褪黑素处理对盐胁迫下番茄果实品质及挥发性物质的影响

杜天浩，周小婷，朱兰英，张 静，邹志荣*

（西北农林科技大学园艺学院，陕西 杨凌 7 12100）

褪黑素处理对盐胁迫下番茄果实品质及挥发性物质的影响

杜天浩，周小婷，朱兰英，张 静，邹志荣*

（西北农林科技大学园艺学院，陕西 杨凌 7 12100）

以“金棚1号”番茄为材料，研究在150 mmol/L NaCl胁迫下施加不同浓度褪黑素对番茄果实产量、品质及挥发性物质含量的影响。结果表明：在施加50、100 μmol/L褪黑素处理下，可以显著提高番茄果实中可溶性糖、可溶性固形物、VC、β-胡萝卜素含量，降低果实中有机酸和硝酸盐含量。相比于单纯盐胁迫处理，果实品质更好。利用顶空固相微萃取技术，对各处理进行气相色谱-质谱检测，分析各处理组番茄果实挥发性物质成分和 含量。结果表明，胁迫处理提高了果实挥发性物质总含量，而施加不同浓度褪黑素会进一步提高挥发性物质含量，其中在50 μmol/L褪黑素处理下，其含量最高。综上，在利用褪黑素缓解番茄盐胁迫时，施加浓度为50～100 μmol/L的褪黑素能够提高果实品质、增强果香，效果最佳。

盐胁迫；褪黑素；番茄；品质；挥发性物质

杜天浩， 周小婷， 朱兰英， 等. 褪黑素处理对盐胁迫下番茄果实品质及挥发性物质的影响［J］. 食品科学， 2016， 37（15）: 69-76.

DU Tianhao， ZHOU Xiaoting， ZHU Lanying， et al. Effect of melatonin treatment on tomato fruit quality and volatile compounds under salt stress［J］. Food Science， 2016， 37（15）: 69-76. （in Chinese with English abstract） DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201615012. http://www.spkx.net.cn

番茄本身含有丰富的营养和保健成分，是人们日常生活中经常食用的蔬菜。作为重要蔬菜作物，番茄在世界范围内栽培面积广泛，也是我国温室种植中的主栽蔬菜品种。由于温室蔬菜生产过程中存在单一品种重复种植、肥料施用量超标、温室内高温高湿以及封闭的环境缺少雨水淋溶等情况，温室内土壤次生盐渍化问题日益突出［1］。盐胁迫下作物的生长发育滞缓，产量和品质下降，已成为当前温室蔬菜栽培的一个主要障碍因子［2］。

褪黑素作为一种广泛存在于动物与人体内的激素，具备 调节动物体生理节律、感应光周期信号、提高免疫和抑制细胞衰老、预防老年痴呆、促进睡眠、抗癌等作用［3］，因此成为许多保健食品的主要成分。近年来，褪黑素在植物体内的生理功能成为研究热点，研究者们发现褪黑素是植物体中有效的自由基清除剂［4-5］，具有抗低温 胁迫［6］、抗盐胁迫［7］、抗氧化伤害［8］等作用。本研究利用褪黑素具有帮助植物抵御非生物胁迫的生理作用，探究在盐胁迫条件下，施加外源褪黑素对番茄果实产量、品质的影响，为实际生产中选择适宜浓度褪黑素来缓解逆境胁迫，提高作物品质提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

“金棚1号”番茄 西安金鹏种苗有限公司。

褪黑素 西安沃尔森生物技术有限公司；番茄红素、叶黄素、β-胡萝卜素 美国Sigma公司；2-壬酮（色谱纯） 迈瑞尔实验设备（上海）有限公司。

1.2仪器与设备

UV-1800型紫外分光光度计 日本岛津公司；PAL-1迷你数显折射计 日本Atago公司；GMK-835F果实酸度测定仪 韩国G-WON公司；600E型高效液相色谱系统（配有2487双通道紫外检测器和Empower色谱工作站） 美国Waters公司；Talboys恒温磁力搅拌器 美国Troemner公司；ISQ气相色谱-质谱联用仪美国Thermo Fisher Scientific公司；固相微萃取（solidphase microextraction，SPME）手动进样手柄、PDMS（100 μm）萃取头 美国Supelco公司；匀浆机 荷兰飞利浦公司。

