茉莉酸甲酯处理对采后苹果果皮活性氧相关代谢的影响

吕静祎,张 睿,张梦媛,张俊虎,葛永红,李灿婴,孟 坤

(渤海大学食品科学与工程学院,辽宁省食品安全重点实验室,生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心,辽宁锦州 121013)

果皮决定采后果实的外观品质,影响其商品价值。采后果实贮藏过程中,伴随着成熟衰老进程的到来,果皮也发生着一系列变化,如黄化、褪绿、褐变等[1]。然而,以往的研究多集中在果实衰老上,而针对果皮衰老的研究则极少。每当谈到衰老,活性氧与衰老的关系一直被科研工作者及其他相关产业领域争相研究。自由基学说认为衰老过程即活性氧的代谢失调与累积过程。采后果实贮藏过程中活性氧产生能力增强和保护系统清除能力下降所导致的活性氧积累是造成果实成熟衰老的主要原因之一[2]。想解开采后果实果皮衰老的分子机制,从而找到影响采后果实外观品质裂变的决定性因子,为开发新的保鲜手段提供线索,就要先研究果皮衰老与活性氧的关系。

茉莉酸类物质(JAs),包括茉莉酸(jasmonic acid,JA)、茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)及茉莉酸氨基酸衍生物[3]。研究表明,JAs与果实成熟衰老密切相关。以往研究报道,外源JAs处理能够促进采后果实成熟过程中芳香物质的产生[4],同时加速果皮花青素合成[5]、β-胡萝卜素积累及叶绿素降解[6]。近些年关于JAs与活性氧代谢关系的研究有很多,但大部分研究都集中在果实的低温贮藏过程[7-9]与抗病过程[10-12],而关于该处理对果皮衰老过程中活性氧产生及代谢影响的研究则很少涉及。苹果属于呼吸跃变型果实,是消费市场上常见的大宗水果之一。以往研究报道,MeJA处理能够促进采后‘金冠’苹果果皮着色及采后褪绿[6]。褪绿是采后‘金冠’苹果果皮衰老过程中最明显的变化之一。由此可见,JAs与采后‘金冠’苹果果皮衰老密切相关。目前,关于JAs对采后苹果果皮衰老过程中活性氧产生及代谢的调控方式尚不清楚。由于低温影响活性氧的代谢过程,为了更清楚地探究JAs单因素对苹果果皮衰老过程中活性氧代谢的调控方式,本实验以‘金冠’苹果为材料,研究不同浓度MeJA处理对其采后常温贮藏过程中果皮活性氧产生及代谢的影响,为进一步从分子水平研究JAs对采后苹果果皮衰老的调控机制提供依据,也为找到新的保鲜手段提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

‘金冠’苹果 于商业采收期采自辽宁省锦州市一果园,随机从80棵树上选取位置、大小、成熟度一致,无病虫害和机械损伤且生长过程中不套袋的果实540个,纸箱包装当天运回实验室处理;茉莉酸甲酯(MeJA) 北京索莱宝有限公司,有效浓度为95%;Tween-20 国药集团化学试剂有限公司;其他试剂 均为国产分析纯。

722N可见分光光度计 上海精密科学仪器有限公司;UV-2550 紫外可见分光光度计 日本岛津公司;GY-3指针式水果硬度计 浙江托普仪器有限公司;Legend Micro21R冷冻离心机 美国Thermo公司;WYT-32型阿贝折光仪 厦门中村光学仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 处理方法 将果实分三组,每组共180个果实,分别进行如下处理:第一组用0.5 mmol/L MeJA溶液(含0.177%的Tween-20)浸果5 min;第二组用1.5 mmol/L MeJA溶液(含0.177%的Tween-20)浸果5 min;第三组为对照,用含0.177% Tween-20的蒸馏水浸果5 min。每组每次取60个果实进行处理,共重复处理三次。将处理后的果实取出晾干,放进纸箱常温(20 ℃)贮藏。隔7 d从每组随机取12个果实,进行果实硬度的测定,另外从每组随机取9个果实,用水果刀削取厚薄基本一致的果皮(约1.0 mm),尽量除去果肉,之后将果皮和果肉分别用液氮速冻,贮存于-80 ℃用于测定其他生理指标。

1.2.2 生理指标及测定方法

1.2.2.1 果实硬度和可溶性固形物(TSS)含量测定 采用GY-3型果实硬度计测定硬度,测头直径为11 mm。在每个苹果果实的赤道部位呈120°角取3个点去皮后,将硬度计测头垂直于果面进行测定,取平均值,单位kg/cm2。采用阿贝折光仪测定TSS含量。

