纳米铜加蔗糖处理对非洲菊切花的保鲜作用

王书玉，黎 蓝，赖凌峰，李红梅，刘季平，何生根

（仲恺农业工程学院，广州510225）

0 引言

非洲菊(Gerbera jamesonii)又称扶郎花、猩猩菊，为菊科大丁草属多年生草本花卉，具有品种丰富、花色艳丽、花期较长、抗逆性强等优点，被誉为世界第五大切花[1-2]。在非洲菊切花采后贮运及瓶插观赏过程中，花枝茎末端切口部位及瓶插液中极易滋生和积聚大量以细菌为主的微生物及其残体和分泌物，并造成切花茎基部吸水受阻，导致花枝茎部弯折、花瓣缺水萎蔫等现象，进而严重影响观赏价值和经济价值[3]。在切花瓶插液中加入一些杀菌剂已成为延缓非洲菊切花采后衰老的有效措施。已有研究表明，8-羟基喹琳及其硫酸盐或柠檬酸盐[4-6]、二氯异氰脲酸钠[7]和纳米银[8-10]等杀菌剂处理对非洲菊切花具有明显的保鲜效果。

纳米铜(nano-copper，NC)作为一种新型的纳米材料，具有与纳米银相似的杀菌效应，且具有成本低、化学稳定性高、对环境相对安全等优点[11]。目前关于NC抗菌性能的研究越来越多，并陆续报道其在医疗和食品包装等领域的应用研究[12-15]。虽有研究报道铜离子在切花保鲜上的应用研究[16]，但尚未见有NC在切花保鲜上的报道。另外，蔗糖作为切花采后的营养和能量物质，是非洲菊及其他众多切花保鲜剂的常用组分，但需与杀菌剂组合使用[17-18]。关雪莲等[19]研究表明，杀菌剂8-羟基喹啉柠檬酸盐(8-HQC)加3%蔗糖溶液处理对非洲菊切花具有良好的保鲜效果。另外，笔者课题组研究发现，采用新型杀菌剂纳米银加3%蔗糖溶液处理可有效改善香石竹切花的外观品质和延长瓶插观赏时间[20]。

本研究以非洲菊切花‘红艳’为试材，观测不同浓度NC单独处理及其与蔗糖组合的各种瓶插处理对该切花的保鲜效应，旨在为NC在非洲菊及其他切花的采后处理与保鲜提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

非洲菊‘红艳’切花购于广州岭南花卉批发市场，并在1 h内运至试验室复水备用。选用发育程度、花枝大小差异较小，呈半开放状（即开放程度为50%左右）的花材，用手术刀环状切取约25 cm长的花枝。

纳米铜购于上海沪正纳米科技有限公司；蔗糖（分析纯）购于广州化学试剂厂。

1.2 试验方案

在预试验的基础上，对非洲菊切花进行不同浓度的NC单独处理及NC与3%蔗糖组合溶液瓶插处理（表1）。试验中设置6组不同浓度的NC及其与蔗糖的组合溶液，以去离子水（A组）为对照，各处理5个重复。试验于2019年7—12月在仲恺农业工程学院生物技术研究所人工气候室中进行，设置温度为(20±2)℃，湿度为(60±10)%，光照时间为7:00—19:00，光照强度为12 μmol/(m2s)。

表1 不同NC处理的试验设计

1.3 试验方法

1.3.1 切花外观品质及瓶插寿命的观测 从瓶插当天（计为第0天）开始，每天观测非洲菊切花的外观品质变化。参照Liu等[8]的方法，当50%花瓣出现萎焉或者花茎自然弯折视为非洲菊切花寿命的终结。

1.3.2 切花鲜重变化率、吸水量、失水量和水分平衡值的测定 参照刘季平等[21]的方法，于瓶插当天开始每天定时测定瓶插期间各处理玻璃瓶+瓶插液的质量（记为F）、玻璃瓶+切花+瓶插液的质量（记为G）。按照式(1)～(4)分别计算得到切花瓶插期间某一天（第n天）的鲜重变化率、吸水量、失水量和水分平衡值。

1.3.3 数据处理与统计分析 各处理切花瓶插寿命用平均值±标准误表示，并用Duncan’s新复极差法（P＜0.05）进行显著性检验。各处理的鲜重变化率及吸水量、失水量和水分平衡值均用平均值表示。数据统计分析和作图采用SPSS 20.0和Excel 2013进行。

