杏果实成熟前后果肉硬度及软化相关酶活性的变化

夏乐晗，黄振宇，陈 龙，崔泽轩，陈玉玲

(中国农业科学院郑州果树研究所，郑州，450009)

杏是原产于中国的特色果树[1]。我国杏栽培历史悠久，种质资源丰富多样[2]。杏果实成熟早，口感独特，营养丰富，且具有独特的保健功效，深受消费者喜爱，市场前景广阔[3-4]。杏为呼吸跃变形果实，成熟软化不仅影响杏的外观品质和食用口感，而且在生产上会给杏果实贮运、商品果实销售带来较大困难[5]。果实的成熟软化是一个复杂的变化过程，在此过程中会发生一系列生理生化反应，主要涉及到呼吸作用的增强、多糖类的分解、细胞膜的氧化以及有害代谢物质的积累等[6-7]。以往对杏果实成熟软化的研究大部分都是在果实采后贮藏期间进行的[8-9]，有关常温条件下杏果实成熟前后软化规律的报道较少。另外，已有文献对果实成熟软化过程中与活性氧代谢相关的生理指标的变化进行报道[10-11]，但是针对杏果实的报道较少。早金艳为中国农业科学院郑州果树研究所选育的极早熟杏品种[12]。本试验对两个品种(软肉品种早金艳和硬肉品种金太阳)杏果实成熟前后的果肉硬度、乙烯释放量、丙二醛含量及与活性氧代谢有关的酶活性进行了测定和分析，以期探讨不同杏品种果实成熟前后软化的生理机制的差异，探讨硬肉果实软化慢的原因，为硬肉杏新品种的选育及提高杏果实的商品质量和货架寿命提供帮助。

1 材料与方法

1.1 材料供试材料为早金艳、金太阳，均采自中国农业科学院郑州果树研究所李杏课题组新乡试验基地。试验地土壤为砂壤土，地势平坦，立地条件一致。栽培株行距2 m×4 m，常规管理，树势健壮，均为5年生以上大树，树冠大小、树势基本一致，生长结果正常。在试验基地，金太阳果实发育期为66 d，早金艳果实发育期为55 d。分别于果实成熟前20 d开始采样，每5 d采一次，直至果实落完。每个采样期从试验树外围四个不同的方向采摘成熟度一致、大小一致、果形良好、无病虫害的36个果实作为样品。取果实的赤道部位，切碎，混匀后放入-80 ℃超低温冰箱中速冻，用于各项指标的测定。每个采样期生物学重复3次，所有测定结果均为3次重复的平均值。果肉硬度和乙烯释放量指标测定在采样当天完成。

1.2 试验器材Specord 50紫外-可见分光光度计(德国Analytic Jena公司)，BS214D电子天平(德国赛多利斯公司)，H2050R台式高速冷冻离心机(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司)，GC-2010型气相色谱仪(日本岛津公司)，安捷伦气相手动进样针[月旭科技(上海)股份有限公司]，TA-XT2i型质构仪(英国 Stable Micro Systems公司)，磨样机，水浴锅，研钵，1 mL石英比色皿及可调式移液枪。

1.3 测定方法果实硬度采用质构仪进行测定。每个采样期每个品种选取5个果实，每个果实在缝合线对称两侧中部分别去皮测定一次，共测定10次，取平均值。质构仪探头直径为2 mm，以1 mm/s的穿刺速率下压，下压深度为5 mm，读取最大值。

参考文献[13-15]，采用岛津(日本)GC-2010型气相色谱仪测定果实乙烯释放量。取5～8个杏果实，置于密闭的750 mL容器中，室温下2 h后，用进样针抽取密闭容器中的1 mL气体注入气相色谱仪进行测定。气相色谱工作条件：色谱柱为Rtx-1701(30 m×0.25 mm)，柱温为50 ℃，载气为氮气(N2)，检测器(FID)温度200 ℃，进样口温度120 ℃；氢气流速60 mL/min，空气流量400 mL/min，压力43.5 kpa，尾吹气流30 mL/min；柱流量 0.49 mL/min。乙烯释放量[μL/(kg·h)]=c×V×m-1×t-1。式中，c为气相色谱测定后根据标准曲线换算的样品气体中乙烯含量(μL/L)，V为干燥器密闭空间的容积(mL)，m为果实质量(g)，t为测定时间(h)。

丙二醛(MDA)含量、脂氧合酶(LOX)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性和过氧化物酶(POD)活性的测定均使用北京Solarbio生物科技有限公司的试剂盒检测。

