一氧化氮對采后水蜜桃果實衰老和清除自由基酶系影響

千春錄,劉 瑤,殷健東,侯順超,林 晨,顧 林,金昌海

(揚州大學食品科學與工程學院,江蘇揚州 225127)

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一氧化氮對采后水蜜桃果實衰老和清除自由基酶系影響

千春錄,劉 瑤,殷健東,侯順超,林 晨,顧 林,金昌海*

(揚州大學食品科學與工程學院,江蘇揚州 225127)

為研究一氧化氮(NO)處理對采后水蜜桃果實衰老和清除自由基相關酶的影響,分別采用0、5、10、20和30 μL/L的NO氣體熏蒸水蜜桃,然后置于20 ℃下貯藏10 d。結果表明:10 μL/L的NO處理可有效地抑制水蜜桃果實軟化。對自由基清除酶系影響研究表明,NO處理提高了貯藏期果實超氧化物歧化酶(SOD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)、脫氫抗壞血酸還原酶(DHAR)和單脫氫抗壞血酸還原酶(MDHAR)活性,保持了較高抗壞血酸(ASC)含量。因此,適宜濃度(10 μL/L)的NO處理能提高桃果實清除自由基酶系能力,抑制膜脂過氧化并保持細胞膜完整性,進而改善貯藏品質。

桃子,一氧化氮(NO),衰老,清除自由基酶系

水蜜桃(Prumuspersica(L.)Batsch cv. Yuhualu)不耐貯藏,在常溫下快速后熟軟化,極易變質腐爛,導致貨架期很短[1-2]。水蜜桃采后衰老機理和延緩其衰老進程的手段,一直是采后水蜜桃的研究熱點。

一氧化氮(NO)是普遍存在于植物體內的一種內源活性分子,它對植物成熟衰老有明顯抑制作用[3]。5和10 μL/L的NO熏蒸能顯著降低5和27 ℃下采后肥城桃果實果膠甲脂酶和內切葡聚糖酶活性,延緩纖維素和果膠降解[4]。NO處理還可減緩采后綠蘆筍葉綠素、VC、總糖、總黃酮含量的下降,延緩木質素、膜透性的增加,提高總抗氧化能力,從而改善其低溫貯藏品質,延長貯藏期[5]。NO對果實成熟衰老的作用機理較為復雜,大量研究表明NO可抑制乙烯產生[6]、酚類代謝[7]、果膠解聚[8-9]和鈣離子流失[10],同時NO通過直接抑制氧化酶活性或相關信號傳導來降低活性氧傷害[11],也可通過提高果實活性氧清除酶活性來維持活性氧產生和清除的動態平衡[12]。雖有大量關于NO作用和機理的報道,但NO的保鮮機理還有待進一步研究。本研究以“雨花露”水蜜桃為試材,研究不同濃度的NO處理對其采后衰老的抑制作用及對果實清除自由基酶系的影響,旨在為該品種水蜜桃保鮮貯藏提供新的途徑并揭示該處理對自由基清除酶系的作用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

水蜜桃 江蘇省揚州市果園,采收時果實硬度為33.49±1.06 N;可溶性固形物含量為8.62%±0.73%,大小均勻、無機械傷、無病蟲害。

NO和N2揚州正元氣體有限公司;乙二胺四乙酸二鈉、聚乙烯吡咯烷酮、愈創木酚、還原型谷胱甘肽、氧化型谷胱甘肽、還原型輔酶I、還原型輔酶Ⅱ、甲硫氨酸、氯化硝基四氮唑藍、核黃素、2-硫代巴比妥酸、聯吡啶均為分析純(AR) 國藥集團化學試劑有限公司;脫氫抗壞血酸、抗壞血酸氧化酶、二硫代硝基苯甲酸均為分析純(AR) 上海玉博生物科技有限公司。

TA-XT2i物性測定儀 英國穩定微系統公司;DDS-Ⅱ型電導儀 上海精密科學儀器有限公司;分析天平BSA-124S 北京賽多利斯儀器系統有限公司;臺式高速冷凍離心機5417R Eppendorf中國有限公司;紫外可見分光光度計UV-1750 島津中國有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 水蜜桃前處理 水蜜桃采后2 h內運至實驗室。20 ℃下將桃果放置于密封塑料箱(10 L)中,連續通入N2以充分排出容器中的氧氣,然后分別用 0(對照)、5、10、20、30 μL/L的NO(800 μL/L的NO原氣稀釋至需要濃度)熏蒸2 h。每個處理設置3個重復,每個重復30個果實。處理結束后,所有果實置于溫度20±1 ℃、濕度85%環境中貯藏。貯藏期間每隔2 d取樣,測定品質及生理指標。

