决定不同类型甜瓜果实品质差异的关键性状

徐伟欣1，刘 莉1,*，佘建华2，周 莉1，刘 翔1，张少慧1，李志文3

（1.天津大学环境科学与工程学院，天津 300072；2.新疆农业科学院园艺所，新疆 乌鲁木齐 830001；
3.国家农产品保鲜工程技术研究中心，天津市农产品采后生理与贮藏保鲜重点实验室，天津 300384）

摘 要：甜瓜果实品质直接影响消费者对果实的整体感官及购买力，其主要包括果实香气、色素、口感风味等，具有很强的品种特异性。为明确产生差异品质的原因，本研究采用主成分分析法和Pajek软件绘图法，比较了来自7 个类型的20 份甜瓜材料。结果表明：上述材料在果实成熟形态、香气物质构成及其他理化性状上均存在较大差异。对以上性状的主成分分析结果显示，前3 个主成分的累计贡献率达77.0%，PC1能将脱落、黄化及呼吸、乙烯激增等果实性状区分开来，PC2能够将形态学上的薄皮与厚皮甜瓜类型区分开来。Pajek软件所描绘的果实品质性状相关性网络显示，在所测定的香气及理化性状中，决定该差异的关键性状是醇类物质含量，以及果实呼吸速率、乙烯释放速率、黄化、脱落和香气物质总量等。

关键词：甜瓜；类型；品质；香气组成；主成分分析；相关性网络

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)

Abstract: 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 inter-varietal 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.

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

中图分类号：S651 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）09-0085-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201409018

近年来，甜瓜（Cucumis melo L.）在国内外市场所占份额在逐年升高，据世界粮农组织最新数据显示，2011年我国的甜瓜种植面积和产量分别为423000hm2和130.9万t，远超排在其后的伊朗、土耳其、埃及和美国，这得益于甜瓜独特的芳香和风味。甜瓜是葫芦科作物中变异最为丰富的一个种[1-2]。目前市场上的甜瓜品种多属于var. makuwa、var. inodorus、var. recticulatus和
var . cantalupensis。

甜瓜的果实品质是由芳香物质、糖酸比、质地及风味等诸多因素构成，这些性状直接或间接影响了消费者对甜瓜的购买力[3-7]，甜瓜种内包含跃变型和非跃变型两种成熟类型，因此在不同品种的甜瓜果实成熟及后熟过程中，会有呼吸、乙烯释放速率的显著差异，并伴随有不同程度的果实软化和芳香物质挥发的现象[8-9]。

呼吸类型、果实香气物质构成及其他性状的差异皆会使甜瓜表现出不同的果实品质。以往研究内容多局限于少数类型间的比较，对甜瓜众多变种及类型间尚缺乏较为系统的对比研究。本研究对来自7 个类型20 份甜瓜材料的香气及理化性状，采用主成分分析法，分析果实的品质性状，并通过Pajek 3.09画图软件[10]构建性状相关性网络，将果实性状之间的联系可视化。该网络依赖于20 份代表性甜瓜材料在成熟过程中香气构成、呼吸及乙烯释放速率和其他理化性状变异所得到的相关性矩阵。以期阐明决定不同类型甜瓜果实品质差异的关键性状，为提高甜瓜果实品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

本研究所涉及的甜瓜材料及类型见表1，范围涵盖薄皮甜瓜、菜瓜、Honeydew、Casaba、Cantaloupe、哈密瓜和网纹甜瓜等，包含目前国内外甜瓜市场上的主要类型。

表 1 实验材料统计及分类

Table 1 Experimental materials and their classification

1.2 仪器与设备

气相色谱-质谱（gas chromatograph-mass spectrometer，GC-MS）联用仪 美国Finnigan公司；固相微萃取头（100 µm） 美国Supleco公司；HP-INNOWAX（30 m×250 µm，0.25 µm）色谱柱 安捷伦科技公司；GC-2010气相色谱仪 日本岛津公司；便携式二氧化碳测定仪GXH-3051 美国Revco公司；Refractometer PAL-1手持折光仪 北京中科公司；
PHS-3C pH计 上海雷磁公司。

1.3 方法

1.3.1 甜瓜种植条件

甜瓜于2011年3月播种于天津大学北辰区实验基地，每个甜瓜品种种植20 株，采用单蔓整枝、微灌栽培、常规生产，厚皮甜瓜每株留1 个瓜，薄皮甜瓜每株留瓜3～4 个。在往年所记录的甜瓜果实发育期基础上，参照当年果实成熟状况，均于上午采收果实，测定果实的各项理化性状。因脱落和黄化是影响甜瓜品质及货架期的重要因素，所以在本研究中列为观察调查性状，并将发生果实黄化、脱落性状的记为1，反之记为0，每个处理设定3 个重复。