2 结果与分析

2.1 不同NC瓶插处理对非洲菊切花瓶插寿命的影响

由表2可知，与去离子水处理（对照）相比，1、3、5 mg/L NC单独处理对非洲菊切花的瓶插寿命没有显著的影响，但各浓度NC加3%蔗糖处理均可不同程度地延长非洲菊切花的瓶插寿命。其中，E（1 mg/L NC+3%蔗糖）、F（3 mg/L NC+3%蔗糖）组处理的瓶插寿命分别为7.6天和7.4天，并显著长于对照（5.6天），且E、F组之间差异不显著。

表2 NC处理对非洲菊‘红艳’切花瓶插寿命的影响

2.2 不同NC瓶插处理对非洲菊切花观赏品质的影响

如图1所示，瓶插第0～4天期间对照及各处理组非洲菊切花的观赏品质没有明显的差异，且未见到花茎弯折和花瓣萎蔫等现象。至瓶插第5天，对照及单用NC处理的切花开始出现不同程度的花朵萎蔫和花茎弯折等症状，但各浓度NC加3%蔗糖组合处理的切花未见有花茎弯折或者明显的花朵萎蔫情况。至瓶插第6、7天时，对照及NC单独处理的各组均出现日益明显的花茎弯折和花朵萎蔫现象，而各浓度NC加3%蔗糖组合处理（E、F和G组）未发生明显的花茎弯折现象。另外，从瓶插第6、7天的花朵萎蔫程度来看，3 mg/L NC加3%蔗糖组合处理（F组）最轻，1 mg/L NC加3%蔗糖组合处理（E组）次之，5 mg/L NC加3%蔗糖组合处理（G组）再次之。

图1 不同NC瓶插处理对非洲菊切花‘红艳’观赏品质的影响

2.3 不同NC瓶插处理对非洲菊切花鲜重变化率的影响

如图2所示，对照（A组）及NC各处理组非洲菊切花的鲜重变化率大致都呈现先上升后下降的变化趋势。自瓶插第2天后，各处理组的鲜重变化率出现不同程度的差异，且各浓度NC加3%蔗糖组合处理（E、F和G组）的鲜重变化率明显高于对照及各NC单独处理（B、C和D组）。其中，E、F组的鲜重变化率自瓶插第3、4天起显著高于对照及各NC单独处理组，且自瓶插第5天还显著高于G组。不过，E与F组之间以及各NC单独处理与对照（A组）之间的鲜重变化率均未见显著差异。

图2 不同NC瓶插处理对非洲菊切花‘红艳’鲜重变化率的影响

2.4 不同NC瓶插处理对非洲菊切花吸水量、失水量和水分平衡值的影响

在瓶插第1～3天，对照及各NC处理组非洲菊切花的吸水量和失水量均呈快速下降趋势。至瓶插第3～6天，对照（A组）及NC单独处理（B、C和D组）的切花继续呈缓慢下降趋势，而各浓度NC加3%蔗糖组合处理（E、F和G组）则大致维持在相对稳定的水平（图3）。另外，对照及各NC处理组非洲菊切花的水分平衡值大致都呈不同程度的下降趋势。不过，在整个瓶插期间，E（1 mg/L NC+3%蔗糖）和F（3 mg/L NC+3%蔗糖）组处理非洲菊切花的吸水量、失水量和水分平衡值均高于对照和其他处理，且E、F组之间差异不显著。

图3 不同NC瓶插处理对非洲菊切花‘红艳’吸水量、失水量和水分平衡值的影响

3 结论

（1）与对照（去离子水处理）及不同浓度(1、3、5 mg/L)NC单独处理相比，各浓度NC加3%蔗糖的组合处理对非洲菊切花‘红艳’具有明显的保鲜效果。其中，以1 mg/L NC+3%蔗糖及3 mg/L NC+3%蔗糖的组合处理效果最为突出，两者可显著延长该切花的瓶插寿命，并有效减轻该切花瓶插观赏期间花瓣萎蔫和花茎弯折等品质劣变现象。

（2）1 mg/L NC+3%蔗糖及3 mg/L NC+3%蔗糖处理的非洲菊切花‘红艳’的鲜重变化率、吸水量及水分平衡值均显著高于对照、各浓度NC单独处理及5 mg/L NC+3%蔗糖处理，表明适宜浓度NC加蔗糖处理可促进非洲菊切花瓶插期间的水分吸收，并有效维持其水分平衡和鲜重。

（3）综合分析认为，与对照及NC单独处理相比，适宜浓度的NC加蔗糖瓶插处理对非洲菊‘红艳’切花具有明显的保鲜作用，其中以1 mg/L NC+3%蔗糖及3 mg/L NC+3%蔗糖2个组合处理的效果较好。