2 结果与分析

2.1 硬度变化从果实成熟前20 d开始，两个品种的果肉硬度均呈现出下降的趋势。果实成熟前，早金艳的果肉硬度高于金太阳；成熟前5 d到成熟时，早金艳的果肉硬度下降明显(降幅为71.9%)，金太阳的果肉硬度下降不明显(降幅仅为0.3%)。果实成熟时，早金艳的果肉硬度与金太阳无显著差异，约为7.14 kg/cm2。果实成熟后，金太阳的果肉硬度高于早金艳；果实成熟后5 d内，金太阳的果肉硬度下降23.2%(降至6.23 kg/cm2)，早金艳的果肉硬度下降79.2%(降至1.48 kg/cm2)；果实成熟后10 d，金太阳的果肉硬度仍达4.97 kg/cm2，而早金艳仅为1.09 kg/cm2。可见，果实成熟前5 d至成熟后5 d，早金艳果实的果肉硬度下降速度比金太阳快，即果肉软化速度比金太阳快(见图1)。

注：横坐标负数表示果实成熟前时间,正数表示成熟后时间。误差线为标准差，不同小写字母表示同一品种不同时间之间差异显著(p < 0.05)；*指同一时间金太阳与早金艳差异显著(p < 0.05)。图2至图7同。

2.2 乙烯释放量变化成熟前后，两个杏品种果实乙烯释放量的变化趋势基本一致。成熟前，金太阳和早金艳的乙烯释放量一直处于较低水平，从成熟前10 d开始乙烯释放量逐渐增加；成熟时，两品种的乙烯释放量分别为11.45和97.59 μL/(kg·h)；成熟后5 d，两品种的乙烯释放量均升至最高，早金艳的乙烯释放量是金太阳的5.42倍，此后两个品种的乙烯释放量均明显减少。果实成熟前5 d及以后，早金艳果实乙烯释放量始终显著(p<0.05)高于金太阳(见图2)。在成熟前，两个品种的果实硬度均下降，而乙烯释放量均上升，金太阳果实的乙烯释放量与果肉硬度呈负相关(r=-0.773)，早金艳果实的乙烯释放量与果肉硬度呈显著负相关(r=-0.992)；果实成熟后，两个品种的果实硬度继续下降，而乙烯释放量呈先上升后下降的趋势，金太阳果实的乙烯释放量与果肉硬度呈正相关(r=0.004)，而早金艳果实的乙烯释放量与果肉硬度负相关(r=-0.663)。

图2 两个杏品种果实成熟前后乙烯释放量的变化

2.3 MDA含量与LOX活性变化成熟前后，两个品种果实MDA含量变化基本一致，均呈上升趋势，早金艳MDA含量始终高于金太阳(见图3)。成熟前后，两个品种果实LOX活性变化基本一致，均呈上升趋势，早金艳LOX活性始终高于金太阳(见图4)。相关性分析表明，金太阳的果肉硬度与MDA含量呈显著负相关(r=-0.821)，果肉硬度与LOX活性呈极显著负相关(r=-0.857)，MDA含量与LOX活性呈极显著正相关(r=0.992)；早金艳的果肉硬度与MDA含量呈显著负相关(r=-0.756)，果肉硬度与LOX活性呈极显著负相关(r=-0.922)，MDA含量与LOX活性呈极显著正相关(r=0.944)。

图3 两个杏品种果实成熟前后MDA含量的变化

图4 两个杏品种果实成熟前后LOX活性的变化

2.4 CAT、SOD和POD活性变化成熟前后，两个品种果实CAT活性变化趋势一致，呈现为升(成熟前20 d到成熟前10 d)—降(成熟前10 d至成熟)—升(成熟至成熟后5 d)—降(成熟后5 d至成熟后15 d)。成熟前20 d到成熟前10 d，早金艳果实CAT活性显著(p<0.05)高于金太阳；成熟前10 d到成熟时，早金艳果实CAT活性下降75.4%，金太阳下降54.5%。成熟前5 d至成熟后 15 d，早金艳果实CAT含量低于金太阳(见图5)。

图5 两个杏品种果实成熟前后CAT活性的变化

成熟前后，两个品种果实SOD活性变化趋势一致，呈现为降(成熟前20 d至成熟)—升(成熟至成熟后10 d)—降(成熟后10 d至成熟后15 d)，成熟时均最低。成熟前20 d到成熟前5 d，早金艳果实SOD活性高于金太阳；成熟前5 d到成熟，早金艳果实SOD活性下降比金太阳明显，早金艳下降40.5%，金太阳下降15.5%，成熟至成熟后15 d金太阳果实SOD活性高于早金艳(见图6)。

