《食品科学》：新疆农业大学温玥副教授等：5-氨基乙酰丙酸对库尔勒香梨果实品质和挥发性代谢物的影响

香气是果实的重要品质指标，直接影响消费者喜好，主要由多种挥发性有机化合物共同作用产生。研究证明己醛、(

E

)-2-己烯醛、1-己醇、(

E

)-2-己烯-1-醇、(

Z

)-3-己烯-1-醇和乙酸己酯等为库尔勒香梨的主要香气成分，高浓度的醛和醇以及低浓度的酯赋予库尔勒香梨特殊的香味。影响挥发性物质的因素有很多，例如光照、温度、储存方式和外源植物生长调节剂等。

5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）作为生物体内所有四吡咯化合物生物合成的关键前体，是一种天然、无毒、可生物降解的环境友好型植物生长调节剂，现已广泛应用在果树生产中，如葡萄、梨、苹果和桃等，具有调节果树生长发育，增强光合作用效率，改善果实风味和着色，提高果实品质等作用。

库尔勒香梨（Pyrus sinkiangensis Yü.）是新疆的“名优特”特色品种，因其皮薄质脆、肉质细嫩、香气独特深受消费者喜爱。新疆农业大学园艺学院的孙天雨、文博、温玥*等人以库尔勒香梨为试材，通过喷施不同质量浓度的5-ALA溶液，并在成熟期采集脱萼果和宿萼果，探讨5-ALA对库尔勒香梨果实品质的影响，并基于主成分分析（PCA）法对5-ALA处理下的果实品质进行综合评价，筛选出对库尔勒香梨果实品质提升效果最佳的质量浓度，在此基础上通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）联用法进行最佳质量浓度处理下与自然状态下果实发育不同时期挥发性物质成分及含量差异变化对比，综合评价外施5-ALA对库尔勒香梨挥发性代谢物的影响，研究结果将为5-ALA在库尔勒香梨生产上的应用提供理论基础和技术支持，有助于提升库尔勒香梨果实品质，促进香梨产业高质量发展。

1

5-ALA处理对库尔勒香梨脱萼果和宿萼果果实品质的影响

经过5-ALA处理后脱萼果与宿萼果的单果质量、纵径与横径均有所降低（表1），其中50 mg/L 5-ALA处理后脱萼果与宿萼果的单果质量相比对照组显著降低了14.68%和11.54%，100 mg/L 5-ALA处理后脱萼果相比对照组则显著降低了11.37%；纵径方面，仅50 mg/L 5-ALA处理后宿萼果的纵径相比对照组显著降低了11.13%；5-ALA处理显著降低了宿萼果的横径，其中50、100、200 mg/L 5-ALA处理效果最明显，相比对照组显著降低了9.30%、8.59%和6.85%；而果形指数仅100 mg/L 5-ALA处理后宿萼果显著高于对照组，显著增加了9.65%。

库尔勒香梨果实中固酸比以及VC、可溶性糖、可溶性固形物含量在5-ALA处理后有所增加，而可滴定酸与石细胞含量有所降低（表2），其中以150 mg/L处理效果最明显。150 mg/L 5-ALA处理脱萼果与宿萼果的硬度相比对照组显著降低了13.45%和12.89%；可溶性固形物含量相比对照组显著提升了9.95%和19.33%；石细胞含量相比对照组显著降低了31.03%和30.16%；可滴定酸含量相比对照组显著降低了42.31%和48.48%；固酸比相比对照组显著提高了90.57%和131.63%；150 mg/L 5-ALA处理宿萼果的可溶性糖含量相比对照组显著增加了23.51%；而VC含量则差异均不显著。

2

5-ALA处理对库尔勒香梨果实品质的综合评价

2.1 PCA

对不同质量浓度5-ALA处理下的库尔勒香梨果实品质进行PCA（表3），结果表明前3个PC的累计贡献率为81.599%，3个PC代表11个果实品质指标。PC1特征值为4.695，其PC因子包括可溶性固形物含量、VC含量、可溶性糖含量和固酸比，贡献率为42.682%，为最重要PC，反映了库尔勒香梨营养品质与口味；PC2特征值为2.664，其PC因子包括果实纵径和果形指数，贡献率为24.218%，反映了库尔勒香梨果实外观大小；PC3特征值为1.617，其PC因子包括果实单果质量和横径，贡献率为14.700%，反映了库尔勒香梨果实外观。

2.2 综合评价

由于各PC的贡献率不同，对不同浓度5-ALA处理下的库尔勒香梨果实品质进行综合评价时，结合PC的贡献率，能更好地协调各PC之间的侧重关系，选定的2个PC贡献率为权重构建PC综合评价模型：

