番茄果實(shí)中主要風(fēng)味物質(zhì)研究進(jìn)展

王同林，葉紅霞，鄭積榮，*，李 明

(1.杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 蔬菜研究所，浙江 杭州 310024； 2.浙江大學(xué) 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院 園藝系，浙江 杭州310058； 3.淮安市園藝技術(shù)服務(wù)站 江蘇 淮安223001)

番茄(Solanumlycopersicum)起源于南美洲，16世紀(jì)傳入歐洲，17世紀(jì)傳入中國。番茄是喜溫性蔬菜，幾乎適應(yīng)所有氣候，在世界各地廣泛栽培。全球番茄種植面積約480萬hm2(FAO，2016)，中國是世界上最大的番茄生產(chǎn)國家，番茄種植面積約為110萬hm2，產(chǎn)量在5 000萬t以上，基本可以自給自足，還有部分用于出口(中國農(nóng)業(yè)部，2016)。

番茄的果實(shí)品質(zhì)由外觀品質(zhì)、風(fēng)味品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)和加工貯藏品質(zhì)構(gòu)成[1]。其中，風(fēng)味品質(zhì)包括甜味、酸味、香味等，與果實(shí)中的可溶性糖、有機(jī)酸和揮發(fā)性芳香化合物相關(guān)。風(fēng)味喪失會嚴(yán)重影響果實(shí)的感官品質(zhì)，減少人們對果實(shí)的喜好程度，進(jìn)而影響其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，如何在不影響或較小影響果實(shí)商品品質(zhì)的前提下改善果實(shí)的風(fēng)味，成為番茄栽培和品質(zhì)育種上需要重點(diǎn)解決的課題之一。

通過栽培管理技術(shù)(水分、施肥元素、溫度、光照、土壤鹽分及外源激素處理)，以及改變貯藏條件與手段來改善果實(shí)風(fēng)味是當(dāng)下熱點(diǎn)研究內(nèi)容。近年來，國內(nèi)外學(xué)者在番茄品質(zhì)性狀的遺傳規(guī)律與數(shù)量性狀基因座(quantitative trait locus，QTL)定位方面做了大量研究，從數(shù)量遺傳學(xué)方面揭示了番茄風(fēng)味的遺傳特征?？茖W(xué)家們還通過基因組測序、轉(zhuǎn)錄組與代謝組關(guān)聯(lián)分析，深層次闡明了番茄果實(shí)相關(guān)發(fā)育的進(jìn)化歷程、番茄育種過程的基因馴化及代謝物演變過程，明確了番茄風(fēng)味物質(zhì)基礎(chǔ)及遺傳基礎(chǔ)[2-5]，這些工作的完成也為今后番茄風(fēng)味改良育種奠定了基礎(chǔ)。本文從番茄果實(shí)風(fēng)味物質(zhì)組成種類、生物合成代謝途徑及其遺傳機(jī)理等方面進(jìn)行闡述，提出了目前番茄品質(zhì)研究中存在的問題并對未來發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

1 可溶性糖

番茄果實(shí)中的可溶性糖類型因番茄不同種屬而異，普通番茄(Solanumlycopersicoides)和醋栗番茄(S.pimpinellifolium)中主要為葡萄糖和果糖；秘魯番茄(S.peruvianum)、克梅留斯基番茄(S.chmielewskii)和多毛番茄(S.habrochaites)中主要為蔗糖[6-7]。除此之外，番茄中還有微量的龍膽二糖、密二糖、甘露糖、尼日二糖等。不同類型的糖對番茄甜味的貢獻(xiàn)也不同，果糖甜度高，葡萄糖甜度低。果糖、蔗糖和葡萄糖的甜度比為220∶145∶100[8]。

1.1 可溶性糖來源

番茄果實(shí)內(nèi)的可溶性糖主要由光合產(chǎn)物同化運(yùn)輸而來，Powell等[9]的研究表明，番茄果實(shí)20%的光合產(chǎn)物來自果實(shí)自身的光合作用，80%來自葉片等源器官。蔗糖是番茄光合作用的主要同化產(chǎn)物，也是番茄中光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)的主要形式。在番茄果實(shí)的發(fā)育期，光合產(chǎn)物以蔗糖形式，通過共質(zhì)體和質(zhì)外體途徑經(jīng)由韌皮部從葉片中直接轉(zhuǎn)運(yùn)到果柄甚至果實(shí)中，進(jìn)而在果實(shí)中各種酶的作用下進(jìn)行代謝(圖1)[10]。

