1-甲基环丙烯对采后南果梨果实软化的影响

张梦媛，白 琳，吕静祎,*，葛永红，王文辉，张俊虎，李灿婴，孟 坤，励建荣,*

（1.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与安全控制技术国家地方联合工程研究中心，辽宁 锦州 121013；2.中国农业科学院果树研究所，辽宁 兴城 125100）

南果梨是秋子梨系（Pyrus ussriensis Maxim）中的一种优良品种，属辽宁省特色水果，果实采收时色绿、肉脆质硬、汁少味甜、无香气。采后适当后熟，果色金黄艳丽、带红晕，香气诱人，肉质细腻，汁液丰富，酸甜适口，品质极佳，深受消费者青睐[1]。然而，南果梨采后常温贮藏过程中软化快，贮藏时间短，对果实的长期贮藏和远运销售造成了困扰。

南果梨属于呼吸跃变型水果，具有明显的呼吸和乙烯释放高峰，果实完熟后即逐渐衰老腐烂[2]。乙烯是一种成熟激素，其与跃变型果实成熟衰老息息相关[3]。研究表明，呼吸跃变型果实在成熟软化阶段，内源乙烯大量积累[4]。对苹果[5]、番木瓜[7]及猕猴桃[8]的研究显示，外源乙烯处理能够加速采后果实的成熟软化进程。可见，乙烯与果实的成熟软化密切相关。1-甲基环丙烯（1-methylcyclopropene，1-MCP）是乙烯作用抑制剂，能有效延长跃变型果实的贮藏时间，抑制软化与成熟[6-7]。据报道，1-MCP处理能够有效延缓油桃[9]、软枣猕猴桃[10]及番木瓜[11]等果实采后软化速度，延缓纤维素、果胶等细胞壁物质降解，抑制淀粉酶（amylase，AM）、纤维素酶（cellulase，Cx）、果胶甲酯酶（pectinmethylesterase，PME）及多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase，PG）等软化相关酶活力，提高贮藏品质，从而延长保鲜期。对南果梨的研究表明，1-MCP处理能够抑制果实后熟，延长贮藏期[12]，但目前关于1-MCP如何调控南果梨果实采后软化的研究极少。本实验以采后南果梨果实为材料，研究1-MCP处理对其常温贮藏过程中软化的影响，为研究南果梨果实的软化机理提供依据，也为进一步从分子水平研究其软化规律提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试材料南果梨于商业采收期（2016年9月4日）采自辽宁省锦州市廉政文化景区一商业果园。随机从100 棵南果梨树上选取位置、大小、成熟度一致，无病虫害和机械损伤的果实，纸箱包装当天运回辽宁省食品安全重点实验室进行处理。

1-MCP购自陕西咸阳西秦生物科技有限公司，有效质量分数为0.018%。

1.2 仪器与设备

BCD-102D型冰箱 广州万宝集团冰箱有限公司；JA5003电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司；HH-4A单列单控四孔水浴锅 常州国宇仪器制造有限公司；ZBS-20商用制冰机 上海安亭科学仪器厂；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；SP-9890气相色谱仪 山东鲁南瑞虹仪器公司。

1.3 方法

1.3.1 1-MCP处理

将南果梨果实分为两组，进行如下处理：第一组用1 μL/L 1-MCP密闭熏蒸24 h；第二组作为对照，不进行任何处理，密闭24 h。每个处理均重复3 次，每重复90 个果实。处理后的南果梨果实放进纸箱常温（23±1）℃贮藏，每4 d随机取12 个果实，进行果实硬度和乙烯释放量的测定，另取10 个果实用液氮速冻，贮存于—80 ℃用于其他指标的测定。

1.3.2 指标的测定

1.3.2.1 硬度的测定

采用GY-3型果实硬度计测定，探头直径为5 mm。在每个果实的赤道部位去皮后，呈120°角取3 个点进行测定，取平均值，单位为kg/cm2。

1.3.2.2 乙烯释放量的测定

每组随机挑选4 个果实，放到1 000 mL的密闭容器内，常温密闭1 h后，抽取1 mL气体，使用SP-9890气相色谱仪测定。色谱条件为：氢离子火焰检测器，温度140 ℃；转化炉温度350 ℃；不锈钢填充柱，柱温120 ℃；载气为高纯N2，流速55～58 mL/min，燃气为高纯H20.05 MPa，空气泵0.1 MPa。乙烯释放量以µL/（kg·h）表示[13]。