1.2.2.2 果皮叶绿素含量测定 参照曹建康等[13]方法测定叶绿素含量,以每克果皮组织鲜重所含叶绿素质量表示,即mg/g。

1.2.2.4 果皮抗坏血酸(ASA)含量测定 采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[13]测定ASA含量,以mg/100 g表示。

1.2.2.5 果皮活性氧代谢相关酶活性测定 超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)及抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性均参照曹建康等[13]方法进行测定。以每分钟每克果皮组织的反应体系对氮蓝四唑(NBT)光化还原的抑制为50%为一个SOD活性单位(U);CAT活性以每克果皮组织每分钟在240 nm波长处吸光度值降低0.01为一个酶活单位(U);POD活性以每克果皮组织每分钟在470 nm波长处吸光度变化值增加1为一个酶活单位(U);APX活性则以每克果皮组织每分钟在290 nm波长处吸光度值降低0.01为一个酶活单位(U)。

1.3 数据分析

上述各生理指标均重复取样三次,每样品重复测定三次,取平均值。采用Excel 2010进行数据分析与作图,SAS V8.0进行差异显著性分析,p<0.05表示差异显著,p<0.01表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 不同浓度MeJA处理对苹果果实硬度的影响

硬度是反映果实成熟度的重要指标之一[14]。如图1所示,各处理组的果实硬度在贮藏期间不断下降。MeJA处理的果实硬度在整个贮藏期间均低于对照,其中1.5 mmol/L MeJA处理的果实硬度与0.5 mmol/L MeJA处理的果实硬度在贮藏第21 d至第35 d无显著差异(p>0.05)。在第35 d,对照果实的硬度分别为0.5 mmol/L和1.5 mmol/L MeJA处理果实硬度的1.1倍(p<0.05)和1.2倍(p<0.05),表明MeJA处理加速了果实软化。果实软化与细胞壁物质降解密切相关[15],MeJA处理能否通过促进细胞壁降解相关酶活性从而加速果实软化,还需深入研究。

图1 MeJA处理对苹果果实硬度的影响Fig.1 Effects of MeJA treatment on firmness of apple fruit

2.2 不同浓度MeJA处理对苹果果实TSS含量的影响

TSS直接反映采后果实贮藏过程中的品质状况。如图2所示,对照果实TSS含量在贮藏前21 d一直维持较高水平,而MeJA处理的果实TSS含量则在贮藏第7～14 d迅速下降。在贮藏第14 d和第21 d,0.5 mmol/L MeJA处理的果实TSS含量分别比对照低13.8%(p<0.01)和15.6%(p<0.01),1.5 mmol/L MeJA处理的果实TSS含量分别比对照低16.4%(p<0.01)和17.2%(p<0.01),表明MeJA处理加速了果实TSS含量的下降,在一定程度上加快了其品质劣变。

图2 MeJA处理对苹果果实TSS含量的影响Fig.2 Effects of MeJA treatment on TSS content of apple fruit

2.3 不同浓度MeJA处理对苹果果皮叶绿素含量的影响

色泽是决定果实外观品质及商品价值的重要因素。采后果实成熟过程中,叶绿素不断降解使其绿色消褪,从而逐渐呈现出其他颜色[16]。如图3所示,各处理组苹果果皮的叶绿素含量均呈下降趋势,其中对照苹果果皮的叶绿素含量最高,1.5 mmol/L MeJA处理的苹果果皮叶绿素含量最低。在第35 d,0.5 mmol/L 和1.5 mmol/L MeJA处理的苹果果皮叶绿素含量分别比对照低24.8%(p<0.05)和46.7%(p<0.01)。上述结果表明,MeJA处理加速了苹果果皮叶绿素降解,其中1.5 mmol/L MeJA处理对叶绿素降解的促进效果更明显,推测MeJA处理可能促进了叶绿素降解途径相关酶基因的表达[17],但还需进一步研究确认。

图3 MeJA处理对苹果果皮叶绿素含量的影响Fig.3 Effects of MeJA treatment on chlorophyll content in the peel of apple fruit

2.4 不同浓度MeJA处理对苹果果实MDA含量的影响

MDA属于膜脂过氧化产物,是表示膜损伤程度的指标,其含量可以反映植物组织的衰老程度[13]。如图4所示,各处理组苹果果皮的MDA含量均呈现上升趋势。总体来看,MeJA处理的苹果果皮MDA含量在整个贮藏期间均高于对照。在第35 d,0.5和1.5 mmol/L MeJA处理的苹果果皮MDA含量分别是对照的1.4倍(p<0.01)和1.6倍(p<0.01),表明MeJA处理促进了采后苹果果皮的膜质过氧化作用,加速了果皮衰老,其中1.5 mmol/L MeJA处理对膜脂过氧化作用的促进效果更明显。

图4 MeJA处理对苹果果皮MDA含量的影响Fig.4 Effects of MeJA treatment on MDA content in the peel of apple fruit

