水杨酸处理对西葫芦采后品质 和抗氧化能力的影响

王云香,顾思彤,2,左进华,高丽朴,王 清,*,姜爱丽

(1.北京农林科学院蔬菜研究中心,北京 100097; 2.大连民族大学生命科学学院,辽宁大连 116600)

西葫芦(CucurbitapepoL.),又称茭瓜、番瓜、白瓜,属葫芦科,南瓜属[1]。其富含维生素C、膳食纤维、矿物质元素钙,且品质脆嫩,含糖量低于中国南瓜和印度南瓜,十分适宜糖尿病人的食用[2],是百姓餐桌上十分受欢迎的蔬菜之一。但西葫芦采后的新陈代谢十分旺盛,于常温下贮藏时，营养成分极易损失[3],在较短时间内就会出现组织松软[4]、表皮褪色、口感及风味变差等情况,极大地影响了商品价值[5]。水杨酸(Salicylic acid,SA),是一种植物体内产生的小分子酚类物质[6]。有研究认为，水杨酸是一种诱发植物系统获得抗病性的重要信号物质,可以诱导多数植物对病原物获得抗性[7],能间接地增强寄主细胞壁对病原菌的抵抗能力，或直接产生降解病原菌的酶,或启动植物的次生代谢反应[8-9],并且能够对果实的后熟衰老产生影响[10]。

水杨酸在植物保护方面的研究较多,机理也相对清楚。近年来,水杨酸在影响采后果蔬呼吸代谢和诱导抗病性方面的研究也取得了一些进展。外源水杨酸处理采后甜樱桃，可诱导果实β-1,3-葡聚糖酶、PAL以及POD活性的上升[11],水杨酸处理后的葡萄果实的PAL基因表达受到诱导[12]。同时,近年来有研究报导了水杨酸应用在桑葚[13]、草莓[14]、番茄[15]、桃[16]、油桃[17]及黄瓜[18]中,可以减少果实的腐烂,提高果实抗氧化能力,延缓果实衰老。这些研究表明,水杨酸对调节采后果蔬衰老和诱导抗病性方面有一定作用。但关于水杨酸对西葫芦采后品质和抗氧化能力影响的研究甚少。

本试验研究了水杨酸处理西葫芦在4 ℃贮藏期间的生理品质和抗氧化指标的变化,以期延长西葫芦的贮藏期和贮藏品质,为水杨酸在西葫芦保鲜上提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

西葫芦 品种法拉利,挑选大小一致,无病虫害,无机械损伤,达到商业成熟度的样品,采收于北京市顺义区,采后立即运回北京农林科学院蔬菜研究中心实验室;水杨酸 分析纯,北京化学试剂公司;草酸、乙二胺四乙酸二钠(EDTA)、愈创木酚 分析纯,天津科密欧化学试剂有限公司;30%过氧化氢、高锰酸钾、硫代巴比妥酸(TBA) 分析纯,国药集团化学试剂有限公司;三氯乙酸(TCA)、石英砂 分析纯,北京化工厂;磷酸氢二钠、磷酸二氢钠 分析纯,天津市永晟精细化工有限公司;抗坏血酸(ASA) 东药集团沈阳东瑞科技有限公司。

UV-1800型紫外分光光度计 上海精密科学仪器有限公司;TGL-16G-A型高速冷冻离心机 广州晟龙实验仪器有限公司;HH-6型数显恒温水浴锅 国华电器有限公司;IKA-A11基本型分析研磨机 艾卡(广州)仪器设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 水杨酸处理西葫芦 预实验分别选取50、75、100、200 μmol/L的水杨酸浸泡西葫芦10 min，晾干后置于4 ℃贮藏,结果显示50 μmol/L的水杨酸处理效果最好,腐烂率和失重率均最小。因此,正式实验挑选大小一致,无病虫害,无机械损伤,达到商业成熟度的西葫芦,将其浸泡在50 μmol/L的水杨酸溶液中10 min,取出后自然晾干,置于4 ℃冷库中贮藏,每3 d测定一次相关指标,对照组用蒸馏水浸泡。

1.2.2 样品的制备 将西葫芦沿纵向切开,切成小块混匀(果皮果肉均取),立即用液氮冻上,打磨成粉,置于-80 ℃备用。

1.2.3 指标测定

1.2.3.1 维生素C含量测定 维生素C含量的测定采用磷钼酸法[19],称取上述样品1 g，加入5 mL草酸-EDTA溶液，在4 ℃下以13000×g离心20 min,收集上清液,反应体系为1 mL上清液,4 mL草酸-EDTA溶液,0.5 mL偏磷酸-乙酸,1 mL 5%硫酸,2 mL 5%钼酸铵,混合均匀后,在30 ℃水浴中静置15 min,取出后测定反应体系在760 nm处的吸光值,重复3次。

