设施栽培下不同坐果技术对西瓜果实挥发性物质的影响

黄 远，李文海，赵 露，沈 泰，陈海文，孔秋生，别之龙

（园艺植物生物学教育部重点试验室·华中农业大学园艺林学学院 武汉 430070）

西瓜是一种重要的园艺作物，我国的西瓜种植面积和产量均居世界第一。早春条件下利用塑料大棚等园艺设施进行西瓜栽培，可以促进西瓜提早上市，提高经济效益。然而，设施本身隔绝了外界传粉昆虫的进入，而西瓜是雌雄异花授粉植物，自然条件下需要依靠昆虫进行授粉。因此，设施内西瓜栽培必需进行一定的人工辅助坐果技术来确保西瓜的坐果率。随着我国农村适龄劳动力的减少、劳动力价格的上涨，传统人工授粉坐果技术因其对劳动力的过度依赖，已不能满足未来设施西瓜规模化种植的发展趋势。采用氯吡脲（CPPU）等植物生长调节剂可以促进西瓜坐果，但对果实品质的影响尚存在一定争议。蜜蜂授粉作为一种借助昆虫的天然授粉方式，能减轻劳动强度，在草莓等园艺作物上已经成熟应用，而在设施西瓜生产上的应用和研究还处于起步阶段。前人在西瓜蜜蜂授粉上的研究主要集中在授粉技术和经济效益分析方面[1-4]，关于不同坐果技术对西瓜果实挥发性物质等品质的影响尚缺乏系统的研究[5]。因此，本文通过比较不同坐果技术对西瓜果实挥发性物质的影响，旨在为设施西瓜生产中选择合适的坐果技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及处理

试验于2013年3—6月在国家蔬菜改良中心华中分中心（湖北武汉，华中农业大学蔬菜基地）进行，选取土壤理化性质、养分状况一致的3个大棚分别作为植物生长调节剂CPPU处理棚、人工授粉棚、蜜蜂授粉棚。每个大棚面积为288 m2（长48 m×宽6 m），用60目纱网封住不同处理大棚的前后入口，防止其他授粉昆虫进入。试验采用的西瓜品种为‘早佳’（8424）（新疆农科院哈密瓜研究中心提供）。3月8日，将3叶1心的幼苗定植于大棚内，每棚定植500株，株距50 cm，行距130 cm，吊蔓栽培，单蔓整枝，每株留一果，采用水肥一体化系统保证植株长势一致。于4月26日上午8:00，在不同处理的大棚内选取当日开放的第2雌花（12～14节位）进行标记及处理（蜜蜂棚只进行标记）。植物生长调节剂采用成都施特优公司生产的氯吡脲（CPPU），其中药剂有效成分0.1%，稀释 100倍（10 mg·L-1）后用微型喷雾器将溶液喷施于雌花子房上。蜜蜂采用意大利蜜蜂（Apismelliferaligustica），标准蜂箱内有3脾蜂，约6 000只，于盛花期前2 d放置于蜜蜂授粉大棚中央。

在花后33 d的上午8：00，在不同处理大棚内，分别选取同一天、同一节位坐果的9个西瓜果实，用水果刀将西瓜切开取中心果肉，并将其迅速切成小块装于锡箔纸中，置于液氮中冷冻完全后，转入-70℃冰箱中保存，供西瓜果实挥发性物质的测定。

1.2 挥发性物质的测定

参考Beaulieu和Lea[6]的方法进行样品处理，采用气质联用（GC-MS）的方法进行，GC-MS型号为Thermo TRACE DSQⅡ。参数设置、测定及数据分析参考Liu等[7]，采用了顶空固相微萃取（HS-SPME）的方法，经GC-MS检测对不同坐果方式西瓜成熟果实的总离子流图，结合计算机数据库检索、匹配及筛选，最终对西瓜成熟果实中挥发性物质进行定性和定量分析。

