《食品科学》：天水师范学院马海云副教授等：外源施用茉莉酸甲酯对番茄果实挥发性风味成分及含量的影响

番茄含有丰富的营养素，如维生素C、矿物质和类黄酮，对人体健康有多种益处。番茄风味的复杂性源于多种挥发性化合物，这些化合物的合成受环境因素如温度、光照等的影响，调控这些因素以优化风味是一个挑战。MeJA作为一种植物激素，已被证实能提高多种作物的香气成分含量，但其在番茄上的应用效果和作用机制还需进一步研究，以实现更精准的风味改良。

天水师范学院电子信息与电气工程学院的马海云、商学院的霍静及兰州交通大学电子与信息工程学院的陈忠林等以“朝研298”番茄为实验材料，利用顶空-固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）技术对不同浓度MeJA处理后的番茄果实挥发性物质进行定性及定量分析，同时筛选番茄果实特征香气成分，明确MeJA调控的主要香气类型。在此基础上，通过主成分分析（PCA）和层次聚类分析进一步明确MeJA改善番茄果实挥发性物质的浓度效应，旨在为MeJA提高日光温室番茄果实风味品质提供有力的理论依据。

1 不同浓度MeJA对番茄果实挥发性物质代谢谱的影响

由表1可知，共检出71 种挥发性组分，这些物质可分为6 大类，包括23 种醛类、17 种醇类、8 种酮类、7 种酯类、6 种烃类和10 种其他类成分，其他类主要由呋喃、酚和酸等物质构成。与CK组相比，外源喷施MeJA可提高番茄果实挥发性物质的种类数和总含量。

挥发物种类与MeJA存在明显的浓度依赖效应，当浓度在0～100 μmol/L时种类不断增加，100 μmol/L时达到最多，为61 种，而浓度继续增大（200 μmol/L）种类有所减少，但比未喷施MeJA仍多出8 种成分。尽管不同处理浓度下番茄果实的挥发物成分有所差异，但仍有33 种物质为各组共有，占总数的46.48%（图1）。CK组独有物质种类最多，包含3-呋喃甲酸甲酯、2-戊基呋喃和反-3-己烯酸共3 种；10 μmol/L MeJA处理组仅有1 种独有物质，为2-甲基丁醇；其他处理组均未检出独有物质。

总含量的变化规律与种类数几乎保持一致，即随着MeJA处理浓度的增大呈先升高后降低的趋势，100 μmol/L时含量达到最大，为3 170.59 μg/kg，比未喷施MeJA显著增加85.49%。MeJA浓度继续增大具有一定的抑制效应，使挥发物总含量显著下降，但仍是CK组的1.65 倍。各处理组含量最高的组分均为顺-3-己烯-1-醇，占总含量的20.29%（MJ-200组）～23.26%（CK组）。

2 不同浓度MeJA对番茄果实各类挥发性物质种类数和含量的影响

番茄果实中所有检测到的挥发性物质包括醛类、醇类、酮类、酯类、烃类和其他类。在种类上，醛类占比最大，为16～21 种；醇类次之，为10～15 种；酮类、酯类、烃类和其他类种类数相对较少。MeJA处理后种类数较明显增加的也是醛类和醇类，其中MJ-100和MJ-200组的醛类数量最多，均为21 种，比CK组增加5 种；对醇类而言，MJ-1、MJ-10、MJ-100和MJ-200组分别比CK组增加1、1、5、3 种；而其他4 类物质在不同处理间的差异较小（图2A）。

由图2B可知，各类物质含量的变化规律与总物质含量变化规律几乎保持一致，即在MeJA浓度为100 μmol/L时达到最大值。醇类是含量占比最大的一类物质，占总含量的40.25%～43.22%。MeJA处理后番茄果实中醇类含量均有所提高，其中MJ-100处理组的醇类含量最高，为1 276.07 μg/kg，比CK组增加72.71%。醛类是含量第二大物质，占总含量的35.59%～38.01%，MJ-100处理组效果最明显，是CK组含量的1.98 倍。酮类含量较醇类和醛类略微偏少，但其含量在MeJA处理后也有不同程度的提高，MJ-1、MJ-10、MJ-100和MJ-200组分别比CK组增加72.35、120.89、211.46、193.01 μg/kg。酯类含量相对较低，但MeJA处理后对其也有一定的正向调控作用。烃类是含量最低的一类，MeJA处理后其含量有所下降，但下降幅度不明显。其他类物质含量的变化规律也是随MeJA浓度的增大呈先升高后降低的趋势，MJ-200组相比MJ-100组有所降低，但与MJ-10组相差不大。

