王同林，葉紅霞，鄭積榮，*，李 明

(1.杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 蔬菜研究所，浙江 杭州 310024； 2.浙江大學(xué) 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院 園藝系，浙江 杭州310058； 3.淮安市園藝技術(shù)服務(wù)站 江蘇 淮安223001)

番茄(Solanumlycopersicum)起源于南美洲，16世紀(jì)傳入歐洲，17世紀(jì)傳入中國。番茄是喜溫性蔬菜，幾乎適應(yīng)所有氣候，在世界各地廣泛栽培。全球番茄種植面積約480萬hm2(FAO，2016)，中國是世界上最大的番茄生產(chǎn)國家，番茄種植面積約為110萬hm2，產(chǎn)量在5 000萬t以上，基本可以自給自足，還有部分用于出口(中國農(nóng)業(yè)部，2016)。

番茄的果實品質(zhì)由外觀品質(zhì)、風(fēng)味品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)和加工貯藏品質(zhì)構(gòu)成[1]。其中，風(fēng)味品質(zhì)包括甜味、酸味、香味等，與果實中的可溶性糖、有機(jī)酸和揮發(fā)性芳香化合物相關(guān)。風(fēng)味喪失會嚴(yán)重影響果實的感官品質(zhì)，減少人們對果實的喜好程度，進(jìn)而影響其經(jīng)濟(jì)價值。因此，如何在不影響或較小影響果實商品品質(zhì)的前提下改善果實的風(fēng)味，成為番茄栽培和品質(zhì)育種上需要重點解決的課題之一。

通過栽培管理技術(shù)(水分、施肥元素、溫度、光照、土壤鹽分及外源激素處理)，以及改變貯藏條件與手段來改善果實風(fēng)味是當(dāng)下熱點研究內(nèi)容。近年來，國內(nèi)外學(xué)者在番茄品質(zhì)性狀的遺傳規(guī)律與數(shù)量性狀基因座(quantitative trait locus，QTL)定位方面做了大量研究，從數(shù)量遺傳學(xué)方面揭示了番茄風(fēng)味的遺傳特征?？茖W(xué)家們還通過基因組測序、轉(zhuǎn)錄組與代謝組關(guān)聯(lián)分析，深層次闡明了番茄果實相關(guān)發(fā)育的進(jìn)化歷程、番茄育種過程的基因馴化及代謝物演變過程，明確了番茄風(fēng)味物質(zhì)基礎(chǔ)及遺傳基礎(chǔ)[2-5]，這些工作的完成也為今后番茄風(fēng)味改良育種奠定了基礎(chǔ)。本文從番茄果實風(fēng)味物質(zhì)組成種類、生物合成代謝途徑及其遺傳機(jī)理等方面進(jìn)行闡述，提出了目前番茄品質(zhì)研究中存在的問題并對未來發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

1 可溶性糖

番茄果實中的可溶性糖類型因番茄不同種屬而異，普通番茄(Solanumlycopersicoides)和醋栗番茄(S.pimpinellifolium)中主要為葡萄糖和果糖；秘魯番茄(S.peruvianum)、克梅留斯基番茄(S.chmielewskii)和多毛番茄(S.habrochaites)中主要為蔗糖[6-7]。除此之外，番茄中還有微量的龍膽二糖、密二糖、甘露糖、尼日二糖等。不同類型的糖對番茄甜味的貢獻(xiàn)也不同，果糖甜度高，葡萄糖甜度低。果糖、蔗糖和葡萄糖的甜度比為220∶145∶100[8]。

1.1 可溶性糖來源

番茄果實內(nèi)的可溶性糖主要由光合產(chǎn)物同化運輸而來，Powell等[9]的研究表明，番茄果實20%的光合產(chǎn)物來自果實自身的光合作用，80%來自葉片等源器官。蔗糖是番茄光合作用的主要同化產(chǎn)物，也是番茄中光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)運的主要形式。在番茄果實的發(fā)育期，光合產(chǎn)物以蔗糖形式，通過共質(zhì)體和質(zhì)外體途徑經(jīng)由韌皮部從葉片中直接轉(zhuǎn)運到果柄甚至果實中，進(jìn)而在果實中各種酶的作用下進(jìn)行代謝(圖1)[10]。