2 结果与分析

2.1 不同坐果处理西瓜果实中主要挥发性物质的构成

根据GC-MS总离子流图（图1），本文共检测出西瓜挥发性物质82种，包括醛类23种、醇类21种、酮类10种、酯类6种、烷烃5种、芳香烃3种、烯烃2种、酸类4种，其他物质8种（表1）。3种处理中，蜜蜂授粉的西瓜果实挥发性物质最多，共75种，其相对含量比值最大，占检出峰面积的99.98%。人工授粉与CPPU处理西瓜果实分别检测出68种和65种，相对含量分别占检出峰面积的98.71%和96.66%。

在所检测出的挥发性物质中，醛类物质含量最高。CPPU、人工授粉和蜜蜂授粉分别为19、22和23种，相对含量分别为60.09%、58.54%和43.90%（表1）。酮类物质的含量仅次于醛类，CPPU、人工授粉和蜜蜂授粉分别为8、7和10种，相对含量分别22.53%、20.61%和25.53%（表3）。醇类物质含量仅次于醛类和酮类，其中CPPU处理16种，人工授粉 17种，蜜蜂授粉20种，相对含量分别为10.60%、15.43%和22.87%（表1）。

西瓜果实中酯类、烷烃、芳香烃、烯烃、酸类物质的种类及含量在不同坐果处理间具有差异。CPPU处理后西瓜果实中酯类、烷烃、芳香烃、烯烃、酸类物质的种类为4、4、3、1和4种，含量分别为0.35%、0.84%、0.44%、0.07%和0.44%。人工授粉西瓜果实酯类、烷烃、芳香烃、烯烃、酸类物质的种类分别为 5、3、2、2和 4种，含量分别为 0.45%、0.51%、0.24%、0.07%和0.96%。蜜蜂授粉西瓜果实未检测出芳香烃类物质，酯类、烷烃、烯烃、酸类物质的种类分别为6、5、1和4种，含量分别为1.07%、0.79%、3.86%和0.52%（表1）。

图1 不同坐果处理西瓜成熟果实的挥发性物质总离子流

表1 西瓜果实挥发性物质种类和相对含量

2.2 不同坐果处理对西瓜果实挥发性物质含量的影响（表2）

2.2.1 醛类物质 醛类物质在西瓜果实挥发性物质中所占比率最高，其中己醛、（E）-2-己烯醛(青叶醛)、壬醛、（E）-2-壬烯醛、（Z）-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛、3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛(柠檬醛)、（E,Z）-2,6-壬二烯醛是西瓜醛类物质中的主要种类。其中己醛的含量最高，分别为CPPU处理17.25%、人工授粉 19.16%、蜜蜂授粉 13.03%。（E，Z）-2,6-壬二烯醛在CPPU处理中的含量为10.53%，明显高于其他2种处理西瓜中的含量。

2.2.2 醇类物质 人工授粉与蜜蜂授粉西瓜果实中（Z）-3-壬烯醇含量最高，分别为 7.07%和13.87%，而在CPPU处理的西瓜果实中未检测到。在3种处理西瓜果实中含量均较高的醇类有(S)-1,2-丙二醇及正己醇。(S)-1,2-丙二醇含量分别为CPPU处理 1.59%、人工授粉 2.03%、蜜蜂授粉3.32%。正己醇的含量分别为CPPU处理6.37%、人工授粉2.91%、蜜蜂授粉2.82%。

表2 不同坐果处理对西瓜果实挥发性物质相对含量的影响

表2 （续）

2.2.3 酮类物质 3种处理西瓜果实中含量最高的酮类物质为6-甲基-5-庚烯-2-酮，其次为6,10-二甲基-5,9-十一碳双烯-2-酮。蜜蜂授粉西瓜果实中6-甲基-5-庚烯-2-酮和6,10-二甲基-5,9-十一碳双烯-2-酮的含量分别为19.26%和5.27%，高于CPPU处理西瓜的17.86%和3.75%及人工授粉西瓜的16.22%和3.36%。