1.3.2 呼吸速率及乙烯释放速率的测定

参照Aurand[10]、刘园[11]、候田莹[12]等的方法测定，将实验材料在70%的相对环境湿度下平衡至少4 h后，24 ℃条件下置于密封干燥容器中静置2 h后取样。采用便携式二氧化碳测定仪测定顶空气体中的二氧化碳体积分数，计算呼吸速率；抽取20 mL气体，用岛津
GC-2010气相色谱仪检测气体中乙烯含量，检测条件为火焰离子检测器（flame ionization detector，FID），进样口温度110 ℃，柱温80 ℃，检测器温度110 ℃，载气（N2）流速35 mL/min，根据测定的峰面积计算乙烯释放速率。

1.3.3 香气成分的测定

参照Obando-Ulloa[13]、马永昆[14]等的方法，采用固相微萃取（solid-phase micro-extraction，SPME），取样前首先将固相微萃取头在气相色谱进样口老化2 h（老化温度为250 ℃）。将甜瓜果实去皮去籽后切成2 cm×2 cm小块，打浆，4 层纱布过滤后离心，取8 mL上清加入体积为15 mL的顶空瓶，添加2.8 g NaCl分析盐，于60 ℃萃取30 min，用GC-MS进行检测分析。

色谱柱：HP-INNOWAX（30 m×250 µm，0.25 µm）；升温程序：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；载气为He。

1.3.4 其他性状的测定

采用PHS-3C pH计测定果汁pH值；采用Refractometer PAL-1手持折光仪测定果肉可溶性固形物含量（Brix值，%），均设3 次重复。

1.4 数据分析

采用SSPS 17.0软件对7 个类型20 份材料的17 个品质性状，进行主成分分析。通过Pajek 3.09软件描绘果实品质性状间的相关性，首先通过SPSS17.0软件计算果实性状间的相关系数，对于所有的相关系数，计算P值，并描绘具有显著性的相关关系（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 果实的品质性状与感官

甜瓜的营养价值在世界十大著名水果中位居第2位，深受人们的青睐，这有赖于其独特的风味和品质，其果实品质是由香气、颜色、糖酸比、质地和营养成分含量等性状综合决定的[15-18]，一直以来，香气和含糖量都是果实品质评价最重要的两个指标。有研究[19-21]指出芳香物质是甜瓜果实品质的主要构成成分，其组成和含量是衡量甜瓜品质的重要指标。

由表2可知，不同类型甜瓜的各品质性状间具有较大差异。从香气物质构成方面来看，不同甜瓜品种所检测到的香气种类、总峰面积及各类香气物质的相对比例明显不同。香气种类上，供试材料中检测所得香气种类数极值相差16 种之多，分别是最多的Ogen（51 种）和最少的一窝猴菜瓜（35 种）；香气总峰面积Cantaloupe类型普遍较高，其中Anana最高，是最低的Casaba类型T19-3的约34倍；各类香气物质的相对比例方面，
var. conomon的一窝猴菜瓜乙酸酯类含量最低（37.73%），而醛类含量（37.26%）则显著高于其他品种，此外，该品种的可溶性固形物含量、pH值和糖酸比均最低，多用于腌渍和炒食，表现出典型的黄瓜清香味，这或许是高含量醛类物质与低含量乙酸酯类物质协同作用的结果，这一发现与Saftner等[22]对Cantaloupe类型以及具绿色、橘色果肉Honeydew类型的多个材料的测定结果一致，他们推测甜瓜的高甜度是可溶性固形物和挥发性芳香物质共同作用的结果。刘勇等[19]也发现可溶性糖含量与感官检验的甜度、酸度、质地和感官检验项目总分分别呈显著正相关。此外，Lester等[23]发现相比其他理化性状，可溶性固形物含量与果实整体感官之间具有较好的相关性（r=0.52）。本实验中绝大多数材料所测定的香气物质具有果香、甜香味，其中糖酸比较高的材料表现出浓蜜的香甜口味，使其具有良好的感官品质。

果实成熟时乙烯峰的出现及理化性状上的变化是使果实产生良好风味的重要原因[24-25]。甜瓜种内既有跃变型又包含非跃变型的成熟类型，具有典型呼吸跃变特性的Cantaloupe类型甜瓜的呼吸速率（平均为14.32mg CO2/（kg•h））及乙烯释放速率（平均为51.44μL/（kg•h））都显著高于其他类型（平均值分别为6.04mg CO2/（kg•h）和11.24μL/（kg•h））。此外，厚皮甜瓜的果实发育期为40～48d，比薄皮甜瓜普遍长15～20d，具有较大的单果质量。但厚皮甜瓜之间的果实单果质量也存在较大差异。