1.3方法

1.3.1材料处理

供试番茄于2015年3月定植于西北农林科技大学园艺场玻璃温室（34°20′N，108°24′E）。采用基质盆栽方式，共设7 个处理：对照组（control group，CK）：栽培在正常基质中；胁迫处理组（S）：栽培在灌有150 mmol/L NaCl溶液的基质中；T1、T2、T3、T4、T5：在NaCl胁迫条件下，每隔7 d分别根施1、50、100、 150、200 μmol/L褪黑素。每个处理重复3 次，每次重复20 盆，每盆定植1 株，种植密度为行距60 cm，株距40 cm，田间随机区组排列。按实验设计进行处理以及正常的栽培管理，在花后第57天，采摘红熟的完好番茄果实运往实验室，放置于4 ℃条件下待测。

1.3.2风味及营养成分含量的测定

可溶性糖含量：蒽酮比色法［9］测定；可溶性蛋白含量：考马斯亮蓝法［9］测定；可溶性固形物含量：数显折射计测定；有机酸含量：果实酸度计测定；糖酸比=可溶性固形物含量（°Brix）/有机酸含量/%；VC含量：钼蓝比色法［9］；硝酸盐含量：水杨酸比色法［10］测定。

1.3.3番茄红素、β-胡萝卜素含量的测定

参考蔡智鸣［11］、李敏［12］及胡晓波［13］等的高效液相色谱法，略作修改。色谱条件：固定相：Waters Symmetry C18色谱柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；柱温：27 ℃。流动相A：V（乙腈）∶V（水）=8∶2；流动相B：乙酸乙酯；线性梯度洗脱：0～15 min，流动相B体积分数由0%增加到100%；15～20 min，流动相B保持100%；流速1.0 mL/min。检测波长：475 nm；进样量：15 μL。番茄红素和β-胡萝卜素含量，先用标准品配制梯度浓度的混合标样，制作标准曲线，之后对标准曲线进行回归分析，得回归方程，从而计算各处理组的绝对含量。

1.3.4挥发性风味物质成分及含量测定

参考唐晓伟［14］、常培培［15］等的方法进行测定。SPME取样：每个处理组分别取成熟期大小均匀的果实6 个，每个果实随机取1/4，打成匀浆，称取15 g匀浆于40 mL顶空瓶中，并加入3 g NaCl，同时加入10 μL 0. 25 mg/mL的2-壬酮标样，封口置于45 ℃恒温磁力搅拌器上，磁力搅拌速率为300 r/min，平衡10 min，然后顶空固相微萃取吸附30 min，立即插入色谱气化室，解吸3 min，进行气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析。

色谱与质谱条件参照常培培等［15-16］的方法。番茄挥发性物质经过GC-MS分析鉴定，利用美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）数据库2011进行检索分析，生成报告，仅报道正反匹配度均大于800的结果［15］。挥发性物质的定量采用内标法，计算公式如下：

1.4数据统计分析

常规品质指标经测定后用Excel软件整理，所有不同数据在SAS 9.1软件中进行单向方差分析，计算平均值和标准误，采用邓肯多重范围检验进行显著性检验。用Origin 9.0软件进行绘图。

2　结果与分析

2.1不同处理对番茄产量的影响

图1　不同处理对番茄产量的影响Fig. 1 Effects of different treatments on the yield of tomato

由图1可知，盐胁迫处理导致番茄产量下降。单纯盐胁迫处理产量最低，低于对照组30%。而随着施加外源褪黑素浓度的增大，产量先升高后降低。因此可得，施加适宜浓度的褪黑素可以缓解盐胁迫导致的产量下降，其中施加50 μmol/L褪黑素效果最好。

