氮素運籌對甜瓜芳香物質的影響

張 浩,劉 熠,周 勃,黃 遠,符小發,馬 躍,吳海波,胡國智,毛建才,陳積豪, 梁其干,王 敏

(1.新疆農業科學院海南三亞農作物育種試驗中心,海南三亞 572000;2.三亞明珠甜瓜西瓜展示評價研究中心,海南三亞 572000;3.華中農業大學,武漢 430070;4.中國農業科學院鄭州果樹研究所,鄭州 450000;5.新疆農業科學院哈密瓜研究中心,烏魯木齊 830091;6.海南省農業科學院蔬菜研究所,海口 570100)

0 引 言

【研究背景】甜瓜(CucumismelonL.)品質的關注度愈來愈高[1]。芳香物質是果實在生長發育過程中經過一系列酶促反應而形成的次級代謝混合物,是評價甜瓜品質的重要指標[2-4]。【前人研究進展】目前從甜瓜分離鑒定出240多種芳香物質[5-11],其中特征香氣是由乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸異丁酯、2-甲基丁酸乙酯、乙酸己酯、乙酸甲酯、甲硫基丁酸甲酯、反-2,6-壬二烯醛、順-4-壬烯醛、反- 6-壬烯醛和乙醇等決定的[12]。1-壬醇、順-3-壬烯-1-醇、3,6-亞壬基-1-醇、反-6-壬烯醛在甜瓜品種黃夢脆中含量較高[13]。酯類、醇類、酸類、醛類和呋喃(酮)在金皇后等主要存在于厚皮甜瓜,其中酯類對厚皮甜瓜的香氣起關鍵作用[14]。厚皮甜瓜銀帝的揮發性風味成分主要包括乙酸乙酯、丙酸-2-丁烯酯、羥氨基甲酸乙酯、丁酸甲酯乙酯和2-甲基丁酸乙酯等酯類[15]。宛曉春等[16]認為3,6-壬二烯醇、6-壬烯醇、苯甲醇、2-戊基呋喃等呋喃類物質是甜瓜風味的主體成分,對甜瓜的風味起著重要作用。乙酸-2-甲基丁酯在玉美人、龍甜雪冠、創新1號、Elizabeth等[17]4個甜瓜品種中含量均很高,其對甜瓜香氣的貢獻率較大。【本研究切入點】前人主要對不同品種的甜瓜風味物質進行了相關研究,但不同施肥方式對甜瓜風味物質的影響報道較少。氮作為植物必需的礦質元素,可影響植株各種酶活性進而影響芳香物質的合成[18]。施用氮素水平過高,甜瓜生長旺盛,果實迅速膨大,可能導致甜瓜體內的營養失調,從而影響甜瓜特征芳香物質的積累[19]。在甜瓜生產管理中尚存在化肥科學施用問題[20-21]。【擬解決的關鍵問題】以甜瓜品種黃夢脆為材料,研究不同氮肥用量對成熟期甜瓜風味品質的影響,分析氮素運籌下甜瓜果實芳香物質變化規律,為提高甜瓜風味品質的技術措施提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗地位于海南省三亞市新疆農業科學院三亞農作物育種試驗中心,選擇海南主栽甜瓜品種黃夢脆。試驗地為改良的沙壤土,土壤有機質3.85 g/kg,堿解氮228.0 mg/kg,速效磷380.2 mg/kg,速效鉀135 mg/kg,土壤pH 6.94。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

設置7個處理,N0(不施氮)、N1(低氮)、N2(中氮量)、N3(高氮量)、CK(不施肥)、M(有機肥)。 每個處理重復3次。采用膜下滴灌栽培,1膜1行,吊蔓栽培,單蔓整枝,各株主蔓8～12節留1個瓜,第25節打頂。株行距0.5 m×1.2 m。2018年10月23日播種;2019年1月8日采收。2018年11月17日第1次施肥,甜瓜在整個時期每隔7 d隨水滴施,用氮肥作追肥,共施7次,2018年12月29日第7次施肥結束。施氮肥用尿素(46%N),磷鉀肥用磷酸二氫鉀(4%K2O3,52%P2O5)和過磷酸鈣(12%P2O5)。各施肥處理種植2行,按種植行隨機排列,重復3次。N0、N1、N2、N3處理每次施用過磷酸鈣 47.5 kg/hm2,磷酸二氫鉀60 kg/hm2。N1、N2、N3每次施用氮肥分別為49.56、62.17、74.34 kg/hm2。果期定果,每株1果,收獲時測產,計算單果重。表1