GLK1和GLK2是2個(gè)功能相似的MYB類轉(zhuǎn)錄因子，分別調(diào)控葉片和果實(shí)中葉綠體發(fā)育與葉綠素含量，對番茄的光合作用有重要的調(diào)節(jié)作用。GLK2是U基因表達(dá)產(chǎn)物，能夠提高調(diào)控光合作用的基因轉(zhuǎn)錄豐度，并增加未成熟果實(shí)中的淀粉含量，進(jìn)而使成熟果實(shí)中葡萄糖和果糖的含量提高40%左右；另一方面，在其調(diào)控作用下，靠近番茄果柄的果實(shí)部分呈深綠色(綠果肩)，轉(zhuǎn)色較慢，影響了番茄的成熟及其外觀品質(zhì)[9]，因此，當(dāng)育種者對有利于番茄均勻成熟的無綠果肩性狀進(jìn)行選育時(shí)，會導(dǎo)致番茄果實(shí)內(nèi)的光合產(chǎn)物流入量降低。

1.2 蔗糖的卸載途徑

蔗糖在葉片等源器官韌皮部進(jìn)行裝載，經(jīng)篩管長距離運(yùn)輸?shù)焦麑?shí)后，向果實(shí)庫細(xì)胞進(jìn)行卸載。蔗糖卸載存在2條途徑：共質(zhì)體途徑和質(zhì)外體途徑。在果實(shí)發(fā)育前期，果實(shí)內(nèi)部的篩管、韌皮部與周圍庫細(xì)胞之間存在大量的胞間連絲，源器官主要通過共質(zhì)體途徑向番茄果實(shí)運(yùn)輸蔗糖，并且此時(shí)進(jìn)入的蔗糖多代謝合成為淀粉貯藏在果實(shí)中，但到果實(shí)發(fā)育后期，由于果糖和葡萄糖的積累，滲透勢提高，為了保持濃度梯度，防止蔗糖回流到篩管，這些胞間連絲開始退化，蔗糖卸載途徑逐步變?yōu)橐再|(zhì)外體途徑為主(圖1)[11]。

CWIN，細(xì)胞壁轉(zhuǎn)化酶；SS，蔗糖合成酶；VIN，液泡蔗糖轉(zhuǎn)化酶；AGPase，腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶；FK，果糖激酶；SPS，蔗糖磷酸合成酶；SPP，磷酸蔗糖酶。CWIN， Cell wall invertase; SS， Sucrose synthetase; VIN， Vacuolar invertase; AGPase， ADP-Glc pyrophosphorylase; FK， Fructokinase; SPS， Sucrose phosphate synthase; SPP， Sucrose phosphatase.圖1 番茄中蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)途徑及可溶性糖的代謝途徑Fig.1 Sucrose transport pathway and soluble sugar metabolism pathway in tomato

番茄中的可溶性糖在質(zhì)外體進(jìn)入庫細(xì)胞是通過糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白實(shí)現(xiàn)的，目前大部分的糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白都是消耗能量來實(shí)現(xiàn)糖的轉(zhuǎn)運(yùn)，因此，會使果實(shí)發(fā)育受到一定影響。這可能是風(fēng)味好的番茄品種果型較小、產(chǎn)量較低的原因之一。SWEETs蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)糖不需要消耗能量，為糖轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制提供了新思路，但其對糖的低親和性，使其具有局限性，在糖含量順濃度梯度條件下具有高效率，在逆濃度梯度下的轉(zhuǎn)運(yùn)效果不佳[12]。

1.3 可溶性糖遺傳研究

谷婧玥[13]利用高糖和低糖的2個(gè)番茄高代自交系構(gòu)建6世代，對分離世代果實(shí)中的可溶性糖含量進(jìn)行測定分析發(fā)現(xiàn)，番茄中的可溶性糖含量性狀屬于數(shù)量遺傳中加性—顯性遺傳。任婧[14]的研究表明，番茄中的可溶性糖含量更符合一對加性—顯性主基因+加性—顯性—上位性多基因遺傳模型(MX1-AD-ADI)，對可溶性糖進(jìn)行進(jìn)一步遺傳分析表明，番茄果實(shí)可溶性糖含量的遺傳效應(yīng)以多基因效應(yīng)為主，環(huán)境對其影響相對較小。Tieman等[4]的報(bào)道指出果實(shí)質(zhì)量和可溶性糖含量呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)。

