外源施用茉莉酸甲酯對番茄果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味成分及含量的影響

馬海云，張忠林，霍 靜

（1.天水師范學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院，甘肅 天水 741001；2.蘭州交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；3.天水師范學(xué)院商學(xué)院，甘肅 天水 741001）

番茄是世界上營養(yǎng)價值較高的蔬菜作物之一，也是人類健康飲食的主要來源[1]。番茄果實(shí)富含VC、礦物質(zhì)和類黃酮等多種營養(yǎng)素[2]，其中的番茄紅素具有抗氧化、延緩衰老、保護(hù)血管和防癌抗癌等保健功效[3]。近年來，番茄的種植面積不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品供應(yīng)已基本滿足市場消費(fèi)需求。番茄種植也由過去僅關(guān)注產(chǎn)量轉(zhuǎn)向提高果實(shí)品質(zhì)和綠色生產(chǎn)，這進(jìn)一步促進(jìn)了番茄產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。此外，消費(fèi)者越來越注重番茄果實(shí)的口感和風(fēng)味品質(zhì)，因此對提高或改善番茄果實(shí)中的風(fēng)味物質(zhì)提出了更高要求[4]。番茄的風(fēng)味不僅來自味覺代謝物的復(fù)雜混合，還來自對揮發(fā)性化合物的嗅覺感知[5]。番茄果實(shí)合成的揮發(fā)性物質(zhì)不僅可以賦予其特殊的香味，而且具有抵抗生物脅迫[6]和非生物脅迫[7]等潛在功能。番茄揮發(fā)性物質(zhì)合成受多種外界因素的調(diào)控，如溫度、光照、水分、土壤和外源生長調(diào)節(jié)劑等[8]。汪曉宇等[9]研究發(fā)現(xiàn)，北方日光溫室中進(jìn)行CO2加富與發(fā)光二極管（light emitting diode，LED）補(bǔ)光可以有效提高櫻桃番茄果實(shí)中揮發(fā)性物質(zhì)的種類和含量，從而改善其風(fēng)味品質(zhì)。另有研究表明，LED燈為紅光或紅藍(lán)光質(zhì)比例2∶1較其他比例的紅藍(lán)光處理能夠顯著提高番茄果實(shí)中揮發(fā)性物質(zhì)的總含量[10]。此外，在番茄果實(shí)綠熟期涂抹100、200 mg/L 5-氨基乙酰丙酸溶液可明顯提高成熟期番茄果實(shí)中揮發(fā)性物質(zhì)的種類數(shù)和總含量[11]。

茉莉酸甲酯（methyl jasmonate，MeJA）最早是從茉莉花中分離出的芳香化合物，也是茉莉酸（jasmonic acid，JA）植物激素中的一種重要衍生物[12]。MeJA在植物不同組織中普遍存在，其作為信號分子可以廣泛參與植物生長發(fā)育的多個生理過程，特別是植物抵御生物脅迫和非生物脅迫[13]。外源施用MeJA可以起到模擬昆蟲取食或機(jī)械傷害的作用，從而誘導(dǎo)相關(guān)防御基因啟動調(diào)控效應(yīng)，進(jìn)而合成與防御應(yīng)答相關(guān)的次級代謝物質(zhì)，如生物堿類、萜類、酚類、花青素類和揮發(fā)性物質(zhì)等[14]。MeJA已被世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織確定為公認(rèn)安全物質(zhì)，對改善果蔬風(fēng)味品質(zhì)具有潛在的市場應(yīng)用前景[15]。侯旭東等[16]研究發(fā)現(xiàn)，在‘陽光玫瑰’葡萄幼果期噴施MeJA可以顯著提高果實(shí)C6化合物和萜烯類物質(zhì)等主要香氣成分的含量，從而改善果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)。最近的一項(xiàng)研究也表明MeJA對葡萄番茄果實(shí)成熟過程中揮發(fā)物合成有調(diào)控作用，可以增加除1-己醇以外的大部分揮發(fā)性C6化合物，且MeJA與乙烯在果實(shí)香氣形成過程中存在密切關(guān)系，主要作用于類胡蘿卜素途徑的揮發(fā)物合成通路[17]。另有研究表明，對高叢越橘品種‘海岸’綠果期噴施MeJA，可提高成熟果實(shí)中揮發(fā)性成分的含量，尤其是具有濃郁果香和花香的成分[18]。此外，Shi Jiang等[19]的研究結(jié)果表明，外源施加MeJA可以誘導(dǎo)茶葉中揮發(fā)性成分含量增加，尤其是香葉醇、芳樟醇及其氧化物的含量。值得注意的是，萜類主干生物合成途徑相關(guān)基因的表達(dá)幾乎均被MeJA誘導(dǎo)上調(diào)，這加深了對MeJA作用下茶葉揮發(fā)性代謝物生物合成途徑的理解。MeJA對不同園藝作物香氣的調(diào)控效果存在差異，這與MeJA施用方式、部位和濃度等密切相關(guān)?？傮w來看，MeJA主要通過提高植物香氣成分合成相關(guān)酶活性或延緩相關(guān)代謝酶活性下降速率提高脂肪酸衍生物、苯類/苯丙烷類、萜類等揮發(fā)性化合物的種類數(shù)和含量，進(jìn)而達(dá)到改善植物香氣的目的[20]。

