腐胺对机械伤青椒果实生理品质和抗氧化能力的影响

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(1.北京市农林科学院蔬菜研究中心,农业部蔬菜产后处理重点实验室,果蔬农产品保鲜与加工北京市重点实验室,农业部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室,农业部都市农业(北方)重点实验室,北京 100097;2.大连民族大学生命科学学院,辽宁大连 116600)

青椒(CapasicumanmuumL.)茄科,辣椒属,是世界上重要的园艺作物之一[1]。但在收获和运输过程中易受到机械伤,引起腐烂。机械伤是一种非生物胁迫,会破坏果实的组织结构,引起果实生理代谢紊乱以及微生物侵染,加速果实的衰老和腐烂[2]。青椒所受的机械伤会导致严重的经济效益损失[3],目前已经有新型的运输方法和智能物流来减少采后机械伤的影响[4]。多胺是一种几乎存在于所有生物体中的低分子量的聚阳离子有机代谢物,其包含腐胺、尸胺、亚精胺和精胺等,均具有较高的生物活性[5-6]。腐胺是一种与植物许多代谢过程相关的生长调节剂,可以调节果实的成熟、软化和衰老过程[7]。

近年来,腐胺在果蔬保鲜方面的研究取得了一些进展,腐胺可以作为活性氧清除剂来保护生物膜和生物分子免受损伤[8],也可以通过激活抗氧化酶来抵抗氧化应激[9],同时还可以抑制乙烯的生成,从而维持果实硬度,延缓衰老[10]。然而,关于外源腐胺处理对受机械伤的青椒在贮藏期间生理品质变化的研究较少。

因此,本实验研究了腐胺处理对受到机械伤的青椒在20 ℃贮藏期间生理品质的变化的影响,以期延长青椒的贮藏期,为腐胺在青椒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

青椒 采收于北京市顺义区,品种为京甜,采后立即运回北京农林科学院蔬菜研究中心实验室,挑选大小、颜色一致,无病虫害,无机械损伤,达到商业成熟度的青椒备用;腐胺 纯度98%,试剂纯;草酸 食用级;30%过氧化氢、高锰酸钾 分析纯,国药集团化学试剂有限公司;三氯乙酸、石英砂 分析纯,北京化工厂;聚乙烯吡咯烷酮、邻苯二酚、浓盐酸、甲醇、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、愈创木酚、过氧化氢、苯丙氨酸等 天津市科密欧化学试剂有限公司。

CR400/CR410色差计 日本Konica Minolta公司;UV-1800紫外分光光度计 上海精密科学仪器有限公司;TGL-16G-A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。

1.2 实验方法

1.2.1 青椒的处理 将青椒从1 m高处跌落来模拟运输过程中所受机械损伤,用2 mmol/L的腐胺溶液浸泡20 min,对照组为去离子水,自然晾干后,置于20 ℃贮藏,于0、2、6、10、14、18 d取样后立即用液氮冷冻,打磨成粉后,置于-80 ℃贮藏。

1.2.2 指标测定

1.2.2.1 色度 采用色差计测定L*值和a*值,L*值表示明亮度,a*值表示由红转绿。

1.2.2.2 维生素C(VC)含量 采用钼酸铵测定法[11],1 g样品与5 mL 0.05 mol/L的草酸-EDTA溶液于4 ℃下13000×g离心20 min,收集上清液,反应体系为1 mL上清液,4 mL 0.05 mol/L的草酸-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80 ℃水浴中静置10 min,取出冷却至室温后测定反应体系在760 nm处的吸光值,重复3次。计算公式为:

式中,cVC浓度=80.131×A760+1.5749,为做得的标准曲线。

1.2.2.3 叶绿素含量 采用Sun等[12]的方法并稍作修改。0.5 g样品加入6 mL丙酮∶乙醇(2∶1)提取液,于4 ℃下13000×g离心10 min,收集上清液,测定上清液在645和663 nm处的吸光值,重复3次。计算公式为:

叶绿素含量(g/kg)

