水杨酸处理对库尔勒香梨果实贮藏期细胞壁组分和水解酶活性变化的影响

许 娟,张校立,李 鹏,王继勋

(1.新疆农业科学院园艺作物研究所,新疆乌鲁木齐 830091; 2.农业部新疆地区果树科学观测实验站,新疆乌鲁木齐 830091; 3.新疆农业大学林学与园艺学院,新疆乌鲁木齐 830052)

水杨酸处理对库尔勒香梨果实贮藏期细胞壁组分和水解酶活性变化的影响

许 娟1,2,张校立1,2,李 鹏3,王继勋1,2

(1.新疆农业科学院园艺作物研究所,新疆乌鲁木齐 830091; 2.农业部新疆地区果树科学观测实验站,新疆乌鲁木齐 830091; 3.新疆农业大学林学与园艺学院,新疆乌鲁木齐 830052)

本研究探讨水杨酸处理对库尔勒香梨贮藏期果实质地的影响。通过对库尔勒香梨进行水杨酸处理后,定期检测库尔勒香梨果实贮藏期细胞壁含量、细胞壁组成物质含量、果胶酶和纤维素酶活性等指标。结果表明水杨酸处理较好地保持香梨果实细胞壁含量,在贮期结束时达19.91 mg/g左右,并显著抑制了香梨果实贮藏期果胶酶和纤维素酶活性,减缓了水溶性和离子型果胶含量上升和共价结合型果胶含量及纤维素和半纤维素含量的下降。水杨酸处理对保持香梨果实细胞壁组分,延缓库尔勒香梨贮藏期果实衰老有积极作用。

水杨酸,库尔勒香梨,贮藏期,细胞壁,水解酶

库尔勒香梨(PyrussinkiangensisYu)因甜度高,汁多皮薄,口感酥脆,在国内外市场上极具竞争力,远销欧美市场[1]。香梨果实甜度高,是贮藏性较强的果品,但在贮藏过程中,香梨果实独特的脆爽质地逐渐劣变,而且随着果肉质地的变化,香梨果实更容易受到物理伤害和病害侵害,影响香梨的商品性,这使得越来越激烈的市场竞争和果品高品质要求之间的矛盾加剧[2]。有研究表明,果实的硬度下降与细胞壁物质含量降低有密切关系[3]。

未来对香梨贮期品质调控的保鲜剂研究倾向于无毒、低量、高效、成本低廉的方向。水杨酸(SA)属于酚类物质,来自于植物体内,是一种被认为具有提高植物抗病性的内源激素[4]。细胞壁具有一定的弹性,并起到细胞骨架支撑的作用,果实贮期细胞壁结构与成分均发生改变,并引起果实质地软化,目前研究表明有近30种酶与细胞壁的降解有关,这其中多数为水解酶[5-6]。前人研究结果,使用0.1%的水杨酸溶液,对芒果、番茄等果实进行浸泡处理后,果实贮期的品质与抗病性均得到提高,有延缓果实衰老的作用[7]。有关水杨酸对香梨采后果实质地相关的细胞壁组分及水解酶活性影响未见报道。以库尔勒香梨为试材,研究水杨酸处理对香梨果实贮藏过程中细胞壁组分及相关水解酶活性变化的影响,有助于揭示香梨果实采后质地变化的机理,为今后提高香梨采后品质调控技术研究提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

实验材料 采自巴州地区库尔勒轮台国家果树资源圃,选择梨树为树龄25年,树势和栽培管理基本一致,砧木为杜梨。于2015年9月5日采摘并选取果实成熟度一致,带果柄,无虫害,无机械损伤,无锈斑的香梨。果实采摘后经预冷处理,然后进行4.0 mmol/L水杨酸浸泡处理10 min[8],捞出晾干后入库冷藏(1±0.5) ℃,每30 d取样一次,实验共240 d。

德国Sigma 8k高速冷冻离心机;日本三洋 MDF-U53V(N)低温冰箱;尤尼柯 UV-2800紫外可见分光光度计。

1.2 实验方法

1.2.1 香梨果实细胞壁含量的测定 参照茅林春[9]与Fishman等[10]的方法,取香梨果肉部分检测其细胞壁含量,3次重复。

1.2.2 香梨果实细胞壁果胶含量的测定 参照韩雅珊[11]的方法,取香梨果肉部分检测其果胶含量,3次重复。

1.2.3 香梨果实细胞壁纤维素和半纤维素含量的测定 参照《食品分析》[12]方法,以葡萄糖标品做标准曲线,y=0.5843x+0.0103(R2=0.9971),用蒽酮比色法检测纤维素和半纤维素含量,3次重复。

