豆饼与尿素配施对薄皮甜瓜果实酯类香味物质及关键酶的影响

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　　摘要：以薄皮甜瓜（Cucumis melo var. makuwa Makino）果实为试材，研究了豆饼、尿素及豆饼与尿素配施对薄皮甜瓜果实酯类香气物质及关键酶的影响。结果表明，尿素处理促进了C6醇和C9醇、C6醛和C9醛物质合成，抑制了乙酸脂类和非乙酸酯类物质的合成;豆饼与尿素配施明显促进了果实中酯类物质的种类和含量的增加，尤其是提高了成熟果实中乙酸乙酯、乙酸己酯、2-甲基丁酸乙酯、异丁酸乙酯4种特征性酯类物质的含量，而豆饼处理主要是促进了非特征性酯类物质的种类和含量的增加。此外，不同处理甜瓜果实酯类物质的合成与关键酶活性变化相关，尤其是ADH和AAT活性。
　　关键词：豆饼;尿素;薄皮甜瓜（Cucumis melo var. makuwa Makino）;酯类;酶活性
　　中图分类号：S652.2         文献标识码：A
　　文章编号：0439-8114（2019）24-0096-05
　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.24.023           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Effect of soybean cake co-application with urea on esters aroma components
　　and key enzymes in Cucumis melo var. makuwa Makino
　　CHEN Ye-wena，JIN Ya-zhonga，ZHANG Xing-meib，LIU Chun-meib，WANG Pengb，
　　CHEN Feia，CHEN Ying-tonga，YANG Liana，HE Shu-pingb
　　（a.College of Horticulture and Landscape Architectrue;
　　b.College of Agronomy，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319，Heilongjiang，China）
　　Abstract： Cucumis melo var. makuwa Makino used as materials， the effects of soybean cake， urea and soybean cake co-application with urea on esters aroma components and key enzymes activity were investigated. The results showed that urea treatment obviously promoted the synthesis of C6 and C9 alcohols and aldehydes in fruits and suppressed the synthesis of acetic esters and non-acetic esters. Soybean cake co-application with urea treatment significantly promoted the content and kinds of esters， especially increasing the content of ethyl acetate， hexyl acetate， Ethyl-2-Methylbutyrate and ethyl isobutyrate， which are 4 kinds of characteristic esters; Nevertheless， soybean cake treatment mainly promoted the increasing of kind and content on non-specific esters. In addition， the synthesis of esters in melon fruits under different treatments was related to the changes of key enzyme activities， especially the activities of ADH and AAT enzymes.
