不同類型西瓜果實糖酸組分含量分析

趙勝杰+高磊+路緒強+何楠+劉文革

摘 要： 采用離子色譜法對20個不同西瓜種質資源成熟果實中的可溶性糖和有機酸組分及含量進行測定和分析。結果表明，西瓜果實中可溶性糖主要是果糖和蔗糖，共占總糖含量的80.06%，與總糖呈極顯著正相關，在不同種質間變化幅度較大，變幅分別為3.02～41.58 mg·g-1和0～46.03 mg·g-1；果實中有機酸主要是蘋果酸，占總酸含量的83.88%，與總酸呈極顯著正相關，變幅為1.66～5.38 mg·g-1；不同種質西瓜果實中的可溶性糖和有機酸含量存在明顯差異，黏籽西瓜中檸檬酸的變異系數最大，達到了133%，而蔗糖的變異系數最小為0。研究結果為了解西瓜種質間的果實品質差異提供科學依據，以及為今后開展不同品種資源的品質評價及品種選育提供參考。

關鍵詞： 西瓜；可溶性糖；有機酸

Abstract： Components and contents of soluble sugars and organic acids in mature fruit of watermelon germplasm were determined and analyzed by ion chromatography. The results indicated that the soluble sugars in watermelon were fructose and sucrose，which accounted for 80.06% of the value of total sugars and showed very significant positive correlation with total sugars，the value varied from 3.02-41.58 mg·g-1 and 0-46.03 mg·g-1 among germplasm respectively. The major organic acid was malic acid，which accounting for 83.88% of the value of total acids，showed very significant positive correlation with total acids，the value ranged from 1.66-5.38 mg·g-1. The content of soluble sugars and organic acids were highly different in different watermelon germplasm，and the variable coefficient of citric acid in Citrullus lanatus ssp. mucosospermus was up to 133% while the variable coefficient of sucrose is 0. These results provided scientific basis for understanding the difference of fruit quality in different watermelon germplasm and a reference for evaluation germplasm resources and variety breeding in the future.

Key words： Watermelon；Soluble sugars；Organic acids

西瓜[Citrullus lanatus （Thunb.） Matsum. & Nakai]是屬于葫蘆科西瓜屬的一年生蔓性草本植物，在世界園藝產業中始終占有重要地位，生產規模僅次于葡萄、香蕉、柑橘和蘋果，居第5位。據聯合國糧農組織2013年統計，世界上西瓜的收獲面積達到了水果收獲面積的5.4%，產量占13.4%，分別居世界水果收獲面積和產量的第7位和第1位。

可溶性糖和有機酸既是西瓜果實中的重要營養成分，又是主要的風味物質，其組分含量及比例直接影響果實的酸甜風味及口感、品質和商品價值。研究可溶性糖和有機酸風味物質的組成及含量對果實風味品質形成的影響，以及對西瓜品質評價和品種改良具有重要意義。有關西瓜果實可溶性糖和有機酸組分及含量的研究已有相關報道。對西瓜果實可溶性糖的研究主要集中在QTL分析[1-3]、遺傳分析[4]及果實發育過程中不同糖的變化規律上[5]，楊玉梅等[6]研究認為早熟西瓜種質資源果實成熟時可溶性糖主要是果糖和葡萄糖，中晚熟種質資源在果實成熟時的可溶性糖是蔗糖。

針對成熟西瓜果實中有機酸相關方面的研究不多，主要集中在成熟西瓜果實中有機酸的種類和含量上，結果也不一致。西瓜成熟果實中的有機酸含量總體偏少，主要成分是蘋果酸和檸檬酸，同時還含有少量的甲酸[7]。也有研究認為成熟西瓜果實中的有機酸主要是蘋果酸和檸檬酸，還有微量的琥珀酸和富馬酸[8-9]。同時又有研究認為西瓜果實中的有機酸主要是蘋果酸和酒石酸[10-11]。因此，可以將西瓜歸結為蘋果酸積累型果實。

目前對西瓜果實中可溶性糖和有機酸組分及含量在不同西瓜種質資源上研究不足，限制了西瓜種質資源在育種工作中的應用。筆者以20份不同種質資源類型的西瓜成熟期果實為研究對象，采用離子色譜技術，對果實中糖酸組分和含量進行測定，并比較分析其在不同品種間的差異和糖酸組分的相關性，旨在為了解不同西瓜品種間的果實品質差異提供科學依據，以期為今后開展不同品種資源的品質評價及品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

以中國農業科學院鄭州果樹研究所多倍體西瓜育種課題組和國家西瓜甜瓜種質資源中期庫保存的20份西瓜（包括14份栽培西瓜，3份黏籽西瓜：‘PI532722‘PI560014‘PI532732，3份野生西瓜：‘PI271769‘PI288522‘PI296339）為試驗材料。具體名稱見表1。endprint

1.2 方法

1.2.1 田間試驗設計 20份供試材料于2015年3月中旬播種于鄭州果樹研究所河南新鄉綜合試驗基地，3葉1心時定植于塑料大棚內。采用簡單順序設計，每份西瓜材料15株，株行距0.6 m×1.5 m，雙蔓整枝，第二雌花留單瓜，按照常規栽培方式進行管理，根據不同材料成熟情況于6月下旬開始采收，調查果實甜度及中心可溶性固形物、有機酸、可溶性糖含量（以鮮質量計）。