2.2各处理条件下番茄果实品质指标分析

2.2.1不同处理对番茄果实可溶性糖、可溶性固形物、有机酸含量及糖酸比的影响

图2　不同处理对番茄果实中可溶性糖（A）、可溶性固形物（BB）、有机酸含量（C）及糖酸比（DD）的影响Fig. 2 Effects of different treatments on the contents of total soluble sugar （A）， soluble solids （B）， and titratable acid （C）， as well as the sugar/ acid rate （D） in tomato fruits

由图2可知，盐胁迫处理（S、T1、T2、T3、T4、T5）的番茄，其果实中可溶性糖、可溶性固形物含量均高于对照组，且随着施加褪黑素浓度的增大而先增大后减小。与对照组相比，在根施50 μmol/L（T2）和100 μmol/L（T3）褪黑素的处理下，可溶性糖含量分别提高了46.9%和50.5%，可溶性固形物含量分别提高了36.7%和37.7%，差异显著（P＜0.05）。比较各处理组发现，在盐胁迫条件下，其有机酸含量随褪黑素浓度的增大而呈先减小后增大的趋势，在单纯盐胁迫下含量最高，比对照组高出34.3%；根施100 μmol/L（T3）褪黑素处理下，有机酸含量比处理组S低23.3%，两处理组间差异显著（P＜0.05）。通过分析各处理组果实糖酸比发现，在100 μmol/L（T3）褪黑素处理下，比值最高，与对照组和单纯胁迫处理组相比差异显著（P＜0.05）。其中，在施加50～100 μmol/L褪黑素处理下，番茄果实糖酸比高，口感风味最好。

2.2.2不同处理对番茄果实可溶性蛋白质、VC、硝酸盐含量的影响

图3　不同处理对番茄果实可溶性蛋白质（A）、VC（BB）、硝酸盐（C）含量的影响Fig. 3 Effects of different treatments on the contents of total soluble protein （A）， vitamin C （B）， and nitrate （C） in tomato fruits

由图3可知，盐胁迫处理降低了番茄果实中可溶性蛋白质的含量，在单纯盐胁迫处理下含量最低，为10.98 mg/100 g，比对照组减小了29.1%。在根施不同浓度褪黑素后，可溶性蛋白质含量呈先升高后降低趋势，在施加50 μmol/L（T2）和150 μmol/L（T4）褪黑素处理下，可溶性蛋白质含量恢复到对照组水平。并且，盐胁迫处理提高了果实中的VC含量，施加褪黑素后，VC含量有提高，但相比单纯盐胁迫处理差异不显著（P＞0.05）。其中在施加50 μmol/L（T2）褪黑素处理下，VC含量最高，达到34.35 mg/100 g，高出对照组31.5%，差异显著（P＜0.05）。盐胁迫处理还提高了果实中硝态氮含量，单纯盐胁迫处理下的硝酸盐含量最高，达363.36 μg/g，高出对照组23.7%，差异显著。在胁迫条件下施加褪黑素后，发现其硝酸盐含量减小，其中施加50 μmol/L（T2）和200 μmol/L（T5）褪黑素处理的硝酸盐含量，与单纯盐胁迫处理相比，差异显著（P＜0.05）。除T4处理外，其他处理组硝酸盐含量与对照组差异不显著（P＞0.05）。综上，在盐胁迫下施加外源褪黑素可以提高番茄果实可溶性蛋白质含量、VC含量，降低果实中硝酸盐含量，缓解了胁迫导致果实营养品质下降和有害物质积累的程度。其中，根施50 μmol/L褪黑素处理效果最佳，在改善盐胁迫条件下的番茄果实品质效果突出。

2.3各处理条件下番茄果实中番茄红素、β-胡萝卜素含量的测定

2.3.1番茄红素、β-胡萝卜素、叶黄素标准品的检测

图4　叶黄素、番茄红素、β-胡萝卜素混合标准品高效液相色谱图Fig. 4 HPLC chromatogram of mixture of lutein， lycopene， and β-carotene standards

用标准品配制各物质36 mg/L的标准储备液，按1.3.3节条件检测各物质出峰时间。用各标准液，配制体积比为3∶1∶1的番茄红素、β-胡萝卜素、叶黄素混合标准溶液15 μL，检测各物质峰出峰时间以及分离度，结果如图4所示。

