外源乙烯利处理对草莓果实成熟与品质的影响

于建强， 陈 悦， 李成奎， 纪方炎， 殷瑜佳， 高红胜， 生利霞

(1.扬州大学园艺与植物保护学院，江苏扬州 225009； 2.山东省临沂市园林环卫保障服务中心，山东临沂 276000)

草莓(Fragaria×ananassaDuch.)是多年生草本植物(属于蔷薇科草莓属)，具有果美味甜、芬芳馥郁、营养价值高的特点，是深受消费者喜爱的高经济价值水果。成熟期的草莓果实大多柔软，不耐贮运[1]，易形成集中上市，给生产者造成很大的运输和销售压力，如何控制果实成熟期是影响草莓价格的重要因素。在保证果实品质的前提下，通过有效调节草莓上市时间，可获得更高的经济效益，因此，调控草莓果实的成熟期显得尤为重要。

果实按照成熟机制的不同，通常被分为跃变型以及非跃变型。跃变型果实在成熟过程中通常有呼吸强度的剧烈变化，伴随着乙烯含量的显著增加，进一步促进果实的成熟；而非跃变型果实通常在成熟过程中呼吸强度没有明显变化，乙烯含量增加不显著。草莓果实属于后者，在成熟过程中草莓中的乙烯释放水平改变不显著，这为研究非跃变型果实相关发育机制提供了参考。

草莓果实的发育和成熟受外界环境条件如温度、光照等因素的影响，同时也被内部的植物激素所调控，乙烯作为植物关键激素在其中扮演了重要角色[3]。在其果实不同发育阶段，乙烯的产生存在特征模式，即在绿果期含量较高，白果期含量减少，至红色成熟阶段再次增加[4]。研究表明，尽管草莓果实中内源乙烯的浓度非常低[4]，但乙烯确实在草莓、葡萄等非跃变型水果的成熟过程中发挥了一定的作用[5-6]，只需在草莓中施加少量的乙烯就能触发与成熟相关的生理反应[7]。

近年来，植物激素调控果实成熟及品质变化的相关研究被广泛关注，为进一步探讨乙烯对草莓果实成熟过程及品质的影响，本研究采用外源乙烯利处理采后不同发育时期的草莓果实，对处理后的果实相关生理品质成分进行测定分析，明确乙烯对不同发育时期草莓果实成熟和品质的影响，为进一步探究草莓果实成熟与调控的相关机制夯实基础，进而促进草莓高效贮运保鲜技术的研究与开发，提高果实品质，提升产业经济效益。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验选用红颜草莓，采收于2022年4月份，生长于江苏省扬州市广陵区现代产业示范园。选取无病虫害、生长状态一致植株上大小相近且无外部损伤的果实用于试验(图1)，将果梗修剪均匀保留长度约5 cm。

1.2 试验方法

1.2.1 试材处理 分别配制乙烯利(2-氯乙基膦酸)处理液：2 mmol/L乙烯利+0.02% (体积分数)吐温+1% (体积分数)乙醇；对照组处理液：0.02% (体积分数) 吐温+1% (体积分数)乙醇。草莓果实在乙烯利处理液和对照处理液中分别浸泡5 min，果实取出晾干后在光照培养箱中处理(为防止果实失水，将果实垂直放置于装满蒸馏水的10 mL离心管上，果梗插入离心管的水中)。气候箱设置条件：光—暗周期为16 h—8 h，温度24 ℃。分别于处理后0、48、72 h拍照观察表型变化，并取样测定相关指标。每个处理设置3次重复，每次重复至少使用3颗草莓果实。

1.2.2 果实硬度与可溶性固形物含量测定 在草莓果实中间部位采用艾德堡 HP-50 数显式推拉力计测定果实硬度，并记录数据。可溶性固形物采用 ATAGO Pocket PAL-1 手持折光仪测定，取草莓果实果尖部分，挤出果汁滴于手持折光仪中，记录相关可溶性固形物含量。上述测定均保证3次重复，每次重复至少使用3颗草莓果实。

1.2.3 总酸含量测定 称取0.5 g草莓鲜样充分研磨，加入适量无CO2的蒸馏水，于75 ℃水浴上加热0.5 h，冷却后定容至20 mL。用滤纸(干燥的)缓慢过滤，收集过滤后的液体备用。分离5 mL滤液，添加酚酞指示剂(2～3滴)，氢氧化钠标准溶液(0.1 mol/L)滴定，直到微红色出现并且30 s不变色，记录用量。

