钼酸铵对‘千玉6号’甜瓜果实营养品质和挥发性物质的影响

马雪强，高子星，王君正，屈 锋，张 佼，胡晓辉

(西北农林科技大学 园艺学院/农业农村部西北设施园艺工程重点实验室/陕西省设施农业工程技术研究中心，陕西杨凌 712100)

甜瓜(CucumismelonL.)是具有高附加值的世界性水果，随着生活水平的不断提高，人们日益关注甜瓜品质[1-2]。甜瓜果实所含维生素C、还原糖、可溶性蛋白质等人体所需要的营养、保健成分对促进人体营养吸收、缓解疲劳起到积极作用；此外，由嗅觉所感知的香气风味也是判断甜瓜品质优劣决定性参数之一[3]，甜瓜果实中已被检出240余种香气成分[4]；但随着研究的深入，人们发现各香气成分之间的阈值(即化合物能被人嗅觉感知的最低浓度)存在显著差异[5-7]，因此，以往人们仅用单一浓度衡量香气成分对香气体系的贡献度的方法已难以满足香气表征需求；而香气活力值(odor activity value，OAV)从浓度和阈值两个维度揭示了香气成分对香气体系的贡献，并为表征关键香气成分提供了一种有效技术手段[8]。

果品香气形成受多种因素影响，除品种、成熟度及贮藏等条件外，微肥处理也会影响果品香气风味[9]。研究表明，3.8 mg/L硼酸营养液处理下番茄果实果香味更为浓厚、香气物质更加丰富[10]，而叶面喷施一定浓度硼酸也显著增加了富士苹果挥发性物质种类和含量[11]，喷施有机硒后薄皮甜瓜香气成分和营养品质也有显著提升[12]。钼也是生物必需微量元素之一，适当食用含钼食品对抑制癌细胞增殖、诱导癌细胞凋亡有积极作用，人体缺钼则会导致机体免疫力水平下降[13-14]；钼还通过构成硝酸还原酶、固氮酶等酶类参与植物体内氮、碳、嘌呤、激素和硫代谢过程，以此直接影响果实营养物质合成与分解，间接影响芳香物质形成[15-16]。但目前关于钼对植物挥发性香气形成的研究多见于烟草、大豆等经济作物[17-19]，在园艺作物中相关报道还较为缺乏。

因此，本研究在有机基质袋式栽培条件下，以‘千玉6号’薄皮甜瓜为试材，采用化学方法对不同四水合钼酸铵浓度灌溉营养液处理下的盛果期甜瓜果实的营养品质进行测定，同时借助顶空固相微萃取(headspace solid phase micro-extraction，HS-SPME)与气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)技术对果实香气物质进行定性和定量分析，并结合OAV分析确立其特征香气成分，最后采用逼近理想解排序(technique for order preference by similarity to ideal solution，TOPSIS)结合主成分分析(principal component analysis，PCA)对甜瓜营养及特征香气进行综合评价，以期寻找出适宜的营养液钼肥浓度，为甜瓜优质生产提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验栽培所用甜瓜‘千玉6号’为果香型薄皮品种[20]；栽培基质由牛粪、菇渣、珍珠岩(体积比为 2∶4∶3)腐熟发酵而成，其理化性质包括：硝态氮634.02 mg/kg、铵态氮75.5 mg/kg、速效磷 712.00 mg/kg、速效钾4 388.98 mg/kg、有效钼0.121 mg/kg、有机质201.47 g/kg、pH 6.5、电导率(EC)2.81 μS/cm、体积质量2.04 cm3/g、气水比1∶1.63。

1.2 试验设计

于2019年5月25日选取长势一致、植株健壮且无病虫害的3叶1心甜瓜幼苗定植于陕西省杨凌农业示范区千玉合作社非对称大跨度塑料大棚内(34°28′N、108°07′E)，袋式栽培，每袋装基质18 L，定植2株，株距40 cm。灌溉营养液四水合钼酸铵[(NH4)2MoO4·4H2O]设置0、0.02和0.04 mg/L 共3个浓度水平，且分别记为M0、M1和M2；其他营养元素供应量同标准山崎甜瓜营养液配方。每处理重复3次，每小区(11 m×1.8 m)定植两行为1次重复，行距80 cm[21]。开花坐果后到取样前(果实成熟期)，晴朗天气时每3 d施肥1次，各水平(NH4)2MoO4·4H2O施入量分别为0、0.537和1.074 mg/株，单蔓整枝方式，每株留瓜4个，其余田间管理按常规进行。