1.2.2 測定指標及方法

1.2.2.1 果實硬度、丙二醛(MDA)和電導率 按千春錄等[13]的方法。

1.2.2.2 測定指標的方法 超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)、脫氫抗壞血酸還原酶(DHAR)、單脫氫抗壞血酸還原酶(MDHAR)、谷胱甘肽還原酶(GR)、抗壞血酸(ASC)和谷胱甘肽(GSH)按Qian等[14]的方法。

1.3 數據處理

應用SPSS16.0統計軟件進行方差分析,差異顯著性檢驗采用Tukey’ s多重比較法。

2 結果與分析

2.1 NO處理對果實硬度的影響

硬度是桃果成熟和衰老的重要指標[1-2,13]。如圖1所示,貯藏2 d后,對照桃果實硬度顯著下降,貯藏10 d后果實已嚴重軟化;NO處理的果實在室溫貯藏10 d時,10和20 μL/L的NO處理果實硬度分別是對照的1.58(p<0.05)和1.29(p<0.05)倍,而5和30 μL/L的NO處理效果不明顯。說明10和20 μL/L的NO處理能夠抑制采后桃果實軟化。

圖1 NO處理對水蜜桃果實硬度的影響Fig.1 Effect of NO treatment on the firmness in peach fruit

2.2 NO處理對MDA和電導率的影響

MDA是膜脂過氧化作用的主要產物,電導率可反映細胞膜的透性,MDA含量和電導率都是判斷衰老程度的重要指標[13]。貯藏期間水蜜桃MDA含量和電導率持續上升,NO處理可抑制其上升趨勢,其中10和20 μL/L的NO處理果實在整個貯藏期間MDA含量和電導率顯著(p<0.05)低于對照,貯藏到第10 d時MDA含量分別是對照的74.42%和78.54%,電導率分別是對照的79.74%和85.67%,而5和30 μL/L的NO處理果實MDA含量和電導率較高,各處理中30 μL/L的NO處理樣品MDA含量和電導率最高,與對照差異不顯著(圖2)。說明10和20 μL/L的NO處理可抑制膜脂過氧化并維持細胞膜完整性。

圖2 NO處理對水蜜桃果實MDA含量(A) 和電導率(B)的影響Fig.2 Effect of NO treatment on the MDA content(A) and electrolyte leakage(B)in peach fruit

2.3 NO處理對清除自由基酶系的影響

上述2.1和2.2結果表明,10和20 μL/L的NO處理能夠改善水蜜桃的貯藏品質,從保鮮效果(圖1和2)和處理經濟性方面考慮,10 μL/L是NO處理常溫貯藏水蜜桃的最佳濃度,而本實驗選擇該處理條件,后續研究NO處理對桃果清除自由基酶系的影響。

圖4 NO處理對水蜜桃果實APX(A)、DHAR(B)、MDHAR(C)和GR(D)活性的影響Fig.4 Effect of NO treatment on the APX(A),DHAR(B),MDHAR(C)and GR(D)activity in peach fruit

圖3 NO處理對水蜜桃果實SOD(A)、 CAT(B)和POD(C)活性的影響Fig.3 Effect of NO treatment on the SOD(A), CAT(B)and POD(C)activity in peach fruit

圖5 NO處理對水蜜桃果實ASC(A)和GSH(B)含量的影響Fig.5 Effect of NO treatment on the ASC(A)and GSH(B)content in peach fruit

