《Horticulture, Environment, and Biotechnology》：Comparative responses of fruit quality attributes, mineral nutrients, and targeted metabolites in fruit of early- to mid-season apple cultivars at harvest
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本研究通過比較分析9個從七月末至九月中旬采收的蘋果品種，系統揭示了果實品質屬性、礦質營養及靶向代謝物在采后階段的響應差異。結果表明，早熟品種（如‘Summer King’）具有更高的果實硬度、可滴定酸度、有機酸（如蘋果酸）和氨基酸含量，而中熟品種（如‘Arisoo’、‘Picnic’）則積累了更多的可溶性固形物、可溶性碳水化合物（蔗糖、葡萄糖、山梨糖醇）和揮發性有機化合物。代謝組學分析進一步闡明，早熟蘋果因其相對較低的成熟度，富含酚類化合物和與三羧酸循環相關的有機酸代謝產物；中熟蘋果則與揮發性風味物質和淀粉蔗糖代謝途徑的增強相關。本研究為理解不同采收季節蘋果品種的成熟與品質形成機制提供了綜合性代謝視角。
引言
隨著市場對蘋果品種多樣化和消費期延長的需求，新品種不斷被培育。然而，針對不同采收季節和品種依賴性的比較研究仍顯不足。本研究旨在探究從七月末至九月中旬采收的九個蘋果品種，在采收時其整體果實品質屬性、礦質營養及靶向代謝物的響應差異。
材料與方法
研究所用的九個商業蘋果品種均源自韓國農村振興廳的國家園藝和藥草科學研究所蘋果研究中心，在軍威、聞慶和金泉的常規果園中栽培。果實在其各自的最佳采收期采收，具體信息見附表S1。選用的品種及其采收日期為：‘Summer Prince’（7月24日）、‘Summer King’（7月26日）、‘Green Ball’（8月27日）、‘RubyS’和‘Arisoo’（9月3日）、‘Hwangok’和‘Hongro’（9月7日）、‘Picnic’和‘Honggeum’（9月13日）。所有用于研究的果實均無可見缺陷。
果實生理參數的測量包括單果鮮重、果肉硬度、淀粉圖譜指數、可溶性固形物含量和可滴定酸度。可滴定酸度以蘋果酸當量表示。
可溶性碳水化合物、有機酸和氨基酸的分析采用高效液相色譜法。酚類化合物的測定包括總酚、總黃酮、總花青素含量以及總抗氧化活性。礦質營養含量通過電感耦合等離子體法分析。揮發性有機化合物（VOCs）的鑒定采用頂空固相微萃取結合氣相色譜-質譜聯用技術。
統計分析采用完全隨機設計，通過方差分析和最小顯著差異法檢驗品種間差異，并使用MetaboAnalyst 6.0進行聚類分析、偏最小二乘判別分析及相關性網絡構建。
結果
1. 采收時品種間的果實品質屬性
九個品種的果實外觀在大小和果皮著色上存在明顯差異。具體而言，‘Hongro’的單果鮮重最高，而‘RubyS’最低。果肉硬度在‘Summer King’和‘Picnic’中最高，在‘Honggeum’中最低。淀粉圖譜指數在‘Hongro’中最高，在‘Summer Prince’和‘Green Ball’中最低。可溶性固形物含量在‘Hwangok’中最高，在‘Summer Prince’中最低。可滴定酸度在‘Summer King’中最高，在‘Hongro’中最低。
2. 對蘋果品種整體響應的標準化熱圖矩陣
標準化熱圖矩陣結合層次聚類分析顯示，所有變量（果實品質、礦質營養、靶向代謝物）可清晰區分為兩個主要簇。其中一個簇包含‘Hwangok’、‘Summer Prince’和‘Summer King’，另一個簇包含其余六個品種，其中‘Hongro’與其他品種的聚類關系最不緊密。
3. 偏最小二乘判別分析與變量重要性投影得分
偏最小二乘判別分析模型顯示，潛在變量1和2分別解釋了X軸和Y軸上37.5%和17.8%的總方差。‘Summer King’與‘Summer Prince’關聯緊密，而‘Honggeum’、‘Hongro’、‘RubyS’和‘Picnic’也彼此密切關聯。根據變量重要性投影得分篩選出49個重要變量。其中，‘Summer King’在可滴定酸度、蘋果酸、對香豆酸、谷氨酸、多種氨基酸（如甲硫氨酸、丙氨酸、賴氨酸）、酚類物質（如蘆丁、阿魏酸）及總花青素等方面具有更高水平。‘Arisoo’則在金絲桃苷、淀粉圖譜指數、多種揮發性有機化合物（如己醛、戊基乙酸酯、2-甲基-1-丁醇）、咖啡酸、異亮氨酸和鎂含量上表現突出。‘Picnic’則在可溶性固形物含量、果肉硬度、主要可溶性碳水化合物（蔗糖、山梨糖醇、葡萄糖）及苯并噻唑等化合物上含量最高。