迄今為止，MeJA對普通大番茄果實(shí)成熟過程揮發(fā)性風(fēng)味成分及含量的相關(guān)研究報道較少。本研究以‘朝研298’番茄為實(shí)驗(yàn)材料，利用頂空-固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（headspace-solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）技術(shù)對不同濃度MeJA處理后的番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行定性及定量分析，同時篩選番茄果實(shí)特征香氣成分，明確MeJA調(diào)控的主要香氣類型。在此基礎(chǔ)上，通過主成分分析（principal component analysis，PCA）和層次聚類分析進(jìn)一步明確MeJA改善番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的濃度效應(yīng)，旨在為MeJA提高日光溫室番茄果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)提供有力的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實(shí)驗(yàn)番茄（Solanum lycopersicum）種植于甘肅省白銀市靖遠(yuǎn)縣烏蘭鎮(zhèn)東關(guān)村日光溫室基地，選用當(dāng)?shù)刂髟云贩N‘朝研298’（采購于天津朝研種苗科技有限公司）。將番茄種子播于72 孔穴盤進(jìn)行育苗，待幼苗長至四葉一心時，選取長勢一致且生長健壯的植株定植于裝有基質(zhì)的塑料盆（直徑30 cm）中，每盆1 株，每個處理組15 盆，隨機(jī)排列，株距35 cm，行距50 cm。在番茄達(dá)到綠熟期時開始外源施用MeJA，共處理2 次，中間間隔10 d，施用方法為在果實(shí)表面涂抹溶液，至果實(shí)表面布滿液滴為止。實(shí)驗(yàn)共設(shè)置5 個處理組，包括1（MJ-1）、10（MJ-10）、100（MJ-100）、200 μmol/L（MJ-200）MeJA溶液，以等體積超純水為對照（CK），栽培過程中的所有日常管理方式均保持一致。待番茄第2穗果實(shí)成熟時選取大小均勻、顏色相近、成熟度一致且無病蟲害的果實(shí)，轉(zhuǎn)運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室于8 ℃冰箱貯藏，待測。

無水氯化鈉 上海遠(yuǎn)慕生物科技有限公司；無水乙醇 上海麥克林生化科技股份有限公司；吐溫-80上海阿拉丁生化科技股份有限公司；2-辛醇（色譜級）、體積分?jǐn)?shù)95% MeJA 美國Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

50/30 μm二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）固相微萃取頭、SPME進(jìn)樣手柄 美國Supelco公司；Corning PC-420D磁力加熱攪拌器 上海楚定分析儀器有限公司；15 mL棕色頂空瓶（配有硅膠墊片和聚丙烯蓋子）俊齊儀器設(shè)備（上海）有限公司；圓柱形磁力攪拌子 上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；ISQ GC-MS儀 美國Thermo Fisher Scientific公司；HZY電子天平 華志（福建）電子科技有限公司；DS-1勻漿機(jī) 上海凈信實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司。

1.3 方法

1.3.1 揮發(fā)性物質(zhì)HS-SPME分析

各處理組選取9 個大小、色澤和成熟度均一致的番茄果實(shí)，每3 個果實(shí)為1 個生物學(xué)重復(fù)，共設(shè)置3 個生物學(xué)重復(fù)。將果實(shí)洗凈晾干后制成勻漿，稱取5.0 g樣品裝入含2.5 g無水NaCl的20 mL頂空瓶中，加入1 個磁力攪拌子和10 μL 0.04 mg/mL 2-辛醇內(nèi)標(biāo)，立即用帶有硅膠隔墊的螺紋瓶蓋擰緊。將頂空瓶在50 ℃恒溫磁力攪拌器上以1 000 r/min的速率平衡10 min，然后利用老化后的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭吸附40 min，之后將萃取頭置于250 ℃進(jìn)樣口解吸5 min，進(jìn)行GC-MS分析。