　　Key words： soybean cake; urea; Cucumis melo var. makuwa Makino; ester; enzymes activity
　　薄皮甜瓜（Cucumis melo var. makuwa Makino）果實以其香味浓郁和脆甜的口感，深受消费者的喜爱。薄皮甜瓜芳香味是其重要品质指标之一，且受酯类物质种类和含量的影响，尤其是特征性酯类物质[1-3]，且这些特征性酯类物质的种类和相对含量受嫁接以及外源物质等的影响，进而导致了果实香味的差异[4-6]。在番茄[7，8]、桃[9，10]、蓝莓[11]中的研究也表明外源物质处理、贮藏、光质、施肥等措施促进或抑制了果实中特征性香气物质的合成。甜瓜植株喜氮、钾肥，但是氮肥过量则降低了果实中乙酸丁酯、乙酸-2-甲基丙基酯和2-甲基丁酸乙酯等特征性芳香物质含量[12]。在苹果[13]、鸭梨[14]以及桃[9]研究中，有机肥的施用提高了果实中乙酸己酯、丁酸己酯、丁酸-2-甲基己酯、丙酸乙酯、2-甲基丙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯等特征香气物质的含量。豆饼肥的施用以及与尿素配施是否能改变薄皮甜瓜特征性酯类物质鲜有报道。在甜瓜果实中，有研究已经表明醇脱氢酶（ADH）和醇酰基转移酶（AAT）是果实酯类物质合成的关键限速酶[4，7，15-17]。因此，本试验采用基质栽培的方式，以薄皮甜瓜品种DX108为试材，研究豆饼肥与尿素配施对薄皮甜瓜酯类物质合成的影响，为在甜瓜优质绿色栽培中减少氮肥使用量的应用提供理论依据。 　　1  材料与方法
　　1.1  材料
　　盆栽试验采用基质栽培的方式进行，基质为草炭∶河沙=3∶1比例配制的混合基质，每桶装填10 kg基质。供试薄皮甜瓜为黑龙江八一农垦大学园艺系甜瓜课题组繁育的DX108自交系品种（花后30～33 d成熟），采用穴盘育苗，当幼苗长出第4片真叶时，选取生长大小基本一致、无病虫害的幼苗定植于桶中。
　　供试肥料为常规肥料，尿素（含N为46%）、含磷（P2O5）46.0%和含N 21.2%的磷酸二铵和含钾（K2O）34.3%的硫酸钾;试验用豆饼肥为实验室自主研制，含全氮6.46%，磷（P2O5）1.34%，钾（K2O）1.45%。
　　1.2  试验设计
　　对照（CK）为化学肥料处理，采用肥料为尿素（含N为46%，用量10 g/桶）、含磷（P2O5）46.0%的磷酸二铵（用量6.52 g/桶）和含钾（K2O）34.3%的硫酸钾（用量8.74 g/桶），肥料的用量为纯N 600 mg/kg、P2O5 300 mg/kg和K2O 300 mg/kg;A处理为纯N 300 mg/kg+豆饼（纯N 300 mg/kg计算用量），豆饼用量为46.5 g/桶，尿素用量为4.15 g/桶，磷酸二铵用量5.17 g/桶，硫酸钾6.78 g/桶;B处理为豆饼处理，所用量根据纯N 600 mg/kg来计算，用量为93 g/桶，磷酸二铵用量3.81 g/桶，硫酸钾用量4.81 g/桶。在桶中填混合基质时，CK处理1/2氮磷钾肥料以基肥的形式混合到基质中，其余的肥料再平均分成两份，分别在甜瓜植株伸蔓期和果实坐果后进行追施;A处理和B处理所用磷钾肥在装填桶时与基质混合均匀，豆饼肥与桶中20 cm基质混合均匀。每个处理3次重复。在甜瓜生长的20、25、30、35 d进行采集甜瓜果肉样品，置于-40 ℃冰柜中进行贮藏，用于各项指标的测定。
　　1.3  测定项目与方法