1.2.3.2 叶绿素含量测定 叶绿素的含量测定采用Sun等[20]的方法稍作修改,称取上述样品0.5 g，加入6 mL丙酮∶乙醇(2∶1)提取液中,在4 ℃下以13000×g离心10 min,收集上清液,测定上清液在645、643 nm处的吸光值,重复3次。

1.2.3.3 MDA含量测定 MDA含量的测定采用Pongprasert等[21]的方法,称取上述样品1 g，加入5 mL TCA溶液，在4 ℃下以13000×g离心20 min,收集2 mL上清液后，加入2 mL TBA煮沸20 min,测定其在450、532、600 nm处的吸光值,重复3次。

1.2.3.4 总酚含量测定 总酚含量的采用Pirie等[22]的方法稍作修改进行测定,称取上述样品0.5 g，加入5 mL预冷的1%盐酸-甲醇溶液中,避光条件下在4 ℃下，以13000×g离心20 min,收集上清液,测定其在280 nm处的吸光值,重复3次。

1.2.3.5 PPO活性测定 PPO活性用邻苯二酚比色法[23]进行测定。

1.2.3.6 APX活性测定 APX活性的采用Zhang等[24]的方法进行测定,称取上述样品1 g，加入5 mL磷酸缓冲盐溶液(PBS)溶液，在4 ℃下以13000×g离心20 min,收集上清液,反应体系包括2.6 mL PBS(pH7.5,包含0.1 mmol/L EDTA和0.5 mmol/L ASA)、0.1 mL样品、0.3 mL 2 mmol/L H2O2,测定其在290 nm处抗坏血酸吸收率的降低值。

1.2.3.7 POD和CAT活性测定 POD活性的测定采用愈创木酚比色法[23]。CAT活性的采用Azevedo等[25]的方法进行测定,称取上述样品1 g，加入5 mL磷酸缓冲盐溶液(PBS)溶液，在4 ℃下以13000×g离心30 min,收集上清液,POD反应体系包括:1 mL 0.05 mol/L PBS(pH7.8),0.9 mL愈创木酚,1 mL 0.3% H2O2和0.1 mL样品,CAT反应体系包括:1 mL 0.3% H2O2、1.9 mL 0.05 mol/L PBS(pH7.8)、0.1 mL样品,测定240 nm处吸光值的下降。

1.3 数据处理

采用Origin 8.0作图,实验结果取3次测定的平行均值,以IBM SPSS Statistics 17进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 SA处理对西葫芦维生素C含量的影响

由图1可知,对照组西葫芦果实中的维生素C含量随着贮藏时间的增加而不断降低,SA处理的西葫芦果实维生素C含量呈先下降再上升后下降的趋势,并且SA处理的西葫芦果实中维生素C含量始终高于对照组,并在3、9、12和15 d时差异达显著性水平(p<0.05),在贮藏结束时(第15 d),对照组的西葫芦果实中维生素C含量为0.116 mg/g,而SA处理的维生素C含量为0.138 mg/g,比对照组高了19.0%,并且王大平等[26]用水杨酸处理黄花梨的研究也表明，SA处理可以抑制维生素C的氧化。APX是植物活性氧代谢中重要的抗氧化酶之一,催化维生素C的氧化。推测可能由于APX的酶活性升高,导致西葫芦中的维生素C消耗过多[27],从而使得维生素C的含量降低。而自贮藏第6 d起,SA处理的西葫芦的维生素C含量下降幅度显著低于对照组(p<0.05),甚至出现小幅度回升。综上所述,在一定贮藏期内,SA处理西葫芦可显著抑制其维生素C含量的降低(p<0.05)。

图1 SA处理对西葫芦维生素C含量的影响Fig.1 Effects of salicylic acid treatment on vitamin C content of summer squash