由图4可知，叶黄素、番茄红素、β-胡萝卜素出峰保留时间依次为12.6、18.1、18.9 min，基线平稳，峰型完整，分离程度高。分别取0.2、0.4、0.6、0.8、1 mL混合标准液与丙酮配制成1 mL溶液，上机检测，以浓度为横坐标，峰面积为纵坐标，制作标准曲线，得到叶黄素标准品回归曲线方程y=33 573x-2 201.9（R2= 0.999 7）；番茄红素标准品回归曲线方程y=171 805x+ 27 624（R2=0.997 9）；β-胡萝卜素标准品回归曲线方程y=188 946x-16 051（R2=0.999）。在相同色谱条件下，对7 个处理的色素提取样品上机检测，3 次重复实验，进行统计分析。

2.3.2不同处理对番茄果实番茄红素、β-胡萝卜素含量的影响

图5　不同处理对番茄果实中番茄红素（AA）、β-胡萝卜素（BB）含量的影响Fig. 5 Effects of different treatments on the contents of lycopene （A）and β-carotene （B） in tomato fruits

由图5可 知，番茄在受到单纯盐胁迫处理时，果实中番茄红素含量会增加，单纯盐胁迫处理下的番茄红素含量达9.03 mg/100 g，高出对照组28.4%。在施加褪黑素后，番茄红素含量随着其浓度的升高而先减小后增大，在100 μmol/L褪黑素浓度处理下，含量最低，各处理组与对照组间无显著差异。另外，番茄在受到盐胁迫处理时，果实中β-胡萝卜素含量比对照组略低，施加褪黑素后，果实中β-胡萝卜素较单纯胁迫处理的含量高，在施加50、100 μmol/L褪黑素处理下的含量分别达到3.50、3.42 μg/g，分别高出单纯盐胁迫处理13.0%、10.3%，差异显著，而且在50 μmol/L处理下的β-胡萝卜素含量显著高于对照组。

2.4不同处理对番茄果实芳香物质的影响

表1　不同处理下番茄果实芳香物质成分及含量分析Table 1 Comparison of aroma components in treated tomato fruits

续表1

由表1可知，共检出挥发性物质65 种。对照处理组挥发性成分种类最少，为45 种；单纯盐胁迫处理组挥发性成分种类最多，为52 种；其他施加外源褪黑素处理组的种类相较对照组均有增加。种类上的变化主要表现在胁迫下烃类数目的增加和醇类数目的减少。按照种类划分，可分为醛类、酮类、醇类、酯类、烃类，其中醛类含量最大，成分种类最多，酮类次之，两类物质共占总量的80%左右；醇类、酯类烃类含量较小，三类物质共占总量的15%左右。醛类中占主要成分的为己醛、2-己烯醛、2-庚烯醛、反式-2-辛烯醛；酮类中占主要成分的为1-戊烯-3-酮、1-辛烯-3酮、甲基庚烯酮、香叶基丙酮；醇类中占主要成分的为2-辛醇、正己醇、1-戊醇；酯类中占主要成分的为水杨酸甲酯；烃类中占主要成分的为2，4-辛二烯、β-硝基苯乙烷。单纯盐胁迫处理和胁迫下施加外源褪黑素处理均提高了芳香物质的含量，各处理挥发性成分总量变化呈先增大后减小趋势，各类别挥发性成分含量也呈相同趋势。其中，施加50 μmol/L褪黑素处理下，挥发性物质总量最大，达到25 832.5 μg/kg，是对照组的3.94 倍，是单纯盐胁迫组的2.34 倍。