1.3.2 揮發(fā)性物質(zhì)GC-MS分析

GC條件：采用DB-WAX彈性石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）分離物質(zhì)；純度≥99.999%的高純氦氣作為載氣，流速1.0 mL/min；不分流進(jìn)樣模式；升溫程序：在40 ℃下保持3 min，以5 ℃/min升至130 ℃，再以7 ℃/min升至230 ℃，并保持5 min，整個過程共耗時40.29 min。

MS條件：電離源為70 eV電子電離；離子源溫度230 ℃；傳輸線溫度250 ℃，四極桿溫度150 ℃；全掃描模式，掃描質(zhì)量范圍35～450m/z。

1.3.3 揮發(fā)性物質(zhì)的定性和定量分析

定性分析[21]：每個樣品經(jīng)GC-MS分析后得到總離子色譜圖，將圖中各色譜峰積分后通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)檢索并與NIST 2014質(zhì)譜庫進(jìn)行比對定性，僅保留正反匹配度均大于800（最大值1 000）的組分。

定量分析[22]：采用內(nèi)標(biāo)法按下式計(jì)算番茄果實(shí)各揮發(fā)性組分含量。

式中：A1為測定組分峰面積；A2為內(nèi)標(biāo)峰面積；m1為內(nèi)標(biāo)質(zhì)量/μg；m2為樣品質(zhì)量/g。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

使用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理與統(tǒng)計(jì)；利用IBM SPSS Statistics 20.0軟件進(jìn)行PCA和聚類分析并作圖，Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05）；其他圖均采用Origin 2021軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度MeJA對番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)代謝譜的影響

由表1可知，共檢出71 種揮發(fā)性組分，這些物質(zhì)可分為6 大類，包括23 種醛類、17 種醇類、8 種酮類、7 種酯類、6 種烴類和10 種其他類成分，其他類主要由呋喃、酚和酸等物質(zhì)構(gòu)成。與CK組相比，外源噴施MeJA可提高番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的種類數(shù)和總含量。

表1 不同濃度MeJA處理后番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)成分和含量Table 1 Composition and content of volatile components in tomato fruits treated with different concentrations of MeJA μg/kg

揮發(fā)物種類與MeJA存在明顯的濃度依賴效應(yīng)，當(dāng)濃度在0～100 μmol/L時種類不斷增加，100 μmol/L時達(dá)到最多，為61 種，而濃度繼續(xù)增大（200 μmol/L）種類有所減少，但比未噴施MeJA仍多出8 種成分。盡管不同處理濃度下番茄果實(shí)的揮發(fā)物成分有所差異，但仍有33 種物質(zhì)為各組共有，占總數(shù)的46.48%（圖1）。CK組獨(dú)有物質(zhì)種類最多，包含3-呋喃甲酸甲酯、2-戊基呋喃和反-3-己烯酸共3 種；10 μmol/L MeJA處理組僅有1 種獨(dú)有物質(zhì)，為2-甲基丁醇；其他處理組均未檢出獨(dú)有物質(zhì)。

圖1 不同濃度MeJA處理的番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)種類數(shù)Venn圖Fig.1 Venn plot showing the number of unique and shared volatile compounds in tomato fruits treated with different concentrations of MeJA

總含量的變化規(guī)律與種類數(shù)幾乎保持一致，即隨著MeJA處理濃度的增大呈先升高后降低的趨勢，100 μmol/L時含量達(dá)到最大，為3 170.59 μg/kg，比未噴施MeJA顯著增加85.49%。MeJA濃度繼續(xù)增大具有一定的抑制效應(yīng)，使揮發(fā)物總含量顯著下降，但仍是CK組的1.65 倍。各處理組含量最高的組分均為順-3-己烯-1-醇，占總含量的20.29%（MJ-200組）～23.26%（CK組）。

2.2 不同濃度MeJA對番茄果實(shí)各類揮發(fā)性物質(zhì)種類數(shù)和含量的影響

番茄果實(shí)中所有檢測到的揮發(fā)性物質(zhì)包括醛類、醇類、酮類、酯類、烴類和其他類。在種類上，醛類占比最大，為16～21 種；醇類次之，為10～15 種；酮類、酯類、烴類和其他類種類數(shù)相對較少。MeJA處理后種類數(shù)較明顯增加的也是醛類和醇類，其中MJ-100和MJ-200組的醛類數(shù)量最多，均為21 種，比CK組增加5 種；對醇類而言，MJ-1、MJ-10、MJ-100和MJ-200組分別比CK組增加1、1、5、3 種；而其他4 類物質(zhì)在不同處理間的差異較小（圖2A）。

圖2 不同濃度MeJA處理后番茄果實(shí)各類揮發(fā)性物質(zhì)種類數(shù)（A）和含量（B）Fig.2 Numbers (A) and contents (B) of various volatile compounds in tomato fruits treated with different concentrations of MeJA