GLK1和GLK2是2個功能相似的MYB類轉(zhuǎn)錄因子，分別調(diào)控葉片和果實中葉綠體發(fā)育與葉綠素含量，對番茄的光合作用有重要的調(diào)節(jié)作用。GLK2是U基因表達(dá)產(chǎn)物，能夠提高調(diào)控光合作用的基因轉(zhuǎn)錄豐度，并增加未成熟果實中的淀粉含量，進(jìn)而使成熟果實中葡萄糖和果糖的含量提高40%左右；另一方面，在其調(diào)控作用下，靠近番茄果柄的果實部分呈深綠色(綠果肩)，轉(zhuǎn)色較慢，影響了番茄的成熟及其外觀品質(zhì)[9]，因此，當(dāng)育種者對有利于番茄均勻成熟的無綠果肩性狀進(jìn)行選育時，會導(dǎo)致番茄果實內(nèi)的光合產(chǎn)物流入量降低。

1.2 蔗糖的卸載途徑

蔗糖在葉片等源器官韌皮部進(jìn)行裝載，經(jīng)篩管長距離運輸?shù)焦麑嵑?，向果實庫?xì)胞進(jìn)行卸載。蔗糖卸載存在2條途徑：共質(zhì)體途徑和質(zhì)外體途徑。在果實發(fā)育前期，果實內(nèi)部的篩管、韌皮部與周圍庫細(xì)胞之間存在大量的胞間連絲，源器官主要通過共質(zhì)體途徑向番茄果實運輸蔗糖，并且此時進(jìn)入的蔗糖多代謝合成為淀粉貯藏在果實中，但到果實發(fā)育后期，由于果糖和葡萄糖的積累，滲透勢提高，為了保持濃度梯度，防止蔗糖回流到篩管，這些胞間連絲開始退化，蔗糖卸載途徑逐步變?yōu)橐再|(zhì)外體途徑為主(圖1)[11]。

CWIN，細(xì)胞壁轉(zhuǎn)化酶；SS，蔗糖合成酶；VIN，液泡蔗糖轉(zhuǎn)化酶；AGPase，腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶；FK，果糖激酶；SPS，蔗糖磷酸合成酶；SPP，磷酸蔗糖酶。CWIN， Cell wall invertase; SS， Sucrose synthetase; VIN， Vacuolar invertase; AGPase， ADP-Glc pyrophosphorylase; FK， Fructokinase; SPS， Sucrose phosphate synthase; SPP， Sucrose phosphatase.圖1 番茄中蔗糖轉(zhuǎn)運途徑及可溶性糖的代謝途徑Fig.1 Sucrose transport pathway and soluble sugar metabolism pathway in tomato

番茄中的可溶性糖在質(zhì)外體進(jìn)入庫細(xì)胞是通過糖轉(zhuǎn)運蛋白實現(xiàn)的，目前大部分的糖轉(zhuǎn)運蛋白都是消耗能量來實現(xiàn)糖的轉(zhuǎn)運，因此，會使果實發(fā)育受到一定影響。這可能是風(fēng)味好的番茄品種果型較小、產(chǎn)量較低的原因之一。SWEETs蛋白轉(zhuǎn)運糖不需要消耗能量，為糖轉(zhuǎn)運機(jī)制提供了新思路，但其對糖的低親和性，使其具有局限性，在糖含量順濃度梯度條件下具有高效率，在逆濃度梯度下的轉(zhuǎn)運效果不佳[12]。

1.3 可溶性糖遺傳研究

谷婧玥[13]利用高糖和低糖的2個番茄高代自交系構(gòu)建6世代，對分離世代果實中的可溶性糖含量進(jìn)行測定分析發(fā)現(xiàn)，番茄中的可溶性糖含量性狀屬于數(shù)量遺傳中加性—顯性遺傳。任婧[14]的研究表明，番茄中的可溶性糖含量更符合一對加性—顯性主基因+加性—顯性—上位性多基因遺傳模型(MX1-AD-ADI)，對可溶性糖進(jìn)行進(jìn)一步遺傳分析表明，番茄果實可溶性糖含量的遺傳效應(yīng)以多基因效應(yīng)為主，環(huán)境對其影響相對較小。Tieman等[4]的報道指出果實質(zhì)量和可溶性糖含量呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)。