1.2.2 測定指標

芳香物質測定采用固相微萃取技術(HS-SPME)進行樣品萃取:果實去皮,果肉切塊混勻后于榨汁機中榨汁,吸取混勻果汁8 g置于15 mL頂空瓶中,加入2 g NaCl使揮發性成分充分逸出,加蓋封口,將老化后的75 μm的DVB/CAR/PDMS萃取頭插入樣品瓶頂空部分,于40℃吸附40 min,將吸附后的萃取頭取出后插入氣相色譜進樣口,于250℃ 解吸3 min,同時啟動儀器采集數據。GC-MS分析條件: 用美國安捷倫公司氣相色譜質譜聯用儀(HP7890B-GCMS5977) 測定分析。色譜條件:色譜柱,HP-INNOWAX型彈性石英毛細管柱60 m×0．25 mm× 0．25 μm,程序性升溫,進樣口溫度 250℃ ,起始溫度40℃,保留1 min,以 3℃/min升至246℃ ,保留3 min,載氣為高純氦氣,不分流;恒流1 ml/min,檢測器溫度200℃。質譜條件:GC-MS接口溫度250℃,電離方式為電子沖擊(EI),電子能量70 eV,離子源溫度 200℃ ,質量范圍29～600 amu。各組分經計算機NIST14譜庫檢索、保留指數比對、質譜圖比對分析并通過面積歸一化法計算。

表1 各處理施肥量

1.2.3 果實品質性狀

果實肉厚和果實外形用游標卡尺測量,可溶性固形物用手持測糖儀測定,含水量采用烘干法測定[21]。

1.3 數據處理

試驗數據采用Excel和 SPSS 18.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同施氮處理對甜瓜芳香物質成分的鑒定

研究表明,共檢測出346 種芳香物質,包括醇類、醛類、酯類、酮和醚類、烴類、芳環和雜環類、酸類。芳香物質主要含有正辛醇、反-6-壬烯-1-醇、順-6-壬烯-1-醇反-6-壬烯醛、3-脲基乙酸、硫代特戊酸、(+/-)-β-羥基-γ-丁內酯、乙酸乙酯、對二甲苯、乙酰肼等。甜瓜不同氮素施肥方式差異顯著。中氮(N1)處理芳香物質成分種類最多,共檢測出167種,包括41種醇、23種醛、57種酯、10種酮和醚、10種烴、26種芳環和雜環,有機肥(M)和不施氮(N0)處理所檢測出香氣物質較少分別為 136 種和 138 種香氣成分,其他 2 個處理分別檢測出香氣物質種類為: 148種(N2)和151種(N3)。

6個施肥處理共有的芳香物質為 25種,醇17種(4-羥基-2-丁酮、苯乙醇、苯甲醇、正庚醇、正辛醇等),醛10種(正辛醛、壬醛、反-2-壬醛、反-4-壬烯醛、反-6-壬烯醛等),酯12種(乙酸乙酯、花生四烯酸甲酯等),酮和醚6種(6-甲基-5-庚烯、10-二甲基-5,9-十一雙烯-2-酮、異佛爾酮),烷2種(1-氯己烷、1,5,5-三甲基-5-亞甲基-6-環己烯),芳環雜環6種(對二甲苯、2,5-二甲氧基甲苯、2,4-二叔丁基苯酚、2,5-二叔丁基-1,4-苯醌、萘等),其他2種(羥基脲、亞麻酰氯)。

特有芳香物質低氮(N1)12種,主要包括: 環癸醇、3,5-二甲基環己醇、順-2-甲基環己醇、10-十八醛、(Z)-2-壬烯醛等。高氮(N3)主要有α-松油醇、正己醇、2,4-二甲基-3-戊醇、5-甲基-1-己炔-3-醇、2,4-二甲基環己醇、反-2-十二烯醛等。不施氮有9種,主要有順-3-壬烯-1-醇、β-紫羅蘭醇、2-甲硫基乙醇、(-)-補身醇等。有機肥(M)有4種,主要異戊醇、人參環氧炔醇等。中氮(N2)有2種。不施肥(CK)有8種4-[(1-乙基丙基)氨基]-2-甲基-3,5-二硝基苯甲醇、十二烷基七聚乙二醇醚、2-甲基-1-十六烷醇、3,7-二甲基-6-辛烯-1-醇、13-十七炔-1-醇、柏木腦、2-十一烯醛等。表2