由圖2B可知，各類物質(zhì)含量的變化規(guī)律與總物質(zhì)含量變化規(guī)律幾乎保持一致，即在MeJA濃度為100 μmol/L時達(dá)到最大值。醇類是含量占比最大的一類物質(zhì)，占總含量的40.25%～43.22%。MeJA處理后番茄果實(shí)中醇類含量均有所提高，其中MJ-100處理組的醇類含量最高，為1 276.07 μg/kg，比CK組增加72.71%。醛類是含量第二大物質(zhì)，占總含量的35.59%～38.01%，MJ-100處理組效果最明顯，是CK組含量的1.98 倍。酮類含量較醇類和醛類略微偏少，但其含量在MeJA處理后也有不同程度的提高，MJ-1、MJ-10、MJ-100和MJ-200組分別比CK組增加72.35、120.89、211.46、193.01 μg/kg。酯類含量相對較低，但MeJA處理后對其也有一定的正向調(diào)控作用。烴類是含量最低的一類，MeJA處理后其含量有所下降，但下降幅度不明顯。其他類物質(zhì)含量的變化規(guī)律也是隨MeJA濃度的增大呈先升高后降低的趨勢，MJ-200組相比MJ-100組有所降低，但與MJ-10組相差不大。

2.3 不同濃度MeJA對番茄果實(shí)特征揮發(fā)性物質(zhì)的影響

對于番茄果實(shí)，其特征揮發(fā)性物質(zhì)是指1993年Buttery[23]研究確定的對數(shù)閾值單位＞0的16 種成分，該研究認(rèn)為這16 種成分對番茄香氣有重要貢獻(xiàn)。本研究在5 組番茄果實(shí)中共篩選到13 種特征香氣成分。由圖3可知，從物質(zhì)分類上看，醛類揮發(fā)性物質(zhì)種類最多，包括反-2-己烯醛、苯乙醛、己醛、順-3-己烯醛和反-2-庚烯醛共5 種；醇類有苯乙醇、順-3-己烯-1-醇和3-甲基丁醇；酮類有1-戊烯-3-酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮和β-紫羅蘭酮；此外，還檢測到1 種酯類（水楊酸甲酯）和1 種噻唑類（2-異丁基噻唑）。MJ-100處理組可以檢測到上述所有成分，CK、MJ-1和MJ-10處理組均未檢測到反-2-庚烯醛和3-甲基丁醇，而MJ-200處理組未檢測到苯乙醛。番茄果實(shí)特征香氣含量在不同濃度MeJA處理下差異較大，CK組僅檢出1 018.30 μg/kg，與CK組相比，MJ-1、MJ-10、MJ-100和MJ-200組分別增加224.50、559.44、942.36、679.72 μg/kg，然而，各特征物質(zhì)相對含量差別不大，為59.57%～62.04%。

圖3 不同濃度MeJA處理后番茄果實(shí)13 種特征揮發(fā)性物質(zhì)熱圖Fig.3 Heatmap of 13 characteristic volatile compounds in tomato fruits treated with different concentrations of MeJA

這些特征物質(zhì)根據(jù)呈香類型可分為刺激型、果香型、花香型、青香型和杏仁香型。賦予番茄果實(shí)青香味的揮發(fā)物最多，包括己醛、順-3-己烯醛、反-2-庚烯醛、順-3-己烯-1-醇、水楊酸甲酯和2-異丁基噻唑共6 種，該類物質(zhì)在MJ-100處理組的含量最高，為1 196.19 μg/kg，是CK組的1.85 倍。順-3-己烯-1-醇是其中含量最高的組分，占青香型物質(zhì)含量的53.87%～61.40%，MeJA處理后其含量比CK組分別增加72.56（MJ-1）、171.51（MJ-10）、287.75（MJ-100）、173.29 μg/kg（MJ-200）。己醛也是含量較高的一種青香型成分，占青香型物質(zhì)總含量的31.46%～5.78%。果香型物質(zhì)有2 種，總含量僅次于青香型物質(zhì)，占特征物質(zhì)總含量的23.67%～28.09%，反-2-己烯醛是其中最豐富的成分，含量為216.75～418.95 μg/kg?；ㄏ阈臀镔|(zhì)包括苯乙醛、苯乙醇和β-紫羅蘭酮，MeJA處理后上調(diào)了該類物質(zhì)總含量，其中MJ-10處理組效果最明顯，比CK組增加77.15%。刺激型和杏仁香型均僅有1 種物質(zhì)，分別為1-戊烯-3-酮和3-甲基丁醇。1-戊烯-3-酮含量隨MeJA處理濃度的增大呈逐漸上升的趨勢，MJ-200組是CK組的2.82 倍。3-甲基丁醇在MeJA濃度較低時未檢出，當(dāng)濃度增大到100 μmol/L時才出現(xiàn)，含量分別為30.63（MJ-100組）、47.18 μg/kg（MJ-200組）。