图6 两个杏品种果实成熟前后SOD活性的变化

成熟前后，两个杏品种果实POD活性变化趋势一致，成熟前下降，成熟后上升，成熟时最低。成熟前20 d到成熟15 d，金太阳果实POD活性始终高于早金艳(见图7)。

图7 两个杏品种果实成熟前后POD活性的变化

3 讨论与结论

乙烯是植物体内一种重要的内源激素，其参与调节植物的生长、发育和衰老。乙烯在果实的呼吸跃变、糖分的积累和转化、有机酸成分的变化、芳香物质的形成和转化以及果实组织的软化等过程中起着重要的作用[16]，这在猕猴桃[17]、番石榴[18]、樱桃[19]等许多果实上已有研究。果实硬度是反映果实软化的外在指标，在果实成熟过程中，果肉硬度的变化是一个复杂的生理生化变化过程。

有研究表明，果实硬度的变化与乙烯释放量有关，乙烯释放量高促进果实软化，不利于果实硬度的保持[20]。本试验结果表明，两个杏品种果实乙烯释放量从成熟前10 d开始逐渐增加，早金艳果实乙烯释放量高于金太阳，尤其是果实成熟前5 d至成熟后5d，早金艳果实乙烯释放量增量和增幅明显大于金太阳，加速了早金艳果实的软化，这可能是果实成熟前后5 d早金艳迅速软化而金太阳软化缓慢的原因之一。

有研究表明，果实成熟软化与活性氧代谢密切相关，膜脂过氧化作用是引起果实软化的因素之一[11]。在果实成熟过程中，MDA和LOX都与膜脂过氧化作用有关。其中，MDA的积累来自不饱和脂肪酸的降解，通过强烈地与细胞内各种成分发生反应，严重地损伤生物膜，导致膜结构及生理完整性的破坏，进而加速果实成熟软化；LOX为膜脂过氧化启动的关键酶，能催化不饱和脂肪酸氧化反应，导致膜脂过氧化，直接影响果实衰老[21-24]。本研究发现，杏果肉硬度与MDA含量呈显著负相关，与LOX活性呈极显著负相关，早金艳的MDA含量和LOX活性高于同期金太阳，较高的MDA含量和LOX活性促进早金艳果实成熟后迅速变软，较低的MDA含量和LOX活性则是金太阳果实成熟后变软慢的重要原因之一。在生产中，可以通过一些试剂的使用，降低LOX的活性(或含量)，减少MDA的含量，保护果肉内各种酶和膜，让果肉硬度继续保持[25-26]。

在长期的系统进化过程中，植物细胞形成了一套防御活性氧、自由基毒害的保护机制，其中，活性氧清除酶系统起着主要作用[27-28]。CAT、SOD和POD等是活性氧清除酶系统中的重要保护酶，可有效清除活性氧自由基，阻止高浓度氧的积累，保持体内活性氧的平衡，防止膜脂过氧化作用，从而延缓植物的衰老，使植物维持正常的生长和发育[24,29-30]。在本研究中，金太阳果实POD活性一直高于早金艳果实，且CAT活性从成熟前5 d开始、SOD活性从成熟时开始也高于早金艳果实，有助于保护膜结构，延缓了果实软化速度，果实成熟后果肉硬度始终大于早金艳。理论上，可在果实近成熟期开始使用外源CAT、SOD和POD，以保护果实内各种酶与膜，进而使果肉硬度得以保持。

综上所述，杏果实在成熟过程中，果肉硬度逐渐下降，软肉品种早金艳果实成熟前的果肉硬度大于硬肉品种金太阳，成熟后的果肉硬度小于金太阳，早金艳果实软化速度大于金太阳，尤其是在成熟前后5 d早金艳果实软化速度明显大于金太阳。这与果实成熟过程中，早金艳果实乙烯释放量高于金太阳(尤其是果实成熟前5 d至成熟后5d，早金艳果实乙烯释放量增量和增幅明显大于金太阳)，早金艳果实MDA含量和LOX活性始终高于金太阳，金太阳果实POD活性一直高于早金艳，且CAT活性从成熟前5 d开始、SOD活性从成熟时开始也高于早金艳有关。