2.2 不同施氮處理對甜瓜芳香物質含量的影響

研究表明,分為3組:CK-N0無氮對照-平衡磷鉀;N0-N1-N2-N3氮漸增小組;M-N2-(CK) 有機氮-平衡氮小組。在各個小組中,不施氮(N0)的醇、酸類含量均高于CK,而酯、酮和醚、烴、芳環和雜環類低于CK。M醛、酮和醚類物質相對百分比增加,而醇、酸、烴、芳環和雜環類則相對較低。N0-N1-N2-N3對比醇、烴、芳環和雜環都分別出現高峰:醇-N1、烴-N2、芳環和雜環-N2,酸、酮和醚都分別出現低谷值,分別是醛-N1、酸-N3、酮和醚-N2。平衡磷鉀處理有6種相對含量超過5%的物質:正辛醇(11.37%)、順-6-壬烯醛(8.79%)、反-6-壬烯-1-醇(7.29%)、反-2-,順-6-壬二烯醛(6.69%)、1-壬醇(6.51%)、反-6-壬烯醛(6.29%),這些含量較多的芳香物質大部分屬于醇和醛,小部分屬于酯,其余物質均低于5%。平衡氮處理中平均含量排列大于5%的物質為:正辛醇(11.72%)、反-2-,順-6-壬二烯醛(8.75%)、順-6-壬烯醛(8.18%)、反-6-壬烯醛(7.22%)、反-6-壬烯-1-醇(6.79%)、反-2-壬醛(6.35%),含量較多的芳香物質物質大部分屬于醛,小部分屬于醇,其余物質均低于5%。有機肥處理的正辛醇(14.26%)、反-6-壬烯醛(12.69%)、反-6-壬烯-1-醇(10.92%)、反-2-壬醛(6.93%)、反-2-順-6-壬二烯醛(6.86%)、壬醛(6.64%)為前6種相對含量較高的物質。在特有芳香物質中,平衡磷鉀處理的順-6-壬烯醛(3.77%)、順-3-壬烯-1-醇(2.11%)、1-壬醇(2.79%)和有機肥處理的順-3-壬烯-1-醇(2.11%)等含量相對較高,其他物質相對含量均在1%以下。酯類相對含量由高到低依次為N3、CK、N2、N1、M、N0。醛類含量隨著氮素升高而升高,N3最高,N0最低。醇類相對含量由高到低依次為N0、M、N1、N2、N3、CK。烴類、芳環和雜環類N1最高。酮和醚類CK最高,N1最低。醇類、酸類、酯類隨著施氮肥處理,差異顯著 (P<0．05),其他差異都不顯著。N1中乙酸丁酯、乙酸己酯相對含量較高。2-甲基丁酸乙酯只有N3檢測到。乙酸乙酯隨著施氮量的增加有增加趨勢。表3

2.3 不同氮素施肥方式對甜瓜果實特性的影響

研究表明,高氮(N3)的中心可溶性固形物含量最高為15.40%,有機肥(M)處理中心可溶性固形物含量最低,為13.4%,其他中心可溶性固形物含量CK、N0、N1、N2分別為14.67%、15.27%、14.63%、15.07%,各處理間與有機肥(M)差異顯著。中氮(N2)處理,單瓜重最高為1.95 kg,不施肥(CK)處理最低為1.74 kg。單瓜重隨著施氮量的增加總體呈現先升后降的趨勢。各處理含水量均高于90%。各處理含水量都高于90%。果肉含水量高氮(N3)含量最高為93.04%,缺氮(N0)最低為91.71%。果皮厚各處理差異顯著,中氮(N2)處理果皮厚最高為1.03 cm,低氮(N1)和CK最低都為0.70 cm。表4