其中，A645为645 nm下的吸光值，A663为663 nm下的吸光值，V提取液为提取液的体积，m为样品的质量。

1.2.2.4 丙二醛(MDA)含量 采用Pongprasert等[13]的方法,1 g样品与5 mL 100 g/L 三氯乙酸在4 ℃下13000×g离心20 min,收集2 mL上清液,加入2 mL 6.7 g/L硫代巴比妥酸煮沸20 min,冷却至室温后,测定其在450、532和600 nm处的吸光值,重复3次。计算公式为:

MDA含量={[6.45×(OD532-OD600)-0.56×OD450]×V提取液}/(V样品×m×1000)

其中，OD532为532 nm下的吸光值，OD600为600 nm下的吸光值，OD450为450 nm下的吸光值，V提取液为提取液的体积，V样品为样品上清液的体积，m为样品的质量。

1.2.2.5 过氧化物酶(POD)活性 采用愈创木酚法[14]。1 g样品与5 mL 0.1 mol/L pH7.8 的磷酸缓冲溶液(PBS)在4 ℃下13000×g离心30 min,收集上清液,反应体系为1 mL 0.1 mol/L pH7.8的PBS,0.9 mL 0.2%愈创木酚,0.1 mL上清液,1 mL 0.3% H2O2,测定反应体系在470 nm处吸光值的变化,一个酶活性单位为U,U定义为0.01ΔOD470 nm/g·min。

1.2.2.6 过氧化氢酶(CAT)活性 采用Azevedo等[15]的方法。1 g样品与5 mL 0.1 mol/L pH7.8 的磷酸缓冲溶液(PBS)在4 ℃下13000×g离心30 min,收集上清液,反应体系为:1.9 mL 0.1 mol/L pH7.8的PBS,1 mL 0.3% H2O2和0.1 mL上清液,测定反应体系在240 nm处吸光值的下降,一个酶活性单位为U,U定义为0.01ΔOD240 nm/g·min。

1.2.2.7 抗坏血酸过氧化物酶(APX)活力 采用Zhang等[16]的方法,1 g样品与5 mL 0.1 mol/L pH7.5含0.1 mmol/L EDTA,1 mmol/L抗坏血酸以及含2% PVPP 的PBS在4 ℃下13000×g离心20 min,收集上清液,反应体系为:2.6 mL含2% PVPP 的PBS,0.3 mL 2 mmol/L H2O2和0.1 mL上清液在290 nm处抗坏血酸吸收率的降低值,一个酶活性单位为U,U定义为0.01ΔOD290 nm/g·min。

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 腐胺处理对青椒色度的影响

颜色是青椒品质表现的重要外观指标之一,随着青椒的成熟和衰老,青椒的颜色会从绿色转为红色。由图1可知,在贮藏期间,对照组和腐胺处理的青椒的L*值和a*值都发生明显变化。对照组的L*值在贮藏10 d后明显降低,而腐胺处理显著抑制了的L*值的下降(p<0.05)(图1A)。a*值在贮藏过程中稳定增加,但腐胺处理在贮藏期间(10～18 d)显著抑制了青椒转红(图1B)(p<0.05)。

图1 腐胺处理对青椒L*值(A)和a*值(B)的影响Fig.1 Effects of putrescine treatment on L*(A)and a*(B)of green bell pepper注:不同小写字母表示与对照组相比差异显著,p<0.05;图2～图5同。

2.2 腐胺处理对青椒VC含量的影响

图2 腐胺处理对青椒VC含量的影响Fig.2 Effects of putrescine treatment on VC content of green bell pepper

2.3 腐胺处理对青椒叶绿素含量的影响

在两组处理中,叶绿素含量均呈先上升后下降的趋势,且腐胺处理的青椒叶绿素含量始终高于对照组(p<0.05)。随着植物的成熟和衰老,叶绿素会逐渐降解成无色产物,从而使植物褪绿。腐胺抑制叶绿素的降解,主要是通过维持细胞膜的稳定性并诱导较高的抗氧化活性实现的,这与Ferruzzi等[20]的结果一致。在本研究中,腐胺处理的叶绿素含量显著高于对照组(p<0.05),这与上文腐胺处理抑制了青椒的颜色变化一致。

图3 腐胺处理对青椒叶绿素含量的影响Fig.3 Effects of putrescine treatment on chlorophyll content of green bell pepper

