振动胁迫对杏果实超微结构的影响

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(新疆农业大学食品科学与药学学院,新疆乌鲁木齐 830052)

振动胁迫对杏果实超微结构的影响

李丽花,程曦,朱璇*

(新疆农业大学食品科学与药学学院,新疆乌鲁木齐 830052)

为了研究振动胁迫对杏果实细胞超微结构影响,以新疆“赛买提”杏为试材,模拟汽车运输过程,研究不同振动时间和包装方式对杏果实超微结构的影响。结果表明,随着贮藏时间延长,振动胁迫会加快杏果实采后贮藏期间细胞壁及各类细胞器的破坏。同时,有网套包装能更好地保持杏果实细胞壁和叶绿体、线粒体、液泡等细胞器结构形态。说明网套包装能减缓振动胁迫对杏果实细胞的损伤,较好地保持杏果实细胞结构完整性。

振动胁迫,模拟运输,杏果实,超微结构

杏(Prunusarmeniacal)属蔷薇科,李属,原产于我国,并在新疆林果业中占有重要的地位[1]。但杏采收主要集中在夏季高温季节,后熟期短,而且由于新疆南疆杏产区离国内大中城市距离较远,杏果实运输时间长,采后技术及包装有限,在贮藏和运输过程中造成大量损耗[2-3]。机械损伤是造成杏采后大量损耗的主要原因之一,而振动胁迫又是造成果实在运输过程中机械损伤的主要原因[4]。振动胁迫不仅会严重影响水果的外观,还会在一定程度上引起果实各种生理反应的变化,加速果实新陈代谢和衰老解体[5-6]。目前有关振动胁迫对果实影响的研究主要是振动胁迫对猕猴桃[7]、黄花梨[8]等果实采后生理及贮藏品质的影响,而振动胁迫对杏果实超微结构影响的研究鲜见。

本实验以新疆“赛买提”杏为材料,通过模拟汽车在4 ℃低温下运输过程中杏果实的振动胁迫情况,研究不同振动时间和包装方式在贮藏过程中对杏果实超微结构的影响,观察贮藏期间杏果实细胞器的变化情况,探讨振动胁迫对杏果实细胞超微结构的影响,可为减轻杏果振动损伤的技术研究提供参考。

1 材料和方法

1.1材料与仪器

杏果 采自新疆库车县乌恰镇,果实采收后用网套包装后置于筐内,12 h内运回研究室,选择大小均匀,硬度为(1.3±0.1) kg/cm2,可溶性固形物为12.5%±0.5%,无病害、虫害及机械损伤的“赛买提”杏果实作为实验材料。

自制变频可调幅振动台 Y90L-2三相异步电动机(2200 W,380 V,2840 r/min,50 Hz);UC6超薄切片机 徕卡显微系统(上海)贸易有限公司;JEOLM-1230型透射电镜 日本电子株式会社;CS101型电热恒温恒湿干燥箱 乌鲁木齐电器设备制造厂。

1.2实验方法

将杏果实分成3组,每组20 kg每次处理控制在2 kg左右,将杏果实置于规格一致的塑料筐中,四周及底部用海绵及纸加以固定,将装有聚乙烯发泡网套(以下简称网套)包装与无网套包装的杏的塑料筐固定于自制变频可调幅振动台上,在温度为4 ℃,相对湿度为90%～95%的低温环境中进行水平和垂直方向振动频率为5 Hz，振动时间为24、48 h的振动处理,以未进行振动处理的杏果实为对照,每组实验重复3次;将振动完成的杏果实放在4 ℃、相对湿度90%～95%的冷库贮藏,分别取贮藏0、21、35 d样品进行实验。

1.2.2 电镜分析 参照侯媛媛[11]的方法,用双面刀片从果实中间部位将含有果皮的果肉组织切成面积为1 nm×1 nm,厚度为2 mm的小块,迅速将其用2.5%戊二醛(0.1 mol/L 磷酸缓冲液配制,pH=7.2)在4 ℃条件下进行前固定14 h,同时抽气直到切块下沉;磷酸缓冲液(pH=7.2)冲洗后,用1%饿酸(磷酸缓冲液配制)在4 ℃条件下进行后固定2 h,用磷酸缓冲液再次冲洗;用体积分数不同的乙醇和纯丙酮梯度脱水,纯丙酮过度;用100%的环氧树脂Epon-812渗透包埋,最后在30 ℃(12 h)和60 ℃(48 h)下聚合;修块后用超薄切片机切成60～90 nm的薄片,再经醋酸双氧铀-柠檬酸铅染色,用透射电镜观察、拍照。

2 结果与分析

2.1振动胁迫对杏果实细胞膜结构的影响

细胞膜与果实后熟衰老具有密切关系,细胞膜完整性遭到破坏,导致选择透性丧失,物质交换被打破,生理代谢紊乱,最终导致细胞崩溃。振动胁迫对杏果实细胞膜的影响如图1所示。