1.4 果實中可溶性糖代謝相關(guān)的酶

番茄果實中與可溶性糖代謝相關(guān)的酶包括蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶、磷酸蔗糖酶、蔗糖轉(zhuǎn)化酶、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、果糖激酶等。

1.4.1 蔗糖合成酶

蔗糖合成酶(sucrose synthetase，SS，EC 2.4.1.13)催化的是可逆反應(yīng)，既可以催化葡萄糖和果糖結(jié)合形成蔗糖(pH 8.0～9.5)，也可以催化蔗糖水解成果糖和葡萄糖(pH 5.5～6.0)，催化作用偏向水解方向。SS由TOMSSF家族基因表達(dá)合成，在果實發(fā)育前期，SS活性與果實庫強(qiáng)正相關(guān)，控制著蔗糖向果實的轉(zhuǎn)運量[11]。

1.4.2 蔗糖磷酸合成酶

蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase，SPS，EC 2.4.1.14)催化葡萄糖和果糖-6-磷酸結(jié)合形成磷酸蔗糖，為可逆反應(yīng)，而磷酸蔗糖酶(sucrose phosphatase，SPP，EC 3.1.3.24)催化磷酸蔗糖水解成蔗糖，使SPS催化的反應(yīng)基本不可逆，所以SPS-SPP系統(tǒng)是蔗糖合成的主要途徑。SPS最適pH為7.0，在光合器官和非光合器官都存在，SPS活性的提高，可以增加葉片中蔗糖的合成量及果實中蔗糖的積累量[11]。

1.4.3 蔗糖轉(zhuǎn)化酶

蔗糖轉(zhuǎn)化酶(invertase，INV，EC 3.2.1.26)能夠不可逆地催化蔗糖的水解反應(yīng)，生成葡萄糖和果糖，是番茄中蔗糖水解主要的途徑；根據(jù)最適pH值，INV分為酸性蔗糖轉(zhuǎn)化酶(acid invertase，AI)和中性蔗糖轉(zhuǎn)化酶(neutral invertase，NI)，AI的最適pH為3～5，其活性占到總轉(zhuǎn)化酶的95%，是番茄果實中主要的蔗糖轉(zhuǎn)化酶。而根據(jù)亞細(xì)胞定位，可以將INV分為液泡蔗糖轉(zhuǎn)化酶(vacuolar invertase，VIN)和細(xì)胞壁蔗糖轉(zhuǎn)化酶(cell wall invertase，CWIN)。VIN存在于液泡內(nèi)，可以調(diào)節(jié)液泡中的蔗糖代謝；CWIN位于細(xì)胞間隙并結(jié)合在細(xì)胞壁上，主要負(fù)責(zé)水解從韌皮部向番茄果實質(zhì)外體卸載的蔗糖。Chetelat等[15]利用果實中積累蔗糖的克梅留斯基番茄與果實中積累葡萄糖和果糖的普通番茄雜交，發(fā)現(xiàn)F1代果實均不積累蔗糖，由此確定蔗糖的積累由隱性基因控制，并在第3條染色體上定位到了sucr(sucrose accumulator)這一位點，而sucr正是編碼VIN基因(SUCR)的等位基因。Chetelat等[16]利用分子標(biāo)記，將該位點導(dǎo)入普通番茄中，發(fā)現(xiàn)可以顯著提高成熟果實中的蔗糖水平，而且可溶性固形物含量也有所增加。也有學(xué)者將反義酸性轉(zhuǎn)化酶基因SUCR導(dǎo)入普通番茄中，得到的植株果實蔗糖濃度有明顯的提高，但總的可溶性糖含量并沒有顯著變化[17]，表明該基因僅對可溶性糖組分產(chǎn)生影響，并不能提高果實內(nèi)的可溶性糖含量；另外，Levin等[18]在第4染色體上定位到一對調(diào)控果實內(nèi)葡萄糖和果糖比例等位基因(FgrH/Fgr)，并表明FgrH對Fgr成不完全顯性，F(xiàn)grH的表達(dá)會使果糖占比增高，但對總糖含量無明顯影響，該位點可能和蔗糖轉(zhuǎn)化酶存在一定關(guān)系。Fridman等[19-20]在與綠果潘那利番茄組配的漸滲系群體定位到一個可以提高番茄果實可溶性固形物含量的QTL位點Brix9-2-5(Lin5)，其編碼CWIN，并表明該位點可以提高番茄果實庫強(qiáng)，進(jìn)而顯著提高果實葡萄糖和果糖含量。Tieman等[4]通過代謝組與全基因組關(guān)聯(lián)分析技術(shù)(metabolome genome-wide-association study，mGWAS)和代謝組與數(shù)量性狀基因座定位技術(shù)(metabolome quantitative trait locus，mQTL)定位到9個與糖類物質(zhì)相關(guān)的基因位點，明確了位于9號和11號染色體上的2個調(diào)控番茄中的可溶性糖含量主效基因位點Lin5和SSC.11.1。