　　香气物质测定：采用顶空固相微萃取（SPME）技术提取不同处理薄皮甜瓜果实香气成分，经气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）進行测定分析，参照齐红岩等[6]采用的检测方法进行测定。
　　香气物质合成关键酶活性测定：ADH酶和AAT酶活性测定参照李岩[4]的方法进行测定。
　　1.4  数据处理与统计分析
　　采用Excel 2010和SPSS 19.0软件对数据进行处理和统计分析，采用Duncan’s新复极差法进行显著性分析，利用Origin 8.0软件进行绘图。
　　2  结果与分析
　　2.1  不同处理对薄皮甜瓜果实香气物质种类及含量的影响
　　由表1可以看出，薄皮甜瓜果实中香气物质主要由酯类、醛类、醇类物质组成，且随着果实的发育以及施肥处理的不同，这些香气物质种类以及含量存在差异。尿素单独处理（CK）果实中，随着果实发育，乙酸酯类种类呈现增加趋势，而含量呈现先增加后降低的变化趋势;非乙酸酯类种类呈现先增加后降低的变化趋势，而含量呈现先增加后降低的变化趋势;C6醇+C9醇、C6醛+C9醛物质含量呈现先升高而后又降低的趋势，而醛类物质种类呈增加趋势。豆饼+尿素（A）和豆饼（B）处理的果实中乙酸酯类和非乙酸酯类物质种类逐渐增多，而C6醇+C9醇、C6醛+C9醛物质种类减少。对于这些香气物质总含量而言，在各个时期，尿素处理的薄皮甜瓜果实中C6醇+C9醇和C6醛+C9醛物质含量明显高于豆饼+尿素和豆饼处理（表1），而在豆饼+尿素和豆饼处理的果实中乙酸酯类和非乙酸酯类香气物质含量显著高于尿素处理（P<0.05），花后20 d除外。而豆饼+尿素与豆饼处理相比，仅有非乙酸酯类物质含量之间存在显著差异（P<0.05）。
　　2.2  不同处理对薄皮甜瓜果实4种特征酯类香气物质的影响
　　由图1可以看出，尿素单独处理（CK）与豆饼（B）、豆饼+尿素（A）处理对薄皮甜瓜果实中乙酸乙酯的合成影响存在明显差异。尿素单独处理的薄皮甜瓜果实在花后20～35 d乙酸乙酯的含量呈现出先升高后降低的趋势，在花后30 d时出现峰值，且高于同时期豆饼、豆饼+尿素处理果实中的含量;而豆饼+尿素以及单独豆饼处理果实中乙酸乙酯变化规律相似，在花后25～35 d其含量逐渐升高，但是豆饼+尿素处理的薄皮甜瓜在35 d时果实中（成熟期）乙酸乙酯含量最高，显著高于豆饼和尿素单独处理（P<0.05）。
　　由图2可知，豆饼的使用影响了薄皮甜瓜果实发育中乙酸己酯的合成。等氮量条件下，单施尿素（CK）和豆饼+尿素（A）处理薄皮甜瓜果实中乙酸己酯含量随着果实发育逐渐升高，但在花后20～25 d果实中乙酸己酯含量呈现痕量级，25 d后合成增速，在花后35 d乙酸己酯的含量最高。对于单施豆饼（B）处理，在花后20～35 d，随着果实的生长发育，乙酸己酯含量先升高后降低，在花后30 d时出现峰值，且显著高于单施尿素和豆饼+尿素处理（P<0.05）;而在花后35 d，豆饼+尿素处理薄皮甜瓜果实中乙酸己酯的含量最高，显著高于单施尿素和单施豆饼处理（P<0.05），且单施豆饼处理的果实中乙酸己酯的含量最低。
　　由图3可知，在花后20～35 d，薄皮甜瓜果实中2-甲基丁酸乙酯含量呈现逐渐增加的趋势，在果实发育35 d时含量最高，且在果实发育的各个时期各处理之间2-甲基丁酸乙酯含量差异显著（P<0.05）。就各处理对2-甲基丁酸乙酯合成的影响而言，单施尿素促进了花后20 d薄皮甜瓜果实中2-甲基丁酸乙酯合成积累，豆饼+尿素处理则是25 d后促进了果实中2-甲基丁酸乙酯的积累;但单独豆饼处理则是25 d后薄皮甜瓜果实中2-甲基丁酸乙酯含量变化缓慢，且每个时期（25～35 d）果实中该物质的含量都显著低于尿素和豆饼+尿素处理（P<0.05），说明单施豆饼一定程度上抑制了2-甲基丁酸乙酯的合成，而单施尿素则促进了其合成。 　　从图4可以看出，等氮量条件下，薄皮甜瓜发育的不同时期，各处理果实中异丁酸乙酯含量变化存在差异。在花后20～35 d，单施尿素（CK）和单施豆饼（B）处理薄皮甜瓜果实中异丁酸乙酯含量极低或痕量级，而豆饼+尿素（A）处理的薄皮甜瓜果实在花后20～25 d，异丁酸乙酯也极低或痕量级，但豆饼+尿素处理薄皮甜瓜果实中异丁酸乙酯含量在花后30 d和35 d出现积累，35 d时果实中的含量最高，且显著高于单施尿素处理（P<0.05）。说明尿素和豆饼单施都抑制了该物质的合成，而二者配施则促进了30 d后果实中异丁酸乙酯的合成。