1.4 果實(shí)中可溶性糖代謝相關(guān)的酶

番茄果實(shí)中與可溶性糖代謝相關(guān)的酶包括蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶、磷酸蔗糖酶、蔗糖轉(zhuǎn)化酶、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、果糖激酶等。

1.4.1 蔗糖合成酶

蔗糖合成酶(sucrose synthetase，SS，EC 2.4.1.13)催化的是可逆反應(yīng)，既可以催化葡萄糖和果糖結(jié)合形成蔗糖(pH 8.0～9.5)，也可以催化蔗糖水解成果糖和葡萄糖(pH 5.5～6.0)，催化作用偏向水解方向。SS由TOMSSF家族基因表達(dá)合成，在果實(shí)發(fā)育前期，SS活性與果實(shí)庫強(qiáng)正相關(guān)，控制著蔗糖向果實(shí)的轉(zhuǎn)運(yùn)量[11]。

1.4.2 蔗糖磷酸合成酶

蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase，SPS，EC 2.4.1.14)催化葡萄糖和果糖-6-磷酸結(jié)合形成磷酸蔗糖，為可逆反應(yīng)，而磷酸蔗糖酶(sucrose phosphatase，SPP，EC 3.1.3.24)催化磷酸蔗糖水解成蔗糖，使SPS催化的反應(yīng)基本不可逆，所以SPS-SPP系統(tǒng)是蔗糖合成的主要途徑。SPS最適pH為7.0，在光合器官和非光合器官都存在，SPS活性的提高，可以增加葉片中蔗糖的合成量及果實(shí)中蔗糖的積累量[11]。

1.4.3 蔗糖轉(zhuǎn)化酶

蔗糖轉(zhuǎn)化酶(invertase，INV，EC 3.2.1.26)能夠不可逆地催化蔗糖的水解反應(yīng)，生成葡萄糖和果糖，是番茄中蔗糖水解主要的途徑；根據(jù)最適pH值，INV分為酸性蔗糖轉(zhuǎn)化酶(acid invertase，AI)和中性蔗糖轉(zhuǎn)化酶(neutral invertase，NI)，AI的最適pH為3～5，其活性占到總轉(zhuǎn)化酶的95%，是番茄果實(shí)中主要的蔗糖轉(zhuǎn)化酶。而根據(jù)亞細(xì)胞定位，可以將INV分為液泡蔗糖轉(zhuǎn)化酶(vacuolar invertase，VIN)和細(xì)胞壁蔗糖轉(zhuǎn)化酶(cell wall invertase，CWIN)。VIN存在于液泡內(nèi)，可以調(diào)節(jié)液泡中的蔗糖代謝；CWIN位于細(xì)胞間隙并結(jié)合在細(xì)胞壁上，主要負(fù)責(zé)水解從韌皮部向番茄果實(shí)質(zhì)外體卸載的蔗糖。Chetelat等[15]利用果實(shí)中積累蔗糖的克梅留斯基番茄與果實(shí)中積累葡萄糖和果糖的普通番茄雜交，發(fā)現(xiàn)F1代果實(shí)均不積累蔗糖，由此確定蔗糖的積累由隱性基因控制，并在第3條染色體上定位到了sucr(sucrose accumulator)這一位點(diǎn)，而sucr正是編碼VIN基因(SUCR)的等位基因。Chetelat等[16]利用分子標(biāo)記，將該位點(diǎn)導(dǎo)入普通番茄中，發(fā)現(xiàn)可以顯著提高成熟果實(shí)中的蔗糖水平，而且可溶性固形物含量也有所增加。也有學(xué)者將反義酸性轉(zhuǎn)化酶基因SUCR導(dǎo)入普通番茄中，得到的植株果實(shí)蔗糖濃度有明顯的提高，但總的可溶性糖含量并沒有顯著變化[17]，表明該基因僅對可溶性糖組分產(chǎn)生影響，并不能提高果實(shí)內(nèi)的可溶性糖含量；另外，Levin等[18]在第4染色體上定位到一對調(diào)控果實(shí)內(nèi)葡萄糖和果糖比例等位基因(FgrH/Fgr)，并表明FgrH對Fgr成不完全顯性，F(xiàn)grH的表達(dá)會使果糖占比增高，但對總糖含量無明顯影響，該位點(diǎn)可能和蔗糖轉(zhuǎn)化酶存在一定關(guān)系。Fridman等[19-20]在與綠果潘那利番茄組配的漸滲系群體定位到一個(gè)可以提高番茄果實(shí)可溶性固形物含量的QTL位點(diǎn)Brix9-2-5(Lin5)，其編碼CWIN，并表明該位點(diǎn)可以提高番茄果實(shí)庫強(qiáng)，進(jìn)而顯著提高果實(shí)葡萄糖和果糖含量。Tieman等[4]通過代謝組與全基因組關(guān)聯(lián)分析技術(shù)(metabolome genome-wide-association study，mGWAS)和代謝組與數(shù)量性狀基因座定位技術(shù)(metabolome quantitative trait locus，mQTL)定位到9個(gè)與糖類物質(zhì)相關(guān)的基因位點(diǎn)，明確了位于9號和11號染色體上的2個(gè)調(diào)控番茄中的可溶性糖含量主效基因位點(diǎn)Lin5和SSC.11.1。