1.3 测定项目及方法

在果实成熟期，各处理随机选取4株长势基本一致的植株，每株选取成熟度、大小和色泽相同且果面无损伤果实各2个，蒸馏水冲洗干净，瓜蒂和瓜脐部位2 cm处及瓜瓤切除后，将不同处理各果实1/2部分快速粉碎成匀浆后储存用于营养品质及挥发性物质测定，剩余部分置于烘箱中 105 ℃杀青、65 ℃烘干至恒量、粉碎过筛混匀后消解测定全钼含量。

1.3.1 营养品质测定 采用3,5-二硝基水杨酸法测定还原糖含量，用钼蓝比色法测定抗坏血酸含量，用氢氧化钠滴定法测定有机酸含量，用考马斯亮蓝G-250比色法测定可溶性蛋白质含量，游离氨基酸含量采用茚三酮显色法测定，硝酸盐含量采用水杨酸法测定[22]；采用手持数字折光仪测定可溶性固形物含量，用ICAP Qc型电感耦合等离子体质谱仪测定果实全钼含量。

1.3.2 挥发性物质成分和含量测定 顶空固相微萃取条件：采用ISQ型 GC-MS联用仪进行挥发性物质测定。精确称取5.0 g甜瓜样品于40 mL顶空瓶中后，加1.5 g NaCl(分析纯)进行细胞破壁，再加入10 μL含量为0.04 μL/mL的2-辛酮(质谱级)标样，锡箔纸封口，拧紧盖子后放置于搅拌速率为500 r/min、温度为50 ℃的恒温磁力搅拌器上平衡10 min。平衡结束后，将在 250 ℃条件下老化1 h的固相微萃取头垂直插入顶空瓶内，缓慢推出纤维头，与样品液面保持2.0 cm距离，50 ℃顶空吸附30 min，250 ℃解吸2.5 min，采集数据。

色谱条件：色谱柱型号为HP-INNOWax 弹性石英毛细管柱(60 m×0.25 mm，0.25 μm)；载气为高纯度He(99.999%)，流速1.0 mL/min。升温程序：初始温度为40 ℃，保持 2.5 min后以10 ℃/min升至110 ℃，再以6 ℃/min升温至 230 ℃，维持8 min，进样口温度250 ℃，不分流进样。

质谱条件：电子电离(EI)；电子能量70 eV；离子源温度 250 ℃；质谱扫描质量范围35～450 m/z。

定性分析：将相似性指数(similarity index，SI)大于800的未知化合物质图谱经计算机检索并结合人工图谱解析及资料分析后进行初步定性。

定量分析：以2-辛酮为标样，采用内标法进行物质定量。计算公式如下：

Z=(S1/S2×m×1 000)/M

(1)

式中，Z代表香气物质含量(μg/kg)；S1、S2分别代表样品的峰面积、内标物的峰面积；m、M分别代表内标物的质量(μg)、样品的质量(g)。

OAV分析：在各种挥发性成分定量的基础上，根据参考文献中各挥发性物质在水中的风味阈值，按下式计算各成分的OAV值(odour activity value)：

OAVi=Oi/OTi

(2)

式中，Oi为甜瓜香气组分含量(μg/kg)；OTi为组分i在水中的香气阈值(μg/kg)，OAV值不小于1的化合物被认为是特征效应化合物。

1.4 综合评价分析

参考Liang等[23]和李玲等[24]的方法，构建原始评价参数矩阵；设有n个评价对象，m个评价指标，原始数据可写为矩阵X=(xij)n×m，本试验中n=3，m=17；

(3)

将原始数据进行标准化处理。

(4)

