成熟温度调控蓝莓风味代谢物组分的机制研究及其对气候适应性育种的启示

本研究针对全球变暖背景下高温胁迫影响蓝莓果实品质的突出问题，通过控制两种成熟温度（20°C/16°C与30°C/24°C）处理南方高丛品种Biloxi和兔眼品种Titan?，系统解析了温度对果实重量、糖酸比及挥发性有机物（VOCs）的影响，发现Titan表现出更强的热适应性，为耐高温蓝莓品种选育提供了关键代谢物靶点和理论依据。

　　

随着全球气候变暖加剧，农作物生产面临严峻挑战。预计到21世纪末，全球平均地表温度可能上升1.7至4.8°C，这将深刻影响作物的生长和生产力。蓝莓作为全球最具经济价值的水果作物之一，其产量在2010至2021年间从44万吨增长至近100万吨，但高温胁迫对其果实品质形成的机制尚不明确。以往研究多关注采后贮藏条件对风味的影响，而果实发育成熟期间温度对风味代谢物组成的调控作用仍是空白。特别是在全球变暖背景下，解析温度如何影响蓝莓的糖酸平衡和香气物质，对培育耐热品种、保障果实品质具有重要意义。

为了深入探究这一问题，研究人员在《Applied Food Research》上发表了一项研究，通过严格控制成熟温度，系统分析了两个蓝莓品种（南方高丛品种Biloxi和兔眼品种Titan?）在不同温度条件下的风味代谢物变化。研究采用了以下关键技术方法：首先，将植株置于昼夜温度分别为20.0/16.0°C和30.0/24.0°C的控制环境中连续两个季节；其次，使用高效液相色谱（HPLC-DAD-RI）技术定量分析果实中的糖类（如葡萄糖、果糖和蔗糖）和有机酸（如柠檬酸、苹果酸和琥珀酸）；同时，通过顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱（HS-SPME/GC-MS）技术检测挥发性有机化合物（VOCs），并计算气味活性值（OAV）以评估其感官贡献；最后，采用主成分分析（PCA）和方差分析（ANOVA）等统计方法处理数据，确保结果的可靠性。所有样本来自以色列农业研究组织的Volcani中心栽培的植株，确保了实验材料的统一性和可重复性。

3.1. 温度对果实重量和产量的影响

研究发现，高温显著降低了Biloxi的果实重量，两个季节中分别减少34%和23%，而Titan的降幅较小（4%和7%），表明Titan在维持果实大小方面具有更强的热适应性。产量方面，温度对两个品种的影响不一致，Titan在第一年表现出显著降低，但第二年无显著变化，提示品种特异性响应。

3.2. 糖类谱的差异及温度依赖性积累

葡萄糖和果糖是主要糖分，占总糖95%以上。在Biloxi中，T20条件下的糖水平高于T30，尤其在季节后期；而Titan的糖积累在T30下随收获期增加，但温度效应不一致。蔗糖水平在T30下较高，但Titan总体低于Biloxi。葡萄糖与果糖的比率在Biloxi中约为1.0，在Titan中约为0.8，表明Titan具有更高的果糖积累，这可能增强其在高温下的甜味感知。

3.3. 温度和不同收获期对酸类和糖酸比的影响

柠檬酸、琥珀酸和苹果酸是主要有机酸。Biloxi的酸水平在T30下较高，而Titan在T20下较高。总糖水平在T30下较低，但酸的变化导致糖酸比在Biloxi中T30下降低，在Titan中升高。Titan的糖酸比超过6，比Biloxi（低于4）高50%，突显其更优的口感平衡。

3.4. 温度和收获日期对VOCs积累的影响

共鉴定出83种VOCs，Biloxi中68种，Titan中74种。PCA显示温度（PC1）是主要变异来源。醛类贡献总VOCs的30%以上，(E)-2-己醛是主要化合物。酯类和单萜类受温度影响显著，例如Biloxi中甲基2-甲基丁酸酯在T20下积累更高。Titan中的酮类含量较高，且温度影响显著。单萜类如芳樟醇和桉叶油醇在T20下积累更多，而Biloxi的总单萜受温度影响更大。

3.5. 通过OAV和气味描述符检验温度对VOCs的影响

28种化合物的OAV大于1，包括己醛、乙酸乙酯和香叶醇等。醛类如己醛和辛醛OAV较高，贡献青草和柑橘香气。单萜类如香叶醇和芳樟醇OAV显著，尤其在T20下。雷达图分析显示，Biloxi在T20后期收获时花香累积更高，而Titan在T20下柑橘香更突出。温度还影响了薄荷香和脂肪香，表明品种特异性 aroma profile。

研究结论强调，高温改变了蓝莓的代谢物组成，Biloxi更易受温度影响，表现为果实变小、糖分减少和VOCs变化，而Titan展现出更强的热适应性，维持了较高的糖酸比和稳定的香气 profile。这不仅揭示了温度通过影响光合作用、糖代谢和挥发性物质生物合成路径（如苯丙烷和萜类通路）调控风味的机制，还为未来育种提供了关键靶点——例如针对葡萄糖-果糖比率和VOCs（如甲基2-甲基丁酸酯和香叶醇）的遗传改良。讨论部分进一步指出，这种差异可能与品种间蜡质厚度、热休克蛋白（HSPs）表达或ABA信号通路有关，建议未来结合转录组学深入解析分子机制。总体而言，该研究为培育气候适应型蓝莓品种提供了科学基础，对应对全球变暖下的水果安全生产具有重要应用价值。