1.4.4 腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶

腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-Glc pyrophosphorylase，AGPase，EC 2.7.7.21)催化番茄中淀粉合成的第一步，是淀粉合成限速酶。Petreikov等[21]在多毛番茄中發(fā)現(xiàn)一個(gè)編碼AGPase大亞基的基因(AGPL1)，研究發(fā)現(xiàn)，該基因是通過提高未成熟果實(shí)中瞬時(shí)淀粉(過渡型淀粉)含量，進(jìn)而增加番茄果實(shí)中的可溶性糖含量。天然合成的AGPase是由2個(gè)大亞基和2個(gè)小亞基構(gòu)成的異四聚體。早期學(xué)者認(rèn)為，小亞基具有催化活性，大亞基只有調(diào)節(jié)作用，后來大亞基被證實(shí)也具有一定的催化活性；每個(gè)亞基由不同的基因控制合成，這些基因在番茄植物體中表達(dá)的時(shí)空分布，體現(xiàn)出其對庫源器官中可溶性糖的調(diào)控作用[21]。

1.4.5 果糖激酶

果糖激酶(fructokinase，F(xiàn)K，EC 2.7.1.4)是果糖代謝的關(guān)鍵酶，不可逆催化果糖磷酸化形成6-磷酸果糖，磷酸化的果糖可以提高韌皮部和庫細(xì)胞的蔗糖梯度，幫助建立組織的庫強(qiáng)[22]。6-磷酸果糖可以進(jìn)一步磷酸化形成2,6-磷酸果糖參與糖酵解途徑，也可以經(jīng)SPS-SPP催化形成蔗糖；果糖激酶還可以作為植物的己糖感受器和信號分子。因此，果糖激酶對果實(shí)生長發(fā)育與可溶性糖含量有重要的調(diào)節(jié)作用。

2 有機(jī)酸

番茄中的酸味由有機(jī)酸含量決定，有機(jī)酸通常是指分子結(jié)構(gòu)中含有羧基(-COOH)的酸性有機(jī)化合物。番茄果實(shí)中有機(jī)酸主要為檸檬酸和蘋果酸，且以檸檬酸為主，另外番茄果實(shí)中還含有微量的草酸、莽草酸、反丁烯二酸、琥珀酸、酒石酸、抗壞血酸等。

在加工番茄中，酸度越高越有利于增加番茄加工制品的保存時(shí)間[23]。在口感上，有機(jī)酸能增強(qiáng)水果消費(fèi)過程中對糖的感知，其中檸檬酸比蘋果酸更酸，且對番茄風(fēng)味的改良效果更好[4]。Da Cruz Centeno等[24]通過轉(zhuǎn)反義延胡索酸酶基因和蘋果酸脫氫酶基因來改變番茄果實(shí)中蘋果酸濃度，進(jìn)而測定果實(shí)中淀粉和糖的含量，得出番茄中的蘋果酸濃度與過渡型淀粉含量(主要由AGPase調(diào)控)和可溶性固形物含量呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)，并表明番茄果實(shí)中的蘋果酸含量雖不能影響果實(shí)的成熟度，但與果實(shí)采后軟化過程密切相關(guān)。