计算样品总酸量：

式中：x为样品中总酸的质量浓度(以柠檬酸计)，g/L；c为 0.1(氢氧化钠标准溶液浓度)，mol/L；V1为样品中氢氧化钠溶液的使用量，mL；V0为空白对照中氢氧化钠溶液的使用量，mL；V2为5(分离滤液的体积)，mL；70为柠檬酸摩尔质量，g/mol。

1.2.4 挥发性物质测定 迅速对刚收的果实进行相关处理，48 h后即刻使用气相色谱检测其中的挥发性组分。在进样口，固相微萃取头以250 ℃老化40 min后，草莓匀浆后准确称量10 g，再加入3 g NaCl以及2 μL 3-壬酮(浓度0.01%，作为内标)进行混匀，统一灌入10 mL加样瓶，加盖固定，将萃取头伸入加样瓶(停留在上方的空留部分)，水浴 30 min (温度为40 ℃，主要起吸附作用)。水浴后将萃取头拔出再伸入DSQ联用仪(气相色谱-质谱)，240 ℃条件下解析1.5 min，GC-MS(气相色谱-质谱联用仪)测定并分析结果(进行2次重复)。

色谱分析相关要求：He用作载气，流动速度为1 mL/min；升温过程大致分为4个阶段，先在40 ℃稳定2 min，然后按照4 ℃/min的速率提高温度，到120 ℃后再以10 ℃/min的速率进行升温，最后直至温度为240 ℃稳定6 min。质谱相关要求：气相色谱-质谱联用仪接口处温度设置为240 ℃；离子源设置条件为200 ℃(工作温度)，EI(电离方式)，70 eV(电子能量)；33～450 amu作为质量范围。

挥发性物质鉴定及含量计算：根据草莓果实挥发性有机化合物的总离子流图，检索NISTlibrary和Wileylibrary质谱库，筛选匹配度高于800(正反均可)的结果，将其进行解析(使用人工图谱)，通过查阅文献资料最终确定相关成分。

挥发性物质的含量(ng/g)=[特征峰面积/内参标定物峰面积×内参标定物浓度(ng/μL)×2 (μL)]/样品质量(g)。

1.3 数据分析

使用Bio-Rad PrimePCR软件对获得的表达数据进行分析处理，将FaActin基因的表达水平用作内参，使用2-ΔΔCT法进行计算。3次重复的平均值作为最终结果。利用Origin 2019软件绘制柱状图。

2 结果与分析

2.1 对草莓果实外观表型的影响

由图2可以看出，处理48 h后，绿果期处理组草莓果实已经开始转色，而CK组未有明显变化；白果期处理组草莓果实已经完成转色，CK组着色程度明显低于处理组；转色期处理组果实也已经完成转色，而CK组花托部明显还未着色完全；全红期处理组与CK果实未有差异。处理后72 h，绿果期处理组草莓果实已经完全转色为全红，CK组果实花托部位已经转色但果尖部位还未着色；白果期处理组果实着色程度加深，CK组完成转色，但着色不均一；转色期处理组果实与CK组对比未有显著差异；全红期处理组果实着色加深，出现过熟衰老表型，而CK组未有明显变化。可以看出，外源乙烯利处理能促进草莓果实的提前着色。

2.2 对草莓果实硬度的影响

由图3可以看出，随着处理时间的延长，不同发育时期的果实处理组与CK组的果实硬度均呈下降趋势。但处理组果实硬度值变化明显大于CK组，其中绿果期处理从0 h到72 h果实硬度从 28.583 kg/cm2下降到 8.080 kg/cm2，硬度值下降近72%。而CK组从24.990 kg/cm2仅下降至21.533 kg/cm2。白果期处理组硬度值从 15.020 kg/cm2下降至3.733 kg/cm2，下降75%，而CK组硬度值从15.393 kg/cm2降至7.063 kg/cm2。转色期处理组硬度值从5.730 kg/cm2下降到 2.420 kg/cm2，CK组硬度值从5.863 kg/cm2降至4.056 kg/cm2。全红期处理组与CK组果实硬度值随处理时间变化不明显。由此可以看出，外源施加乙烯利加速了草莓果实的软化，特别是对绿果期和白果期草莓果实的促进效果更显著，果实硬度分别下降了72%和75%左右。

2.3 对可溶性固形物含量的影响

通过收集外源乙烯利处理的不同发育时期的草莓果实，测定其中的可溶性固形物含量(图4)。结果发现，与对照组相比，绿果期、白果期和转色期处理组的草莓果实可溶性固形物含量分别从处理前(0 h)的7.41%、7.26%和8.34%上升到处理后(48 h)的 8.14%、8.56%和9.86%，而CK组变化不显著。但在全红期，处理组的可溶性固形物含量不断下降，从处理前(0 h)的12.67%减少到处理后(72 h)的 10.03%，CK组则从处理前(0 h)的12.88%减少到处理后(72 h)的11.13%，下降幅度明显低于处理组。