4. 關鍵代謝途徑的差異
基于變量重要性投影得分的代謝途徑分析比較了‘Summer King’和‘Arisoo’。在‘Summer King’中，與有機酸和氨基酸合成相關的代謝途徑被上調，包括三羧酸循環、丙酮酸代謝、乙醛酸和二羧酸代謝，以及精氨酸和脯氨酸代謝、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝等多個氨基酸代謝途徑。而在‘Arisoo’中，黃酮和黃酮醇生物合成以及淀粉和蔗糖代謝途徑更為活躍。
5. 氨基酸、苯丙烷類和揮發性有機化合物代謝途徑的比較響應
在三個重點品種（‘Summer King’、‘Arisoo’、‘Picnic’）中，氨基酸代謝途徑顯示，絲氨酸、丙氨酸、纈氨酸、天冬酰胺、蘇氨酸、甲硫氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、脯氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸和組氨酸在‘Summer King’中含量最高。而異亮氨酸和天冬氨酸則在‘Arisoo’中含量最高。在苯丙烷類代謝途徑中，對香豆酸、阿魏酸和蘆丁在‘Summer King’中含量最高，而咖啡酸、槲皮素和槲皮苷在‘Arisoo’中含量最高。在揮發性有機化合物途徑中，己醛、2-甲基-1-丁醇、1-丁醇、戊基乙酸酯、2-甲基-1-丁基乙酸酯和丁基2-甲基丁酸酯的相對比值在‘Arisoo’中最高，而苯并噻唑和戊酸則在‘Picnic’中最高。
討論
蘋果果實品質屬性因品種和采收季節而異。總體趨勢顯示，隨著采收季節從早到晚，果肉硬度趨于下降，而可溶性固形物含量增加，可滴定酸度降低。然而，這種關系并非絕對，表明果實生理屬性更多依賴于品種特性，而非單一的采收季節驅動。
可溶性固形物含量和主要可溶性碳水化合物（蔗糖、山梨糖醇、葡萄糖）在中熟品種‘Picnic’中最高，這與其獨特的品種特性（如果實中等大小、硬度較高）相符。山梨糖醇與感知甜度的相關性可能強于單一糖分。
可滴定酸度和蘋果酸含量在早熟品種（特別是‘Summer King’）中顯著更高。這與早熟品種中三羧酸循環、丙酮酸代謝和乙醛酸與二羧酸代謝的上調相一致，表明早熟蘋果可能處于相對較低的成熟階段，有機酸代謝活動仍較活躍。
大多數氨基酸在‘Summer King’中積累更多，多個氨基酸代謝途徑在此品種中被上調。這可能是由于糖酵解和三羧酸循環提供的能量代謝底物更豐富。早熟品種中較高的氨基酸水平可能反映了其在采收時與中熟品種不同的果實成熟狀態。
酚類化合物的響應存在品種差異。在‘Summer King’中，對香豆酸、阿魏酸、蘆丁和總花青素含量較高，這與苯丙氨酸代謝的上調有關。而‘Arisoo’則在槲皮素、槲皮苷和咖啡酸上含量更高。早熟品種通常酚類化合物含量更高，這可能與其較低的果實成熟度相關，因為酚類化合物水平通常隨果實發育和成熟而下降。
與之形成對比的是，揮發性有機化合物（VOCs）在中熟品種‘Arisoo’和‘Picnic’中積累更多。這些VOCs主要由醛類、醇類和酯類構成。其合成與支鏈氨基酸（如異亮氨酸）的代謝密切相關，而支鏈氨基酸代謝通常在果實成熟過程中增強。盡管早熟品種‘Summer King’擁有較高的芳香族氨基酸（酪氨酸、苯丙氨酸）底物池，但其可能由于果實成熟度未完全達到，未能有效地將這些前體轉化為揮發性風味物質，從而導致VOCs水平較低。
結論
對七月末至九月中旬采收的九個蘋果品種的綜合分析表明，果肉硬度和可滴定酸度在早熟品種中更高，而可溶性固形物含量和淀粉圖譜指數則在中熟品種中更高。層次聚類和標準化熱圖清晰地區分了品種間的代謝特征。偏最小二乘判別分析進一步證實了基于采收季節的品種分離。變量重要性投影得分成功識別出三個代表性品種（‘Summer King’、‘Arisoo’、‘Picnic’）各自獨特的代謝標志物組合。代謝途徑分析揭示，早熟品種‘Summer King’在有機酸、氨基酸和酚類化合物相關通路上調，而中熟品種‘Arisoo’則在黃酮生物合成、淀粉蔗糖代謝及揮發性有機化合物生成方面更具優勢。綜上所述，從早熟到中熟蘋果品種，其果實品質、礦質營養和靶向代謝物的差異響應，與果實的成熟和完熟過程緊密關聯。