有機(jī)酸是滲透勢形成的主要物質(zhì)，對發(fā)育期果實(shí)的膨脹有重要作用[25]。在果實(shí)發(fā)育前期，果實(shí)中的有機(jī)酸總含量隨時(shí)間推移不斷增加，而在果實(shí)成熟的后期伴隨糖含量的迅速提高逐步減少，而在最后的成熟階段，有機(jī)酸含量又再次增加[26]。成熟番茄的裂果現(xiàn)象也跟發(fā)育后期果實(shí)內(nèi)的有機(jī)酸含量過高有一定關(guān)系[25]。

2.1 果實(shí)中有機(jī)酸來源

番茄果實(shí)中有機(jī)酸來源主要依賴于線粒體中的三羧酸循環(huán)(TCA)。TCA是三大營養(yǎng)素(糖、脂肪酸、氨基酸)的最終氧化途徑，為機(jī)體供能的同時(shí)也是3個(gè)物質(zhì)的代謝聯(lián)系樞紐。蘋果酸脫氫產(chǎn)生的草酰乙酸與乙酰CoA在檸檬酸合酶的催化作用下生成檸檬酸，檸檬酸經(jīng)過多種酶逐步催化，再次生成蘋果酸形成循環(huán)(圖2)。TCA中的多種有機(jī)酸處于動態(tài)平衡中，途徑中的多種中間產(chǎn)物還會參與光合作用、呼吸作用與多種芳香性揮發(fā)物質(zhì)的代謝等被消耗[27]，此時(shí)磷酸烯醇式丙酮酸及丙酮酸在羧化酶的催化作用下

2.2 有機(jī)酸代謝相關(guān)的酶與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

果實(shí)中多個(gè)有機(jī)酸代謝酶與有機(jī)酸水平相關(guān)(圖2)，Guillet等[29]對2個(gè)番茄中分別位于12號和7號染色體上調(diào)控PEPC的位點(diǎn)LYCesPpc1和LYCesPpc2進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在果實(shí)生長初期，LYCesPpc2的表達(dá)與果實(shí)內(nèi)的檸檬酸和蘋果酸一致增加，而且表明PEPC不受胞質(zhì)pH值降低及蘋果酸濃度升高抑制，推測PEPC可能在果實(shí)發(fā)育前期的有機(jī)酸合成和果實(shí)膨大起著重要作用。CS調(diào)控檸檬酸合成，ACO調(diào)控檸檬酸的降解，一般認(rèn)為CS和ACO催化反應(yīng)的平衡調(diào)節(jié)檸檬酸含量，但實(shí)際其機(jī)理非常復(fù)雜，因?yàn)闄幟仕嵩诰€粒體中合成，而在液泡中貯藏或積累[30]。Morgan等[31]通過對番茄中編碼ACO基因(SlAco3b)的轉(zhuǎn)反義基因株系進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，ACO活性降低，而果實(shí)成熟時(shí)檸檬酸及蘋果酸含量顯著提高，有機(jī)酸總含量提高了近50%，證明ACO活性的降低有利于番茄果實(shí)內(nèi)有機(jī)酸的積累。番茄中蘋果酸含量由蘋果酸的合成(fumarase)、降解(MDH)和細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)(蘋果酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白)3個(gè)過程決定[32]。Ye等[33]利用mGWS等技術(shù)鑒定了位于6號染色體上的蘋果酸積累的數(shù)量遺傳位點(diǎn)TFM6，其與Al-ACTIVATEDMALATETRANSPORTER9(Sl-ALMT9)相對應(yīng)。Sl-ALMT9編碼一種鋁激活的蘋果酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，其表達(dá)有利于增加果實(shí)和根部的蘋果酸含量，根部的蘋果酸陰離子可以螯合Al3+，從而減輕鋁脅迫，進(jìn)而提高了番茄風(fēng)味[33]。

PDHC，丙酮酸脫氫酶；PK，丙酮酸激酶；PC，丙酮酸羧化酶；PEPC，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶；CS，檸檬酸合酶；ACO，烏頭酸水合酶；MDH，蘋果酸脫氫酶。PDHC， Pyruvate dehydrogenase; PK， Pyruvate kinase; PC， Pyruvate carboxylase; PEPC， Phosphoenolpyruvate carboxylase; CS， Citrate synthase; ACO， Aconitase; MDH， Malate dehydrogenase.圖2 三羧酸循環(huán)Fig.2 Tricarboxylic acid cycle

