不同山地来源地野生越橘果实形态、代谢组成及挥发性物质谱的生态地理变异

《Food Bioscience》：Ecogeographic variation in fruit morphology, metabolic composition, and volatile profiles of wild lingonberry across mountain provenances

　　

**摘要**

野生越橘（*Vaccinium vitis-idaea* L.）果实以其生物活性成分和特征香气而著称，然而果实结构性状、初级与次级代谢及挥发性表达对环境变化的综合响应仍缺乏充分理解。本研究结合了果实形态学测量、糖类、有机酸、抗坏血酸、酚类化合物、单体花青素及挥发性有机化合物（VOCs）的综合分析，对罗马尼亚环境差异显著的山地生境中的十个野生产地进行了调查。同时整合了基于地理信息系统（GIS）的环境特征分析，以提供产地相关变异的生态背景。结果显示，产地间存在显著差异。总糖含量范围为66.37至98.26 g kg?1 FW，而总酚含量在10.23至12.51 mg GAE g?1 DW之间变化。形态学性状表现出显著但相对受限的变异，而生化变量则显示出更强的产地依赖性差异。初级代谢物主要变化体现在糖-有机酸平衡上，而黄酮醇、原花青素和花青素则对产地间的生化差异有重要贡献。通过DPPH法测得的抗氧化活性与优势花青素并不一致，表明矢车菊素-3-O-半乳糖苷本身并不能解释所观察到的自由基清除活性变异。各产地的VOCs谱型也存在差异，并揭示了香气相关成分的渐进式变化。多元统计分析表明，果实性状在环境描述因子方面表现出分化的变异模式。海拔、温度、降水和太阳辐射与果实生化成分的变异相关；然而，观察性研究设计不允许对个体环境因子进行因果归因。

**引言**

果实质量反映了结构发育、初级碳代谢、次级代谢物生物合成和挥发性物质形成等多个相互关联的生化过程的综合体现。诸如果实大小、糖酸平衡、酚类积累和香气表达等性状源自相互关联的生化通路，这些通路共享共同的代谢前体物质。环境变异可能与生长相关和防御相关响应模式的差异有关，正如植物生态理论所讨论的（Herms & Mattson, 1992），并对果实代谢组成产生潜在影响。理解这些相互作用对于超越单纯描述性比较，深入解读种群或产地间的果实化学变异至关重要。

越橘（*Vaccinium vitis-idaea* L.）是一种寒温带-山地物种，以高浓度的酚类化合物，特别是花青素、黄酮醇和原花青素而著称，这些成分赋予了其营养和功能价值（Vilkickyte & Raudone, 2021）。这些化合物的生物合成可能受环境因素影响，温度和太阳辐射可能与果实成熟过程中酚类积累的变异有关（Jaakola & Hohtola, 2010）。在浆果物种中，成熟期的环境条件可能影响初级代谢与酚类生物合成之间的平衡。热制度、辐射输入和水分供应可能与果实代谢过程及生长相关和防御相关响应方面的差异有关。越橘的实验研究表明，生长温度和原产地与酚类积累和挥发性物质组成的差异有关（Amundsen et al., 2023）。近期研究还探讨了越橘生长和产量的生态背景（Aparaschive et al., 2024），而控温实验则表明温度与不同产地果实氧化性、酚类及渗透保护性状的变异相关（Aparaschive et al., 2026）。其他浆果和水果物种中也报道了类似的与海拔和气候相关的酚类组成和抗氧化能力的变异（Guevara-Terán et al., 2024; Mansour et al., 2022）。然而，这些方法主要考察了特定的环境效应或选定的代谢物组，为理解越橘果实响应的个体组成部分提供了有价值的见解，但对跨多个果实质量维度同时发生的变异提供了较为有限的视角。

初级代谢物在果实代谢中发挥核心作用。糖类和有机酸决定了重要的感官属性，同时也为次级代谢通路提供底物。其他植物来源基质中的相关研究将化学分析谱与抗氧化及其他生物活性评估相结合，包括通过LC-MS/MS进行的酚类表征（Tohma et al., 2019; Bursal et al., 2020; Karagecili et al., 2023）。中心代谢与苯丙烷通路之间的相互作用代表了果实代谢组织的重要方面，环境条件可能与初级和次级代谢物相对积累量的差异有关。因此，糖类积累与酚类浓度之间的负相关关系常被解释为环境限制条件下的权衡模式（Herms & Mattson, 1992; Maathuis, 2009）。除初级和酚类代谢外，挥发性有机化合物为果实代谢组织增添了另一维度。在浆果中，通过脂氧合酶通路由多不饱和脂肪酸生成的C6醛类贡献了绿色感官特征，而苯环类化合物则源自苯丙氨酸衍生的通路，与苯丙烷代谢密切相关（El Hadi et al., 2013）。由于这些通路与初级和次级代谢共享代谢中间产物，环境变异可能与香气相关谱型的差异有关。结合多类代谢物分析的研究强调，仅靠整体指数不足以捕捉这些相互作用，突出了化合物水平分辨率的重要性（Fiehn, 2002）。然而，理解这些不同组分如何在自然发生的野生种群中协同变化的缺口仍然存在。特别是，果实形态、初级代谢物、酚类组成、单体花青素和挥发性谱型之间的关系很少在同一组种群中被考察，限制了对果实质量自然变异进行综合评估的能力。