2.2 SA处理对西葫芦叶绿素含量的影响

由图2可知,西葫芦果实中的叶绿素含量随着贮藏时间的增长而不断下降,在整个贮藏阶段(0～15 d),除第9 d外,SA处理组的西葫芦果实叶绿素含量总体高于对照组(p<0.05)。在贮藏结束时(第15 d),对照组的西葫芦果实中叶绿素含量为0.068 mg/g,SA处理的叶绿素含量为0.079 mg/g,比对照组高了16.2%,说明SA处理显著抑制了西葫芦果实中叶绿素含量的降低(p<0.05)。王军节等[28]的研究发现，4 mmol/L的SA处理可延缓早酥梨果皮叶绿素的分解,有效地抑制了果皮的黄化。推测水杨酸处理可以有效地延缓西葫芦中叶绿素的降解,抑制黄化的发生。

图2 SA处理对西葫芦叶绿素含量的影响Fig.2 Effects of salicylic acid treatment on chlorophyll content of summer squash

2.3 SA处理对西葫芦MDA含量的影响

MDA是膜脂过氧化的重要产物之一,它的产生会使植物细胞膜破坏,加剧植物的衰老[29]。由图3可知,西葫芦果实中的MDA含量随着贮藏时间的增长而不断增加,除贮藏第3 d外,SA处理的西葫芦果实的MDA含量都低于对照组(p<0.05)。在贮藏第15 d,对照组和SA处理的西葫芦果实中的MDA含量分别为0.515、0.421 μmol/g FW,对照组的西葫芦果实MDA含量显著高于SA处理的(p<0.05),说明SA处理可显著抑制西葫芦果实中MDA含量的增加(p<0.05)。MDA含量通常作为判断膜脂过氧化程度的标志[30],本实验所得的结果与龚荣高等[31]采用0.3 g/L的外源SA处理枇杷,可减缓果实内MDA含量的上升速度相符,推测SA处理可抑制西葫芦的膜脂过氧化,从而抑制西葫芦果实的衰老。

图3 SA处理对西葫芦MDA含量的影响Fig.3 Effects of salicylic acid on MDA content of summer squash

2.4 SA处理对西葫芦总酚含量的影响

总酚具有抗氧化能力。由图4可知,随着贮藏时间的增加,在贮藏第3 d时,SA处理的西葫芦的总酚含量极速下降,而对照组的总酚含量极剧升高,这可能是因为，外源SA不仅可诱导果蔬对病原菌产生抗性,而且能诱导果蔬自身系统获得抗病性,表现为3 d时引起POD和CAT活性的快速升高,而这些抗氧化酶是直接或间接以酚类物质为底物的,因此3 d时SA处理组总酚含量有所下降。除贮藏第12 d外,两组西葫芦的总酚含量均存在显著差异(p<0.05)。在贮藏第12 d前，对照组的总酚含量显著高于SA处理的西葫芦(p<0.05),而在贮藏第12 d后,SA处理组的西葫芦果实中的总酚含量显著高于对照组(p<0.05),且在第15 d时,SA处理西葫芦果实的总酚含量为2.874 μmol/g mF,对照组的含量为2.525 μmol/g mF,其含量比对照组高13.8%,说明一定贮藏期间内,SA处理西葫芦可显著增加其总酚含量(p<0.05)。

图4 SA处理对西葫芦总酚含量的影响Fig.4 Effects of salicylic acid on total phenol content of summer squash

2.5 SA处理对西葫芦PPO酶活性的影响

由图5可知,贮藏期间西葫芦果实的PPO活性呈波动趋势,并且在贮藏期间,SA处理的西葫芦果实PPO活性低于对照组,贮藏开始时的西葫芦果实PPO活性为1.513 U/g/min,贮藏结束时(第15 d),对照组和SA处理的西葫芦果实PPO活性分别为1.280、1.215 U/g/min,分别较贮藏初期降低了15.4%、19.7%,说明SA处理对西葫芦果实的PPO活性降低有促进作用。推测SA处理是通过降低氧化酶的活性并提高相应的防御酶来延缓果实的褐变,从而延长果实货架期[32]。刘更森等[33]采用SA浸泡中华寿桃的研究表明,SA处理降低了贮藏期桃果实的PPO活性,明显减慢其褐变速率。

图5 SA处理对西葫芦PPO活性的影响Fig.5 Effects of salicylic acid on PPO activity of summer squash