2.3 有機(jī)酸遺傳研究

20世紀(jì)60年代，國外學(xué)者就對番茄含酸量的遺傳規(guī)律進(jìn)行研究，把番茄果實(shí)的含酸量分為高酸和低酸兩種，認(rèn)為含酸量由一對基因控制，高酸為不完全顯性，其遺傳力為66.4%[34]；Lawrence等[35]通過遺傳試驗(yàn)同樣證實(shí)了這一觀點(diǎn)，同時(shí)提出有3～4對基因?qū)偹岷坑杏绊?，其中由一主效基因控制高含酸量。戚飛[36]利用高含酸量和低含酸量2個(gè)番茄品種構(gòu)建六世代群體，對后代含酸量進(jìn)行遺傳分析，結(jié)果表明，番茄有機(jī)酸含量為主基因和多基因控制的數(shù)量性狀，遺傳符合加性—顯性遺傳模型。

3 揮發(fā)性芳香化合物

3.1 揮發(fā)性芳香物質(zhì)的組成

番茄的香味主要來自果實(shí)中的揮發(fā)性芳香化合物。在番茄中揮發(fā)性物質(zhì)多種多樣，目前已經(jīng)有400多種揮發(fā)性芳香化合物被鑒定出來，其中只有幾十種物質(zhì)對番茄芳香存在貢獻(xiàn)，主要包括醇類、醛類、酮類、萜類和酯類物質(zhì)以及含硫化合物等[4]。Buttery等[37]在研究中指出，將順-3-己烯醛、順-3-己烯醇、己醛、1-戊烯-3-酮、3-甲基丁醇、反-2-己烯醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2-異丁基硫咪唑、甲基水楊酸、β-紫羅蘭酮10種物質(zhì)在適當(dāng)?shù)臐舛认禄旌?，就可以獲得新鮮成熟番茄的芳香味道。

番茄的香味感知方式有2種途徑，一種是果實(shí)成熟時(shí)發(fā)出的香氣直接進(jìn)入鼻腔被嗅覺感知，另一種是咀嚼果肉時(shí)發(fā)散出來的香氣通過口腔進(jìn)入鼻腔被感知，2種揮發(fā)物傳遞方式在大腦中的感知方式不同[38]。食品風(fēng)味化學(xué)定義每一種芳香物質(zhì)都有固定閾值濃度，只有超過該閾值，才能被人們嗅覺所感知，而用含量與該閾值濃度比值的對數(shù)來衡量某種物質(zhì)對香氣的作用效果，對數(shù)值大于0，則表明對風(fēng)味的貢獻(xiàn)較大。而Baldwin等[39]認(rèn)為，一些揮發(fā)性物質(zhì)閾值單位對數(shù)即使為負(fù)數(shù)，仍會對番茄的整體風(fēng)味有所貢獻(xiàn)。

3.2 芳香物質(zhì)的合成途徑

番茄中芳香物質(zhì)合成途徑按前體物質(zhì)大致可分為4類：以脂肪酸為前體的合成途徑、以類胡蘿卜素為前體的合成途徑、以苯丙氨酸為前體的合成途徑和以支鏈氨基酸為前體的合成途徑[40]。目前已經(jīng)有很多控制果實(shí)揮發(fā)性芳香化合物合成的相關(guān)酶基因被克隆出來。

3.2.1 以脂肪酸為前體的合成途徑

脂肪酸前體物質(zhì)主要是指亞油酸和亞麻酸，主要有三大主要酶系統(tǒng)參與脂肪酸向揮發(fā)性芳香物質(zhì)的代謝：脂氧合酶系統(tǒng)(LOX)、脂氫過氧化物裂解酶系統(tǒng)(HPL)和氧化還原酶系統(tǒng)(ADH)[41]。酯氧合酶C(lipoxygenase C，LOXC，EC 1.13.11.12)催化亞油酸和亞麻酸形成脂氫過氧化物，而在13-脂氫過氧化物裂解酶(hydroperoxide lyase，13-HPL，EC 4.1.2.-)進(jìn)一步催化作用下形成短鏈揮發(fā)性C6醛類物質(zhì)(己醛、己烯醛等)，乙醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase，ADH，EC1.1.1.1)催化C6醛類物質(zhì)與C6醇類物質(zhì)(己醇、己烯醇等)相互轉(zhuǎn)化。櫻桃番茄中脂肪酸含量是普通番茄中的2倍以上，這可能是櫻桃番茄比普通番茄風(fēng)味更好的原因之一[42]。該合成途徑中主要酶基因Tomloxc[43]、13-HPL和ADH2已經(jīng)被相繼克隆出來[44]。