3 討 論

3.1不同施肥方式引起甜瓜芳香物質的成分、含量的變化,導致共有芳香物質種類含量的差異以及特有特征成分的存在。甜瓜京玉5號在較低氮素處理水平下,芳香物質含量相對較高[19]。含水量在90%以上的哈密瓜,外觀、色澤、口感均表現良好[22-24]。甜瓜品種黃皮9818在設施栽培條件下不同氮素處理后酯類和醇類物質所占比重最大,其次為醛類物質,在芳香物質種類上,不施氮和不施肥處理所檢出芳香物質最少[25]。厚皮甜瓜中蜜5號施鉀肥量不足或施鉀量過多,芳香物質的含量均有所降低,特征香氣含量隨鉀肥施用量的增加而呈現先增加后降低的趨勢[26]。試驗在不同氮素水平處理后直接影響了甜瓜成熟期芳香物質種類和含量的變化。中氮(N1)處理甜瓜特征芳香物質乙酸丁酯、乙酸己酯相對含量最高,芳香物質種類最多,有167種,有機肥(M)和不施氮(N0)處理所檢測出香氣物質最少分別為136種和138種香氣,低氮有利于甜瓜黃夢脆芳香物質種類的增多和特征芳香物質含量的積累。各處理醇類、醛類相對含量最高,酯類次之,與前人研究甜瓜中醇類、醛類、酯類是主要的香氣成分觀點相似[12,23]。

3.2不施氮(N0)的處理中的特有芳香物質為:順-6-壬烯醛、1-壬醇、順-3-壬烯-1-醇、2-甲硫基乙醇、3-脲基乙酸等物質。有機肥處理的特有芳香物質為:順-3-壬烯-1-醇、2-甲硫基乙醇、3,5-二甲基-1-己烯、1-辛烯-3-炔、β-紫羅蘭醇等物質。這些醇類物質帶有較強的花香感覺,能給感官的評價帶來一些提升,且β-紫羅蘭醇只在施用了有機肥的處理中出現,故此類物質也可作為有機肥施用的特征物質。在有機肥處理的小組中觀察到了一些平衡氮處理檢測不到的特征芳香物質。這些物質相對含量相對低,有可能在甜瓜的風味上造成一定影響,如:2-甲硫基乙醇(0.6872%)、3,5-二甲基-1-己烯(0.1667%)、β-紫羅蘭醇(0.0041%)。

3.3高濃度氮肥有利于甜瓜營養階段生長,中等濃度氮肥處理對其產量提高有利,低濃度氮肥處理則能保障甜瓜品質,合理的氮肥施用量才能保證甜瓜產量和品質。[27]。以不同氮肥濃度對甜瓜南海蜜處理,結果發現高氮肥水平對甜瓜產量有抑制作用[28-29]。同一供鉀水平下,高氮處理甜瓜單瓜質量顯著高于低氮處理[20]。試驗中,中氮(N2)處理單瓜重最高,低氮和高氮均不利于單瓜重的提高。而高氮(N3)處理中心可溶性固形物含量最高,芳香物質的種類和含量也隨施肥不同而變化,最終影響甜瓜品質和產量。

4 結 論

共檢出346 種芳香物質。低氮(N1)處理芳香物質成分最為豐富,有167 種,其中酯類57種、醇41種 、醛23種;有機肥(M)和不施氮(N0)處理所檢測出香氣物質較少分別為 136種 、 138 種;各處理中醇類、醛類含量最高,酯類次之;高氮(N3)處理酯類含量最高,N0處理酯類最低;隨著氮素水平增加而出現的芳香物質有:丁酸乙酯、丙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、2-Butyn-1-one、1-cyclohexyl-4、4-diethoxy-、(E)-non-6-en-1-ol等;6 個施肥處理共有的芳香物質為 25種,主要為醇類、醛類和酯類;在特有芳香物質方面,低氮(N1)最多有12種;特征芳香物質乙酸乙酯隨著施氮量的增加有增加趨勢,乙酸甲酯施氮量的增加有先升后降的趨勢;高氮(N3)處理中心可溶性固形物含量最高,有機肥(M)處理中心可溶性固形物含量最低;中氮(N2)處理單瓜重最高,CK最低;在不同氮素水平條件下,引起甜瓜芳香物質的成分、含量的變化,導致共有芳香物質種類含量的差異以及特有特征成分的存在;低氮(N1)處理有利于提高芳香物質的種類和甜瓜特征芳香物質乙酸丁酯、乙酸己酯的相對含量;合理的氮肥施用量才能保證甜瓜產量和品質,中氮(N2)處理對其單果重提高有利,且單瓜重隨著施氮量的增加呈現先升后降的趨勢。