罗马尼亚喀尔巴阡山脉包含环境异质性显著的山地生境，在相对较短的地理距离内表现出海拔、温度、降水、太阳辐射和坡向的显著变化。这种环境异质性为研究产地相关的果实性状变异提供了天然框架，因为在海拔、温度、降水和辐射制度对比下发生的种群可能表现出不同的果实发育和代谢组成模式（Vaneková et al., 2020; Zoratti et al., 2015）。野生种群在该环境镶嵌体中的分布提供了在不施加共同实验环境的情况下考察果实特征自然表达差异的机会，从而补充了从控温或产地实验中获得的证据。据我们所知，这是首项在罗马尼亚喀尔巴阡山脉中，对多个地理和海拔差异显著的种群，结合果实形态学、初级代谢物、酚类化合物、单体花青素和挥发性有机化合物进行综合野外研究的野生*Vaccinium vitis-idaea*种群研究。通过在相同野生种群中分析这些性状，本研究使我们能够评估形态学变异是否伴随着营养组成、酚类谱型和挥发性特征的持续性变化，还是这些果实质量维度在采样的环境梯度上独立变化。

为弥补这一缺口，我们调查了分布在罗马尼亚环境异质性山地生境中的十个野生越橘产地。本研究的目的是：（i）量化多个野生产地中果实形态学性状、初级代谢物、酚类化合物、花青素和挥发性有机化合物的变异；（ii）评估这些性状在局部环境异质性背景下的相互关系。因此，我们旨在确定环境异质性是否与果实结构、初级代谢、酚类组成和挥发性谱型的协调或对比变化模式有关。基于环境因素与酚类和挥发性谱型关联的先前证据（Alam et al., 2016; Urbonaviciene et al., 2022），我们假设环境变异不会与所有果实性状的平行变化有关，而是会与形态学、生化组成和挥发性表达的分化变异模式有关，反映对比自然条件下果实质量复杂组织。

**章节片段**

**采样区域的空间与环境特征化**

调查了分布于罗马尼亚喀尔巴阡山脉的十个野生越橘（*Vaccinium vitis-idaea* L.）产地：Bor?a、Mestec?ni?、Dorni?oara、Bilbor、Gheorgheni、Cheia、Transf?g?r??an、Muntele Mic（后文偶尔缩写为"Muntele"）、Poiana Horea（后文偶尔缩写为"Poiana"）和M?ri?el。

所调查的越橘产地分布在罗马尼亚喀尔巴阡山脉环境异质性显著的山地生境中，其特征为

**果实大小与形态学性状**

*Vaccinium vitis-idaea* L.果实形态学性状在各产地间表现出显著变异（表2）。所有测量参数均观察到显著差异（p < 0.05），包括果实直径、高度、体积、重量和每果实种子数。来自Gheorgheni的果实表现出最大尺寸，其直径、高度、体积和重量显著高于大多数其他产地，表明该地点果实形态发育更充分。Cheia也

**结构稳定性与生化差异**

对十个*Vaccinium vitis-idaea*野生种群的比较分析揭示了果实结构性状与生化组成之间的对比。尽管在产地间观察到果实形态学参数的显著差异，但这些性状在相对受限的范围内变化，果实直径范围为4.99至7.52 mm，果实重量为0.18至0.44 g。相比之下，若干生化变量，包括糖类、有机酸、黄酮醇、

**结论**

本研究调查了罗马尼亚山地生境中的生态异质性如何与野生越橘（*Vaccinium vitis-idaea* L.）果实结构、代谢和香气相关谱型的变异相关联。结果揭示了果实性状组间明显的变异模式差异。与果实大小和种子数相关的形态学性状表现出显著但相对受限的变异，而生化变量则显示出更强的产地依赖性

**CRediT作者贡献声明**

Andrea Bunea：撰写——审阅与编辑、验证、资源、调查、资金获取。Claudiu Ioan Bunea：撰写——审阅与编辑、验证、资源、调查。Monica Boscaiu：撰写——初稿、方法学、资金获取、概念化。Adrián Rodríguez-Burruezo：撰写——初稿、监督、资源、方法学、概念化。Paul Sestras：撰写——审阅与编辑、验证、软件、形式分析。Oscar Vicente：撰写——

**未引用参考文献**

Amundsen et al., 2023; Feng et al., 2013; Gulcin and Alwasel, 2023; National Institute of Standards and Technology, 2026; Singh et al., 2010; Vogt et al., 2013.

**数据可用性**

数据可根据要求提供。

**利益冲突**

作者声明不存在与本文相关的利益冲突。

**资金支持**

本研究部分由Cluj-Napoca农业科学和兽医大学（USAMVCN）和Valencia理工大学（UPV）资助。

**竞争利益声明**

? 作者声明以下财务利益/人际关系，可能被视为潜在竞争利益：Paul Sestras报告Cluj-Napoca农业科学和兽医大学提供了行政支持。Paul Sestras与Cluj-Napoca农业科学和兽医大学存在雇佣关系。如还有其他作者，他们声明没有已知的

**致谢**

本研究在Cluj-Napoca农业科学和兽医大学（USAMVCN）研究生院的部分支持下开展，C.-M.A.因此获得奖学金，感谢Erasmus+流动计划支持，该计划由欧盟委员会资助。

Carla-Maria Aparaschive|Cosmin-Alin Faur|Andrea Bunea|Claudiu Ioan Bunea|Monica Boscaiu|Adrián Rodríguez-Burruezo|Paul Sestras|Oscar Vicente|Adriana F. Sestras