采用SPSS25.0软件将原始数据进行主成分分析，确定各主成分特征值Aj、载荷权数Bj和方差贡献率Cj，求得各指标在线性组合中的系数Fj，即

(5)

利用Fj求得各指标参数在综合得分模型中的系数Pj，即

(6)

确定各品质指标权重Wj，即

(7)

建立归一化决策矩阵Rij，即

Rij=Wj×Xij

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

计算第i个指标与最优理想解的趋近程度Ci，即

(13)

Ci越趋近于1表明相应评价指标越接近最优水平，反之，Ci越趋近0，表示评价指标越接近最劣水平。将趋近程度Ci作为各处理综合得分，排序比较后得出最优处理。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2010 记录整理数据并完成图表制作，用SPSS 25.0进行单因素方差分析，Duncan’s法进行显著性检验(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同浓度钼酸铵对甜瓜果实营养品质的 影响

硝酸盐含量是蔬菜安全品质监控的重要指标之一，瓜类蔬菜硝酸盐含量高于438 mg/kg时则不宜食用，而还原糖、可溶性蛋白质等含量的高低则与甜瓜的口感、风味等密切相关。本研究中不同处理对各甜瓜果实营养品质指标的影响差异显著(表1)；其中甜瓜果实可溶性蛋白质、可溶性固形物和硝酸盐含量均随钼酸铵水平增加呈先升高后降低趋势，游离氨基酸和可滴定酸含量与之相反；与M1处理相比，M0和M2处理可溶性蛋白质、可溶性固形物与硝酸盐含量分别显著降低 17.39%和13.93%、11.07%和4.59%及7.45%和21.88%，游离氨基酸与可滴定酸含量则分别显著增加27.91%和47.39%、13.40%和 53.11%；甜瓜抗坏血酸和全钼含量均与营养液中钼酸铵浓度呈正相关，与M2处理相比，M0和M1处理果实抗坏血酸和全钼含量分别显著降低 62.33%和46.80%、44.24%和18.11%；M0与M1处理还原糖含量无显著差异，但均显著高于M2处理。表明施用内含0.04 mg/L(NH4)2Mo4·4H2O的营养液能够通过提高抗坏血酸、游离氨基酸、可滴定酸和全钼含量，降低硝酸盐含量有效改善提高营养品质。

表1 不同处理甜瓜果实营养品质

2.2 不同浓度钼酸铵对甜瓜果实芳香物质的 影响

2.2.1 甜瓜果实芳香物质成分和含量 经计算机及数据库检索发现(表2)，各处理甜瓜果实中共检测到46种相似指数大于800的香气物质，包含酯类21种、醇类12种、醛酮类6种和7种其他物质；其中，共有香气物质含量从多到少依次为M0 >M1 >M2，具体包括9种酯类、3种醇类、1种醛酮类和2种其他物质；此外，各处理均检到6种不同的特有香气成分，M1处理为乙酸乙酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯、3-(甲硫基)丙酸乙酯、顺-3-己烯-1-醇、正丁醇和二十烷，M1处理为1-己醇、(E)-2-壬烯醛、壬醛、(E)-6,10-二甲基-5,9-十一双烯-2-酮、反式-α-紫罗兰酮和2,3,6-三甲基十四烷，M2处理为乙酸异戊酯、1-辛烯-3-醇乙酸酯、乙酸苯甲酯、3-甲基-1-戊醇、(Z)-2-甲氧基-4-(1-丙烯基)-苯酚和1-(1,5-二甲基-4-己烯基)-4-甲基苯，各处理特有香气物质相对含量分别为5.31%、4.25%和7.88%。

表2 不同处理的甜瓜香气物质种类及含量

不同处理甜瓜果实芳香成分及含量差异明显，但均以酯类、醇类化合物种类最多；M0、M1和M2处理依次检出29、31和28种香气成分，含量分别为579.71、745.76和447.89 μg/kg，占检出香气成分总量的53.19%、64.93%和60.09%；各处理果实中醇类、醛酮类物质的种类与含量均随钼酸铵浓度增加呈先增后减趋势，其中，M0处理酯类物质均为16种，占香气检出量的 57.93%，M1处理的酯类物质种类、含量和占比分别为12种、221.34 μg·kg-1和38.18%；M2处理醇类、醛酮类和其他物质分别为6种、2种和4种，含量分别为123.98、21.29和25.87 μg/kg。