2.2.4 酯类物质 CPPU处理和人工授粉西瓜果实中含量最高的酯类为（1-羟基-2,4,4-三甲基戊-3-基）2-甲基丙酸酯，占总挥发性物质的0.14%与0.19%，在蜜蜂授粉中其含量为0.19%。蜜蜂授粉西瓜果实中含量最高的酯类物质为9-羰基-壬酸乙酯，含量为0.33%。

2.2.5 烷烃物质 烷烃在西瓜果实挥发性物质中的含量较少，本研究仅检测到五种烷烃物质，其中十七烷是3种处理西瓜果实中含量最多的烷烃，含量分别为CPPU处理0.30%、人工授粉0.26%、蜜蜂授粉0.28%。

2.2.6 芳香烃物质 笔者共检测到3种芳香烃物质，CPPU处理和人工授粉西瓜果实中含量最高的分别为邻二甲苯和间二甲苯，蜜蜂授粉西瓜果实未检测到芳香烃类物质。

2.2.7 烯烃物质 3种处理西瓜果实中的烯烃类物质为二氧化萜二烯与右旋萜二烯，其中二氧化萜二烯存在于CPPU处理与人工授粉果实中，含量分别为0.07%、0.06%。右旋萜二烯仅存在于人工授粉与蜜蜂授粉的西瓜果实中，含量分别为0.01%、3.86%。

2.2.8 酸类及其他物质 笔者检测出4种酸类物质，分别为（S）-2-羟基丙酸、油酸、赤霉素及亚油酸，其中（S）-2-羟基丙酸的含量最高，在CPPU处理、人工授粉、蜜蜂授粉中的含量分别为0.24%、0.80%、0.31%。其他8种挥发性物质中，萘的含量最高，分别为CPPU处理0.71%、人工授粉0.99%、蜜蜂授粉0.44%。

3 讨论与结论

本试验对不同坐果处理的西瓜果实中香气物质分析后发现，西瓜果实挥发性物质中含量最多的3种物质为醛类、醇类、酮类，这与Beaulieu和Lea[6]、肖守华等[8]的结果类似，但在挥发性物质的种类及相对含量上本研究结果与前人不一致，这可能与试验中所用西瓜品种和栽培环境不同有关。在本试验中，与CPPU处理比较，人工授粉，尤其是蜜蜂授粉下挥发性物质的种类和含量明显增加，这可能与蜜蜂授粉是多次重复、足量和均匀的花粉授粉有关。人工授粉和蜜蜂授粉明显增加了挥发性物质的种类和含量，分别由CPPU处理的65种增加到68、75种，相对含量从 96.66%增加到98.71%和99.98%，其中人工授粉下醇类物质增加的幅度较大，相对含量从10.60%增加到15.43%，主要物质是（S）-1,2-丙二醇和（Z）-3-壬烯醇；蜜蜂授粉明显增加了醇类、酮类、酯类和烯类物质的相对含量，分别从10.60%，22.53%，0.35%，0.07%增加到 22.87%，25.53%，1.07%，3.86%，主要物质是（S）-1,2-丙二醇、（Z）-3-壬烯醇、6-甲基-5-庚烯-2-酮、6,10-二甲基-5,9-十一碳双烯-2-酮、邻苯二甲酸二异丁酯和右旋萜二烯。与人工授粉比较，蜜蜂授粉下挥发性物质种类和相对含量明显增加。何聪聪等[9]对西瓜挥发性物质中特征香气研究显示，醇类、酮类和酯类的种类及相对含量对西瓜果实芳香气味的形成起重要作用。因此，推测人工授粉，尤其是蜜蜂授粉处理西瓜中醇类、酮类和酯类三种物质的综合作用对果实香气产生影响，进而一定程度上提高了果实的品质。在设施西瓜长季节栽培方面，研究也发现中华蜜蜂授粉可以达到增加产量和提高品质的目的[5]。

综上所述，和CPPU处理比较，人工和蜜蜂授粉可以增加西瓜果实挥发性物质的种类和含量，蜜蜂授粉的效果优于人工授粉，有助于提高西瓜果实品质。