1.4.4 腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶

腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-Glc pyrophosphorylase，AGPase，EC 2.7.7.21)催化番茄中淀粉合成的第一步，是淀粉合成限速酶。Petreikov等[21]在多毛番茄中發(fā)現(xiàn)一個編碼AGPase大亞基的基因(AGPL1)，研究發(fā)現(xiàn)，該基因是通過提高未成熟果實中瞬時淀粉(過渡型淀粉)含量，進(jìn)而增加番茄果實中的可溶性糖含量。天然合成的AGPase是由2個大亞基和2個小亞基構(gòu)成的異四聚體。早期學(xué)者認(rèn)為，小亞基具有催化活性，大亞基只有調(diào)節(jié)作用，后來大亞基被證實也具有一定的催化活性；每個亞基由不同的基因控制合成，這些基因在番茄植物體中表達(dá)的時空分布，體現(xiàn)出其對庫源器官中可溶性糖的調(diào)控作用[21]。

1.4.5 果糖激酶

果糖激酶(fructokinase，F(xiàn)K，EC 2.7.1.4)是果糖代謝的關(guān)鍵酶，不可逆催化果糖磷酸化形成6-磷酸果糖，磷酸化的果糖可以提高韌皮部和庫細(xì)胞的蔗糖梯度，幫助建立組織的庫強(qiáng)[22]。6-磷酸果糖可以進(jìn)一步磷酸化形成2,6-磷酸果糖參與糖酵解途徑，也可以經(jīng)SPS-SPP催化形成蔗糖；果糖激酶還可以作為植物的己糖感受器和信號分子。因此，果糖激酶對果實生長發(fā)育與可溶性糖含量有重要的調(diào)節(jié)作用。

2 有機(jī)酸

番茄中的酸味由有機(jī)酸含量決定，有機(jī)酸通常是指分子結(jié)構(gòu)中含有羧基(-COOH)的酸性有機(jī)化合物。番茄果實中有機(jī)酸主要為檸檬酸和蘋果酸，且以檸檬酸為主，另外番茄果實中還含有微量的草酸、莽草酸、反丁烯二酸、琥珀酸、酒石酸、抗壞血酸等。

在加工番茄中，酸度越高越有利于增加番茄加工制品的保存時間[23]。在口感上，有機(jī)酸能增強(qiáng)水果消費過程中對糖的感知，其中檸檬酸比蘋果酸更酸，且對番茄風(fēng)味的改良效果更好[4]。Da Cruz Centeno等[24]通過轉(zhuǎn)反義延胡索酸酶基因和蘋果酸脫氫酶基因來改變番茄果實中蘋果酸濃度，進(jìn)而測定果實中淀粉和糖的含量，得出番茄中的蘋果酸濃度與過渡型淀粉含量(主要由AGPase調(diào)控)和可溶性固形物含量呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)，并表明番茄果實中的蘋果酸含量雖不能影響果實的成熟度，但與果實采后軟化過程密切相關(guān)。

有機(jī)酸是滲透勢形成的主要物質(zhì)，對發(fā)育期果實的膨脹有重要作用[25]。在果實發(fā)育前期，果實中的有機(jī)酸總含量隨時間推移不斷增加，而在果實成熟的后期伴隨糖含量的迅速提高逐步減少，而在最后的成熟階段，有機(jī)酸含量又再次增加[26]。成熟番茄的裂果現(xiàn)象也跟發(fā)育后期果實內(nèi)的有機(jī)酸含量過高有一定關(guān)系[25]。

