1-甲基环丙烯对根用芥菜贮藏品质及抗氧化性的影响

刘亚平 林文艳 狄建兵 贺伟春 任 纲 王 伟 王 愈

（山西农业大学食品科学与工程学院，山西 太谷 030801）

根用芥菜（Brassica junceavar. megarrhiza Tsen et Lee）为十字花科芸薹属植物［1］，含有丰富的营养物质和多种生物活性成分，具有抑菌、降血脂、抗衰老、提神醒脑的作用［2］，同时含有丰富的纤维素，可促进肠道蠕动［3］。由于根用芥菜生长的季节性较强，采后呼吸作用强，采摘和运输过程中容易造成机械损伤，同时在贮藏过程中极易发芽，从而加速了衰老，并造成大量营养物质的损失［4］。

迄今为止，芥菜的研究主要集中在芥菜发酵［5］、菌株分离［6］等方面，对其贮藏保鲜研究较少，且贮藏方法主要集中在传统方法，如埋法、地窖法及低温贮藏等［7］。目前各种采后保鲜方法，包括低温［8］、生化处理［9］、物理处理［10］等，已被广泛用于延缓果蔬衰老、延长保质期、保持果蔬品质。然而，这些保存方法存在一些缺点和局限性，包括低温保存时间短、物理处理成本高、化学保存可能产生潜在的危害和污染问题等［11］。1-甲基环丙烷（1-methylcyclopropene，1-MCP）是一种乙烯受体抑制剂［12］。相比于传统保鲜剂，1-MCP 具有无毒、稳定性好、易于合成、使用浓度低等优点［13］，已广泛用于一系列水果和蔬菜产品的采后保鲜［14］。然而，目前关于1-MCP 处理对根用芥菜贮藏品质、发芽及抗氧化酶活性的影响机制尚不明确。本研究以晋中地区栽培较多的根用芥菜品种光头芥为试验材料，研究不同浓度1-MCP 对低温贮藏过程中根用芥菜贮藏品质、发芽率及抗氧化作用的影响，旨在确定最佳浓度，为根用芥菜的贮藏技术和采后生理研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

根用芥菜品种：光头芥，采摘于山西省晋中市太谷区，采后立即运回实验室，去除茎叶，然后将根部表面土除去，选择无机械损伤、无病虫害，大小一致的样品放置到预冷间预冷12 h。

1-MCP 泡腾片（质量分数为0.18%），台湾龙杏生技制药股份有限公司；抗坏血酸、2，6-二氯靛酚钠，江苏奥福生物科技有限公司；草酸、三氯乙酸，分析纯，天津市鼎盛化工有限公司；亚油酸、吐温20，上海源叶生物科技有限公司；聚乙烯吡咯烷酮，乌兰察布市珂玛新材料有限公司；30% H2O2，南京化学试剂股份有限公司；硫代巴比妥酸，上海弘顺生物科技有限公司；愈创木酚，济南乐奇化工有限公司。

1.2 仪器与设备

TEL-7001气体成分检测仪，北京阳光亿事达科技有限公司；DHG-9040E 电热鼓风干燥箱，上海松岛仪器有限公司；HHS-21-6 电热恒温水浴锅，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；V-1200 型可见分光光度计，上海美谱达仪器有限公司；Cary60 UV-vis 紫外分光光度计，安捷伦科技（中国）有限公司；Centrifuge 5804R高速冷冻离心机，德国艾本德股份公司；TMS-Pro 质构仪，南京铭奥仪器设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 材料及处理方法 将芥菜随机分为4 组，每组105 个果实，对照组不做处理直接在（16±1）℃环境下密封24 h，处理组用不同浓度（1.0、1.5、2.0 µL·L-1）的1-MCP 于（16±1）℃环境下密封熏蒸处理24 h。24 h 后将对照和处理组的芥菜用0.03 mm 聚乙烯保鲜袋包装，于温度1 ℃、相对湿度65%条件下贮藏80 d，每20 d 取根用芥菜清洗干净，取中心部位测定相关指标，每个指标重复3 次。其中每组75 个芥菜，每个处理重复25个芥菜用于评估发芽。