3.2.2 以苯丙氨酸為前體的合成途徑

苯丙氨酸是4種重要揮發(fā)物質(zhì)(苯乙醛、2-苯乙醇、1-硝基-2-苯乙烷、2-苯乙腈)的前體。LeAADC編碼氨基酸脫羧酶(amino acid decarboxylases，AADCs，EC4.1.1.-)，催化苯丙氨酸脫羧生成苯乙胺，是苯丙氨酸向4種揮發(fā)性物質(zhì)代謝的第一步，AADCs也是該代謝途徑中的限速酶；苯乙胺進(jìn)一步被催化合成2-苯乙醛、2-苯乙腈、1-硝基-2-苯乙烷。LePARs編碼苯乙醛還原酶(phenylacetaldehyde reductases，PARs，EC1.1.1.2)，催化2-苯乙醛還原為2-苯乙醇。此外，苯丙氨酸也可先經(jīng)苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyase，PAL，EC 4.3.1.5)催化形成反式肉桂酸(trans-cinnamic acid)，進(jìn)一步催化形成水楊酸、兒茶酚等。水楊酸羧基甲基轉(zhuǎn)移酶(salicylic acid carboxylmethyltransferase，SAMT1，EC2.1.1.-)、兒茶酚氧位甲基轉(zhuǎn)移酶(catechol O-methyl transferase，CTOMT1，EC2.1.1.6)分別催化水楊酸和兒茶酚甲基化生成水楊酸甲酯及愈創(chuàng)木酚[45]。目前該合成途徑中的LeAADC[46]、LePAR1和LePAR2[47]，SlSAMT1[48]、CTOMT1[49]等基因已被克隆出來。

3.2.3 以支鏈氨基酸為前體的合成途徑

支鏈氨基酸前體物質(zhì)主要是指亮氨酸、異亮氨酸與纈氨酸等。支鏈氨基酸氨基轉(zhuǎn)移酶(branched-chain amino acid aminotransferases，BCATs，EC 2.6.2.42)催化支鏈氨基酸脫氨形成酮酸，進(jìn)一步脫氫生成醇類、酮類、酯類物質(zhì)，醇類經(jīng)氧化生成醛類，如2-甲基丁醇、2-甲基丁醛、3-甲基丁醇、3-甲基丁醛、乙酸異丁酯、異戊腈和2-異丁基噻唑。其中2-異丁基噻唑?yàn)榉阉赜?，?-甲基丁醇能夠增加人們對甜度的感覺[4]。目前在番茄中已有SlBCAT1-6共6個(gè)支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶基因被克隆出來[44]。

3.2.4 以類胡蘿卜素為前體的合成途徑

番茄果實(shí)中的類胡蘿卜素主要包括：番茄紅素和β-胡蘿卜素等，LeCCD1編碼類胡蘿卜素裂解雙加氧酶(carotenoid cleavage dioxygenases，CCDs，EC1.13.11)，對類胡蘿卜素進(jìn)行裂解產(chǎn)生一些揮發(fā)性萜類化合物，例如香葉醛、橙花醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、香葉基丙酮、假紫羅酮、β-紫羅蘭酮和β-大馬酮，它們均具有花香果香，對番茄香氣有重要貢獻(xiàn)[44]。各類揮發(fā)性芳香化合物由不同色素特異合成，6-甲基-5庚烯-2-酮、香葉醛、橙花醛、假紫羅酮等由番茄紅素裂解合成；香葉基丙酮、β-紫羅蘭酮、β-環(huán)檸檬醛等由β-胡蘿卜素裂解合成；α-紫羅蘭酮由δ-胡蘿卜素裂解合成[44，49]。目前，該途徑已有2個(gè)類胡蘿卜素裂解雙加氧酶基因被克?。篖eCCD1A和LeCCD1B[50]。

Table1Synthesis precursors and characteristic aroma of some volatile compounds[44，51]

表1 部分揮發(fā)性化合物的合成前體及特征香氣[44，51]