在贮藏第0 d杏果实细胞膜结构均完整且清晰。在贮藏第21 d时,对照杏果实和振动24 h网套包装的杏果实细胞膜均未被破坏,有较完整的细胞膜结构;振动24 h无网套包装的杏果实和振动48 h网套包装的杏果实细胞膜开始模糊;振动48 h无网套包装的杏果实细胞膜结构发生折皱甚至降解。贮藏第35 d,细胞膜结构基本被破坏,发生折皱且部分开始降解甚至消失。

由图1可知,在贮藏期间振动胁迫处理时间越长对杏果实细胞膜的破坏越显著;而网套包装能较无套包装更好地保持杏果实细胞膜结构的完整性。

2.2振动胁迫对杏果实细胞壁结构的影响

成熟过程中,果实软化与细胞壁有关,果实在软化过程中质壁间存在互作效应,振动胁迫对杏果实细胞壁的影响如图2所示。

在贮藏第0 d对照杏果实、振动24 h杏果实和振动48 h网套包装杏的果实细胞壁没有发生明显变化,细胞壁结构均匀且完整,杏果实初生壁和中胶层紧密结合,细胞壁呈明-暗-明区域结构;振动48 h无网套包装的杏果实细胞壁出现弯曲,但未发生质壁分离现象。

在贮藏21 d时对照杏果实的细胞壁保持完整,且厚度均匀;振动24 h网套包装的杏果实细胞壁也保持较为完整的结构,但中胶质层开始降解;振动24 h无网套包装的杏果实和振动48 h网套包装的杏果实细胞壁均开始发生变形但未发现降解,中胶质层开始降解;振动48 h无网套包装的杏果实则出现质壁分离的现象,细胞壁开始降解,细胞间隙变大。

贮藏第35 d,对照杏果实细胞壁弯曲变形,部分细胞壁模糊;振动24 h网套包装杏果实细胞壁弯曲甚至开始降解;振动24 h无网套包装杏果实细胞壁发生降解,出现质壁分离现象;振动48 h网套包装杏果实细胞壁弯曲、降解,中胶层降解,质壁分离现象出现;振动48 h无网套包装杏果实细胞壁严重变形,中胶层降解,质壁分离现象明显。

由此可知,振动48 h无网套包装在贮藏第0 d细胞壁就发生弯曲现象,振动24 h无网套包装杏果实细胞壁在贮藏第21 d开始变形;振动48 h无网套包装的杏果实在贮藏第21 d出现质壁分离的现象,而对照杏果实细胞壁未发生明显变化,相同振动时间网套包装细胞壁损伤较少。说明振动胁迫能够加速细胞壁降解及产生质壁分离现象,而无网套包装能有效缓减振动胁迫对杏果实细胞壁的影响。

图1 振动胁迫对杏果实超微结构的影响Fig.1 Effect of simulating transportation vibration stress on the cell ultrastructure of apricot fruits注:CW:细胞壁;M:线粒体;ML:中胶层;Chl:叶绿体;V:液泡;OD:嗜锇颗粒;N:细胞核;ER:内质网;CC:细胞内含物;CY:细胞质;ICS:细胞间隙;VE:囊泡;图2同。

图2 振动胁迫对杏果实细胞壁的影响Fig.2 Effect of simulating transportation vibration stress on the cell walls of apricot fruits

2.3振动胁迫对杏果实细胞器的影响

在果实衰老过程中,伴随着细胞膜和细胞壁发生一系列变化,细胞器也发生显著变化,使细胞功能由强减弱,最后消失。在贮藏期间振动胁迫对杏果实细胞器的影响如图1所示。

在贮藏第0 d,对照杏果实叶绿体呈椭圆形或近似圆形,有较完整的双层膜结构并靠近细胞壁,有嗜锇颗粒分散在体内,液泡占据细胞大部分面积。振动24 h的杏果实与对照杏果实相比,细胞器无明显差异;网套包装和无网套包装的杏果实细胞内细胞器的变化差异也不明显。振动48 h网套包装杏的果实,大多数细胞器排列有序且基本无损,但细胞与细胞间的间隙略有增大,结构完整的线粒体和液泡数量较多,细胞质内含物紧贴细胞壁。振动48 h无网套包装的杏果实叶绿体内基质片层松散导致嗜锇颗粒增多且有小泡产生,甚至部分细胞中叶绿体内的小泡破裂导致叶绿体结构不清晰;细胞质中有丰富的大小不一的囊泡;细胞间隙明显增大。

在贮藏第21 d,对照杏果实叶绿体基质片层解体,大量的嗜锇颗粒存在,线粒体数量增多,但部分线粒体结构被拉长变得模糊,内脊的数量减少,有小泡出现。振动24 h网套包装的杏果细胞内含物基本无损且排列整齐,囊泡在细胞内大量出现且部分囊泡发生膨胀;振动24 h无网套包装的杏果实和振动48 h网套包装的杏果实在贮藏21 d时细胞内容物明显减少且排列混乱,空泡现象出现;叶绿体由椭圆开始趋于圆形且变大,基粒和基质片层结构模糊甚至消失,囊泡化现象产生。振动48 h无网套包装的杏果实内容物减少且降解呈絮状;细胞器排列混乱;出现明显的空泡化现象;线粒体数目明显减少且内部呈小泡化,线粒体结构开始降解,模糊;胞间层开始分解形成絮状空隙。