1.3.2 呼吸强度的测定 利用气体成分检测仪测定呼吸强度(mg·kg-1·h-1)，计算公式如下：

式中，M表示气体相对分子质量；N表示CO2浓度；T表示环境温度；V 表示呼吸室体积；m 表示样品质量；h表示测定时间。

1.3.3 失重率和发芽率的测定 采用称重法测定失重率［15］，每组固定初始质量为m（g），20 d测定一次，计算公式如下：

式中，m1为贮藏中的质量（g）。

发芽率指用游标卡尺测量的长度大于1 mm 芽的生长情况［16］，计算公式如下：

1.3.4 硬度、木质素和抗坏血酸含量的测定 使用质构仪进行硬度测试［17］，单位为N。

木质素测定参照赵玉雪等［18］的硫代硫酸钠滴定法，单位为%。

抗坏血酸含量参照曹建康［19］的研究，采用2，6-二氯靛酚滴定法测定。

1.3.5 细胞膜透性和丙二醛（malonaldehyde, MDA）含量的测定 细胞膜透性参考魏雯雯等［20］的方法，采用相对电导率表示根用芥菜细胞膜透性。MDA 含量参照曹建康［19］的方法测定。

1.3.6 酯氧合酶（lipoxidase, LOX）和苯丙氨酸解氨酶（phenylalnine ammonialyase，PAL）活性的测定 LOX活性测定参照柯有剑等［21］的方法；PAL 活性测定按照索莱宝试剂盒说明书进行，单位为U·g-1。

1.3.7 过氧化氢酶（catalase, CAT）和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）活性的测定 CAT活性的测定参照Zhang 等［22］的方法，单位为U·g-1；SOD 活性测定按照索莱宝试剂盒说明书进行，单位为U·g-1·min-1。

1.3.8 过氧化物酶（peroxidase, POD）和抗坏血酸过氧化物酶（ascorbate peroxidase, APX）活性的测定 参照曹建康等［19］的研究采用愈创木酚比色法测定POD 活性，单位为U·g-1·min-1；APX 活性按照索莱宝试剂盒说明书进行测定，单位为U·g-1。

1.4 数据处理

采用SPSS Statistics 23 软件，利用Duncan 法进行多组样本间差异显著性分析，所有结果均用平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 1-MCP对根用芥菜呼吸强度的影响

由图1 可知，在低温环境下贮藏，随着贮藏时间的延长，芥菜的呼吸强度先迅速下降后缓慢上升。贮藏第20 天，各组芥菜的呼吸强度均达到最低值，其中1.0 µL·L-1的1-MCP 处理芥菜的呼吸强度最低，为4.79 mg·kg-1·h-1，与对照组（8.81 mg·kg-1·h-1）差异显著（P<0.05），且整个贮藏期间，1-MCP处理组呼吸强度均显著低于对照组（P<0.05）。表明1-MCP 处理可有效抑制芥菜的呼吸强度，1.0 µL·L-11-MCP 处理组的效果最佳。

图1 1-MCP 对根用芥菜呼吸强度的影响Fig.1 Effect of 1-MCP on respiratory intensity of root mustard

2.2 1-MCP对根用芥菜失重率和发芽率的影响

由图2-A可知，随着贮藏时间的延长，芥菜的失重率逐渐增加。整个贮藏期间，对照组的失重率均显著高于各处理组（P<0.05），其中1.0 µL·L-11-MCP 处理组优于其他两处理组。由图2-B 可知，贮藏40～80 d 1-MCP处理显著抑制了芥菜的发芽率（P<0.05）。贮藏第80 天时，对照组发芽率分别是1.0、1.5、2.0 µL·L-11-MCP 处理组的4.6、3.2、2.8 倍。其中，1.0 µL·L-11-MCP处理组发芽率显著低于1.5、2.0 µL·L-11-MCP处理组（P<0.05）。表明1-MCP 处理对芥菜的失重率和发芽率有明显的抑制作用，其中1.0 µL·L-11-MCP 处理组抑制效果最好。