2.6 SA处理对西葫芦APX酶活性的影响

抗坏血酸过氧化物酶(APX)是一种重要的抗氧化酶,它在植物细胞中起到防御外界的氧化胁迫和植物本身活性氧代谢的作用,可以降低H2O2对植物细胞产生的氧化损伤[34]。由图6可知,在整个贮藏时间内(0～15 d),对照组和SA处理的西葫芦果实的APX活性均在贮藏的第6 d呈升至最高,分别为55.086、58.848 U/g/min,随后开始下降,其中对照组的下降较为迅速。在贮藏的15 d时,SA处理的西葫芦果实中APX活性为50.185 U/g/min,对照组为45.899 U/g/min,比对照组高了9.3%,说明SA处理能有效增强西葫芦果实的APX活性,增强西葫芦的抗氧化能力(p<0.05)。SA提高植物的抗病性,主要是通过其抗氧化活性相关酶实现的,主要是APX和POD的活性。第6 d时，APX达到顶峰，可能是由于SA处理提高了西葫芦果实中的APX活性,同时APX催化抗坏血酸氧化,导致APX的活性在后期降低。

图6 SA处理对西葫芦APX活性的影响Fig.6 Effects of salicylic acid on APX activity of summer squash

2.7 SA处理对西葫芦POD酶活性的影响

POD是一种广泛中存在于植物体内的氧化还原酶,主要催化氧化还原反应中H2O2的产生[35]。由图7可知,SA处理的西葫芦果实POD活性呈先上升再下降后上升的趋势,对照组的POD活性呈先下降再上升再下降后小幅上升的趋势,且除贮藏第6 d,SA处理的西葫芦果实POD活性都显著高于对照组(p<0.05),其中,SA处理的西葫芦果实POD活性峰值出现在3 d,为8.008 U/g/min,对照组的POD活性峰值出现在第6 d,为7.533 U/g/min。在贮藏的15 d时,SA处理和对照组的西葫芦果实的POD活性分别为7.499、6.025 U/g/min,SA处理比对照组高了24.5%,说明SA处理可以提高西葫芦果实的POD活性(p<0.05)。POD和CAT是启动膜脂过氧化的关键酶[36],POD的活性先升高可能是由于SA处理提高了POD的活性,随后降低是由于膜脂过氧化过程开始,造成POD活性的降低,但由于SA处理可以抑制西葫芦果实的膜脂过氧化进程,所以从贮藏第9 d开始,POD的活性又开始上升。

图7 SA处理对西葫芦POD活性的影响Fig.7 Effects of salicylic acid on POD activity of summer squash

2.8 SA处理对西葫芦CAT酶活性的影响

由图8可知,CAT的活性变化趋势和POD活性的变化趋势大致相同,其中SA处理的西葫芦果实的CAT活性呈先上升再下降后上升的趋势,而对照组的CAT活性呈先下降再上升后下降的波动变化趋势,除第12 d外,SA处理的西葫芦果实的CAT活性均高于对照组,在贮藏的15 d,SA处理的西葫芦果实的CAT活性为159.770 U/g/min,对照组的CAT活性为85.833 U/g/min,SA处理比对照组高了86.1%,说明SA处理可以提升西葫芦果实的CAT活性(p<0.05)。

图8 SA处理对西葫芦CAT活性的影响Fig.8 Effects of salicylic acid on CAT activity of summer squash

3 讨论

在果实采收后,果实仍然进行着生理代谢活动,这就导致果实结构改变,并且伴随着内部营养物质不断被转化和消耗,从而造成果实的不断衰老[37],且果实的品质会随着贮藏和运送所产生的后熟衰老现象不断下降,影响了果实的商品性和食用性。目前的研究表明植物衰老的主要原因之一是由于膜脂过氧化,而水杨酸处理主要是通过影响抗氧化酶的活性，从而来抑制果实的衰老[38]。抗氧化酶系统主要有SOD、POD和CAT等,它们是植物组织中维持活性氧代谢的关键。它们的活性趋势需保持一致,才能使植物体内的活性氧保持在一个较低的水平,从而减轻细胞膜质的氧化损伤[39]。现已有研究表明,SA处理可以显著延缓苹果[40]、油桃[41]、佛手瓜[42]和芒果[43]的衰老进程,维持较好的贮藏品质,有较好的保鲜效果。

4 结论

水杨酸处理维持了西葫芦果实较高的果内营养物质的含量,抑制了果实中维生素C和叶绿素含量的降低,使其保持一定的颜色。且水杨酸处理抑制了西葫芦果实中MDA的增加,保持了西葫芦果实膜的完整性,延缓西葫芦的衰老。同时,水杨酸处理通过提高西葫芦果实中的抗氧化酶的活性,降低膜脂过氧化程度,延缓了西葫芦的衰老。因此,水杨酸在以后的西葫芦保鲜中具有较好的应用前景。