2.4 对总酸含量的影响

由图5可知，绿果期处理组和对照组中草莓果实的总酸含量均随着时间呈先上升再下降的趋势。外源乙烯利处理组的白果期、转色期和全红期草莓果实总酸含量则随处理时间的增加均呈下降趋势，其中转色期与全红期下降显著，分别从处理前(0 h)的10.03 ng/g和8.38 ng/g减少为处理后(72 h)的7.42 ng/g和6.31 ng/g，与之相比，CK组总酸含量虽然也在减少但未有显著差异。可见外源乙烯利处理可导致草莓果实总酸含量降低，在转色期与全熟期发挥的作用更加明显。

2.5 对果实挥发性物质及含量的影响

处理48 h后，对各时期草莓果实挥发性物质进行定性和定量检测。结果表明，CK组各时期共检测出38种挥发性物质，其中酯类20种、醇类12种、醛类2种、酸1种、酮类3种；处理组各时期共检测出35种挥发性物质，其中酯类19种、醇类11种、醛类2种、酸1种、酮类2种(表1)。其中绿果期、白果期、转色期挥发性物质种类与含量较少，挥发性物质的释放主要集中在全红期。绿果期果实挥发性物质以醇类为主，随着果实发育成熟，酯类物质的成分和总量逐渐增加。

从表1可以看出，与对照相比，绿果期和白果期果实在外源乙烯利处理后其挥发性物质的成分和总量变化差异不大，而转色期和全红期则呈现显著的差异，转色期处理组果实挥发性物质总含量为 64.09 ng/g，对照组为99.13 ng/g，处理组较对照组降低了35.3%；全红期处理组的挥发性物质总含量为269.99 ng/g，明显低于对照组的359.39 ng/g，并且香气物质较对照组缺少了丁酸乙酯。

3 讨论

乙烯作为一类植物体内普遍存在的关键激素，参与调节成熟过程中果实品质形成[8]，按照果实成熟衰老过程中乙烯释放水平和呼吸作用变化的不同，果实被划分为呼吸跃变型以及非呼吸跃变型[9]。草莓果实是代表性的非呼吸跃变型，它在成熟衰老过程中释放的乙烯水平较跃变型果实差距巨大。前人认为乙烯在调控非呼吸跃变型果实成熟衰老中的作用有限，但也有研究表明，乙烯参与了非呼吸跃变型果实的成熟调控，如使用外源乙烯处理柑橘，促进相关类胡萝卜素的积累[10]；葡萄果实发育至成熟期前，存在内源乙烯合成瞬间增加的过程，该内源乙烯被认为促进了之后果实的迅速膨大和花青苷的大量积累以及果肉中中总酸含量的下降[5]。

表1 外源乙烯利处理对草莓果实挥发性物质及含量的影响 ng/g

本试验使用外源乙烯利处理采后不同发育时期的红颜草莓果实，检测了处理0、48、72 h不同时间段草莓果实的外观表型、果实硬度、可溶性固形物含量、总酸和挥发性香气物质的变化，发现外源乙烯利处理能够显著加快草莓果实的转色及色泽加深进程，果实硬度与总酸含量随着处理时间的延长不断下降，这与Wilkinson等的研究结果[11]一致。

外源乙烯利处理后，绿果期、白果期和转色期草莓中的可溶性固形物含量明显高于未处理的对照组，而在全红期则低于对照组。这可能是由于全红期草莓果实已经处于完全成熟状态，可溶性固形物含量在此时期已达到顶峰，外源乙烯利处理导致草莓果实提前进入衰老阶段，并进一步加速了衰老进程，促使糖等内源物质加速消耗，最终导致处理组草莓果实中可溶性固形物含量的降低。

与对照组相比，绿果期和白果期果实在外源乙烯利处理后其挥发性物质的种类和总量变化差异不大，而转色期和全红期则呈现显著的差异，即处理组果实中挥发性物质总含量明显低于对照组，并且全红期中香气物质较对照组少1种。总体上表现为外源乙烯利处理加速草莓果实成熟进程，促进果实着色，但却改变了果实中香气物质的种类和含量，降低了其香气品质。这可能与果实中色香代谢的竞争有关，由于果实色素类物质和香气物质的代谢路径有交集，二者存在代谢底物分配及流向的竞争，正是由于外源乙烯利处理促使代谢底物流向色素积累方向，促进了草莓果实着色，而向香气合成路径的分配量减少，最终导致果实香气物质合成受阻，但具体尚待后续进一步试验验证。