3 不同浓度MeJA对番茄果实特征挥发性物质的影响

对于番茄果实，其特征挥发性物质是指1993年Buttery研究确定的对数阈值单位＞0的16 种成分，该研究认为这16 种成分对番茄香气有重要贡献。本研究在5 组番茄果实中共筛选到13 种特征香气成分。由图3可知，从物质分类上看，醛类挥发性物质种类最多，包括反-2-己烯醛、苯乙醛、己醛、顺-3-己烯醛和反-2-庚烯醛共5 种；醇类有苯乙醇、顺-3-己烯-1-醇和3-甲基丁醇；酮类有1-戊烯-3-酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮和β-紫罗兰酮；此外，还检测到1 种酯类（水杨酸甲酯）和1 种噻唑类（2-异丁基噻唑）。MJ-100处理组可以检测到上述所有成分，CK、MJ-1和MJ-10处理组均未检测到反-2-庚烯醛和3-甲基丁醇，而MJ-200处理组未检测到苯乙醛。番茄果实特征香气含量在不同浓度MeJA处理下差异较大，CK组仅检出1 018.30 μg/kg，与CK组相比，MJ-1、MJ-10、MJ-100和MJ-200组分别增加224.50、559.44、942.36、679.72 μg/kg，然而，各特征物质相对含量差别不大，为59.57%～62.04%。

这些特征物质根据呈香类型可分为刺激型、果香型、花香型、青香型和杏仁香型。赋予番茄果实青香味的挥发物最多，包括己醛、顺-3-己烯醛、反-2-庚烯醛、顺-3-己烯-1-醇、水杨酸甲酯和2-异丁基噻唑共6 种，该类物质在MJ-100处理组的含量最高，为1 196.19 μg/kg，是CK组的1.85 倍。顺-3-己烯-1-醇是其中含量最高的组分，占青香型物质含量的53.87%～61.40%，MeJA处理后其含量比CK组分别增加72.56（MJ-1）、171.51（MJ-10）、287.75（MJ-100）、173.29 μg/kg（MJ-200）。己醛也是含量较高的一种青香型成分，占青香型物质总含量的31.46%～5.78%。果香型物质有2 种，总含量仅次于青香型物质，占特征物质总含量的23.67%～28.09%，反-2-己烯醛是其中最丰富的成分，含量为216.75～418.95 μg/kg。花香型物质包括苯乙醛、苯乙醇和β-紫罗兰酮，MeJA处理后上调了该类物质总含量，其中MJ-10处理组效果最明显，比CK组增加77.15%。刺激型和杏仁香型均仅有1 种物质，分别为1-戊烯-3-酮和3-甲基丁醇。1-戊烯-3-酮含量随MeJA处理浓度的增大呈逐渐上升的趋势，MJ-200组是CK组的2.82 倍。3-甲基丁醇在MeJA浓度较低时未检出，当浓度增大到100 μmol/L时才出现，含量分别为30.63（MJ-100组）、47.18 μg/kg（MJ-200组）。

4 不同浓度MeJA改善番茄果实风味品质的物质效应PCA

对不同浓度MeJA处理下的番茄果实挥发性物质进行PCA，由图4可知，PC1贡献率为67.38%，PC2贡献率为20.91%，累计贡献率为88.29%，表明PCA可以有效区分不同浓度MeJA处理的番茄果实。每个MeJA浓度处理的3 个生物学重复样品距离较近，而不同MeJA浓度组别的样品距离较远，说明不同浓度MeJA处理对番茄果实挥发性物质的影响较大（图4A）。进一步分析发现，CK、MJ-1和MJ-10组沿PC1负半轴独立分散，MJ-100和MJ-200组在PC1上不易分离，但在PC2上可以明显区分。结合载荷图（图4B）可以看出，CK组样品集中在PC1和PC2负半轴上，对应的特征物质主要有3-呋喃甲酸甲酯（V55）、2-戊基呋喃（V62）和反-3-己烯酸（V69）；MJ-1组集中分布在第2象限，与其相关的物质为法尼基丙酮（V48）和甲氧基苯肟（V66）；MJ-10组分布在PC1的原点附近，贡献较大的物质包括2-甲基丁醇（V25）和β-紫罗兰酮（V47）等；MJ-100组集中分布在第1象限，其包含的特征物质最多，主要为反-2-己烯醛（V8）、2-十一烯醛（V23）、顺-3-己烯-1-醇（V31）、芳樟醇（V36）和1-辛烯-3-酮（V43），说明100 μmol/L MeJA处理后的番茄果实挥发性物质种类最多和含量最高，可以有效改善番茄果实风味品质；MJ-200组样品分布于第4象限，与其高度相关的物质有反-2-辛烯醛（V14）、3-甲基丁醇（V26）和十三烷（V60）。