2.2.2 甜瓜果实特征香气成分、含量和OAV分析 从被检测香气物质中筛选出9个OAV不小于1(3个处理的平均值)的特征香气成分，包括5种酯类、3种醇类和1种醛类物质(表3)。M0、M1和M2处理分别检测到6种、7种和8种特征香气物质，总含量依次为172.79、342.94和 220.63 μg/kg。特征香气单体含量随钼酸铵施用水平变化差异明显；丁酸乙酯和1-辛烯-3-醇含量随钼酸铵浓度增加先增后减，2-甲基丁酸乙酯含量变化与其相反；M0和M2处理丁酸乙酯及1-辛烯-3-醇含量与M1处理相比分别降低8.33%和 18.23%及14.61%和20.22%，而2-甲基丁酸乙酯含量约为M1的9.50倍和15.06倍；丁酸乙酯含量则随钼酸铵浓度增加而增加。

表3 不同处理下特征香气化合物香气特征、含量及OAV

香气化合物单体在整体香气中的贡献除由化合物含量决定外，还取决于其阈值大小。具有水果味的2-甲基乙酸丁酯由于其较高的阈值(11 μg/kg)在所有特征化合物中OAV最低；而具有甜瓜特有香味的(Z)-6-壬烯醛OAV最高(761.833)，其对甜瓜特有风味形成起关键性作用，但在M0处理下该物质未被检出；其他化合物OAV平均值均超过10，也对甜瓜果香和清香风味的形成产生重要影响。

2.3 PCA-TOPSIS综合评价

2.3.1 PCA分析确定各指标参数 由于特征香气成分对果蔬的特殊香味起决定性作用，因此为明确不同钼酸铵水平对甜瓜品质的影响，以钼酸铵处理作为样本单元，将甜瓜果实可溶性蛋白质、还原糖、硝酸盐、游离氨基酸、可溶性固形物、可滴定酸、抗坏血酸9个营养指标和8个特征香气OAV指标作变量。

由表4可知，采用SPSS 25.0数据分析软件对17个指标进行PCA分析，将其转化为2个主成分；其中，第一和第二主成分特征值分别为 8.743和8.257，方差贡献率分别为51.432%和 48.568%。2个主成分的累计方差贡献率达到100%，说明这两个主成分能够代替17个指标的全部信息。

表4 主成分的特征值、方差贡献率和累计方差贡献率

2.3.2 建立归一化决策矩阵R，计算趋近度Ci如表5所示，在PCA分析基础上，通过公式(5)～(7)计算得到各指标权重；再通过TOPSIS分析即公式(8)～(13)得各处理综合得分。综合得分越高，表明该处理下甜瓜果实综合品质越佳。由表6可知，M2处理时得分最高，为0.832，M0最低，为0.085。