2.1 果實中有機(jī)酸來源

番茄果實中有機(jī)酸來源主要依賴于線粒體中的三羧酸循環(huán)(TCA)。TCA是三大營養(yǎng)素(糖、脂肪酸、氨基酸)的最終氧化途徑，為機(jī)體供能的同時也是3個物質(zhì)的代謝聯(lián)系樞紐。蘋果酸脫氫產(chǎn)生的草酰乙酸與乙酰CoA在檸檬酸合酶的催化作用下生成檸檬酸，檸檬酸經(jīng)過多種酶逐步催化，再次生成蘋果酸形成循環(huán)(圖2)。TCA中的多種有機(jī)酸處于動態(tài)平衡中，途徑中的多種中間產(chǎn)物還會參與光合作用、呼吸作用與多種芳香性揮發(fā)物質(zhì)的代謝等被消耗[27]，此時磷酸烯醇式丙酮酸及丙酮酸在羧化酶的催化作用下

2.2 有機(jī)酸代謝相關(guān)的酶與轉(zhuǎn)運蛋白

果實中多個有機(jī)酸代謝酶與有機(jī)酸水平相關(guān)(圖2)，Guillet等[29]對2個番茄中分別位于12號和7號染色體上調(diào)控PEPC的位點LYCesPpc1和LYCesPpc2進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在果實生長初期，LYCesPpc2的表達(dá)與果實內(nèi)的檸檬酸和蘋果酸一致增加，而且表明PEPC不受胞質(zhì)pH值降低及蘋果酸濃度升高抑制，推測PEPC可能在果實發(fā)育前期的有機(jī)酸合成和果實膨大起著重要作用。CS調(diào)控檸檬酸合成，ACO調(diào)控檸檬酸的降解，一般認(rèn)為CS和ACO催化反應(yīng)的平衡調(diào)節(jié)檸檬酸含量，但實際其機(jī)理非常復(fù)雜，因為檸檬酸在線粒體中合成，而在液泡中貯藏或積累[30]。Morgan等[31]通過對番茄中編碼ACO基因(SlAco3b)的轉(zhuǎn)反義基因株系進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，ACO活性降低，而果實成熟時檸檬酸及蘋果酸含量顯著提高，有機(jī)酸總含量提高了近50%，證明ACO活性的降低有利于番茄果實內(nèi)有機(jī)酸的積累。番茄中蘋果酸含量由蘋果酸的合成(fumarase)、降解(MDH)和細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(蘋果酸轉(zhuǎn)運蛋白)3個過程決定[32]。Ye等[33]利用mGWS等技術(shù)鑒定了位于6號染色體上的蘋果酸積累的數(shù)量遺傳位點TFM6，其與Al-ACTIVATEDMALATETRANSPORTER9(Sl-ALMT9)相對應(yīng)。Sl-ALMT9編碼一種鋁激活的蘋果酸轉(zhuǎn)運蛋白，其表達(dá)有利于增加果實和根部的蘋果酸含量，根部的蘋果酸陰離子可以螯合Al3+，從而減輕鋁脅迫，進(jìn)而提高了番茄風(fēng)味[33]。

PDHC，丙酮酸脫氫酶；PK，丙酮酸激酶；PC，丙酮酸羧化酶；PEPC，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶；CS，檸檬酸合酶；ACO，烏頭酸水合酶；MDH，蘋果酸脫氫酶。PDHC， Pyruvate dehydrogenase; PK， Pyruvate kinase; PC， Pyruvate carboxylase; PEPC， Phosphoenolpyruvate carboxylase; CS， Citrate synthase; ACO， Aconitase; MDH， Malate dehydrogenase.圖2 三羧酸循環(huán)Fig.2 Tricarboxylic acid cycle