5 不同浓度MeJA改善番茄果实挥发性物质的浓度效应层次聚类分析

依据15 个样品的挥发物代谢谱对其进行层次聚类分析，绘制欧氏距离聚类的树状图。由图5可知，每个MeJA浓度下对应的3 个生物学重复样品距离较近，说明同一处理的同质性良好。在欧氏距离为5时，所有样品聚为5 组，即每个处理下的3 个重复样品聚为一类。随着欧氏距离增大，CK和MJ-1组逐渐聚为一类，MJ-10和MJ-200组逐渐聚为另一类，说明两两处理之间有部分共同特征物质。当欧氏距离为10时，所有样品共聚为两大类，CK和MJ-1组聚为第1大类，MJ-10、MJ-200和MJ-100组聚为第2大类。根据聚类分析可以得出，MJ-100组的独特性较强，与之合并聚类的欧氏距离较大，该结果也与PCA结果保持一致，进一步证明100 μmol/L MeJA是调控番茄果实挥发性风味品质的最佳浓度。

本研究在所有番茄果实中共检出71 种挥发性物质，而岳钉伊等在增施CO2与LED补光处理的番茄中鉴定出63 种挥发性成分，杜天浩等在褪黑素处理缓解盐胁迫下番茄果实中检测到65 种挥发性成分，这可能与番茄品种和栽培环境差异有关。所有物质共分为6 大类，包括醛、醇、酮、酯、烃和其他类成分，这与胡晓婷等的分类方式一致，同时该研究发现物质种类最多的是醛类，为25 种，本研究（23 种）与其相差不大。不同MeJA浓度下番茄果实的挥发物成分有所差异，但仍共同含有33 种物质，说明这些物质是构成番茄果实风味品质的主要成分，其变化通常体现在含量差异上。魏守辉等研究表明，不同时段补光处理下番茄果实共有物质达到47 种，说明外源MeJA处理比补光对番茄果实挥发性成分影响更大。本研究各处理组含量最高的组分均为顺-3-己烯-1-醇，占总含量的20.29%（MJ-200组）～23.26%（CK组），而李琦等研究发现，反-2-己烯醛是番茄果实挥发性物质中含量最丰富的成分，造成这种差异的原因可能是不同品种番茄果实醇醛转化酶含量存在差异。外源MeJA处理可以诱导植物合成并释放挥发性物质，是改善农产品风味品质的天然调节剂。Ju Yanlun等研究发现，MeJA处理‘赤霞珠’葡萄可以显著提高葡萄果实挥发性物质总含量，特别是酯类和醇类等香气物质含量。另有研究报道，草莓在受到外源MeJA处理后，乙酸甲酯、乙酸异戊酯、己酸乙酯和乙酸丁酯等主要香气物质含量显著增加。本研究发现，番茄果实喷施MeJA后，挥发物种类数和总含量与CK组相比均有所提高，且随MeJA浓度增大呈现先升高后降低的趋势，在浓度为100 μmol/L时达到最大值，说明MeJA的调控存在一定的浓度依赖效应。类似的研究结论在葡萄果实中也有报道，在‘黑比诺’葡萄转色初期对叶面分别喷施0.1、1.0、5.0、10.0、15.0 mmol/L的MeJA和二氢茉莉酸甲酯（MDJA），结果发现，0.1 mmol/L MeJA和1.0 mmol/L MDJA较其他浓度相比效果最佳，葡萄中挥发性香气化合物总含量均显著提升[32]。吴琦等发现，200、600 μmol/L MeJA处理百合花后，与对照组相比挥发物总释放量显著升高，而50 μmol/L MeJA处理则引起挥发物释放量明显下降。萜烯类、醇类、醛类和酮类物质随着MeJA浓度的增加呈上升趋势，酯类的释放量呈现先升高后下降的趋势。