3　讨 论

番茄果实口感风味主要由糖度、酸度决定，反映这些性状的风味品质指标为可溶性糖、可溶性固形物、有机 酸和糖酸比。对实验结果分析发现，单纯盐胁迫下的果实可溶性糖、可溶性固形物、有机酸含量均高于对照组，而糖酸比变低，果实口感偏酸甜，这一结果与Keutgen［17］、李红彦［18］等的研究结果一致。而鲁少尉等［19］在探究不同类型盐胁迫对番茄果实糖含量的影响中发现，50 mmol/L NaCl胁迫下，番茄果实中可溶性糖、可溶性固形物、有机酸含量以及糖酸比均高于对照组，提高了果实糖含量，在糖酸比变化方面与本实验结果不一致，这可能是由于盐胁迫浓度大小以及番茄品种以及对胁迫的敏感度不同导致的。本实验在施加不同浓度外源褪黑素后在胁迫的基础上不同程度地提高了可溶性糖和可溶性固形物含量，降低了有机酸含量，提高了糖酸比，在口感风味上偏甜，提高了果实的甜度，其中，施加50～100 μmol/L褪黑素的处理组在缓解盐胁迫，改善果实风味品质方面，效果最佳。

可溶性蛋白、VC含量是衡量果蔬产品营养价值的重要指标。植物可溶性蛋白一方面作为渗透调节物质，能够维持细胞渗透压，提高组织保水能力，增强植物的抗逆能力［20］；另一方面作为蛋白质类营养物质，为人体提供许多必需氨基酸［21］，营养价值重要。VC作为一种天然的抗氧化物质，在缓解植物逆境胁迫，清除人体内自由基等方面具有重要作用［22］。蔬菜中硝酸盐容易富集，人体摄入过量的硝酸盐会对健康产生严重危害［23］，因此测定蔬菜中硝酸盐含量也是评判蔬菜品质的一项重要指标。本研究发现，在盐胁迫下施加外源褪黑素可以提高番茄果实可溶性蛋白、VC含量，降低果实中硝酸盐含量，缓解了胁迫导致果实营养品质下降和有害物质积累的程度。其中，根施50 μmol/L褪黑素处理，改善盐胁迫条件下的番茄果实品质效果突出。

番茄红素和β-胡萝卜素作为天然抗氧化物质，在清除人体自由基、抗衰老、预防癌症、心血管疾病方面保健功能突出［24］。番茄在受到盐胁迫时，体内活性氧（reactive oxygen，ROS）含量增加。越来越多研究表明ROS可以诱导类胡萝卜素合成基因表达［25］，本研究发现，番茄在胁迫条件下番茄红素含量会升高，这可能与植物在胁迫条件下应激反应，诱导番茄红素合成增加有关。在施加低浓度（50～100 μmol/L）外源褪黑素后，在一定程度上缓解了盐胁迫对植物体的伤害，降低了ROS含量，使得番茄红素含量与正常对照水平相一致，而施加较高浓度褪黑素后，则起到反向抑制作用，对胁迫缓解作用较小。50、100 μmol/L褪黑素处理促进了番茄红素环化生成β-胡萝卜素，降低了番茄红素含量，提高了β-胡萝卜素含量。综合产量、风味以及营养品质考虑，施加50～100 μmol/L褪黑素最佳。

每种果实的独特香气是由特定的挥发性物质组成的混合物决定的［26］。对于番茄果实中芳香物质的研究，已经报道的有超过400 种挥发性成分。Baldwin等［27］认为组成番茄特有果实气味的物质主要为16 种，包括己醛、2，3-二甲基丁醛、顺-3-己烯醛、反-2-己烯醛、反-2-庚烯醛、苯乙醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-大马酮、β-紫罗兰酮、1-戊烯-3-酮、顺-3-己烯醇、2-苯基乙醇、3-甲基丁醇、2-异丁基硫咪唑、1-硝基-2-乙基苯和甲基水杨酸。本实验中检出了其中11 种挥发性物质，其中β-大马酮、2，3-二甲基丁醛、1-硝基-2-乙基苯、顺-3-己烯醇、甲基水杨酸未被检出，这可能与品种和栽培环境有关。