图2 1-MCP 对根用芥菜失重率 （A） 和发芽率 （B） 的影响Fig.2 Effect of 1-MCP on weight loss （A） and germination rate （B） of root mustard

2.3 1-MCP 对根用芥菜硬度、木质素和抗坏血酸含量的影响

由图3-A 可知，在贮藏过程中芥菜硬度整体呈现下降趋势。其中0～60 d，芥菜硬度呈先下降后上升的趋势，在第40 天达到最低值，此时对照组硬度显著低于1.0、1.5 µL·L-11-MCP处理组（P<0.05）。由图3-B可知，芥菜的木质素含量在贮藏过程中呈上升趋势，整个贮藏期1.0 µL·L-11-MCP 处理组木质素含量显著低于对照组（P<0.05）。抗坏血酸是果蔬机体内重要的营养成分之一，其含量也是反映果蔬贮藏情况的重要参考［23］。由图3-C 可知，在贮藏期间，芥菜的抗坏血酸含量呈下降趋势，其中0～20 d，对照芥菜的抗坏血酸损失最多，与鲜样相比损失率高达30.4%，而1.0、1.5、2.0 µL·L-11-MCP处理组的损失率分别为13.0%、18.8%、22.2%。整个贮藏期间，各处理组与对照组均存在显著差异（P<0.05），其中1.0 µL·L-11-MCP 处理组抗坏血酸含量显著高于其他两处理组（P<0.05）。表明1-MCP处理可以有效维持芥菜抗坏血酸含量。

图3 1-MCP对根用芥菜硬度（A）、木质素（B）和抗坏血酸含量（C）的影响Fig.3 Effect of 1-MCP on hardness （A），lignin （B） and ascorbic acid content （C） of root mustard

2.4 1-MCP 对根用芥菜细胞膜透性和MDA 含量的影响

植物组织的相对电导率反映了细胞膜的损伤程度。由图4-A可知，随着贮藏时间的延长，芥菜的相对电导率整体呈增加趋势。与鲜样相比，贮藏第80 天时，芥菜的相对电导率分别上升了3.9、0.7、1.1、1.8个百分点。与对照相比，1-MCP 处理显著抑制了芥菜相对电导率（P<0.05），而各1-MCP处理组之间差异不显著（P>0.05）。由图4-B 可知，贮藏过程中，各组芥菜MDA含量均呈现先上升后下降的趋势。贮藏第60天时，各组芥菜MDA 含量达到高峰，其中1.0 µL·L-1和1.5 µL·L-1处理组的MDA 含量较低，为0.083、0.084 µmol·g-1，显著低于对照组（0.11 µmol·g-1） （P<0.05）。表明1-MCP处理可以缓解芥菜细胞膜损伤。

图4 1-MCP对根用芥菜相对电导率 （A）和丙二醛含量（B）的影响Fig.4 Effect of 1-MCP on relative electrical （A） and MDA content （B） of root mustard

2.5 1-MCP对根用芥菜氧化酶活性的影响

2.5.1 LOX 和PAL 活性 LOX 是引起果蔬采后衰老的酶之一，能反映果蔬贮藏的衰老进程［24］。由图5-A可知，采后贮藏期芥菜LOX 活性整体呈现上升趋势，0～40 d，对照组LOX 活性快速上升，40 d 后缓慢上升，而1-MCP 处理组在整个贮藏期间均缓慢上升，但整体显著低于对照组（P<0.05）。PAL参与木质素的合成和积累，随着PAL 活性的增加，木质素含量增加［25］。由图5-B 可知，芥菜PAL活性呈先上升后下降的趋势，贮藏第20 天时，各组芥菜PAL 活性达到峰值，其中对照组PAL 活性最高，为11.71 U·g-1，其次是2.0 µL·L-1（10.41 U·g-1）、1.5 µL·L-1（10.36 U·g-1）1-MCP 处理组，1.0 µL·L-11-MCP 处理组的PAL 活性最低，为9.84 U·g-1。直到贮藏结束，各处理组芥菜PAL始终低于对照组，且与对照组之间差异显著（P<0.05）。