本研究中，除烃类在MeJA处理后有所下降，其他5 类物质含量均随MeJA处理浓度增大呈先升高后降低的趋势，可以推测，植物对外源MeJA有一定的浓度响应范围，超出会出现抑制效应，反而不利于植物次级代谢产物的合成。喷施MeJA对番茄挥发性组分构成也有一定影响，本研究所用不同浓度MeJA均可提高果实挥发物总数量，其中浓度为100 μmol/L时种类最多，比CK组增加12 种，包括反-2-戊烯醛、顺-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。有研究表明，MeJA处理对葡萄果实影响最大的是C6醛和C6醇，而本研究新增成分以C5和C7结构为主。这可能是因为MeJA处理后调控了番茄果实脂肪酸及其衍生物途径中间代谢物合成酶的种类及活性，进而促进了C 6 向C5和C7成分的转化。此外，MeJA处理还可以增加2-甲基丁基乙酸酯和乙酸橙花酯等酯类成分，推测是MeJA促进了醇酰基转移酶将醇类酯化为酯类物质的催化效应，进而有利于酯类成分的合成。Liu Haoran等研究MeJA处理对采后樱桃番茄果实中挥发性有机化合物组成和含量的影响，结果表明，MeJA处理提高了6-甲基-5-庚烯-2-酮等类胡萝卜素衍生挥发物的含量。本研究结果也发现MeJA会提高6-甲基-5-庚烯-2-酮、香叶基丙酮和β-紫罗兰酮等物质含量，这主要是因为MeJA促进了类胡萝卜素裂解双加氧酶活性，进而加速了类胡萝卜素底物向挥发物的特异性转化。尽管番茄果实可以合成上百种挥发性物质，但起决定作用的成分仅有16 种，被认为是番茄果实的特征香气物质，它们的对数阈值单位均大于0。本研究共检出13 种特征挥发性物质，未检测到β-大马酮、2,3-甲基丁醛和1-硝基-2-乙基苯，这主要是由于品种不同所致。MeJA处理后可提高特征香气成分的含量，从而提高番茄果实风味品质。所有特征物质构成了番茄果实的整体香气轮廓，主要呈现青香、果香和花香气味。其中青香味的挥发物最多，包括己醛、顺-3-己烯醛、反-2-庚烯醛、顺-3-己烯-1-醇、水杨酸甲酯和2-异丁基噻唑共6 种，总含量约占特征香气物质总含量的一半。顺-3-己烯-1-醇是含量最高的一种青香型成分，以亚麻酸为反应底物，由顺-3-己烯醛在乙醇脱氢酶作用下还原而成，是典型的C6脂肪酸衍生物。MeJA处理后可以显著提高顺-3-己烯-1-醇的含量，100 μmol/L浓度效果最好，比CK组增加72.37%，有效提高了番茄果实自身的青香气味。己醛是含量仅次于顺-3-己烯-1-醇的青香型挥发物，以亚油酸为反应底物，是对番茄香气贡献较大的物质，其含量在MeJA处理后有明显上调。赋予果香气味的物质主要是反-2-己烯醛和6-甲基-5-庚烯-2-酮，其中6-甲基-5-庚烯-2-酮的前体物质是来源于类胡萝卜素代谢途径的番茄红素，具有强烈的果香味和芳香味，对番茄风味有直接贡献。2-苯乙醇和2-苯乙醛是赋予番茄果实花香味的主要物质，二者均来源于苯丙氨酸，2-苯乙醛可被苯乙醛还原酶催化形成2-苯乙醇，其含量在MeJA诱导下显著上调。此外，其他对数阈值单位是负数的成分也不能忽略，研究表明，其能够作为背景信息协同调控番茄的整体风味。