F

＝0.427×

F

1 +0.242×

F

2 +0.147×

F

3 。根据该公式计算不同浓度5-ALA处理的库尔勒香梨综合品质得分（表4）。通过综合得分及排序情况可以看出，150 mg/L 5-ALA处理的脱萼果综合评分最高，其次为该处理下的宿萼果，根据果实品质的综合评价结果，发现150 mg/L 5-ALA处理的库尔勒香梨相比于其他处理果实品质更优，其中脱萼果又优于宿萼果。

3

5-ALA处理后库尔勒香梨挥发性代谢物成分与含量分析

本研究选择150 mg/L的5-ALA为代谢组样品处理质量浓度，并对样本的代谢物进行了质谱定性定量分析（图1）。本研究在4 组处理样品中共检测到722种挥发性代谢物，总共分为16 类，包括152种萜类、107种酯类、104种杂环化合物、76种烃类、64种酮类、63种醇类、54种醛类、40种芳烃、18种酚类、16种酸类、13种胺类、5种含氮化合物、4种其他类化合物、3种卤代烃、2种含硫化合物和1种醚类化合物。结合各化合物的占比，可以推断香气中的主要成分为萜类、酯类、杂环化合物和烃类，占比分别为21.05%、14.82%、14.40%和10.53%；而含氮化合物、卤代烃、含硫化合物与其他类化合物占比较小，仅为0.69%、0.42%、0.28%和0.55%。

4

5-ALA处理对库尔勒香梨挥发性代谢物影响的PCA与OPLS-DA模型分析

通过PCA可区分代谢组学多维数据下的特征与不同组间的差异（图2）。本研究通过PCA发现，在5-ALA处理后的宿萼果与对照表现出明显分离，且PC1可以解释原始数据集的79.76%特征，而PC2可以解释原始数据集的13.26%特征，两者累计方差贡献率为93.02%；5-ALA处理后的脱萼果与对照组的挥发性代谢物PCA结果如图2B所示，其中PC1方差贡献率为89.12%，PC2为4.97%，两者累计方差贡献率为94.09%。通过两个比较组中发现，PC1通过5-ALA处理的分离较明显，离散程度高，不同处理的挥发性代谢物之间存在着差异。

随后，为进一步了解5-ALA处理后库尔勒香梨挥发性代谢物的差异情况，采用OPLS-DA进行检验，OPLSDA是一种具有监督模式识别的多元统计分析方法，在此模型中，

R

X

2 和

R

X

2 分别表示所建模型对

X

Y

矩阵的解释率，

Q

2 表示模型的预测能力，3种指标越接近于1时表示模型越稳定可靠，大于0.9时为出色模型，大于0.5时可认为是有效模型，得分图与验证图如图3所示，两对比组之间均有较好的分离度，且不同比较组的模型中

R

X

2 分别为0.831和0.792，

R

Y

2 分别为0.999和0.999，

Q

2 分别为0.966和0.969，表明模型稳定可靠，且不同比较组均发生明显分离，说明5-ALA处理库尔勒香梨脱宿萼果的代谢物含量均差异明显。

5

不同处理下库尔勒香梨挥发性差异代谢物分析

采用差异倍数（FC）与变量投影重要性（VIP）筛选差异代谢物，当代谢物同时满足FC≥2或FC≤0.5、VIP＞1时，被认为是差异性代谢物，结果表明在宿萼果（5-ALA）与宿萼果（对照）的对比中（图4A），一共有122种差异代谢物，其中有96种上调表达，26种下调表达；在脱萼果（5-ALA）与脱萼果（对照）的对比中（图4B），一共有174种差异代谢物，其中有167种上调表达，7种下调表达。

为更直观体现代谢物相对含量的变化规律，对5-ALA处理后库尔勒香梨脱宿萼果中的差异挥发性化合物进行热图分析（图5）。经5-ALA处理后的宿萼果挥发性化合物含量明显高于对照，该对比组差异代谢物的主要组分共有13 类，其中萜类化合物差异最多，其次依次为酯类、杂环化合物、酮类、芳烃、醇类、醛类、酚类、烃类、酸类、胺类、含氮化合物和醚类化合物；经5-ALA处理后的脱萼果其挥发性化合物含量也明显高于对照，该对比组差异代谢物的主要组分共有13 类，其中萜类化合物差异最多，其次依次为酯类、酮类、杂环化合物、烃类、醇类、芳烃、醛类、酸类、酚类、胺类、卤代烃和含氮化合物。

6

不同处理下库尔勒香梨差异代谢物通路分析

将不同比较组中的差异显代谢物匹配京都基因与基因组百科全书（KEGG）数据库从而获得代谢物参与的通路信息。根据KEGG注释和富集结果发现，宿萼果（5-ALA）与宿萼果（对照）的差异代谢物主要注释和富集在倍半萜和三萜生物合成、次生代谢产物的生物合成、各种植物次生代谢产物的生物合成、苯丙氨酸代谢、单萜生物合成、代谢途径通路等途径（图6A），其中最为显著（

