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本研究通过比较分析9个从七月末至九月中旬采收的苹果品种，系统揭示了果实品质属性、矿质营养及靶向代谢物在采后阶段的响应差异。结果表明，早熟品种（如‘Summer King’）具有更高的果实硬度、可滴定酸度、有机酸（如苹果酸）和氨基酸含量，而中熟品种（如‘Arisoo’、‘Picnic’）则积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）和挥发性有机化合物。代谢组学分析进一步阐明，早熟苹果因其相对较低的成熟度，富含酚类化合物和与三羧酸循环相关的有机酸代谢产物；中熟苹果则与挥发性风味物质和淀粉蔗糖代谢途径的增强相关。本研究为理解不同采收季节苹果品种的成熟与品质形成机制提供了综合性代谢视角。
引言
随着市场对苹果品种多样化和消费期延长的需求，新品种不断被培育。然而，针对不同采收季节和品种依赖性的比较研究仍显不足。本研究旨在探究从七月末至九月中旬采收的九个苹果品种，在采收时其整体果实品质属性、矿质营养及靶向代谢物的响应差异。
材料与方法
研究所用的九个商业苹果品种均源自韩国农村振兴厅的国家园艺和药草科学研究所苹果研究中心，在军威、闻庆和金泉的常规果园中栽培。果实在其各自的最佳采收期采收，具体信息见附表S1。选用的品种及其采收日期为：‘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）。所有用于研究的果实均无可见缺陷。
果实生理参数的测量包括单果鲜重、果肉硬度、淀粉图谱指数、可溶性固形物含量和可滴定酸度。可滴定酸度以苹果酸当量表示。
可溶性碳水化合物、有机酸和氨基酸的分析采用高效液相色谱法。酚类化合物的测定包括总酚、总黄酮、总花青素含量以及总抗氧化活性。矿质营养含量通过电感耦合等离子体法分析。挥发性有机化合物（VOCs）的鉴定采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用技术。
统计分析采用完全随机设计，通过方差分析和最小显著差异法检验品种间差异，并使用MetaboAnalyst 6.0进行聚类分析、偏最小二乘判别分析及相关性网络构建。
结果
1. 采收时品种间的果实品质属性
九个品种的果实外观在大小和果皮着色上存在明显差异。具体而言，‘Hongro’的单果鲜重最高，而‘RubyS’最低。果肉硬度在‘Summer King’和‘Picnic’中最高，在‘Honggeum’中最低。淀粉图谱指数在‘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. 对苹果品种整体响应的标准化热图矩阵
标准化热图矩阵结合层次聚类分析显示，所有变量（果实品质、矿质营养、靶向代谢物）可清晰区分为两个主要簇。其中一个簇包含‘Hwangok’、‘Summer Prince’和‘Summer King’，另一个簇包含其余六个品种，其中‘Hongro’与其他品种的聚类关系最不紧密。
3. 偏最小二乘判别分析与变量重要性投影得分
偏最小二乘判别分析模型显示，潜在变量1和2分别解释了X轴和Y轴上37.5%和17.8%的总方差。‘Summer King’与‘Summer Prince’关联紧密，而‘Honggeum’、‘Hongro’、‘RubyS’和‘Picnic’也彼此密切关联。根据变量重要性投影得分筛选出49个重要变量。其中，‘Summer King’在可滴定酸度、苹果酸、对香豆酸、谷氨酸、多种氨基酸（如甲硫氨酸、丙氨酸、赖氨酸）、酚类物质（如芦丁、阿魏酸）及总花青素等方面具有更高水平。‘Arisoo’则在金丝桃苷、淀粉图谱指数、多种挥发性有机化合物（如己醛、戊基乙酸酯、2-甲基-1-丁醇）、咖啡酸、异亮氨酸和镁含量上表现突出。‘Picnic’则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. 关键代谢途径的差异