1.2.2 西瓜中心果肉可溶性固形物含量調查 果實成熟收獲后，每份西瓜材料取授粉日期相同、形狀大小一致的3個西瓜果實，沿縱軸平均切成兩半取中心瓜瓤進行勻漿，采用手持折光儀（LH-T90）測定中心可溶性固形物含量；中心瓜瓤用液氮保存，用作果實可溶性糖和有機酸組分含量的測定。

1.2.3 西瓜果實甜度的計算 參照姚改芳等[12]的方法并略有修改，將蔗糖甜度設定為100，以此為標準進行甜度比較，則葡萄糖為70，果糖為175，山梨醇為40，甜度值=蔗糖含量×100+葡萄糖含量×70+果糖含量×175+山梨醇含量×40。

1.2.4 有機酸組分含量的測定 西瓜果實糖和有機酸組分的提取參照王軒[13]的方法進行。準確稱取5 g試樣，加入25 mL去離子水，80 ℃水浴提取30 min，冷卻，定容至50 mL，過濾，取5 mL依次過Dionex OnGrard II1cc Cartridge固相萃取小柱和0.22 μm孔徑濾膜。濾液上離子色譜測定，在中國農業科學院果樹研究所農業部果品及苗木質量監督檢驗測試中心進行。

1.2.5 可溶性糖組分含量的測定 方法與有機酸含量測定基本一致，略有改進：定容至50 mL，過濾，取100 μL濾液稀釋至10 mL，再依次過Dionex OnGrard II1cc Cartridge固相萃取小柱和0.22 μm孔徑濾膜。

1.2.6 數據統計與分析 表型數據采用SPSS 16.0數據分析軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同品種西瓜果實中的有機酸組成及其含量

由表1可知，成熟西瓜果實中的有機酸主要包括蘋果酸、檸檬酸、甲酸、乳酸、琥珀酸和富馬酸，其中蘋果酸是構成有機酸的主要成分，占總酸含量的83.88%，其次是檸檬酸，占12.17%，其余幾種有機酸含量較低，不足4%。不同材料之間蘋果酸和檸檬酸及總酸含量有較大差異，蘋果酸質量分數在1.66（‘糖炮彈）～5.38 mg·g-1（‘PI271769）之間；‘PI271769檸檬酸質量分數最低（0.02 mg·g-1），‘綠貝雷檸檬酸質量分數最高（0.97 mg·g-1）；總酸質量分數在2.15（‘紅寶石）～5.48 mg·g-1（‘PI271769）范圍內變化。

2.2 不同西瓜果實中的可溶性糖組成及其含量

由表2可知，果糖和蔗糖是成熟西瓜果實中的主要糖類，占總糖含量的80.06%，葡萄糖占19.84%，山梨醇含量很低，僅占0.1%。不同試驗材料之間各種可溶性糖含量及其在總糖中的比例差異較大，果糖或蔗糖在不同材料總糖中的貢獻比例較大。‘紅燈果糖質量分數最高（41.58 mg·g-1，‘PI296339的果糖質量分數最低（3.02 mg·g-1），最高值為最低值的13.76倍；蔗糖質量分數在0～46.03 mg·g-1（‘糖炮彈）之間，3份黏籽西瓜（‘PI532722‘PI660014‘PI532732）沒有檢測到蔗糖；葡萄糖質量分數最高為‘橙蘭（20.82 mg·g-1），最低為‘PI271769（0.49 mg·g-1）；總糖質量分數變化幅度較大，在4.15（‘PI296339）～85.87 mg·g-1（‘冰糖脆）之間；與黏籽西瓜、野生西瓜相比，栽培品種有較高的糖酸比、中心可溶性固形物含量和甜度值。

2.3 不同類型西瓜品種間糖酸變異分析

對栽培西瓜、黏籽西瓜以及野生西瓜間糖酸變異進行分析，由表3可知，栽培西瓜各糖酸組分變異系數在14%～56%之間，其中，總酸變異系數最小，蔗糖變異系數最大；黏籽西瓜檸檬酸含量變異系數最大（133%），因不含有蔗糖，蔗糖變異系數為0；野生西瓜各糖酸組分變異系數都較小，在7%～33%之間。對同一種可溶性糖和有機酸各組分變異系數在不同類型西瓜中進行比較，黏籽西瓜中果糖、葡萄糖、總糖、檸檬酸和糖酸比的變異系數大于栽培西瓜和野生西瓜，而栽培西瓜中蔗糖、蘋果酸和總酸的變異系數大于黏籽西瓜和野生西瓜。