1.2.4 香梨果实细胞壁果胶酶、纤维素酶活性的测定 参照《现代植物生理学实验指南》[13]方法,取香梨果肉部分检测其果胶酶、纤维素酶活性,3次重复。

1.2.5 数据处理 使用Excel与SPSS16.0软件整理分析。

2 结果与分析

2.1 香梨果实贮藏期细胞壁含量变化

如图1所示,香梨贮藏期果实细胞壁含量呈下降趋势,水杨酸处理对果实细胞壁含量下降有抑制作用。果实贮藏至60 d时处理组细胞壁含量开始显著高于对照组(p<0.05),直至贮藏120 d时两者之间差异不显著(p>0.05),贮藏期150 d时,对照组果实细胞壁含量降至21.18 mg/g,水杨酸处理开始显著高于对照组果实细胞壁含量(p<0.05),贮藏结束，处理组细胞壁含量为19.91 mg/g,与对照组差异不显著(p>0.05)。

图1 贮藏期间香梨果实细胞壁含量的变化Fig.1 Changes of cell wall content in Korla fragrant pear during storage period注:图中a、b为基于α=0.05水平,同一时期不同处理之间的差异显著性比较,图2～图8同。

2.2 香梨果实贮藏期细胞壁果胶含量变化

2.2.1 香梨果实贮藏期细胞壁水溶性果胶含量变化 如图2所示,香梨贮藏期果实细胞壁水溶性果胶含量呈上升趋势,水杨酸处理对香梨贮藏期果实细胞壁水溶性果胶含量上升有抑制作用。对照组在贮期60 d时果实水溶性果胶含量上升到一个峰值而后下降,处理组的这个峰值出现较对照组晚了30 d左右;随着贮期延长,对照组在贮期120 d始,其果实细胞壁水溶性果胶含量呈现明显的上升趋势,处理组则是从贮期150 d左右开始表现上升趋势的;直至贮藏结束时,对照组果实细胞壁水溶性果胶含量显著高于处理组(p<0.05)。两个处理组在整个贮期表现出先上升后下降,而后又上升的变化规律类似,可能跟香梨贮藏期有两个呼吸峰有关[14],呼吸强度增大,细胞壁水溶性果胶含量上升加快,但处理组的峰值变化均比对照组延后30 d左右,可能是处理组延后了香梨果实呼吸峰的出现。

图2 贮藏期间香梨果实细胞壁水溶性果胶含量的变化Fig.2 Changes of soluble pectin content in Korla fragrant pear during storage period

2.2.2 香梨果实贮藏期细胞壁离子型果胶含量变化 如图3所示,香梨贮藏期果实细胞壁离子型果胶含量整体上呈上升趋势,与水溶性果胶含量变化趋势相似,主要在贮藏后期明显上升,水杨酸处理对香梨果实贮藏期细胞壁离子型果胶含量上升有抑制作用。在此过程中,对照组在贮期60 d,处理组在贮期90 d时,二者果实细胞壁离子型果胶含量分别出现一个上升的峰值,时间与变化规律与细胞壁水溶性果胶含量类似,对照组和处理组分别自120 d和150 d时,果实细胞壁离子型果胶含量上升幅度增大,可能跟香梨果实呼吸峰发生的时间有关系。自贮藏120 d至贮藏结束,水杨酸处理对果实的细胞壁离子型果胶含量上升的抑制作用较好,其含量显著低于对照组(p<0.05)。

图3 贮藏期间香梨果实细胞壁离子型果胶含量的变化Fig.3 Changes of lonic bonding pectin content in Korla fragrant pear during storage period

2.2.3 香梨果实贮藏期细胞壁共价结合型果胶含量变化 如图4所示,香梨果实贮藏期共价结合型果胶含量呈现下降的趋势,水杨酸处理对共价结合型果胶含量的降低有抑制作用。处理组果实细胞壁共价结合型果胶含量自贮藏60 d,显著高于对照组(p<0.05),当贮藏期至90 d时,对照组果实细胞壁共价结合型果胶含量下降至9.12 mg/g,较贮藏开始时下降了24.7%左右,而水杨酸处理组下降了16.76%,贮藏期结束时,处理组共价结合型果胶含量仍高于对照组,但二者差异不显著(p>0.05)。

图4 贮藏期间香梨果实细胞壁共价结合型果胶含量的变化Fig.4 Changes of covalent bonding pectin content in Korla fragrant pear during storage period