番茄芳香物质合成的主要前体是脂肪酸，包括油酸、亚麻酸、亚油酸等［26］。不饱和脂肪酸对多种非生物逆境胁迫（干旱，盐、重金属、低温等）有调节作用［28］。脂氧合酶系统（lipoxygenase system，LOX）是番茄芳香物质形成的三大关键酶系统之一［29］，许多研究表明，植物体受到逆境胁迫时，植物体中LOX活性会升高，从而提高植物的抗逆性［30］。本实验中，胁迫处理下番茄果实芳香物质含量远高于对照组，可能是植物逆境响应与芳香物质代谢有关，需要通过测定LOX活性以及脂肪酸含量来进一步确定二者之间的关系。陈书霞等［31］认为由植物体内不饱和脂肪酸代谢产生的C6和C9醛、醇以及相应的酯，不仅组成了果蔬的青鲜香气，而且在调控防御反应，提高植物抗逆性方面具有重要作用。本研究中各挥发性成分含量的提高，可能是植物抵抗逆境的生理反应，而施加外源褪黑素增强了缓解盐胁迫的生理反应。在酯类中占主要成分的水杨酸甲酯，表现为胁迫条件下含量升高，在施加50 μmol/L外源褪黑素胁迫处理下含量最高，而冯斗等［32］在研究水杨酸甲酯提高香蕉苗抗寒作用中发现，水杨酸甲酯可以提高低温胁迫下香蕉苗叶片超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、过氧化物酶（peroxidase，POD）活性，降低超氧阴离子产生速率。本研究发现，施加适宜浓度（50～100 μmol/L）外源褪黑素提高了挥发性成分含量，这些挥发性物质的存在对于增强果实芳香特性，清除活性氧，提高植物抵御逆境胁迫能力具有重要作用。

综上，盐胁迫下番茄果实减产严重，果实糖酸比下降，酸度增强，果实风味口感偏酸，硝酸盐积累。而施加50～100 μmol/L褪黑素处理可以有效提高盐胁迫下番茄果实的产量，显著提高番茄糖度，降低酸度，提高糖酸比，提高可溶性蛋白、VC含量，降低硝酸盐含量，提高β-胡萝卜素含量，总体提高番茄果实的品质。盐胁迫下虽然部分品质指标相比对照组提高显著，但会使产量减少。而施加适宜浓度的外源褪黑素可以有效提高番茄果实挥发性芳香物质含量，在缓解逆境胁迫，增强番茄特征香气方面作用显著。

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Effect of Melatonin Treatment on Tomato Fruit Quality and Volatile Compounds under Salt Stress

DU Tianhao， ZHOU Xiaoting， ZHU Lanying， ZHANG Jing， ZOU Zhirong*
（College of Horticulture， Northwest A&F University， Yangling 712100， China）

Different concentrations of melatonin were applied to the tomato cultivar ‘Jinpeng NO. 1’ under salt stress with 150 mmol/L NaCl to inv estigate the effect of melatonin on fruit yield， quality and volatile compounds. Results indicated that the application of melatonin at 50 and 100 μmol/L significantly improved soluble sugar， soluble solids， VC， and betacarotene contents of tomato fruits. The treatments also significantly reduced organic acid and nitrate contents in fruits and improved fruit quality. Headspace solid phase microextraction （HS-SPME） combined with gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS） was used to analyze the composition and contents of volatile substances in tomatoes from different treatment groups. The results showed that salt stress improved the content of total volatile substances in fruits， which was further increased by the application of melatonin at various concentrations. Among five concentration treatments， melatonin was the most effective at 50 μmol/L. Taken together， the application of melatonin at 50-100 μmol/L to tomato under salt stress can improve fruit quality and enhance fruit aroma.

salt stress； melatonin； tomato； quality； volatile compounds

10.7506/spkx1002-6630-201615012

S641.2

A

1002-6630（2016）15-0069-08

10.7506/spkx1002-6630-201615012. http://www.spkx.net.cn

2015-12-07

国家现代农业（大宗蔬菜）产业技术体系建设专项（CARS-25-D-02）

杜天浩（1990—），男，硕士研究生，主要从事设施番茄逆境生理及产量品质提高研究。

E-mail：maomao10036@126.com

邹志荣（1956—），男，教授，博士，主要从事设施蔬菜生理生态与温室环境工程研究。

E-mail：zouzhirong2005@163.com

引文格式：