2.4 不同濃度MeJA改善番茄果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)的物質(zhì)效應(yīng)PCA

對不同濃度MeJA處理下的番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行PCA，由圖4可知，PC1貢獻(xiàn)率為67.38%，PC2貢獻(xiàn)率為20.91%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為88.29%，表明PCA可以有效區(qū)分不同濃度MeJA處理的番茄果實(shí)。每個MeJA濃度處理的3 個生物學(xué)重復(fù)樣品距離較近，而不同MeJA濃度組別的樣品距離較遠(yuǎn)，說明不同濃度MeJA處理對番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的影響較大（圖4A）。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，CK、MJ-1和MJ-10組沿PC1負(fù)半軸獨(dú)立分散，MJ-100和MJ-200組在PC1上不易分離，但在PC2上可以明顯區(qū)分。結(jié)合載荷圖（圖4B）可以看出，CK組樣品集中在PC1和PC2負(fù)半軸上，對應(yīng)的特征物質(zhì)主要有3-呋喃甲酸甲酯（V55）、2-戊基呋喃（V62）和反-3-己烯酸（V69）；MJ-1組集中分布在第2象限，與其相關(guān)的物質(zhì)為法尼基丙酮（V48）和甲氧基苯肟（V66）；MJ-10組分布在PC1的原點(diǎn)附近，貢獻(xiàn)較大的物質(zhì)包括2-甲基丁醇（V25）和β-紫羅蘭酮（V47）等；MJ-100組集中分布在第1象限，其包含的特征物質(zhì)最多，主要為反-2-己烯醛（V8）、2-十一烯醛（V23）、順-3-己烯-1-醇（V31）、芳樟醇（V36）和1-辛烯-3-酮（V43），說明100 μmol/L MeJA處理后的番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)種類最多和含量最高，可以有效改善番茄果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)；MJ-200組樣品分布于第4象限，與其高度相關(guān)的物質(zhì)有反-2-辛烯醛（V14）、3-甲基丁醇（V26）和十三烷（V60）。

圖4 不同濃度MeJA處理后番茄果實(shí)的PCA得分圖（A）和載荷圖（B）Fig.4 Principal component score plot (A) and loading plot (B) showing the variations in volatile composition of tomato fruits treated with different concentrations of MeJA

2.5 不同濃度MeJA改善番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的濃度效應(yīng)層次聚類分析

依據(jù)15 個樣品的揮發(fā)物代謝譜對其進(jìn)行層次聚類分析，繪制歐氏距離聚類的樹狀圖。由圖5可知，每個MeJA濃度下對應(yīng)的3 個生物學(xué)重復(fù)樣品距離較近，說明同一處理的同質(zhì)性良好。在歐氏距離為5時，所有樣品聚為5 組，即每個處理下的3 個重復(fù)樣品聚為一類。隨著歐氏距離增大，CK和MJ-1組逐漸聚為一類，MJ-10和MJ-200組逐漸聚為另一類，說明兩兩處理之間有部分共同特征物質(zhì)。當(dāng)歐氏距離為10時，所有樣品共聚為兩大類，CK和MJ-1組聚為第1大類，MJ-10、MJ-200和MJ-100組聚為第2大類。根據(jù)聚類分析可以得出，MJ-100組的獨(dú)特性較強(qiáng)，與之合并聚類的歐氏距離較大，該結(jié)果也與PCA結(jié)果保持一致，進(jìn)一步證明100 μmol/L MeJA是調(diào)控番茄果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味品質(zhì)的最佳濃度。

圖5 基于揮發(fā)性物質(zhì)構(gòu)建的不同濃度MeJA處理后番茄果實(shí)的聚類樹狀圖Fig.5 Cluster dendrogram for volatile compounds of tomato fruits treated with different concentrations of MeJA