2.4 腐胺处理对青椒MDA含量的影响

MDA是氧化损伤的标志,并且是膜脂过氧化的重要产物之一[21]。由图4可知,腐胺处理抑制了MDA的积累,表明腐胺处理可以抑制机械伤对青椒造成的氧化损伤,减缓膜脂过氧化程度,推测其有利于维持膜的完整性,从而保持青椒品质。在报道的腐胺处理西葫芦中也出现了类似结果[22]。

图4 腐胺处理对青椒MDA含量的影响Fig.4 Effects of putrescine treatment on MDA content of green bell pepper

2.5 腐胺处理对青椒POD活性的影响

POD是一种广泛存在于植物体内的氧化还原酶,它通过催化氧化还原反应中H2O2的产生[25],从而抑制活性氧损伤。抗氧化酶作为细胞内防御的主要成分,具有抵抗氧化应激的作用[24]。如图5所示,POD活性在贮藏期间成下降趋势,腐胺处理显著延缓了POD活性的下降(p<0.05)。机械伤会诱导活性氧的产生,高浓度的活性氧可能会导致细胞死亡[23]。

图5 腐胺处理对青椒POD活性的影响Fig.5 Effects of putrescine treatment on POD activity of green bell pepper

2.6 腐胺处理对青椒CAT活性的影响

如图6所示,CAT活性在贮藏期间呈下降趋势,腐胺处理较对照组有较高的CAT活性(p<0.05)。CAT主要通过分解H2O2来抑制H2O2对组织造成的氧化损伤[26]。

图6 腐胺处理对青椒CAT活性的影响Fig.6 Effects of putrescine treatment on CAT activity of green bell pepper

2.7 腐胺处理对青椒APX活性的影响

如图7所示,APX活性在贮藏期间呈下降趋势,腐胺处理显著的延缓了APX活性的下降(p<0.05)。APX是一种重要的抗氧化酶,在植物细胞中起到防御外界氧化胁迫以及植物本身的活性氧代谢的作用,可以降低H2O2对植物细胞产生的氧化损伤[27]。POD、CAT和APX都催化了H2O2向水转化,从而限制了氧化损伤[28-29]。这与Verma等[30]用腐胺处理芒果所得的结果相同。

图7 腐胺处理对青椒APX活性的影响Fig.7 Effects of putrescine treatment on APX activities of green bell pepper

3 讨论

颜色是决定青椒质量的重要因素之一,因为随着青椒的成熟和衰老,其颜色会从绿色转为红色,在本研究中,腐胺处理的青椒a*值较低,且颜色变化更慢,而这种由绿转红的颜色变化可能是由于叶绿素降解所导致的,叶绿素在植物的衰老和果实成熟过程中会不断降解,而机械伤作为一种非生物胁迫会加速其降解的速率。在本研究中,叶绿素含量在贮藏期间呈下降趋势,但腐胺处理的叶绿素含量显著高于对照组。上述结果表明,腐胺抑制青椒的颜色变化是通过抑制其叶绿素降解实现的,这与Serafini-Fracassini等[31]的研究结果相似。VC是一种重要的营养物质,具有高抗氧化能力和生物活性,受到机械损伤的青椒VC含量均迅速下降,但腐胺处理抑制了其下降速率,这与腐胺处理芒果[19]的研究结果一致,而受到机械损伤的青椒VC含量下降可能是由于APX活性增加所导致的。机械损伤会导致活性氧的产生,高浓度的活性氧会导致细胞死亡[23]。而抗氧化酶是植物组织中维持活性氧代谢的关键因素,在本研究中,腐胺处理的青椒较对照组有更高的抗氧化酶活性,可减轻机械伤所造成的氧化损伤,从而抑制了膜脂过氧化的重要产物MDA的积累,保持青椒品质。

4 结论

本文采用2 mmol/L腐胺浸泡青椒处理,发现其可有效地保持青椒的生理品质,延缓青椒转红,抑制VC和叶绿素的降解以及MDA的积累,同时提高了抗氧化酶POD、CAT和APX的活力。因此,腐胺处理可保持受机械伤的青椒品质,为以后抑制采后机械损伤提供新的发展思路和理论依据。