4 總結(jié)與展望

番茄果實(shí)的可溶性糖、有機(jī)酸、揮發(fā)性芳香化合物等風(fēng)味物質(zhì)都是由進(jìn)入果實(shí)的蔗糖代謝而來。蔗糖進(jìn)入果實(shí)后在蔗糖轉(zhuǎn)化酶等作用下分解成葡萄糖和果糖，可以進(jìn)一步磷酸化進(jìn)入糖酵解途徑，也可在酶的催化作用下合成淀粉等以保持庫源蔗糖濃度梯度，糖酵解產(chǎn)物丙酮酸又可以進(jìn)入三羧酸循環(huán)，參與檸檬酸和蘋果酸的代謝，在此循環(huán)中丙酮酸被進(jìn)一步氧化分解成CO2和H2O，產(chǎn)生大量能量參與果實(shí)內(nèi)的各種生命活動。而糖酵解途徑與莽草酸途徑、甲羥戊酸途徑等相交叉促進(jìn)了類胡蘿卜素、苯丙氨酸、亞油酸、亞麻酸及支鏈氨基酸等的合成[44]。其中有機(jī)酸在番茄果實(shí)發(fā)育過程中的積累、代謝與轉(zhuǎn)運(yùn)，引起質(zhì)體內(nèi)pH值變化，進(jìn)而抑制或激活風(fēng)味物質(zhì)代謝過程中相關(guān)酶的活性，進(jìn)一步影響風(fēng)味物質(zhì)的代謝。因此，光合同化物的流入是番茄果實(shí)中風(fēng)味物質(zhì)形成的基礎(chǔ)，而番茄風(fēng)味物質(zhì)種類與含量的調(diào)控則依賴于果實(shí)中各類酶系統(tǒng)之間的相互作用。

近十多年，番茄新品種選育一直以硬度、產(chǎn)量、抗病性、果實(shí)大小和外觀等性狀為番茄的育種主要評價(jià)指標(biāo)，導(dǎo)致番茄的風(fēng)味逐步下降：大果型番茄的選育使一些低糖位點(diǎn)以搭便車效應(yīng)進(jìn)入果實(shí)[4]；均勻成熟(無綠果肩)的種質(zhì)篩選，使得一種轉(zhuǎn)錄因子失活，導(dǎo)致番茄果實(shí)中可溶性固形物和類胡蘿卜素減少[9]；為引入野生番茄的抗病基因，導(dǎo)致一些不良性狀片段滲入，降低了果實(shí)中風(fēng)味相關(guān)的代謝產(chǎn)物[5]；栽培番茄的提早采摘及貯運(yùn)過程中的冷藏對番茄的風(fēng)味也有一定影響[34]。

糖酸比指果實(shí)中可溶性總糖與可滴定總酸的比值，是衡量口感的參考指標(biāo)之一。譚其猛[6]認(rèn)為，番茄合適的糖酸比為6.9～10.8。也有研究指出，番茄果實(shí)合適的糖酸比為7∶10[52]。僅可溶性糖含量、有機(jī)酸含量、糖酸比與揮發(fā)性芳香化合物等生理指標(biāo)并不能確切地反映果實(shí)的風(fēng)味，口感是番茄風(fēng)味品質(zhì)的直觀表現(xiàn)，而番茄的口感跟果肉質(zhì)地(硬度和肉質(zhì))也有一定的相關(guān)性，硬度與口感品質(zhì)一般呈負(fù)相關(guān)，即硬度越高口感越差，在硬度方面已有不少基因位點(diǎn)被報(bào)道，但肉質(zhì)評價(jià)如多汁性、顆粒度等方面的研究報(bào)道相對較少，其中的遺傳機(jī)理尚不明晰。這與風(fēng)味評價(jià)系統(tǒng)尚不完善有一定關(guān)系。隨著人們對番茄風(fēng)味的要求不斷提高，番茄食用方式也回歸多元化，無論是菜用、水果鮮食，番茄的風(fēng)味需求越來越高。筆者認(rèn)為，番茄風(fēng)味評價(jià)系統(tǒng)的研究和完善，有利于番茄品質(zhì)育種的多元化發(fā)展；育種者應(yīng)該積極借鑒水果的風(fēng)味評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，完善番茄的風(fēng)味評價(jià)，結(jié)合分子標(biāo)記技術(shù)，加快優(yōu)良種質(zhì)的篩選和創(chuàng)新；結(jié)合本地區(qū)氣候、土壤條件，綜合種植者和消費(fèi)者對品種、品質(zhì)的需求，有目的地研發(fā)或改良以開發(fā)出符合市場需求的番茄新品種。