2.4 不同類型西瓜果實中可溶性糖和有機酸之間的相關性分析

由表4可知，總糖含量與葡萄糖、果糖和蔗糖含量呈極顯著正相關，且與果糖的相關性最強（r=0.91），這與果糖含量在總糖中所占的比例最大相符合，反映了果糖是構成西瓜果實總糖的最重要因素。總酸與蘋果酸呈極顯著正相關，相關系數是0.95，這與蘋果酸是組成西瓜果實中有機酸的最主要成分相一致，且蘋果酸與糖酸比呈極顯著負相關，相關系數是-0.76。糖酸比與葡萄糖、果糖、蔗糖和總糖呈極顯著正相關，且與總糖相關性最強，相關系數是0.97。中心可溶性固形物與葡萄糖、果糖、蔗糖和總糖呈極顯著正相關，與總糖的相關性最高（r=0.93）。在各糖酸組分中，果糖和葡萄糖呈極顯著正相關（r=0.96），檸檬酸和富馬酸與蔗糖均呈極顯著正相關，相關系數分別是0.73和0.78。

3 討論與結論

成熟果實中糖的組成及含量是衡量果實風味品質的重要指標，由于不同果實中可溶性糖組分和含量的差異，導致不同風味果實的形成，從而豐富了果品市場，滿足不同的消費需求。據現有研究報道，蘋果[14]和黑莓[15]果實中以果糖為主，而杏[16]和桃[17]果實中蔗糖含量最高，果糖最低。對西瓜果實可溶性糖的組分及含量也有報道，楊玉梅等[6]研究認為早熟西瓜種質資源果實成熟時可溶性糖主要是果糖和葡萄糖，中晚熟種質資源在果實成熟時的可溶性糖是蔗糖。這與本試驗的研究結果并不完全一致，3份黏籽西瓜種質資源成熟期較晚，在果實成熟時卻沒有檢測到蔗糖；3份野生西瓜檢測到的蔗糖含量相對較低；栽培西瓜類型中‘橙蘭和‘ED2號屬于中熟品種，蔗糖含量低，而果糖和葡萄糖含量較高。出現這一現象的原因可能是西瓜果實糖分的積累除受自身遺傳因素決定外，同時受環境的影響較大。endprint

果實中不同糖種類對甜度的貢獻存在差異，在所測的4種糖中，果糖最甜，蔗糖次之，葡萄糖再次，山梨醇的甜度最低[18]。可溶性糖各組分含量及比例對西瓜果實的甜味形成具有重要意義。本研究測定的栽培西瓜果實中糖的主要成分是果糖和蔗糖，因而具有較高的甜度值，而個別品種（如‘浙2選‘橙蘭‘ED2號‘紅燈‘Sugar Baby）因蔗糖含量較低，決定了其較低的甜度值。測定的果糖、葡萄糖和山梨醇含量在不同栽培西瓜果實中差異較小，而蔗糖含量差異顯著，姚改芳等[12]研究認為不同種類的可溶性糖在口中的停留時間不一樣，蔗糖含量高的梨有較好的果實風味，推測可能與蔗糖在口中保留的時間較長有關。因此，在西瓜育種工作中，可以將蔗糖含量作為一個果實風味評價的指標，從而選育出風味好的西瓜新品種。

在西瓜常規育種工作中，由于可溶性固形物含量的測定簡單快捷，因此通常利用可溶性固形物含量來評價西瓜果實的甜度和品質。中心可溶性固形物含量與可溶性糖的相關性分析表明，中心可溶性固形物含量與果糖、蔗糖、葡萄糖和總糖均呈極顯著正相關，與總糖含量的相關性最高（r=0.93），這與張帆等[19]的研究結果相一致。總糖被認為是西瓜品質育種中最為關鍵的因素，因此在西瓜常規育種工作中通過可溶性固形物含量來作為總糖含量的初步評價是合理的，且便捷迅速，可以顯著提高選擇效率。

根據不同果實內有機酸的組成，可以將果實分為蘋果酸型、檸檬酸型和酒石酸型。筆者以20份不同西瓜種質資源的成熟果實為研究對象，通過離子色譜法，檢測到西瓜成熟果實中心部位的有機酸主要為蘋果酸，其次是檸檬酸，王堅[7]、Dune[8]、劉景安[9]、高磊等[20]的研究也得到了一樣的結論。但也有研究認為[10-11]，西瓜成熟果實中的有機酸主要為蘋果酸和酒石酸，而本試驗中的20份不同西瓜材料均未檢測到酒石酸，推測造成這種現象的原因可能是試驗材料或果實發育過程中栽培環境的不同。因此可以將西瓜歸結為蘋果酸型果實。

成熟果實中可溶性糖和有機酸的組分及含量不同導致了果實不同的酸甜風味。隨著人們生活習慣的改變，不同的消費者對酸甜口味有不同的偏好，有研究表明，當果實的含糖量都較高時，高酸含量的果實更受喜愛[21]。新疆農業科學院哈密瓜研究中心已成功培育出一系列酸甜可口的風味甜瓜品種，具有廣闊的應用前景[22]。然而目前市場上的西瓜基本上是以甜味為主的品種，具有酸甜口味的風味西瓜品種尚處于市場上的空白期。本研究中，可溶性糖和有機酸的組分與含量在不同西瓜類型中差異較大，因此可利用豐富的西瓜種質資源培育酸甜口味的西瓜新品種，調整產業結構，滿足消費需求，從而推動西瓜產業經濟快速健康發展。

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