1.3.2.3 MDA含量的测定

丙二醛（malondialdehyde，MDA）的含量采用硫代巴比妥酸法测定[14]，单位以nmol/g表示。

1.3.2.4 纤维素质量分数与Cx活力的测定

纤维素质量分数参照许颖等[15]的酸性洗涤法测定，以每克果实组织（鲜质量）所含纤维素的质量表示。Cx活力以每小时每克果实组织样品（鲜质量）在37 ℃催化羧甲基纤维素水解形成还原糖的质量表示，即mg/（h·g）。

1.3.2.5 果胶质量分数、PG及PME活力的测定

咔唑比色法测定南果梨果实中果胶质量分数[14]。果蔬中果胶的质量分数以每克果实（鲜质量）生成半乳糖醛酸的质量表示。采用比色法进行测定PG活力[14]，以每小时每克果实组织样品（鲜质量）在37 ℃催化多聚半乳糖醛酸水解生成半乳糖醛酸的质量表示，即mg/（h•g）。PME活力参照Vicente等[16]的方法并作改进，测定其在620 nm波长处1 min内的变化，以每分钟每克果实组织样品吸光度变化0.01为1 个活力单位，单位为U/g，结果以鲜质量计。

1.3.2.6 淀粉质量分数与AM活力的测定

根据曹建康等[14]的方法测定。制作标准曲线，再根据测得的吸光度，查出相应的葡萄糖质量，计算南果梨果实组织中淀粉的质量分数。AM活力以每分钟每克果实（鲜质量）中酶催化作用下产生的麦芽糖的质量表示，即mg/（min•g）。

上述各项指标均重复测定3 次。

1.4 数据分析

采用Excel 2010软件对数据进行分析与作图，并用SAS 8.0软件进行方差分析（ANOVA）和相关性分析。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 1-MCP处理对南果梨果实贮藏过程中硬度的影响

图1 1-MCP对南果梨果实硬度的影响Fig. 1 Effect of 1-MCP treatment on firmness of Nanguo pear fruits

硬度是反映果实软化程度的重要指标，呼吸跃变型果实成熟期间硬度变化显著[17]。由图1可知，在贮藏过程中南果梨的硬度随贮藏时间的延长不断降低。1-MCP处理后果实的硬度下降速率缓慢，硬度整体高于对照组果实。在第16天，对照组果实的硬度为3.57 kg/cm2，商业价值较低。在第20天，对照组果实极软，硬度已检测不到；而1-MCP处理组果实此时硬度为13.25 kg/cm2，相对于采样当天下降了29.1%（P＜0.05）。在第32天，1-MCP处理组南果梨的硬度为6.05 kg/cm2，正适合食用[18]。整体来看，1-MCP处理组果实硬度在贮藏第12～20天内极显著高于对照组（P＜0.01）。由此可见，1-MCP处理明显延缓了南果梨果实的软化，较好地保持了果实的硬度。

2.2 1-MCP处理对果实贮藏过程中乙烯释放量的影响

图2 1-MCP处理对南果梨果实乙烯释放量的影响Fig. 2 Effect of 1-MCP treatment on ethylene production of Nanguo pear fruits

由图2可知，南果梨贮藏期间，对照组果实和1-MCP处理组果实乙烯释放量均呈现先上升后下降的趋势。在第12天，对照组果实的乙烯释放量达到最高，峰值为74.36 µL/（kg·h），而1-MCP处理组南果梨果实则检测不到乙烯。在第32天，1-MCP处理组南果梨乙烯释放量达到了高峰，比对照组果实推迟了20 d。由此可见，1-MCP处理推迟乙烯释放高峰出现的时间，并在贮藏前20 d内抑制乙烯的生成。

2.3 1-MCP处理对南果梨果实贮藏过程中MDA含量的影响

图3 1-MCP处理对南果梨果实MDA含量的影响Fig. 3 Effect of 1-MCP treatment on MDA content of Nanguo pear fruits