2.5 不同浓度MeJA处理对苹果果皮产生速率和H2O2含量的影响

图5 MeJA处理对苹果果皮产生速率和H2O2含量的影响Fig.5 Effects of MeJA treatment on generation rate and H2O2 content in the peel of apple fruit

2.6 不同浓度MeJA处理对苹果果皮ASA含量的影响

ASA是植物体内主要的抗氧化物质之一,它可以在APX的催化作用下将H2O2还原生成H2O[2]。总体来看,MeJA处理的苹果果皮ASA含量在贮藏期间低于对照,其中1.5 mmol/L MeJA处理的苹果果皮ASA含量最低(图6)。在第35 d,0.5和1.5 mmol/L MeJA处理的苹果果皮ASA含量分别比对照低45.4%(p<0.05)和67.2%(p<0.01)。可见,MeJA处理加快了采后苹果果皮ASA含量下降,其中1.5 mmol/L MeJA处理对ASA含量下降的促进效果更明显。

图6 MeJA处理对苹果果皮ASA含量的影响Fig.6 Effects of MeJA treatment on ASA content in the peel of apple fruit

2.7 不同浓度MeJA处理对苹果果皮SOD、CAT、POD及APX活性的影响

如图7所示,MeJA处理的苹果果皮SOD、CAT、POD及APX活性在贮藏期间总体低于对照,其中1.5 mmol/L MeJA处理的苹果果皮中四种酶的活性最低。各处理组苹果果皮的SOD和CAT活性高峰均出现在第21 d(图7A和7B),0.5 mmol/L和1.5 mmol/L MeJA处理的苹果果皮SOD活性峰值分别比对照低11.4%(p<0.05)和28.3%(p<0.01),CAT活性峰值则分别比对照低17.3%(p<0.05)和39.4%(p<0.01)。各处理组苹果果皮的POD活性在贮藏前14 d不断下降,在第14 d至第21 d稍有上升而后又逐渐下降(图7C)。在第21 d,0.5 mmol/L和1.5 mmol/L MeJA处理的苹果果皮POD活性分别比对照低10.3%(p<0.05)和20.6%(p<0.01)。各处理组苹果果皮的APX活性高峰同样出现在第21 d(图7D)。0.5 mmol/L和1.5 mmol/L MeJA处理的苹果果皮APX活性峰值分别比对照低12.6%(p<0.05)和21.2%(p<0.01)。上述结果表明,MeJA处理抑制了采后苹果果皮SOD、CAT、POD及APX等活性氧代谢相关酶活性,其中1.5 mmol/L MeJA处理的抑制效果更明显。

图7 MeJA处理对苹果果皮SOD、CAT、POD及APX活性的影响Fig.7 Effects of MeJA treatment on SOD,CAT,POD and APX activity in the peel of apple fruit

3 讨论

活性氧的积累是造成采后果蔬衰老及品质裂变的主要原因之一。果蔬体内的保护酶,如SOD、CAT、POD及APX,在自由基和活性氧的清除中起着关键作用[18]。在离体叶片上的研究表明,外源JAs处理能够抑制SOD、CAT和POD的活性,促进活性氧积累,从而加速离体叶片衰老[19-20]。本研究结果显示,外源MeJA处理能够抑制采后苹果果皮SOD、CAT、POD及APX活性,降低ASA含量,促进活性氧积累与果皮衰老,与上述研究结果一致。然而,在葡萄[21]、冬枣[22]及杏[23]上的研究报道,外源MeJA处理能够提高或维持常温贮藏期间果实活性氧代谢相关酶活性,抑制活性氧积累,与上述研究结果相反。在蓝莓上的研究则报道[24-25],外源MeJA处理对常温贮藏条件下果实品质的维持与抗氧化能力的提高效果并不显著。由此可见,MeJA的处理效果受果实种类和取样组织的影响。苏新国等[26]在菜用大豆上的研究表明,低浓度的MeJA处理能够保持其采后常温贮藏期间活性氧代谢相关酶活性,抑制活性氧积累,延长保鲜期,而高浓度的MeJA处理则有相反效果,表明MeJA对活性氧代谢的作用效果与处理浓度有关。苹果基因组序列现已获得,今后可从分子水平深入研究JAs信号、活性氧代谢及苹果果皮衰老之间的关系。

4 结论

本研究结果表明,不同浓度MeJA处理均可通过抑制采后‘金冠’苹果果皮SOD、CAT、POD及APX等活性氧代谢相关酶活性以及降低抗氧化物质ASA的含量,促进果皮活性氧积累,加速果皮衰老,其中1.5 mmol/L MeJA处理对采后苹果果皮活性氧代谢的抑制效果更明显。

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