及正己醇。(S)-1,2-丙二醇含量分別為CPPU處理 1.59%、人工授粉 2.03%、蜜蜂授粉3.32%。正己醇的含量分別為CPPU處理6.37%、人工授粉2.91%、蜜蜂授粉2.82%。

表2 不同坐果處理對西瓜果實揮發性物質相對含量的影響

表2 （續）

2.2.3 酮類物質 3種處理西瓜果實中含量最高的酮類物質為6-甲基-5-庚烯-2-酮，其次為6,10-二甲基-5,9-十一碳雙烯-2-酮。蜜蜂授粉西瓜果實中6-甲基-5-庚烯-2-酮和6,10-二甲基-5,9-十一碳雙烯-2-酮的含量分別為19.26%和5.27%，高于CPPU處理西瓜的17.86%和3.75%及人工授粉西瓜的16.22%和3.36%。

2.2.4 酯類物質 CPPU處理和人工授粉西瓜果實中含量最高的酯類為（1-羥基-2,4,4-三甲基戊-3-基）2-甲基丙酸酯，占總揮發性物質的0.14%與0.19%，在蜜蜂授粉中其含量為0.19%。蜜蜂授粉西瓜果實中含量最高的酯類物質為9-羰基-壬酸乙酯，含量為0.33%。

2.2.5 烷烴物質 烷烴在西瓜果實揮發性物質中的含量較少，本研究僅檢測到五種烷烴物質，其中十七烷是3種處理西瓜果實中含量最多的烷烴，含量分別為CPPU處理0.30%、人工授粉0.26%、蜜蜂授粉0.28%。

2.2.6 芳香烴物質 筆者共檢測到3種芳香烴物質，CPPU處理和人工授粉西瓜果實中含量最高的分別為鄰二甲苯和間二甲苯，蜜蜂授粉西瓜果實未檢測到芳香烴類物質。

2.2.7 烯烴物質 3種處理西瓜果實中的烯烴類物質為二氧化萜二烯與右旋萜二烯，其中二氧化萜二烯存在于CPPU處理與人工授粉果實中，含量分別為0.07%、0.06%。右旋萜二烯僅存在于人工授粉與蜜蜂授粉的西瓜果實中，含量分別為0.01%、3.86%。

2.2.8 酸類及其他物質 筆者檢測出4種酸類物質，分別為（S）-2-羥基丙酸、油酸、赤霉素及亞油酸，其中（S）-2-羥基丙酸的含量最高，在CPPU處理、人工授粉、蜜蜂授粉中的含量分別為0.24%、0.80%、0.31%。其他8種揮發性物質中，萘的含量最高，分別為CPPU處理0.71%、人工授粉0.99%、蜜蜂授粉0.44%。

3 討論與結論

本試驗對不同坐果處理的西瓜果實中香氣物質分析后發現，西瓜果實揮發性物質中含量最多的3種物質為醛類、醇類、酮類，這與Beaulieu和Lea[6]、肖守華等[8]的結果類似，但在揮發性物質的種類及相對含量上本研究結果與前人不一致，這可能與試驗中所用西瓜品種和栽培環境不同有關。在本試驗中，與CPPU處理比較，人工授粉，尤其是蜜蜂授粉下揮發性物質的種類和含量明顯增加，這可能與蜜蜂授粉是多次重復、足量和均勻的花粉授粉有關。人工授粉和蜜蜂授粉明顯增加了揮發性物質的種類和含量，分別由CPPU處理的65種增加到68、75種，相對含量從 96.66%增加到98.71%和99.98%，其中人工授粉下醇類物質增加的幅度較大，相對含量從10.60%增加到15.43%，主要物質是（S）-1,2-丙二醇和（Z）-3-壬烯醇；蜜蜂授粉明顯增加了醇類、酮類、酯類和烯類物質的相對含量，分別從10.60%，22.53%，0.35%，0.07%增加到 22.87%，25.53%，1.07%，3.86%，主要物質是（S）-1,2-丙二醇、（Z）-3-壬烯醇、6-甲基-5-庚烯-2-酮、6,10-二甲基-5,9-十一碳雙烯-2-酮、鄰苯二甲酸二異丁酯和右旋萜二烯。與人工授粉比較，蜜蜂授粉下揮發性物質種類和相對含量明顯增加。何聰聰等[9]對西瓜揮發性物質中特征香氣研究顯示，醇類、酮類和酯類的種類及相對含量對西瓜果實芳香氣味的形成起重要作用。因此，推測人工授粉，尤其是蜜蜂授粉處理西瓜中醇類、酮類和酯類三種物質的綜合作用對果實香氣產生影響，進而一定程度上提高了果實的品質。在設施西瓜長季節栽培方面，研究也發現中華蜜蜂授粉可以達到增加產量和提高品質的目的[5]。

綜上所述，和CPPU處理比較，人工和蜜蜂授粉可以增加西瓜果實揮發性物質的種類和含量，蜜蜂授粉的效果優于人工授粉，有助于提高西瓜果實品質。