　　2.3  不同处理对薄皮甜瓜果实中ADH和AAT活性的影响
　　醇脱氢酶（ADH）是果实中酯类香气物质合成途径中催化醛类物质形成醇类物质的关键酶，为最终合成酯类物质提供前体。由图5可知，等氮量条件下，各处理薄皮甜瓜果实中ADH活性随着果实发育其变化存在差异。单施尿素（CK）和单施豆饼（B）处理薄皮甜瓜果实中ADH活性先降低而后迅速升高，而豆饼+尿素（A）处理果实中ADH活性逐渐升高，在30 d时达到峰值，之后降低。单施尿素与单施豆饼、豆饼+尿素处理之间相比较，在花后20～30 d，豆饼+尿素处理果实中ADH活性显著高于其他处理，而在花后20 d和25 d，单施尿素与单施豆饼处理果实中ADH活性无显著差异，但30 d后，3种处理之间相比较，其果实中ADH活性差异显著（P<0.05）。
　　果实香气物质合成的途径中，醇酰基转移酶（AAT）催化酯类物质的合成，是酯类物质合成最后一步的关键调节酶。由图6可知，3种处理薄皮甜瓜果实中AAT活性随着果实发育都呈现先升高，在30 d时达到峰值，之后降低的趋势。等氮量条件下，单施豆饼、豆饼+尿素处理果实中AAT活性在花后30 d时显著高于单施尿素处理（P<0.05），而在花后35 d时，豆饼+尿素处理果实AAT活性显著大于单施尿素和单施豆饼处理，而单施尿素与单施豆饼处理果实薄皮AAT活性无显著差异（P>0.05）。
　　3  小结与讨论
　　有机肥的施用或有机肥与化学氮肥的配施提高了苹果[13]、桃[9]、鸭梨[14]、香蕉[18]果实中特征性香气物质含量和种类，这与本研究结果相似。本试验分析豆饼、豆饼+尿素以及尿素处理对薄皮甜瓜果实酯类物质合成的影响，发现豆饼、豆饼+尿素处理降低了果实中C6醇和C9醇、醛的种类和含量，促进了酯类物质的合成。豆饼+尿素处理成熟果实中（花后35 d）酯香型物质（乙酸乙酯）以及果香型物质（2-甲基丁酸乙酯、乙酸己酯）含量的增加明显，显著高于豆饼和尿素单独处理，赋予了薄皮甜瓜果实浓郁的酯香味和果香味;而单独尿素处理的果实C6醇和C9醇、C6醛和C9醛的种类和含量显著高于豆饼和豆饼+尿素处理。此外，还发现尿素处理的果实中也含有较高的乙酸乙酯和2-甲基丁酸乙酯，但果实中总香气物质含量的比例较低，因此酯香味较低，因为薄皮甜瓜中香味主要由酯类物质决定其浓香味[7，17]。由此可知，豆饼肥+尿素的处理主要是通过调节果实中酯类物质，尤其是特征性酯香型和果香型物質（乙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、乙酸己酯）含量，进而提高薄皮甜瓜果实香味品质。
　　已有研究表明，薄皮甜瓜果实中酯类物质的合成与合成途径中ADH、AAT活性大小相关[4，6，15-17]。在薄皮甜瓜中，嫁接通过降低成熟果实中ADH和AAT的活性，进而影响了果实中乙酸己酯、2-甲基丁酸乙酯的含量[6]。在香蕉研究中，也具有类似的结果[18]。在本研究中发现，豆饼+尿素处理明显提高了薄皮甜瓜果实花后30 d和35 d果实中AAT活性以及花后20～30 d ADH活性，而尿素处理的果实中在25 d后，ADH活性增高明显;同时发现薄皮甜瓜果实中香气物质的种类和含量也发生变化，与果实中ADH和AAT活性变化存在着一定的相关性，因此推测豆饼与尿素配施可能是通过调节果实发育后期ADH和AAT协调作用，进而影响了酯类物质的合成，而尿素主要是调节了ADH活性导致了醇醛类物质含量较高，所以果实酯香味品质存在差异。而豆饼肥单独施用则可能是通过调节非特征性酯类物质合成影响了果实的香味。但豆饼肥的施用是如何通过一个调控网络进而调节酯类物质合成的分子机制还不清楚，需进行进一步探讨。
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