MDA含量反映了果实组织的膜脂氧化程度[19]。对照组和1-MCP处理组的南果梨果实MDA含量均随着贮藏时间延长呈上升趋势，其中1-MCP处理组果实的MDA含量整体低于对照组（图3）。在第24天，1-MCP处理组果实的MDA含量比对照组低57.8%（P＜0.05），与采样当天相比，1-MCP处理组果实MDA含量升高了1.32 倍（P＜0.01），而对照组果实MDA含量升高了4.48 倍（P＜0.01）。可知，1-MCP处理组果实MDA含量增加缓慢，表明1-MCP处理抑制了果实MDA含量的积累，保持了细胞膜的完整性。

2.4 1-MCP处理对果实纤维素质量分数和Cx活力的影响

图4 1-MCP处理对南果梨果实纤维素质量分数（A）和Cx活力（B）的影响Fig. 4 Effect of 1-MCP treatment on cellulose content (A) and Cx activity (B) of Nanguo pear fruits

由图4A可知，在南果梨成熟软化过程中，对照组和1-MCP处理组果实的纤维素质量分数均呈现下降趋势。贮藏第4～24天内，1-MCP处理组果实纤维素质量分数高于对照组。在第24天，1-MCP处理组果实纤维素质量分数为32.0%，是对照组（12.9%）的2.48 倍。可见，1-MCP处理可抑制南果梨果实采后贮藏过程中纤维素的降解。

Cx可以促进纤维素分解，纤维素降解则意味着果实细胞壁解体，最终会导致果实软化[20]。如图4B可知，随着贮藏时间延长，Cx活力呈现先上升后下降的趋势。对照组果实的酶活力高峰出现在第16天，而1-MCP处理组果实酶活力高峰则出现在第32天，比对照组果实推迟了16 d。在第16天，对照组果实的Cx活力达到最高值，为1.073 mg/（h·g），而1-MCP处理组果实Cx活力只有0.172 mg/（h·g），仅为对照组果实的16.0%（P＜0.01）。由此可知，1-MCP处理可推迟南果梨Cx活力高峰的出现，并在贮藏前20 d内抑制其活力。

2.5 1-MCP处理对南果梨果实贮藏过程中果胶质量分数的影响

图5 1-MCP处理对南果梨果实原果胶（A）和可溶性果胶（B）质量分数的影响Fig. 5 Effect of 1-MCP treatment on protopectin (A) and soluble pectin (B) contents of Nanguo pear fruits

果胶是构成细胞壁的主要成分，果实采后贮藏过程中果胶的降解能够反映果实的软化进程[21]。如图5A、B所示，在整个贮藏期间，1-MCP处理组果实和对照组果实的原果胶质量分数逐渐下降，可溶性果胶质量分数持续上升。由图5A可知，在贮藏第8～24天内，1-MCP处理极显著抑制了原果胶质量分数的下降（P＜0.01）；由图5B可知，在整个贮藏期间，1-MCP处理极显著抑制了可溶性果胶质量分数的升高（P＜0.01）。可见，1-MCP处理能有效抑制南果梨果实中原果胶的降解，延缓可溶性果胶的生成，这与杨艳萍等[22]研究库尔勒香梨的结果一致。

2.6 1-MCP处理对果实果胶酶活力的影响

图6 1-MCP处理对南果梨果实PG（A）和PME（B）活力的影响Fig. 6 Effect of 1-MCP treatment on PG (A) and PME (B) activity of Nanguo pear fruits

PG将果实细胞壁多糖中多聚半乳糖酸降解为半乳糖醛酸，使细胞壁结构解体，导致果实软化[20]。如图6A所示，对照组和1-MCP处理组果实在采后后熟软化的过程中，PG活力呈现先上升后下降的趋势，在贮藏第12～16天内，1-MCP处理组南果梨果实PG活力显著低于对照组（P＜0.05）。在第16天，对照组果实的PG活力达到最高，为1.415 mg/（h·g），1-MCP处理组果实PG活力则在第32天达到最高，为1.345 mg/（h·g），比对照组推迟了16 d。由此可知，1-MCP处理推迟了南果梨果实PG活力高峰的出现，降低了其峰值，但峰值差异不显著。