3 討論

本研究在所有番茄果實(shí)中共檢出71 種揮發(fā)性物質(zhì)，而岳釘伊等[24]在增施CO2與LED補(bǔ)光處理的番茄中鑒定出63 種揮發(fā)性成分，杜天浩等[25]在褪黑素處理緩解鹽脅迫下番茄果實(shí)中檢測到65 種揮發(fā)性成分，這可能與番茄品種和栽培環(huán)境差異有關(guān)。所有物質(zhì)共分為6 大類，包括醛、醇、酮、酯、烴和其他類成分，這與胡曉婷等[26]的分類方式一致，同時該研究發(fā)現(xiàn)物質(zhì)種類最多的是醛類，為25 種，本研究（23 種）與其相差不大。不同MeJA濃度下番茄果實(shí)的揮發(fā)物成分有所差異，但仍共同含有33 種物質(zhì)，說明這些物質(zhì)是構(gòu)成番茄果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)的主要成分，其變化通常體現(xiàn)在含量差異上。魏守輝等[27]研究表明，不同時段補(bǔ)光處理下番茄果實(shí)共有物質(zhì)達(dá)到47 種，說明外源MeJA處理比補(bǔ)光對番茄果實(shí)揮發(fā)性成分影響更大。本研究各處理組含量最高的組分均為順-3-己烯-1-醇，占總含量的20.29%（MJ-200組）～23.26%（CK組），而李琦等[28]研究發(fā)現(xiàn)，反-2-己烯醛是番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)中含量最豐富的成分，造成這種差異的原因可能是不同品種番茄果實(shí)醇醛轉(zhuǎn)化酶含量存在差異。外源MeJA處理可以誘導(dǎo)植物合成并釋放揮發(fā)性物質(zhì)，是改善農(nóng)產(chǎn)品風(fēng)味品質(zhì)的天然調(diào)節(jié)劑[29]。Ju Yanlun等[30]研究發(fā)現(xiàn)，MeJA處理‘赤霞珠’葡萄可以顯著提高葡萄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)總含量，特別是酯類和醇類等香氣物質(zhì)含量。另有研究報道，草莓在受到外源MeJA處理后，乙酸甲酯、乙酸異戊酯、己酸乙酯和乙酸丁酯等主要香氣物質(zhì)含量顯著增加[31]。本研究發(fā)現(xiàn)，番茄果實(shí)噴施MeJA后，揮發(fā)物種類數(shù)和總含量與CK組相比均有所提高，且隨MeJA濃度增大呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在濃度為100 μmol/L時達(dá)到最大值，說明MeJA的調(diào)控存在一定的濃度依賴效應(yīng)。類似的研究結(jié)論在葡萄果實(shí)中也有報道，在‘黑比諾’葡萄轉(zhuǎn)色初期對葉面分別噴施0.1、1.0、5.0、10.0、15.0 mmol/L的MeJA和二氫茉莉酸甲酯（methyl dihydrojasmonate，MDJA），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，0.1 mmol/L MeJA和1.0 mmol/L MDJA較其他濃度相比效果最佳，葡萄中揮發(fā)性香氣化合物總含量均顯著提升[32]。吳琦等[33]發(fā)現(xiàn)，200、600 μmol/L MeJA處理百合花后，與對照組相比揮發(fā)物總釋放量顯著升高，而50 μmol/L MeJA處理則引起揮發(fā)物釋放量明顯下降。萜烯類、醇類、醛類和酮類物質(zhì)隨著MeJA濃度的增加呈上升趨勢，酯類的釋放量呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。本研究中，除烴類在MeJA處理后有所下降，其他5 類物質(zhì)含量均隨MeJA處理濃度增大呈先升高后降低的趨勢，可以推測，植物對外源MeJA有一定的濃度響應(yīng)范圍，超出會出現(xiàn)抑制效應(yīng)，反而不利于植物次級代謝產(chǎn)物的合成。噴施MeJA對番茄揮發(fā)性組分構(gòu)成也有一定影響，本研究所用不同濃度MeJA均可提高果實(shí)揮發(fā)物總數(shù)量，其中濃度為100 μmol/L時種類最多，比CK組增加12 種，包括反-2-戊烯醛、順-4-庚烯醛、反-2-庚烯醛、2-十一烯醛、3-甲基丁醇、戊醇、1-辛烯-3-醇和6-甲基-5-庚烯-2-醇等。有研究[34]表明，MeJA處理對葡萄果實(shí)影響最大的是C6醛和C6醇，而本研究新增成分以C5和C7結(jié)構(gòu)為主。這可能是因?yàn)镸eJA處理后調(diào)控了番茄果實(shí)脂肪酸及其衍生物途徑中間代謝物合成酶的種類及活性，進(jìn)而促進(jìn)了C6向C5和C7成分的轉(zhuǎn)化。此外，MeJA處理還可以增加2-甲基丁基乙酸酯和乙酸橙花酯等酯類成分，推測是MeJA促進(jìn)了醇酰基轉(zhuǎn)移酶將醇類酯化為酯類物質(zhì)的催化效應(yīng)，進(jìn)而有利于酯類成分的合成[35]。Liu Haoran等[36]研究MeJA處理對采后櫻桃番茄果實(shí)中揮發(fā)性有機(jī)化合物組成和含量的影響，結(jié)果表明，MeJA處理提高了6-甲基-5-庚烯-2-酮等類胡蘿卜素衍生揮發(fā)物的含量。本研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)MeJA會提高6-甲基-5-庚烯-2-酮、香葉基丙酮和β-紫羅蘭酮等物質(zhì)含量，這主要是因?yàn)镸eJA促進(jìn)了類胡蘿卜素裂解雙加氧酶活性，進(jìn)而加速了類胡蘿卜素底物向揮發(fā)物的特異性轉(zhuǎn)化[37]。盡管番茄果實(shí)可以合成上百種揮發(fā)性物質(zhì)，但起決定作用的成分僅有16 種，被認(rèn)為是番茄果實(shí)的特征香氣物質(zhì)，它們的對數(shù)閾值單位均大于0[38]。本研究共檢出13 種特征揮發(fā)性物質(zhì)，未檢測到β-大馬酮、2,3-甲基丁醛和1-硝基-2-乙基苯，這主要是由于品種不同所致。MeJA處理后可提高特征香氣成分的含量，從而提高番茄果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)。所有特征物質(zhì)構(gòu)成了番茄果實(shí)的整體香氣輪廓，主要呈現(xiàn)青香、果香和花香氣味。其中青香味的揮發(fā)物最多，包括己醛、順-3-己烯醛、反-2-庚烯醛、順-3-己烯-1-醇、水楊酸甲酯和2-異丁基噻唑共6 種，總含量約占特征香氣物質(zhì)總含量的一半。順-3-己烯-1-醇是含量最高的一種青香型成分，以亞麻酸為反應(yīng)底物，由順-3-己烯醛在乙醇脫氫酶作用下還原而成，是典型的C6脂肪酸衍生物[39]。MeJA處理后可以顯著提高順-3-己烯-1-醇的含量，100 μmol/L濃度效果最好，比CK組增加72.37%，有效提高了番茄果實(shí)自身的青香氣味。己醛是含量僅次于順-3-己烯-1-醇的青香型揮發(fā)物，以亞油酸為反應(yīng)底物，是對番茄香氣貢獻(xiàn)較大的物質(zhì)[40]，其含量在MeJA處理后有明顯上調(diào)。賦予果香氣味的物質(zhì)主要是反-2-己烯醛和6-甲基-5-庚烯-2-酮，其中6-甲基-5-庚烯-2-酮的前體物質(zhì)是來源于類胡蘿卜素代謝途徑的番茄紅素，具有強(qiáng)烈的果香味和芳香味，對番茄風(fēng)味有直接貢獻(xiàn)[41]。2-苯乙醇和2-苯乙醛是賦予番茄果實(shí)花香味的主要物質(zhì)，二者均來源于苯丙氨酸，2-苯乙醛可被苯乙醛還原酶催化形成2-苯乙醇[42]，其含量在MeJA誘導(dǎo)下顯著上調(diào)。此外，其他對數(shù)閾值單位是負(fù)數(shù)的成分也不能忽略，研究[43]表明，其能夠作為背景信息協(xié)同調(diào)控番茄的整體風(fēng)味。