2.3 香梨果实贮藏期细胞壁纤维素含量变化

2.3.1 香梨果实贮藏期细胞壁纤维素含量变化 如图5所示,香梨果实贮藏期细胞壁纤维素含量呈现下降趋势,水杨酸处理对细胞壁纤维素含量的降低有抑制作用。当香梨果实贮藏至60 d时,对照组果实细胞壁纤维素含量降至10.14 mg/g,下降了14.4%,水杨酸处理纤维素含量下降了6.6%;对照组在贮藏末期其果实纤维素含量下降了26.3%,处理组下降了24.5%。在整个香梨果实贮藏期内,水杨酸处理组果实细胞壁纤维素含量均高于对照组,差异显著(p<0.05)。

图5 贮藏期间香梨果实细胞壁纤维素含量的变化Fig.5 Changes of cellulose content in Korla fragrant pear during storage period

2.3.2 香梨果实贮藏期细胞壁半纤维素含量变化 如图6所示,香梨果实贮藏期细胞壁半纤维素含量呈现明显的下降趋势,水杨酸处理对香梨果实贮藏期细胞壁半纤维素含量下降有抑制作用。当香梨贮藏至60 d时,对照组果实细胞壁半纤维素含量下降了23.9%,显著低于水杨酸处理组(p<0.05),但在贮期90 d至120 d之间,对照组和处理组之间差异不显著(p>0.05),贮藏期150、180 d后,水杨酸处理组果实细胞壁半纤维素含量高于对照组,并且在贮藏结束时差异显著(p<0.05)。

图6 贮藏期间香梨果实细胞壁半纤维素含量的变化Fig.6 Changes of hemicellulose content in Korla fragrant pear during storage period

2.4 香梨果实贮藏期水解酶活性变化

2.4.1 香梨果实贮藏期果胶酶活性变化 果胶酶通过水解作用降解果胶,致使细胞壁解体,最终使果实硬度下降[15]。如图7所示,香梨果实贮藏期果胶酶活性呈上升趋势,与水溶性和离子型果胶含量上升,伴随共价结合型果胶含量下降的变化情况相符。水杨酸处理对香梨果实贮藏期果胶酶活性上升有抑制作用。对照组果实果胶酶活性自贮藏期60 d有明显的上升趋势,香梨果实贮藏后期,对照组果实果胶酶活性上升幅度较大,在贮藏中后期均显著高于水杨酸处理组(p<0.05)。

图7 贮藏期间香梨果实果胶酶活性的变化Fig.7 Changes of pectase activity in Korla fragrant pear during storage period

2.4.2 香梨果实贮藏期纤维素酶活性变化 一般认为,纤维素酶可能在果实硬度下降过程中起到一定作用,但在不同果品中的作用及起作用的时间并不相同。如图8所示,香梨果实贮藏期纤维素酶活性呈上升趋势,与细胞壁纤维素含量变化情况相符,水杨酸处理对果实贮藏期纤维素酶活性上升有抑制作用。当香梨果实贮藏至60 d时,对照组果实纤维素酶活性表现出明显的上升趋势,与水杨酸处理组差异显著(p<0.05),而后水杨酸处理组果实纤维素酶活性逐渐上升,与对照组差距渐小,贮至120 d时二者差异不显著(p>0.05)。对照组果实纤维素酶活性在贮藏后期上升幅度较大,水杨酸处理表现出较好的抑制效果,贮期240 d时,水杨酸处理组果实纤维素酶活性显著低于对照组(p<0.05)。

图8 贮藏期间香梨果实纤维素酶活性的变化Fig.8 Changes of cellulase activity in Korla fragrant pear during storage period

3 讨论

细胞壁是包围在原生质体外的坚韧外壳,对细胞起到保护和支持的作用,随着果实在贮藏过程中细胞逐渐衰老,在一系列酶的作用下,果实细胞壁的结构与组分随之逐渐发生变化,导致果实硬度下降[16-17]。前人对壶瓶枣的研究结果表明,果实的硬度下降与细胞壁物质的含量降低有密切的关系[18]。本研究中,香梨在贮藏过程中果实细胞壁含量在不断下降,较之对照组果实细胞壁物质含量下降幅度,水杨酸处理对香梨果实细胞壁含量的下降有一定的抑制作用。

细胞壁结构分别为胞间层、初生壁和次生壁构成。其中胞间层的主要成分是果胶物质,可以起到粘合周围细胞,构成组织的作用,而初生壁和次生壁则主要是由纤维素构成的,起到“框架结构”的作用。细胞壁中的纤维素和半纤维素构成经纬网状结构,果胶物质有序填充在网眼中与之交联。果胶物质会随着贮期果实衰老而变化,胞间层和细胞壁中果胶出现解聚或增溶,不溶性的共价结合型果胶含量降低,降解为分子量小的水溶性和离子型果胶,二者含量增加,细胞结构受损,细胞间的结合力下降,胞间隙扩大,造成果肉硬度下降[19]。