P

＜0.05）富集的通路为倍半萜和三萜生物合成；脱萼果（5-ALA）与脱萼果（对照）的差异代谢物主要注释和富集在倍半萜和三萜生物合成，苯丙氨酸代谢，次生代谢产物的生物合成，丙酸代谢，各种植物次生代谢产物的生物合成，2-氧代羧酸代谢，氨基酸的生物合成，C5-支链二元酸代谢，半胱氨酸和甲硫氨酸代谢，甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢，缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成，酪氨酸代谢，

-亚油酸代谢和代谢途径通路（图6B），其中最为显著（

P

＜0.05）富集的通路与宿萼果组相同，均为倍半萜和三萜生物合成，在此通路中两对比组均有5个差异代谢物注解，分别为

-法呢烯、4-[(1

E

)-1,5-二甲基-1,4-己二-1-基]-1-甲基-环己烯、

-杜松烯、(

E

)-1-甲基-4-(6-甲基庚-5-烯-2-亚烷基)环己-1-烯和大根香叶烯B，且均为上调表达（表5）。

7

不同处理下库尔勒香梨差异代谢物香气特征分析

为直观体现5-ALA处理后库尔勒香梨脱宿萼果中的香气特征，挑选注释个数最高的前10个感官风味进行雷达图的绘制，并根据VIP值由大到小筛选出各感官风味的差异代谢物。如图7所示，经过5-ALA处理后的宿萼果相比对照，其中具有木质味的香气物质最多（16种），其次为水果味（11种）、香草味（9种）、青草味（8种）、清新味（7种）、甜味（7种）、柑橘味（6种）、花香味（5种）、辛辣味（5种）和香脂味（4种）；经过5-ALA处理后的脱萼果相比对照，其木质味香气物质最多（19种），其次为水果味（18种）、甜味（13种）、青草味（12种）、香草味（11种）、柑橘味（9种）、花香味（8种）、清新味（8种）、蜡香味（8种）和苹果味（5种）。根据两对比组KEGG通路分析筛选出倍半萜和三萜生物合成通路，其注释的5种化合物中（表6），

-法呢烯为库尔勒香梨赋予了香草味、青草味、柑橘味、薰衣草味、香柠檬味以及特有的没药味和橙花味；

-杜松烯则赋予了木质味、香草味、干涩味和百里香味；大根香叶烯B则赋予了木质味、辛辣味和泥土味。

结论

目前，已有研究表明外源喷施ALA能够提高园艺作物的果实品质。例如，葡萄花期喷施100 mg/L ALA对葡萄果实单果质量与可溶性固形物具有显著提高作用；在番茄收获期喷施200 mg/L ALA可以提高番茄果实可溶性糖含量，降低可滴定酸含量并提高糖酸比，有效改善番茄果实风味。本研究结果表明，外施5-ALA能够影响库尔勒香梨脱萼果和宿萼果果实的可滴定酸和可溶性糖等果实品质，其中150 mg/L 5-ALA显著提高了脱萼果和宿萼果的可溶性糖和固酸比，同时显著降低了石细胞含量和可滴定酸含量。有学者研究发现，5-ALA处理可以降低‘早白花’桃果实的可滴定酸含量，这与本研究结果相似，并可加速果树成熟使果实提早上市。尽管该处理降低了库尔勒香梨脱萼果与宿萼果的果实硬度（4.8～5.47 kg/cm2），但有研究表明库尔勒香梨特级果与一级果硬度范围一般为4.0～6.5 kg/cm2，因此推测5-ALA处理不会对库尔勒香梨的采后贮藏产生不利影响。而且，本实验基于PCA结果，最终筛选出150 mg/L 5-ALA处理对库尔勒香梨果实品质提升效果最佳。推测原因如下：5-ALA通过增强库尔勒香梨叶片的光合作用，促进光合产物在果实中的积累，进而提高果实品质。而且，光合作用通过影响相关酶的形成进而抑制木质素的生物合成，从而有效降低了库尔勒香梨果实中石细胞含量。