利用PCA和層次聚類分析對MeJA處理的番茄果實(shí)進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析，有利于發(fā)現(xiàn)其中的內(nèi)部規(guī)律并揭示物質(zhì)之間的相關(guān)性。PCA是一種廣泛應(yīng)用的無監(jiān)督技術(shù)，能夠把多個原始變量整合為少數(shù)幾個綜合指標(biāo)，同時盡可能多地保留原來變量所反映的信息[44]。PCA結(jié)果表明，同一處理3 個生物學(xué)重復(fù)的同質(zhì)性好，不同處理樣品的異質(zhì)性好，說明本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具備一定的合理性，同時進(jìn)一步證實(shí)了MeJA對番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的正向調(diào)控作用，并篩選出不同濃度下對應(yīng)的特征揮發(fā)成分。層次聚類分析是一種最常用的聚類方法，通常利用組間連接聚類法和歐氏距離度量標(biāo)準(zhǔn)對樣品進(jìn)行歸類[45]。本研究以15 個樣品的71 種揮發(fā)性物質(zhì)含量為數(shù)據(jù)矩陣，在歐氏距離為10時將所有樣品分為2 類，100 μmol/L MeJA處理的樣品與其他組別聚類距離較大，說明該處理下?lián)]發(fā)性物質(zhì)組成和含量具有特殊性，是調(diào)控番茄果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味品質(zhì)的最佳濃度。