2.3 有機(jī)酸遺傳研究

20世紀(jì)60年代，國外學(xué)者就對番茄含酸量的遺傳規(guī)律進(jìn)行研究，把番茄果實的含酸量分為高酸和低酸兩種，認(rèn)為含酸量由一對基因控制，高酸為不完全顯性，其遺傳力為66.4%[34]；Lawrence等[35]通過遺傳試驗同樣證實了這一觀點，同時提出有3～4對基因?qū)偹岷坑杏绊懀渲杏梢恢餍Щ蚩刂聘吆崃?。戚飛[36]利用高含酸量和低含酸量2個番茄品種構(gòu)建六世代群體，對后代含酸量進(jìn)行遺傳分析，結(jié)果表明，番茄有機(jī)酸含量為主基因和多基因控制的數(shù)量性狀，遺傳符合加性—顯性遺傳模型。

3 揮發(fā)性芳香化合物

3.1 揮發(fā)性芳香物質(zhì)的組成

番茄的香味主要來自果實中的揮發(fā)性芳香化合物。在番茄中揮發(fā)性物質(zhì)多種多樣，目前已經(jīng)有400多種揮發(fā)性芳香化合物被鑒定出來，其中只有幾十種物質(zhì)對番茄芳香存在貢獻(xiàn)，主要包括醇類、醛類、酮類、萜類和酯類物質(zhì)以及含硫化合物等[4]。Buttery等[37]在研究中指出，將順-3-己烯醛、順-3-己烯醇、己醛、1-戊烯-3-酮、3-甲基丁醇、反-2-己烯醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2-異丁基硫咪唑、甲基水楊酸、β-紫羅蘭酮10種物質(zhì)在適當(dāng)?shù)臐舛认禄旌?，就可以獲得新鮮成熟番茄的芳香味道。

番茄的香味感知方式有2種途徑，一種是果實成熟時發(fā)出的香氣直接進(jìn)入鼻腔被嗅覺感知，另一種是咀嚼果肉時發(fā)散出來的香氣通過口腔進(jìn)入鼻腔被感知，2種揮發(fā)物傳遞方式在大腦中的感知方式不同[38]。食品風(fēng)味化學(xué)定義每一種芳香物質(zhì)都有固定閾值濃度，只有超過該閾值，才能被人們嗅覺所感知，而用含量與該閾值濃度比值的對數(shù)來衡量某種物質(zhì)對香氣的作用效果，對數(shù)值大于0，則表明對風(fēng)味的貢獻(xiàn)較大。而Baldwin等[39]認(rèn)為，一些揮發(fā)性物質(zhì)閾值單位對數(shù)即使為負(fù)數(shù)，仍會對番茄的整體風(fēng)味有所貢獻(xiàn)。

3.2 芳香物質(zhì)的合成途徑

番茄中芳香物質(zhì)合成途徑按前體物質(zhì)大致可分為4類：以脂肪酸為前體的合成途徑、以類胡蘿卜素為前體的合成途徑、以苯丙氨酸為前體的合成途徑和以支鏈氨基酸為前體的合成途徑[40]。目前已經(jīng)有很多控制果實揮發(fā)性芳香化合物合成的相關(guān)酶基因被克隆出來。

3.2.1 以脂肪酸為前體的合成途徑

脂肪酸前體物質(zhì)主要是指亞油酸和亞麻酸，主要有三大主要酶系統(tǒng)參與脂肪酸向揮發(fā)性芳香物質(zhì)的代謝：脂氧合酶系統(tǒng)(LOX)、脂氫過氧化物裂解酶系統(tǒng)(HPL)和氧化還原酶系統(tǒng)(ADH)[41]。酯氧合酶C(lipoxygenase C，LOXC，EC 1.13.11.12)催化亞油酸和亞麻酸形成脂氫過氧化物，而在13-脂氫過氧化物裂解酶(hydroperoxide lyase，13-HPL，EC 4.1.2.-)進(jìn)一步催化作用下形成短鏈揮發(fā)性C6醛類物質(zhì)(己醛、己烯醛等)，乙醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase，ADH，EC1.1.1.1)催化C6醛類物質(zhì)與C6醇類物質(zhì)(己醇、己烯醇等)相互轉(zhuǎn)化。櫻桃番茄中脂肪酸含量是普通番茄中的2倍以上，這可能是櫻桃番茄比普通番茄風(fēng)味更好的原因之一[42]。該合成途徑中主要酶基因Tomloxc[43]、13-HPL和ADH2已經(jīng)被相繼克隆出來[44]。