PME能够作用于果胶半乳糖醛酸残基，使果胶部分脱去甲氧基，催化果胶酯酸转化为果胶酸，生成适合PG作用的底物[23]。南果梨果实PME活力随贮藏时间的延长呈现先上升后下降的趋势（图6B）。在贮藏第4～12天内，1-MCP处理组果实的PME活力显著低于对照组（P＜0.05）。第12天，对照组果实的PME活力达到最高，即0.77 U/g，而1-MCP处理组果实的PME活力在16 d时达到最高，即0.71 U/g，比对照组推迟了4 d。由此可知，1-MCP处理可抑制南果梨果实贮藏早期的PME活力，推迟PME活力高峰的出现，并降低其峰值。

2.7 1-MCP处理对南果梨果实贮藏过程中淀粉质量分数和AM活力的影响

淀粉在细胞中以淀粉粒状态存在，对细胞起着支撑作用，当淀粉被AM水解为可溶性糖后，淀粉对细胞的支撑作用下降，导致果实软化[24]。由图7A可知，随着贮藏时间的延长，对照组和1-MCP处理组果实的淀粉质量分数变化趋势基本一致，1-MCP处理组果实淀粉质量分数整体高于对照组。在贮藏第16天后，对照组果实淀粉质量分数下降迅速，而1-MCP处理组果实在贮藏28 d后迅速下降。表明1-MCP处理可以在一定程度抑制南果梨果实中淀粉质量分数的降解。

图7 1-MCP处理对南果梨果实淀粉质量分数（A）和AM活力（B）的影响Fig. 7 Effect of 1-MCP treatment on starch content (A) and AM activity (B) of Nanguo pear fruits

随着南果梨果实的软化与后熟，AM活力逐渐增强，与淀粉质量分数和硬度均呈极显著负相关（P＜0.01）。如图7B所示，对照组与1-MCP处理组果实的AM活力均呈现上升的趋势，1-MCP处理组果实AM活力总体低于对照组。在贮藏期第16～24天内，1-MCP处理组果实AM活力显著低于对照组（P＜0.05）；由此可知，1-MCP处理在贮藏后期抑制了AM活力，从而抑制淀粉降解。

3 讨 论

1-MCP是一种无毒、高效的新型乙烯抑制剂[25]，可与细胞膜上乙烯受体结合阻断乙烯信号传导，延缓果实的软化[26]。对‘早魁’梨[27]、鸭梨[28-29]、京白梨[29]、库尔勒香梨[30]及丰水梨[31]等梨果实的研究表明，1-MCP能推迟乙烯高峰出现。本研究显示，1-MCP处理能够有效延缓南果梨果实乙烯高峰的出现，并降低其峰值，与上述研究结果一致。1-MCP处理能够延缓南果梨果实的硬度的下降、MDA含量的上升，这与李江阔等[32]的研究结果一致。

果实软化与细胞壁降解酶催化细胞壁物质降解有关[33]。本研究表明，南果梨采后贮藏过程中，原果胶、纤维素和淀粉质量分数下降，并且均与硬度呈显著正相关（r＞0.873，P＜0.05）。在第8～16天内，对照组果实硬度迅速下降，同时Cx、PG、PME及AM的活力迅速上升，且均与硬度呈极显著负相关（r＞0.852，P＜0.01）。由此可见，南果梨果实的软化与原果胶、纤维素、淀粉等细胞壁物质的降解及降解酶活力密切相关。对柿子[34]、李子[35]、番木瓜[36]等果实的研究表明，1-MCP处理能够抑制细胞壁降解酶（PG、PME、Cx）的活力，减缓细胞壁物质（原果胶、纤维素）的降解，从而使硬度下降缓慢，延缓果实的软化衰老，延长果实的贮藏时间。对京白梨的研究发现，1-MCP处理抑制了AM活力的升高[37]。本研究表明，在对照组果实贮藏24d内，与对照组相比，1-MCP处理能够在整个期间抑制PG、Cx活力的升高，延缓纤维素的降解；在早期抑制PME活力的升高，有效抑制原果胶的降解及可溶性果胶的生成；而在后期抑制AM活力的增加及淀粉的降解，减慢了果实的软化速率。

综上所述，1-MCP处理能够有效抑制采后南果梨果实Cx、PG、PME和AM等细胞壁降解酶的活力，减缓纤维素、果胶、淀粉等的降解，保持细胞壁的完整结构，从而可控制果实软化。