果的香气是由多种挥发性化合物组合而成，这些化合物在果实成熟过程中会产生并散发出特有的香味。对于库尔勒香梨而言，香气是评判其果实品质的重要指标之一。有学者通过对库尔勒香梨脱萼果与宿萼果代谢产物进行测定，发现脱萼果果实中代谢物的相对含量较高，果实风味更浓郁、营养品质更突出。另有学者发现外施ALA能够促进番茄脂肪酸、类胡萝卜素、苯丙氨酸和支链氨基酸的形成，提高番茄果实中挥发性物质的含量。本研究采用GC-MS技术对150 mg/L 5-ALA处理下和等量清水处理下的库尔勒香梨脱萼果和宿萼果实挥发性物质进行鉴定，共鉴定到722种挥发性代谢物，分为萜类、酯类、杂环化合物、烃类、酮类等16 类化合物，其中5-ALA处理下萜类成为最高的香气成分，其次为酯类。近年来，库尔勒香梨的主要香气成分一直存在争议。研究表明，贮藏期库尔勒香梨香气中占比最大的化合物为酯类，另有学者认为库尔勒香梨果实香气主要以醛类物质为主，均与本研究结论不同。推测可能与5-ALA能够提高库尔勒香梨的抗逆性有关，5-ALA处理下的库尔勒香梨会产生更多的萜类化合物来应对环境压力。另外，从PCA与OPLS-DA模型结果来看，经5-ALA处理后的库尔勒香梨脱萼果和宿萼果与对照处理果实挥发性代谢物差异显著，处理组与对照组明显分离，即不同处理下库尔勒香梨果实挥发性代谢物变化明显。此外，差异代谢物的筛选与聚类热图显示，经5-ALA处理后的脱萼果和宿萼果挥发性化合物含量均明显高于对照，以上调模式为主，且以萜类化合物差异最大。分析原因可能是植物通过光合作用中的光反应阶段来感知光信号，光信号因子与萜类生物合成途径中的酶基因相互作用来调控相关基因表达，从而影响萜类化合物的合成，而5-ALA可能通过促进库尔勒香梨叶片光合作用，从而使得果实果皮中萜类化合物上调。

5-ALA处理后库尔勒香梨脱萼果和宿萼果果实挥发性差异代谢物在倍半萜和三萜生物合成通路中富集最显著，其中

-法呢烯、4-[(1

E

)-1,5-二甲基-1,4-己二-1-基]-1-甲基-环己烯、

- 杜松烯、(

E

)-1-甲基-4-(6-甲基庚-5-烯-2-亚烷基)环己-1-烯和大根香叶烯B注释到该通路上，这些代谢物为库尔勒香梨提升了典型的木质味、青草味和香草味，并赋予特殊的柑橘味、薰衣草味、香柠檬味、干涩味、百里香味、辛辣味和泥土味以及特有的没药味和橙花味。而且，5-ALA处理下脱宿萼果与对照组相比，其木质味、水果味、香草味、清新味、甜味等相关香味属性差异较大，说明外源5-ALA处理丰富了库尔勒香梨的香气品质特性。在萜类化合物的生物合成中，倍半萜和三萜合成通路占据重要地位。这些代谢通路涉及一系列复杂的酶催化反应，其中异戊烯基二磷酸和烯丙基焦磷酸是关键的前体物质，通过一系列的缩合、修饰和环化反应，最终转化为具有特定结构和功能的倍半萜和三萜化合物，这些基因和酶在萜类化合物的生物合成过程中起着关键的调控和催化作用，从而影响了萜类化合物的种类、含量和分布，由此推测这可能是外施5-ALA可以促进萜类化合物产生的另一原因。

综上所述，于库尔勒香梨果实膨大期外源喷施5-ALA处理可显著提高其脱萼果与宿萼果的果实品质，其中以150 mg/L 5-ALA促进效果最佳，且显著提升库尔勒香梨的香气。

第一

作者

孙天雨 博士研究生

新疆农业大学园艺学院2024级博士研究生，2021年就读于新疆农业大学农艺与种业硕士，2024年就读于新疆农业大学园艺学博士，参与了“库尔勒香梨提质增效综合技术集成研究与示范”、“第二批天山英才培养计划青年托举人才项目”与“新疆维吾尔自治区天山创新团队”项目。对库尔勒香梨偏斜果影响因素及果实品质调控技术进行相关研究，主要包括偏斜果果实性状发育特性研究、偏斜果成因调查与影响因素研究，偏斜果与果实品质技术调控研究，发表学术论文2篇。

通信

作者

温 玥 副教授

新疆农业大学园艺学院副教授，研究方向为果树病虫害发生机制及防控技术研究，先后在《园艺学报》《食品科学》《植物生理学报》等期刊发表学术论文26余篇，其中作为第一和通信作者发表论文14 篇，SCI收录7 篇，主持国家级和省部级等科研项目5 项，主持各类人才项目3 项。获梁希林业科学技术科技进步奖一等奖1 项，授权软件著作权4 项，参与审定新品种2 个，参编专著1部，授权新型实用专利2 项。

本文《5-氨基乙酰丙酸对库尔勒香梨果实品质和挥发性代谢物的影响》来源于《食品科学》2024年45卷第23期8-17，作者：孙天雨，文博，王春峰，田嘉，郝志超，林彦，温玥*，张峰。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240418-176。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

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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