3.2.2 以苯丙氨酸為前體的合成途徑

苯丙氨酸是4種重要揮發(fā)物質(zhì)(苯乙醛、2-苯乙醇、1-硝基-2-苯乙烷、2-苯乙腈)的前體。LeAADC編碼氨基酸脫羧酶(amino acid decarboxylases，AADCs，EC4.1.1.-)，催化苯丙氨酸脫羧生成苯乙胺，是苯丙氨酸向4種揮發(fā)性物質(zhì)代謝的第一步，AADCs也是該代謝途徑中的限速酶；苯乙胺進(jìn)一步被催化合成2-苯乙醛、2-苯乙腈、1-硝基-2-苯乙烷。LePARs編碼苯乙醛還原酶(phenylacetaldehyde reductases，PARs，EC1.1.1.2)，催化2-苯乙醛還原為2-苯乙醇。此外，苯丙氨酸也可先經(jīng)苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyase，PAL，EC 4.3.1.5)催化形成反式肉桂酸(trans-cinnamic acid)，進(jìn)一步催化形成水楊酸、兒茶酚等。水楊酸羧基甲基轉(zhuǎn)移酶(salicylic acid carboxylmethyltransferase，SAMT1，EC2.1.1.-)、兒茶酚氧位甲基轉(zhuǎn)移酶(catechol O-methyl transferase，CTOMT1，EC2.1.1.6)分別催化水楊酸和兒茶酚甲基化生成水楊酸甲酯及愈創(chuàng)木酚[45]。目前該合成途徑中的LeAADC[46]、LePAR1和LePAR2[47]，SlSAMT1[48]、CTOMT1[49]等基因已被克隆出來。

3.2.3 以支鏈氨基酸為前體的合成途徑

支鏈氨基酸前體物質(zhì)主要是指亮氨酸、異亮氨酸與纈氨酸等。支鏈氨基酸氨基轉(zhuǎn)移酶(branched-chain amino acid aminotransferases，BCATs，EC 2.6.2.42)催化支鏈氨基酸脫氨形成酮酸，進(jìn)一步脫氫生成醇類、酮類、酯類物質(zhì)，醇類經(jīng)氧化生成醛類，如2-甲基丁醇、2-甲基丁醛、3-甲基丁醇、3-甲基丁醛、乙酸異丁酯、異戊腈和2-異丁基噻唑。其中2-異丁基噻唑為番茄所特有，而3-甲基丁醇能夠增加人們對甜度的感覺[4]。目前在番茄中已有SlBCAT1-6共6個支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶基因被克隆出來[44]。

3.2.4 以類胡蘿卜素為前體的合成途徑

番茄果實中的類胡蘿卜素主要包括：番茄紅素和β-胡蘿卜素等，LeCCD1編碼類胡蘿卜素裂解雙加氧酶(carotenoid cleavage dioxygenases，CCDs，EC1.13.11)，對類胡蘿卜素進(jìn)行裂解產(chǎn)生一些揮發(fā)性萜類化合物，例如香葉醛、橙花醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、香葉基丙酮、假紫羅酮、β-紫羅蘭酮和β-大馬酮，它們均具有花香果香，對番茄香氣有重要貢獻(xiàn)[44]。各類揮發(fā)性芳香化合物由不同色素特異合成，6-甲基-5庚烯-2-酮、香葉醛、橙花醛、假紫羅酮等由番茄紅素裂解合成；香葉基丙酮、β-紫羅蘭酮、β-環(huán)檸檬醛等由β-胡蘿卜素裂解合成；α-紫羅蘭酮由δ-胡蘿卜素裂解合成[44，49]。目前，該途徑已有2個類胡蘿卜素裂解雙加氧酶基因被克?。篖eCCD1A和LeCCD1B[50]。

Table1Synthesis precursors and characteristic aroma of some volatile compounds[44，51]

表1 部分揮發(fā)性化合物的合成前體及特征香氣[44，51]