基于变量重要性投影得分的代谢途径分析比较了‘Summer King’和‘Arisoo’。在‘Summer King’中，与有机酸和氨基酸合成相关的代谢途径被上调，包括三羧酸循环、丙酮酸代谢、乙醛酸和二羧酸代谢，以及精氨酸和脯氨酸代谢、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢等多个氨基酸代谢途径。而在‘Arisoo’中，黄酮和黄酮醇生物合成以及淀粉和蔗糖代谢途径更为活跃。
5. 氨基酸、苯丙烷类和挥发性有机化合物代谢途径的比较响应
在三个重点品种（‘Summer King’、‘Arisoo’、‘Picnic’）中，氨基酸代谢途径显示，丝氨酸、丙氨酸、缬氨酸、天冬酰胺、苏氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、脯氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸和组氨酸在‘Summer King’中含量最高。而异亮氨酸和天冬氨酸则在‘Arisoo’中含量最高。在苯丙烷类代谢途径中，对香豆酸、阿魏酸和芦丁在‘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。在挥发性有机化合物途径中，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-甲基丁酸酯的相对比值在‘Arisoo’中最高，而苯并噻唑和戊酸则在‘Picnic’中最高。
讨论
苹果果实品质属性因品种和采收季节而异。总体趋势显示，随着采收季节从早到晚，果肉硬度趋于下降，而可溶性固形物含量增加，可滴定酸度降低。然而，这种关系并非绝对，表明果实生理属性更多依赖于品种特性，而非单一的采收季节驱动。
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）在中熟品种‘Picnic’中最高，这与其独特的品种特性（如果实中等大小、硬度较高）相符。山梨糖醇与感知甜度的相关性可能强于单一糖分。
可滴定酸度和苹果酸含量在早熟品种（特别是‘Summer King’）中显著更高。这与早熟品种中三羧酸循环、丙酮酸代谢和乙醛酸与二羧酸代谢的上调相一致，表明早熟苹果可能处于相对较低的成熟阶段，有机酸代谢活动仍较活跃。
大多数氨基酸在‘Summer King’中积累更多，多个氨基酸代谢途径在此品种中被上调。这可能是由于糖酵解和三羧酸循环提供的能量代谢底物更丰富。早熟品种中较高的氨基酸水平可能反映了其在采收时与中熟品种不同的果实成熟状态。
酚类化合物的响应存在品种差异。在‘Summer King’中，对香豆酸、阿魏酸、芦丁和总花青素含量较高，这与苯丙氨酸代谢的上调有关。而‘Arisoo’则在槲皮素、槲皮苷和咖啡酸上含量更高。早熟品种通常酚类化合物含量更高，这可能与其较低的果实成熟度相关，因为酚类化合物水平通常随果实发育和成熟而下降。
与之形成对比的是，挥发性有机化合物（VOCs）在中熟品种‘Arisoo’和‘Picnic’中积累更多。这些VOCs主要由醛类、醇类和酯类构成。其合成与支链氨基酸（如异亮氨酸）的代谢密切相关，而支链氨基酸代谢通常在果实成熟过程中增强。尽管早熟品种‘Summer King’拥有较高的芳香族氨基酸（酪氨酸、苯丙氨酸）底物池，但其可能由于果实成熟度未完全达到，未能有效地将这些前体转化为挥发性风味物质，从而导致VOCs水平较低。
结论
对七月末至九月中旬采收的九个苹果品种的综合分析表明，果肉硬度和可滴定酸度在早熟品种中更高，而可溶性固形物含量和淀粉图谱指数则在中熟品种中更高。层次聚类和标准化热图清晰地区分了品种间的代谢特征。偏最小二乘判别分析进一步证实了基于采收季节的品种分离。变量重要性投影得分成功识别出三个代表性品种（‘Summer King’、‘Arisoo’、‘Picnic’）各自独特的代谢标志物组合。代谢途径分析揭示，早熟品种‘Summer King’在有机酸、氨基酸和酚类化合物相关通路上调，而中熟品种‘Arisoo’则在黄酮生物合成、淀粉蔗糖代谢及挥发性有机化合物生成方面更具优势。综上所述，从早熟到中熟苹果品种，其果实品质、矿质营养和靶向代谢物的差异响应，与果实的成熟和完熟过程紧密关联。