表5 品质指标的载荷向量和权重

表6 TOPSIS决策矩阵和分析结果

3 讨论与结论

硝酸还原酶能够加速硝酸根离子还原，而钼作为硝酸还原酶活性组分，施钼能够促使光合产物流向氮素代谢，为蛋白质合成提供物质基础。果实中所含可溶性蛋白质和硝态氮随钼酸铵增加呈先上升后下降趋势，而游离氨基酸与之相反；这与在苋菜[31]和大蒜[32]中发现的结论不完全一致，可能是在钼肥不足或高浓度钼肥处理下，植物由于硝酸还原酶活性降低而使氮同化能力受到抑制，从而使蛋白质合成量降低，而游离氨基酸含量则相对增加。适当施钼能够有效增加根际有益微生物相对丰度，其通过分解有机质、转化土壤氮素形态而导致硝态氮还原速度低于积累速度，而钼素施入过多则抑制微生物代谢活动[33]，这是本试验条件下果实硝态氮含量随钼酸铵水平增加而先增后减的原因。钼作为磷酸酶和氢化酶的重要组分，通过参与抗坏血酸—谷胱甘肽循环过程对植物机体内抗坏血酸合成起到促进作用，故适当施钼能够增加植物体内抗坏血酸含量[34-35]。本研究中0.02 mg/L(NH4)2MoO4·4H2O处理的可溶性固形物含量显著高于其他各处理，这与薛晓敏等[36]在苹果中的研究结果相似，这是因为施钼还能增强光合色素的稳定性、增大植株的光合作用面积，提高植物光合速率，从而有利于可溶性固形物的形成。钼对增加繁殖器官中糖类的水解作用也有一定影响，本研究中0.04 mg/L钼酸铵处理下果实还原糖含量低于0和0.02 mg/L钼酸铵处理，可能是因为该处理下果实糖类水解作用较强。卯新蕊等[37]发现钼含量与桃果实糖酸含量呈正相关性，而张喻等[38]和吴德宜等[39]则表明喷施钼酸铵能降低欧李和解放钟枇杷果实的可滴定酸含量。本研究中，钼酸根离子进入细胞膜后与有机酸结合形成复合物，导致有机酸含量降低，而随着钼含量的增加，细胞主动运输吸收钼酸根离子达到饱和状态而停止结合有机酸，导致有机酸含量相对增加[40]。

挥发性香气物质也是衡量甜瓜果实品质优劣的重要指标之一；不同甜瓜品种的挥发性物质差异较大，果实产生的香气类型也不同，根据人们对不同化学结构的香气成分的感官效果，甜瓜香气分为果香型、清香型、辛香型和麝香型等几类，其中酯类物质是果香型甜瓜果实的主要香气成分[6]；本研究中各处理下果实香气酯类含量丰富(19.66%～40.28%)，表明‘千玉6号’甜瓜为果香型甜瓜[20]。夏美玲等[12]在不同有机硒肥浓度处理下共检测出58～67种挥发性香气物质，多于本研究所检测到的46种挥发性成分，这是因为甜瓜香气的形成与品种、生理特性、试验条件与处理等密切相关，不同品种、试验处理下甜瓜果实香气组成成分和含量差异明显；M0、M1和M2处理分别检测到29、31和28种挥发性物质，表明适当施钼有利于果实中挥发性成分种类形成；通过OAV分析3个处理共检测到9种特征香气物质，包括5种酯类、3种醇类和1种醛类物质，这些物质可能共同决定了“千玉6号”甜瓜的香气风味；同时，各处理则依次检出6、7和8种特征香气成分，表明通过外源施用适当浓度钼酸铵能够促进甜瓜特征香气物质的形成，但不同钼浓度作用效果不同。钼作为活性因子参与并影响碳氮代谢调控，而甜瓜果实中一部分挥发性物质合成前体经过碳氮代谢等一系列过程形成，因此施用钼素水平过低会导致芳香物质合成前体物质供应不足，继而导致甜瓜特征芳香物质含量相对较低；而施用钼素水平过高时，则导致植物体内代谢失调，也会影响甜瓜特征芳香物质积累。因此，特征香气总含量随钼酸铵增加呈抛物线趋势，这与潜宗伟等[41]研究结论一致。

甜瓜各香气成分以不同结合态存在，而特征香气的OAV值兼顾浓度及阈值，能够代表甜瓜风味的整体特征。本试验采用PCA与TOPSIS相结合的方法，对甜瓜营养品质和特征香气OAV值综合评价，发现0.04 mg/L钼酸铵处理时甜瓜果实品质最佳，得分为0.832，而0 mg/L处理得分最低，表明适当增施钼酸铵能够有效促进甜瓜果实品质提升。而在施用更高浓度钼酸铵甜瓜果实品质如何变化方面还需进一步研究。

综上所述，施用不同钼酸铵用量显著提高甜瓜果实营养品质，且0.04 mg/L钼酸铵处理时果实风味更为丰富，尽管该处理下果实检出的香气成分总含量最少，但酯类物质占比最高，特征香气种类最多。因此，基质栽培‘千玉6号’甜瓜过程中施用0.04 mg/L钼酸铵营养液能够促进优质生产。