图5 1-MCP对根用芥菜脂氧合酶活性 （A） 和苯丙氨酸解氨酶活性（B）的影响Fig.5 Effect of 1-MCP on LOX activity （A） and PAL activity （B） of root mustard

2.5.2 CAT 和SOD 活性 CAT 可促使H2O2分解为氧和水，从而使细胞免遭H2O2的毒害，是生物防御体系的关键酶之一［26］。由图6-A 可知，对照组和1-MCP 处理组芥菜CAT 活性变化趋势一致，均随贮藏时间延长呈下降趋势。在贮藏第20 和第80天时，1.5 µL·L-1和2.0 µL·L-11-MCP 处理组CAT 活性显著高于对照组，在贮藏40～60 d，两组CAT 活性高于对照组，但差异不显著（P>0.05），而1.0 µL·L-11-MCP 组整个贮藏期芥菜CAT 活性始终显著高于对照（P<0.05）。SOD 是植物体内重要的抗氧化酶，可催化O2-生成无毒害的H2O和O2，防止细胞的脂膜过氧化及内容物的渗漏，延缓衰老［27］。由图6-B 可知，随着贮藏时间的延长，芥菜的SOD 活性呈现先上升后下降的趋势，整个贮藏期间1-MCP 处理组SOD 活性均显著高于对照组（P<0.05），其中1.0 µL·L-11-MCP 处理组的SOD 活性始终显著高于其他两处理组（P<0.05）。

图6 1-MCP对根用芥菜过氧化氢酶活性（A）和超氧化物歧化酶活性（B）的影响Fig.6 Effect of 1-MCP on CAT activity （A） and SOD activity （B） of root mustard

2.5.3 POD 和APX 活性 POD 具有清除细胞内过氧化物的作用，可将过氧化氢分解为对细胞无伤害的水和氧气，同时也是植物酶性保护系统的主要成分之一［28］。由图7-A 可知，在贮藏期间，芥菜POD 活性整体呈现先上升后下降的趋势。在贮藏20 d时，各组芥菜POD 活性达到峰值，之后呈下降趋势，其中1.0 µL·L-11-MCP 处理组活性最高，为259.75 U·g-1；其次是1.5 µL·L-11-MCP 处理组，为208.98 U·g-1，最低的是对照组，为118.48 U·g-1。整个贮藏期，1.0 µL·L-11-MCP 处理组POD 活性显著高于其他处理组（P<0.05）。APX 是清除活性氧的重要抗氧化酶之一，也是抗坏血酸代谢的关键酶之一［29］，可以延缓果蔬衰老。由图7-B 可知，芥菜的APX 活性整体呈下降趋势。0～20 d，各组APX 活性快速下降，与对照组相比，处理组变化幅度较缓。之后，对照组APX 活性变化趋于平缓，而处理组呈上升趋势。整个贮藏期1-MCP 处理组APX 活性显著高于对照组（P<0.05），其中1.0 µL·L-11-MCP处理组APX活性最高。

图7 1-MCP对根用芥菜过氧化物酶活性 （A）和抗坏血酸过氧化物酶活性（B）的影响Fig.7 Effect of 1-MCP on POD activity （A） and APX activity （B） of root mustard

2.6 基于PCA 对不同浓度根用芥菜贮藏品质和抗氧化的区分

为了更大限度地区分组间差异，分别选取了贮藏初期（0 d）、中期（40 d）和末期（80 d）3个有代表性、间隔较远的贮藏时间进行主成分分析。图8 为对照和1-MCP处理组在不同贮藏时间下芥菜贮藏品质和抗氧化主成分分析（principal components analysis，PCA）得分图，其中第1主成分的贡献为57.4%，第2主成分的贡献为31.4%，累计贡献率为88.8%。对照组分布在横坐标正半轴，而鲜样和1-MCP 处理组分布在横坐标的负半轴，表明对照组和处理组分离效果较好，差异性较大。

图8 不同浓度1-MCP处理根用芥菜的PCA得分Fig.8 PCA of root mustard treated with different concentrations of 1-MCP