MeJA是JAs家族中的一種揮發(fā)性植物激素，對于誘導(dǎo)植物合成次生代謝產(chǎn)物起到信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。外源施用MeJA會誘導(dǎo)植物合成和釋放醛類、醇類、酮類、酯類和萜類等多種揮發(fā)性物質(zhì)，這為提高和改善蔬菜作物風(fēng)味品質(zhì)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。番茄果實(shí)噴施MeJA后，植物體內(nèi)合成JA的α-亞麻酸通路關(guān)鍵基因表達(dá)被顯著上調(diào)，進(jìn)而促進(jìn)JA的合成和積累[46]。JA在茉莉酸氨基合成酶1作用下轉(zhuǎn)化為具有較強(qiáng)生物活性的茉莉酸-異亮氨酸（JAIle），進(jìn)而誘導(dǎo)SCFCOIl（冠菌素不敏感蛋白）與JAZ（茉莉酸ZIM結(jié)構(gòu)域包含蛋白）結(jié)合并泛素化識別，致使JAZ在26S蛋白酶體作用下降解，從而釋放MYC2等轉(zhuǎn)錄因子，進(jìn)一步從轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控次級代謝產(chǎn)物的合成[47]。揮發(fā)性物質(zhì)是植物自身抵抗逆境脅迫的一類重要信號物質(zhì)，其合成通路中的關(guān)鍵基因均會受到MYC2等轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控[48]。因此，外源MeJA誘導(dǎo)番茄果實(shí)揮發(fā)物增加的機(jī)理很可能是促進(jìn)了植物體內(nèi)JA和JA-Ile等信號因子的合成。Gao Wenjie等[49]發(fā)現(xiàn)，施用MeJA可以改善菊花的香氣品質(zhì)，并通過轉(zhuǎn)錄組鑒定出13 個JA信號通路中的差異基因，包括10 個JAZ和3 個MYC2，且大部分差異基因表達(dá)被MeJA上調(diào)。此外，其他轉(zhuǎn)錄因子，如YABs在SCFCOI1復(fù)合物降解JAZ3后也可以被釋放，進(jìn)而誘導(dǎo)葉片中JA調(diào)控的下游基因表達(dá)，促進(jìn)次生代謝產(chǎn)物的合成積累[50]。Li Jing等[51]研究發(fā)現(xiàn)，桔梗中WRKY轉(zhuǎn)錄因子也會參與外源MeJA調(diào)控并促進(jìn)三萜化合物的合成。綜上，SCFCOI1、JAZs及轉(zhuǎn)錄因子構(gòu)成的復(fù)合元件可能是MeJA調(diào)控番茄果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味品質(zhì)形成的重要信號機(jī)制。本研究雖然明確了MeJA對調(diào)控番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)有一定的作用效果，但仍需結(jié)合分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步從代謝和基因?qū)用婀餐治鯩eJA信號通路的作用機(jī)理，為高品質(zhì)番茄育種提供理論依據(jù)。

4 結(jié)論

本研究以‘朝研298’番茄為實(shí)驗(yàn)材料，在果實(shí)綠熟期噴施2 次1、10、100、200 μmol/L 4 個濃度MeJA，以等體積水為CK組。在果實(shí)紅熟時采用HS-SPME-GCMS技術(shù)測定其揮發(fā)性物質(zhì)的成分和含量。5 個處理組番茄果實(shí)中共檢測到71 種揮發(fā)性物質(zhì)，包括23 種醛類、17 種醇類、8 種酮類、7 種酯類、6 種烴類和10 種其他類物質(zhì)。不同處理組共有物質(zhì)為33 種，占檢出總數(shù)量的46.48%。各處理組含量最高的組分均為順-3-己烯-1-醇，占總含量的20.29%～23.26%。在數(shù)量上，醛類最多，為16～21 種；在含量上，醇類占比最大，為40.25%～43.22%。外源噴施不同濃度MeJA均可提高番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的總數(shù)量和總含量，且隨著濃度增大呈先升高后降低的趨勢，100 μmol/L MeJA處理時達(dá)到最大峰值。烴類數(shù)量和含量在MeJA處理后有所下降，醛類、醇類、酮類、酯類和其他類物質(zhì)的數(shù)量和含量隨MeJA濃度的增大呈先升高后降低的趨勢。所有番茄果實(shí)中共鑒定出13 種特征香氣成分，主要賦予青香、果香和花香氣味，其香氣強(qiáng)度經(jīng)MeJA處理后顯著提高。本研究結(jié)果證實(shí)MeJA可以改善番茄果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味品質(zhì)，為高品質(zhì)番茄栽培及產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了新的思路和見解。