4 總結(jié)與展望

番茄果實的可溶性糖、有機(jī)酸、揮發(fā)性芳香化合物等風(fēng)味物質(zhì)都是由進(jìn)入果實的蔗糖代謝而來。蔗糖進(jìn)入果實后在蔗糖轉(zhuǎn)化酶等作用下分解成葡萄糖和果糖，可以進(jìn)一步磷酸化進(jìn)入糖酵解途徑，也可在酶的催化作用下合成淀粉等以保持庫源蔗糖濃度梯度，糖酵解產(chǎn)物丙酮酸又可以進(jìn)入三羧酸循環(huán)，參與檸檬酸和蘋果酸的代謝，在此循環(huán)中丙酮酸被進(jìn)一步氧化分解成CO2和H2O，產(chǎn)生大量能量參與果實內(nèi)的各種生命活動。而糖酵解途徑與莽草酸途徑、甲羥戊酸途徑等相交叉促進(jìn)了類胡蘿卜素、苯丙氨酸、亞油酸、亞麻酸及支鏈氨基酸等的合成[44]。其中有機(jī)酸在番茄果實發(fā)育過程中的積累、代謝與轉(zhuǎn)運，引起質(zhì)體內(nèi)pH值變化，進(jìn)而抑制或激活風(fēng)味物質(zhì)代謝過程中相關(guān)酶的活性，進(jìn)一步影響風(fēng)味物質(zhì)的代謝。因此，光合同化物的流入是番茄果實中風(fēng)味物質(zhì)形成的基礎(chǔ)，而番茄風(fēng)味物質(zhì)種類與含量的調(diào)控則依賴于果實中各類酶系統(tǒng)之間的相互作用。

近十多年，番茄新品種選育一直以硬度、產(chǎn)量、抗病性、果實大小和外觀等性狀為番茄的育種主要評價指標(biāo)，導(dǎo)致番茄的風(fēng)味逐步下降：大果型番茄的選育使一些低糖位點以搭便車效應(yīng)進(jìn)入果實[4]；均勻成熟(無綠果肩)的種質(zhì)篩選，使得一種轉(zhuǎn)錄因子失活，導(dǎo)致番茄果實中可溶性固形物和類胡蘿卜素減少[9]；為引入野生番茄的抗病基因，導(dǎo)致一些不良性狀片段滲入，降低了果實中風(fēng)味相關(guān)的代謝產(chǎn)物[5]；栽培番茄的提早采摘及貯運過程中的冷藏對番茄的風(fēng)味也有一定影響[34]。

糖酸比指果實中可溶性總糖與可滴定總酸的比值，是衡量口感的參考指標(biāo)之一。譚其猛[6]認(rèn)為，番茄合適的糖酸比為6.9～10.8。也有研究指出，番茄果實合適的糖酸比為7∶10[52]。僅可溶性糖含量、有機(jī)酸含量、糖酸比與揮發(fā)性芳香化合物等生理指標(biāo)并不能確切地反映果實的風(fēng)味，口感是番茄風(fēng)味品質(zhì)的直觀表現(xiàn)，而番茄的口感跟果肉質(zhì)地(硬度和肉質(zhì))也有一定的相關(guān)性，硬度與口感品質(zhì)一般呈負(fù)相關(guān)，即硬度越高口感越差，在硬度方面已有不少基因位點被報道，但肉質(zhì)評價如多汁性、顆粒度等方面的研究報道相對較少，其中的遺傳機(jī)理尚不明晰。這與風(fēng)味評價系統(tǒng)尚不完善有一定關(guān)系。隨著人們對番茄風(fēng)味的要求不斷提高，番茄食用方式也回歸多元化，無論是菜用、水果鮮食，番茄的風(fēng)味需求越來越高。筆者認(rèn)為，番茄風(fēng)味評價系統(tǒng)的研究和完善，有利于番茄品質(zhì)育種的多元化發(fā)展；育種者應(yīng)該積極借鑒水果的風(fēng)味評價標(biāo)準(zhǔn)，完善番茄的風(fēng)味評價，結(jié)合分子標(biāo)記技術(shù)，加快優(yōu)良種質(zhì)的篩選和創(chuàng)新；結(jié)合本地區(qū)氣候、土壤條件，綜合種植者和消費者對品種、品質(zhì)的需求，有目的地研發(fā)或改良以開發(fā)出符合市場需求的番茄新品種。