3 讨论

根用芥菜属于根菜类蔬菜，其水分含量较高、呼吸代谢旺盛，在贮藏期间容易失水和发芽，加速衰老进程，降低其商品价值［17］。据报道，蔬菜发芽与乙烯含量有关，乙烯可以促进发芽［30］。1-MCP 是一种乙烯受体抑制剂［31］，已广泛应用于一系列的果蔬的采后贮藏［32］。萌发是一个伴随着呼吸作用增强的复杂生理过程［33-35］。本研究中，采后芥菜呼吸强度旺盛，随着田间热散去，呼吸强度减弱，但随着贮藏时间的延长，根用芥菜呼吸强度增加，这可能是由芥菜发芽所致。经1-MCP 处理的光头芥呼吸强度和发芽率显著低于对照组，其中1.0 µL·L-11-MCP处理最低，这与Luo等［36］和苑宁等［37］的研究结果一致。失重率和硬度是判断果蔬品质最直观的指标，而果实软化是因为原果胶酶将原果胶分解为果胶［38］。本研究发现，1-MCP 处理组的根用芥菜失重率和硬度显著低于对照组。此外，前人对鲜切山药［37］和苹果［39］的研究表明，1-MCP可以通过降低多醛酸和中性糖的增溶作用来限制细胞壁水解活性，维持果实细胞壁果胶含量和硬度，延缓其软化过程，这些结果也证实了本研究的结论。

MDA 作为膜脂过氧化的重要产物，可以一步破坏生物膜，而LOX 是引起膜脂过氧化的关键酶，在降解过程中产生活性氧（reactive oxygen species，ROS），其中LOX活性的升高会促使MDA积累，加速果实衰老和成熟［40］。李辉等［41］研究表明，1-MCP 可以抑制LOX活性，进而减少MDA 的积累。本研究发现，芥菜MDA含量和LOX 活性呈上升趋势，这是因为芥菜器官随着贮藏时间的延长不断衰老，造成细胞膜脂过氧化。与对照组相比，1-MCP 能够抑制芥菜LOX 活性、减少MDA 的积累，其中1.0 µL·L-11-MCP 处理组优于其他1-MCP 处理组。ROS 的积累会引起细胞氧化损伤，最终导致植物衰老。同时在种子发芽期间，ROS 参与缓解休眠和种子萌发，抑制ROS 的产生可以延缓发芽［42］。CAT、SOD、POD和APX等抗氧化酶是清除植物体内ROS 的关键酶，其中SOD 可以将O2-转化为H2O2，H2O2可以进一步通过POD、CAT 和APX 分解为H2O 和O2［43］。据报道，1-MCP 处理可以增加果蔬CAT、SOD、POD 和APX 活性，抑制ROS 的产生，从而延缓果蔬衰老，抑制发芽，延长贮藏期［32，44-45］。本研究发现，芥菜CAT 和APX 活性整体随贮藏时间的延长而不断下降，可能是由于芥菜衰老导致过氧化氢不断积累，当积累量达到一定程度未及时清除，就可能抑制CAT 和APX的活性。贮藏期间芥菜POD 和SOD 活性呈上升趋势，这可能是由于采后芥菜活性氧失衡，不断产生超氧阴离子自由基，从而诱导POD 和SOD 活性增加。与对照相比，1-MCP 处理芥菜CAT、SOD、POD 和APX 的活性处于较高水平，降低了发芽率，表明1-MCP 可以通过增加ROS 代谢酶的活性来减少ROS 的积累，降低芥菜块茎的发芽率，从而延缓其衰老。

4 结论

本研究利用1.0、1.5、2.0 µL·L-11-MCP 处理根用芥菜，结果发现，与对照相比，1-MCP 处理降低了芥菜失重率、木质素含量，抑制了呼吸强度，保持了较高的硬度和抗坏血酸含量，同时抑制了LOX 和PAL 活性，减少了细胞渗透率和MDA 含量的积累，提高了CAT、SOD、POD 和APX 活性，降低了芥菜的发芽率，从而延缓了其衰老，其中1 µL·L-11-MCP的效果最佳。