2.2 果实品质性状的主成分分析

对7 个类型20 份甜瓜材料的共17 个品质性状进行主成分分析，并对主成分因子载荷做散点图，如图1所示。前3 个主成分的累计贡献率达77%，其中PC1和PC2的贡献率分别为34.5%和26.3%。Cantaloupe类型的Charentais、Anana、Ogen和RMD位于PC1的正向区域，与其他材料区分开来，这与果实黄化、脱落、非乙酸酯类含量、呼吸速率、乙烯释放速率、香气物质总量以及种类等果实性状密切相关。var. reticulatus和var. inodorus位于PC2的正向区域，主要受单果质量、可溶性固形物含量、果实发育期、乙酸酯类含量、糖酸比、其他类物质及醛类物质含量等性状的显著影响，PC2能将形态学上的薄皮（菜瓜和香瓜类型）和厚皮甜瓜区分开，与甜瓜果实的品种特异性相关，如var. conomon就因其较高的醛类物质含量而被明显地区分开来。该结论与文乐欣等[26]对9 个不同变种及类型的370 份甜瓜种质资源24个性状进行的主成分分析结果一致，PC1和PC2分别能将生态学上的薄皮甜瓜和厚皮甜瓜类型以及具有显著脱落和黄化现象的类型区分开来。

图 1 20份甜瓜材料的品质性状主成分分析图（A）及主成分因子载荷散点图（B）

Fig.1 PCA plots for fruit characteristics of 20 melon materials (A) and loading scatter diagram of principal components (B)

2.3 不同类型甜瓜果实品质性状间的相关性分析

采用SPSS 17.0软件的Pearson双侧检验，分析得出包括果实发育期、单果质量在内的共17个特征值的相关性（表3）。并在此基础上，得到以上性状的相关性矩阵，通过Pajek 3.09软件描绘出不同类型甜瓜品质性状间的相关性图，将不同性状之间的联系可视化，如图2所示。

图中只描述显著相关关系（P＜0.05）；线的粗细与相关系数有关，实线和虚线分别表示图中性状间是正相关和负相关；每一个节点的大小表明该节点在图中中心度的大小。

图 2 甜瓜果实香气及其他理化性状的相关性网络

Fig.2 Correlation network of aroma and physicochemical traits of melon

Pajek绘图软件是分析大型复杂网络的有力工具，主要用于研究目前所存在的各种复杂非线性网络。Aurand等[10]将其应用于番茄果实质地及其他理化性状间的可视化分析，结果显示，网络中有3个节点的中间中心度较高：分别为果皮细胞体积、穿刺测试所得果肉硬度和果实直径。中心度表征着某个节点对网络中资源控制的程度，节点的中心度越高，就越多地占据资源的关键位置。本研究对来自5个变种共7个类型的20份甜瓜材料，采用SPSS17.0软件构建果实品质性状间的相关性矩阵，通过Pajek3.09描绘出如图2所示相关性网络。在本研究所测定的果实香气及理化性状中，最为突出的是醇类物质含量，该节点的中心度最高，并且由图2可知，果实中醇类物质的含量除与单果质量呈正相关（r=0.530）外，与果实的黄化、脱落、香气总峰面积、呼吸速率、乙烯释放速率及非乙酸酯类含量均呈负相关（r=－0.620～
－0.470），而上述性状的中心度又均仅次于果实的醇类物质含量，可见其对果实品质的影响占有重要地位。较为有趣的是，果实的pH值与糖酸比并无显著性相关关系，而是与果实发育期、非乙酸酯类物质含量、醛类物质含量及酮类物质含量有程度不一的相关关系，该发现与本研究中对var. conomon甜瓜的感官及PCA结果描述较为一致。此外，醛类物质含量与果实的含糖量、pH值及乙酸酯类物质含量均呈极显著负相关（r=－0.620～－0.600）。

3 结 论

Pajek软件可用于将包含上千乃至数百万个结点大型网络的分析和可视化操作，但目前很少有将其应用到果实品质性状分析领域的报道。本研究所测果实性状中中间中心度最高的节点是醇类物质含量，其次是呼吸速率、乙烯释放速率、黄化、脱落、香气总量及非乙酸酯类含量等，并且这些性状间存在非常紧密的相关关系，对上述性状进行适当调控对保持甜瓜果实品质具有重要作用。运用Pajek软件可以准确、明了地描述果实品质性状间的复杂关系，并指出该复杂网络中至关重要的性状，为果实品质研究提供了一条便捷的途径。

主成分分析结果显示，PC1和PC2分别能将具有显著脱落和黄化现象的类型和生态学上的薄皮与厚皮甜瓜类型区分开来。Cantaloupe类型的几个甜瓜材料因具有较高的香气物质种类数和总含量，以及较高水平的呼吸、乙烯释放速率、果实黄化/脱落而表现出浓郁的芳香风味；var. reticulatus和inodorus则具有较高的可溶性固形物含量、单果质量、乙酸酯类含量、醇类物质含量以及糖酸比，且普遍果实发育期较长；var. conomon甜瓜具有较高的醛类物质含量，与其他材料明显地区分开来。

本研究旨在通过主成分分析法和Pajek软件绘图法，分析并描绘不同类型甜瓜果实品质性状间的差异与联系，以期将其可视化、简单化，为更好地了解甜瓜品质提供科学、简明的方法，为明确决定不同类型甜瓜果实品质差异的关键性状提供途径。

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