4 讨论

祝小云等[22]将非洲菊切花花瓣萎蔫程度和花茎弯折等外观症状视为其瓶插寿命终止的重要标志。在本研究中，可观察到非洲菊切花‘红艳’在瓶插过程中易于出现花瓣散乱萎蔫、花朵下垂、花茎弯折等品质劣变症状（图1），且瓶插寿命较短（表2）。Ge等[23]基于转录组测序结果，认为非洲菊切花采后茎弯现象可能涉及水分胁迫的发生。

非洲菊切花瓶插期间，在瓶插液和切花茎末端滋生的大量细菌易堵塞花茎基部的导管，抑制花茎的水分吸收，进而造成水分胁迫[6,8,24]。已有大量研究证实，采用各种抗菌剂抑制非洲菊切花瓶插液和切花茎末端切口的细菌繁衍，可改善水分吸收和减轻水分胁迫，最终减轻非洲菊切花弯茎和延长观赏寿命[6-8,21]。NC作为一种新型的纳米无机杀菌剂，具有抗菌活性强、稳定性好、成本低、毒性低、对环境友好等优点[10-11]。另外，蔗糖作为切花保鲜剂中最常用的糖源，可为其采后花枝维持正常生理活动和花朵开花提供所需的营养和能量来源[17-19,20]。关雪莲等[19]认为非洲菊切花的弯茎现象与采后水分代谢失衡和瓶插期间糖类等代谢物质亏缺有密切联系，而采用8-HQC+3%蔗糖溶液作为保鲜剂进行处理可有效改善切花观赏品质和延长其瓶插寿命，并认为这一方面是因为杀菌剂8-HQC可减少瓶插液和切花茎末端微生物繁衍与积聚进而减轻水分吸收受阻和水分胁迫，另一方面则源于外源适当提供蔗糖溶液可为切花采后花枝补充正常生命活动所需的能量物质。在本研究中，通过观测和分析不同浓度NC单独处理及其与蔗糖组合的瓶插处理对非洲菊切花观赏品质、瓶插寿命和水分代谢的影响，发现与未处理的对照相比，1、3和5 mg/L NC单独处理并没有明显延缓该切花的品质劣变，而各浓度NC加3%蔗糖的组合处理可有效延缓和减轻该切花的花茎弯折与花朵下垂等品质劣变症状（图1）。其中，1和3 mg/L NC+3%蔗糖2种组合处理的效果最佳，可显著延长切花的瓶插寿命，且2个处理之间并无显著差异（表2）。另外，经1和3 mg/L NC+3%蔗糖2种组合处理的非洲菊切花在整个瓶插期间的鲜重（图2）、水分吸收量（图3）和水分平衡值（图3）均显著高于对照和NC单独处理。不过，更高浓度的5 mg/L NC与蔗糖的组合处理，虽然对非洲菊切花也有一定的保鲜作用，但与对照及各浓度NC单独处理之间差异并不显著。此结果意味着，当采用过高浓度NC瓶插处理，由于非洲菊切花持续地吸收瓶插液中NC并在体内不断积累，可能产生一定的铜离子毒害作用[16,25]，进而降低NC与蔗糖组合处理的保鲜效果。笔者在前期试验中观察到单独采用2%～5%蔗糖处理对非洲菊及其他切花的保鲜效果反而不及对照。很显然，单用蔗糖处理虽能在一定程度上补充切花采后所需的营养和能量物质，但同时给切花茎末端及瓶插液中细菌生长提供了丰富的营养，在此情形下如果没有杀菌剂对微生物生长的控制，细菌会更加快速繁衍和积聚进而造成严重的水分吸收障碍和水分胁迫，最终导致非洲菊及其他切花采后品质更快劣变，这也是切花采后保鲜中常采用杀菌剂加蔗糖进行组合处理的原因[4,17-20,24]。

综上所述，适宜浓度的NC加蔗糖瓶插处理对非洲菊‘红艳’切花具有明显的保鲜效应，具体表现在可有效延缓和减轻该切花的花朵萎蔫和花茎弯折等外观品质劣变症状，并显著延长切花的瓶插寿命。另外，还可有效维持花枝整个瓶插期间的鲜重并改善水分关系。其中，以1 mg/L NC+3%蔗糖及3 mg/L NC+3%蔗糖的2种组合处理效果最佳。鉴于NC的优良特性及本试验所获得的结果，其在非洲菊及其他切花采后处理与保鲜上具有良好的应用前景。不过，本研究仅初步探讨NC与蔗糖组合溶液的瓶插处理对非洲菊切花的保鲜效果。在此次试验结果基础上，还可进一步优化并确定NC、蔗糖及其他保鲜组分组合的最适浓度配比和更适宜的处理方式。同时，还可开展NC单用及与其他组分组合在其他鲜切花种类上的应用效果研究，以期为NC在切花保鲜上的广泛应用提供更多的依据和更有针对性的指导。