利用PCA和层次聚类分析对MeJA处理的番茄果实进行多元统计分析，有利于发现其中的内部规律并揭示物质之间的相关性。PCA是一种广泛应用的无监督技术，能够把多个原始变量整合为少数几个综合指标，同时尽可能多地保留原来变量所反映的信息。PCA结果表明，同一处理3 个生物学重复的同质性好，不同处理样品的异质性好，说明本次实验设计具备一定的合理性，同时进一步证实了MeJA对番茄果实挥发性物质的正向调控作用，并筛选出不同浓度下对应的特征挥发成分。层次聚类分析是一种最常用的聚类方法，通常利用组间连接聚类法和欧氏距离度量标准对样品进行归类。本研究以15 个样品的71 种挥发性物质含量为数据矩阵，在欧氏距离为10时将所有样品分为2 类，100 μmol/L MeJA处理的样品与其他组别聚类距离较大，说明该处理下挥发性物质组成和含量具有特殊性，是调控番茄果实挥发性风味品质的最佳浓度。

MeJA是JAs家族中的一种挥发性植物激素，对于诱导植物合成次生代谢产物起到信号转导作用。外源施用MeJA会诱导植物合成和释放醛类、醇类、酮类、酯类和萜类等多种挥发性物质，这为提高和改善蔬菜作物风味品质提供了物质基础。番茄果实喷施MeJA后，植物体内合成JA的α-亚麻酸通路关键基因表达被显著上调，进而促进JA的合成和积累。JA在茉莉酸氨基合成酶1作用下转化为具有较强生物活性的茉莉酸-异亮氨酸（JAIle），进而诱导SCF COI1 （冠菌素不敏感蛋白）与JAZ（茉莉酸ZIM结构域包含蛋白）结合并泛素化识别，致使JAZ在26S蛋白酶体作用下降解，从而释放MYC2等转录因子，进一步从转录水平调控次级代谢产物的合成。挥发性物质是植物自身抵抗逆境胁迫的一类重要信号物质，其合成通路中的关键基因均会受到MYC2等转录因子的调控。因此，外源MeJA诱导番茄果实挥发物增加的机理很可能是促进了植物体内JA和JA-Ile等信号因子的合成。Gao Wenjie等发现，施用MeJA可以改善菊花的香气品质，并通过转录组鉴定出13 个JA信号通路中的差异基因，包括10 个JAZ和3 个MYC2，且大部分差异基因表达被MeJA上调。此外，其他转录因子，如YABs在SCFCOI1复合物降解JAZ3后也可以被释放，进而诱导叶片中JA调控的下游基因表达，促进次生代谢产物的合成积累。Li Jing等研究发现，桔梗中WRKY转录因子也会参与外源MeJA调控并促进三萜化合物的合成。综上，SCFCOI1、JAZs及转录因子构成的复合元件可能是MeJA调控番茄果实挥发性风味品质形成的重要信号机制。本研究虽然明确了MeJA对调控番茄果实挥发性物质有一定的作用效果，但仍需结合分子生物学实验进一步从代谢和基因层面共同分析MeJA信号通路的作用机理，为高品质番茄育种提供理论依据。

结论

本研究以‘朝研298’番茄为实验材料，在果实绿熟期喷施2 次1、10、100、200 μmol/L 4 个浓度MeJA，以等体积水为CK组。在果实红熟时采用HS-SPME-GCMS技术测定其挥发性物质的成分和含量。5 个处理组番茄果实中共检测到71 种挥发性物质，包括23 种醛类、17 种醇类、8 种酮类、7 种酯类、6 种烃类和10 种其他类物质。不同处理组共有物质为33 种，占检出总数量的46.48%。各处理组含量最高的组分均为顺-3-己烯-1-醇，占总含量的20.29%～23.26%。在数量上，醛类最多，为16～21 种；在含量上，醇类占比最大，为40.25%～43.22%。外源喷施不同浓度MeJA均可提高番茄果实挥发性物质的总数量和总含量，且随着浓度增大呈先升高后降低的趋势，100 μmol/L MeJA处理时达到最大峰值。烃类数量和含量在MeJA处理后有所下降，醛类、醇类、酮类、酯类和其他类物质的数量和含量随MeJA浓度的增大呈先升高后降低的趋势。所有番茄果实中共鉴定出13 种特征香气成分，主要赋予青香、果香和花香气味，其香气强度经MeJA处理后显著提高。本研究结果证实MeJA可以改善番茄果实挥发性风味品质，为高品质番茄栽培及产业发展提供了新的思路和见解。

本文《外源施用茉莉酸甲酯对番茄果实挥发性风味成分及含量的影响》来源于《食品科学》2024年45卷第07期182-190，作者：马海云，张忠林，霍 静。DOI :10.7506/spkx1002-6630-20230801-005。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑：农梦琪；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网