在贮藏第35 d振动24 h网套包装的杏果实和对照杏果实细胞超微结构无明显的变化差异。内容物继续减少;细胞器排列开始混乱;叶绿体内增大且出现空泡现象;线粒体基粒片层和基质片层结构开始模糊;细胞间隙明显且增大;细胞内出现严重的囊泡化现象。振动24 h无网套包装的杏果实在贮藏35 d时细胞结构已经被破坏,细胞内含物质明显减少;细胞器降解且排列紊乱,细胞内的区域化被破坏,变得浑浊不清;细胞内容物降解呈絮状沉淀物质堆积。振动48 h网套包装的杏果实在贮藏35 d时细胞也已出现皱缩、变形等现象,细胞内囊泡化严重且部分囊泡开始膨胀,叶绿体、线粒体等细胞器从清晰可见到逐渐开始变形解体,结构变得模糊。振动48 h无网套包装杏果实细胞器严重解体,细胞结构模糊,细胞质呈现絮状,细胞内物质排列混乱并出现互溶现象。

由此可知,振动48 h无网套包装在贮藏第0 d细胞器就发生变化;在贮藏第21 d杏果实内容物减少且降解呈絮状,细胞器排列混乱;在贮藏第35 d细胞器严重解体,并出现互溶现象。其他处理杏果实与振动48 h无网套包装杏果实相比细胞器损伤偏轻。

3 讨论

超微结构的变化是果实发育成熟到衰老过程和生理代谢状态的重要特征[11]。振动胁迫在导致果蔬组织破损强度以下的情况下,就能够诱导果实细胞结构和组织内部发生多种生理化学变化及细胞膜渗透加强等,降低其固有的抗病性,进而促进果蔬的后熟、衰老变质和腐烂[12-13]。

虽然目前对细胞结构在衰老中的变化做了一些研究,但除了对细胞壁的研究结论较为一致,其他部分的认识还较为有限,不同研究材料所得结论有所不同。一般认为内部细胞器和细胞壁几乎同时进入衰老,其中叶绿体崩溃时间较早,而线粒体较晚,细胞膜结构最后丧失,整个细胞生命活动宣告结束。本研究中,振动48 h无网套包装杏果实在贮藏的第21 d中胶层逐渐降解消失,细胞壁开始出现变形,出现轻微质壁分离现象,变形时间,强度明显高于对照和有网套包装。判断植物细胞活性时叶绿体结构的正常与否也是一个重要的依据,本实验中振动 48 h无网套包装杏果实叶绿体在贮藏当天双层膜结构开始产生小泡,甚至破裂导致不清晰,叶绿体基质内片层随之轻微松散,游离在叶绿体内的嗜锇颗粒数量明显增多。在贮藏第21 d时,叶绿体已严重变形、降解,降解程度明显强于有网套包装,而对照杏果实叶绿体保持完好。线粒体较不敏感,所以衰老退化变化发生的较晚[14]。在本实验中,线粒体也是最后发生变化的细胞器,但是线粒体结构变化及数目减少的时间早于对照杏。本研究表明,细胞组织结构及相关细胞器的衰老变化与菠萝[15]、葡萄[16]、猕猴桃[17]、番茄[18]、红富士[19]、油桃[20]等发育过程中细胞组织结构变化一致,但振动胁迫能明显加快细胞结构的变化,并且主要细胞器的衰老变化顺序基本符合植物衰老超微结构的一般性概念。

4 结论

振动胁迫能够加快杏果实细胞的损伤程度,但网套包装能较无网套包装更好的减缓振动胁迫对杏果实细胞的损伤,保持杏果实细胞壁和叶绿体、线粒体、液泡等细胞器结构的完整,从而保持杏果实细胞结构的完整性。

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Effectofsimulatingtransportationvibrationstressonthecellultrastructureofapricotfruits

LILi-hua,CHENGXi,ZHUXuan*

(College of Food Science and Pharmacy,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China)

The effect of simulating transportation vibration stress on the cell ultrastructure of “Saimaiti” apricot fruits was researched in this paper. Xinjiang “Saimaiti” apricot fruits as experimental materials,the transportation process by car was simulated.The effects of different vibration time and different packaging methods on the ultrastructure were studied. The results showed that the vibration stress accelerated the destruction of the cell wall and the cell organelles of apricot fruits during the storage. At the same time,the net shell packaging could better maintain the cell wall and chloroplast,mitochondria,vacuoles and other organelles structure. It suggested that the foam-net package could reduce the damage of the fruit cells by vibration stress,and the integrity of the cell structure of apricot fruit could be better maintained.

vibration stress;simulating transportation;apricot fruits;cell ultrastructure

2017-01-10

李丽花(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：果蔬贮藏与保鲜，E-mail：932555275@qq.com。

*通讯作者:朱璇(1971-)，女，博士，教授，研究方向：果蔬贮藏与保鲜，E-mail：13999877961@126.com。

公益性行业(农业)科研专项(201303075)；国家自然科学基金资助项目(31460414)。

TS255.3

:A

:1002-0306(2017)16-0280-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.16.053