本研究中香梨果实在贮藏期间水溶性和离子型果胶都呈上升的趋势,共价结合型果胶呈现下降的趋势,这一结果与李、嘎拉苹果果实研究结果类似[20-21]。果实在贮藏过程中,细胞壁在果胶酶的作用下分解,水溶性果胶和离子型果胶是小分子物质,易溶于水,其含量随着贮期延长而增加,而共价结合型果胶是一些高分子型的原果胶,不易溶于水,其含量随着贮期延长而降低,这都可能是香梨贮藏过程中果实硬度下降的原因。

香梨果实贮藏期间细胞壁纤维素和半纤维素含量都呈现明显的下降趋势,“骨架结构”的消失意味着细胞壁的解体。伴随着果胶酶和纤维素酶活性的上升,贮期香梨果实的细胞壁果胶和纤维素含量都发生了相应变化,果胶酶活性较之纤维素酶活性变化幅度更大,这与前人对桃等果实的研究结果一致[22-23]。

香梨果实贮藏过程中细胞壁结构和组分变化比较复杂,与之相关的多种酶的变化需要进一步研究,结合细胞超微结构观察研究,有利于研明香梨贮期果实细胞壁变化的关键因子。

4 结论

香梨在贮藏过程中果实细胞壁含量不断下降,对照组果实细胞壁含量降幅较大;香梨果实在贮藏期水溶性和离子型果胶含量都呈上升的趋势,水杨酸处理组对上述两种果胶含量的上升有抑制作用;共价结合型果胶含量呈现下降的趋势,至贮藏结束时对照组共价结合型果胶含量低于处理组;香梨果实贮藏期细胞壁纤维素和半纤维素含量都呈现明显的下降趋势,至贮藏结束时对照组纤维素和半纤维素含量都低于处理组;香梨果实在贮藏期果胶酶活性和纤维素酶活性均呈现上升的趋势,与细胞壁果胶和纤维素含量变化情况相符,其中果胶酶活性变化幅度大于纤维素酶活性变化幅度,水杨酸处理对果胶酶和纤维素酶活性上升有抑制作用。

总而言之,在香梨贮藏过程中,随着果胶酶和纤维素酶活性上升,果实中原果胶和纤维素不断降解,果实中的水溶性和离子型果胶含量增多,而共价结合型果胶含量减少,果实细胞壁含量遂呈现下降趋势,水杨酸处理对此过程有抑制作用,延缓了香梨贮期果实衰老。

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Effects of salicylic acid treatment on the variations of cell wall components and hydrolase activity of Korla fragrant pear during the storage stage

XU Juan1,2,ZHANG Xiao-li1,2,LI Peng3,WANG Ji-xun1,2

(1.Horticultural Crops Research Institute,Xinjiang Academy of Agricultural Sciences,Urumqi 830091,China; 2.Xinjiang Fruit Scinence Experiment Station,Ministry of Agricultural University,Urumqi 830091,China; 3.College of Forestry and Horticulture,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China)

This research is trying to explore how salicylic acid treatment affects the fruit texture of Korla fragrant pear during the period of storage. In this study,Korla fragrant pear was used as the experimental material and processed with salicylic acid to regularly monitor the contents of cell wall and its components and the activities of pectinase and cellulase during the fruit storage period. Through salicylic acid treatment,the contents of cell wall was well preserved around 19.91 mg/g at the end of the storage period,the activities of pectinase and cellulose were significantly inhibited,moreover,the increasing contents of the water soluble pectin and ionic pectin and the decreasing contents of the covalent pectin,cellulose and hemicellulose were reduced. The salicylic acid treatment had positive effect on keeping fruit cell wall component and delaying senescence of Korla pear fruit in the storage period.

salicylic acid;Korla fragrant pear;storage stage;cell wall;hydrolase

2016-10-28

许娟(1983-)，女，博士，助理研究员，研究方向：果树生理，E-mail:1095961091@qq.com。

*通讯作者:王继勋(1965-)，男，硕士，研究员，研究方向：果树栽培与育种，E-mail:924101849@qq.com。

新疆维吾尔自治区公益性科研院所基本科研业务经费项目(KYGY2016118)。

TS255.1

A

1002-0306(2017)09-0309-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.09.051