ASC-GSH循環是植物體內重要的抗氧化系統,其中APX能夠通過氧化ASC來還原過氧化物,DHAR和MDHAR能夠通過氧化GSH來還原被APX氧化后的脫氫抗壞血酸和單脫氫抗壞血酸,而GR能夠還原氧化態谷胱甘肽至GSH[14]。如圖4A所示,APX活性在桃果貯藏初期上升,而后呈下降趨勢,NO處理能夠使APX活性持續升高,貯藏6 d后下降,其活性在貯藏4 d后顯著(p<0.05)高于對照,在10 d時桃果實APX活性是對照的1.89倍。說明果實在貯藏前期感受到氧化脅迫刺激,進而引起抗氧化能力提高,但不能長期維持,NO處理能讓果實維持較高的抗氧化能力。桃果DHAR和MDHAR活性在貯藏期呈先下降后上升趨勢,NO處理能夠保持其較高的活性(圖4B和4C)。說明貯藏前期ASC再生能力較弱,而NO處理能提高ASC再生能力,從而可保持較高的APX活性。GR活性在桃果貯藏期呈現上升趨勢,NO處理果實GR活性在貯藏初期急劇上升而后下降(圖4D)。說明桃果在貯藏后期有較強的GSH再生能力,積累GSH來促進ASC再生,而NO處理能使桃果在貯藏前期有較強的GSH再生能力來促進ASC再生。

ASC和GSH是ASC-GSH循環中重要的抗氧化物質,可直接或間接的清除過氧化物,其中H2O2的清除主要由ASC參與完成[1-2,14,16]。如圖5A所示,桃果實ASC含量在貯藏初期快速下降,而后上升至峰值后再次下降,NO處理可使水蜜桃維持較高的ASC含量。桃果GSH含量在貯藏前期變化并不明顯,而貯藏10 d時急劇上升,NO處理果實的GSH含量在貯藏初期下降,4 d時達到最低值,而后上升,并在10 d時下降,其含量是對照的77.48%(圖5B)。

3 討論

NO能夠延緩植物衰老[3,16-17],與1-MCP和熱處理相比,低濃度的NO可作為信號分子,能更有效的誘導提高果實采后防御能力[10]。從NO處理后“雨花露”水蜜桃常溫貯藏效果來看,10和20 μL/L的NO處理可延緩果實軟化并抑制膜脂過氧化,其中10 μL/L的NO處理更適合常溫貯藏水蜜桃保鮮貯藏,而5和30 μL/L的NO處理效果不明顯,說明適宜濃度(10 μL/L)的NO處理能改善桃果常溫貯藏品質。

桃果實在衰老過程中氧化脅迫上升[16,18],可導致膜脂過氧化和細胞膜透性增加。NO處理能提高植物抗氧化能力,清除活性氧以減緩氧化脅迫[18-20]。本研究表明,桃果實采后貯藏初期SOD、POD活性下降,而CAT活性上升,NO處理能保持果實較高的SOD活性,并保持貯藏前期高的POD活性,后期高的CAT活性,提高了直接清除活性氧的能力。

ASC-GSH循環是植物體內重要的防御系統,能在各種脅迫中保護細胞[21]。該循環中H2O2的直接清除酶是APX,其活性和ASC含量呈正相關,APX和ASC負責植物體內大部分H2O2的清除[14,16]。DHAR和MDHAR可維持ASC的還原態,GR可維持GSH的還原態,其活性提高是植物對逆境的一種適應性反應[14,16]。ASC-GSH循環中APX、MDHAR、DHAR和GR共同作用,通過還原態ASC、GSH的再生來維持APX的活性[14]。APX可由H2O2激活,低溫脅迫下NO能提高其活性,有助于提高耐冷性[16,22-23]。本研究表明,在常溫貯藏前期,APX活性升高導致ASC消耗過大而含量降低,后期MDHAR、DHAR活性升高才使ASC得到積累補充,從而使ASC含量呈現下降而后上升趨勢。NO處理的桃果實維持高水平的MDHAR、DHAR活性,提高果實中ASC含量,同時GSH消耗過大導致其含量較低。同時NO處理可保持常溫貯藏桃果高水平APX活性,進而促進了H2O2的清除,抑制了膜脂氧化進程和果實衰老。

4 結論

本研究表明,10 μL/L的NO處理能夠有效地延緩“雨花露”水蜜桃果實衰老和提高果實貯藏期SOD、APX、DHAR、MDHAR活性及ASC和GSH的再生能力,使ASC-GSH循環迅速恢復,從而提高果實清除自由基能力,抑制膜脂過氧化,并保持細胞膜完整性。

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Effect of nitric oxide treatment on senescence and enzymes to scavenge free radical of postharvest peach fruit

QIAN Chun-lu,LIU Yao,YIN Jian-dong,HOU Shun-chao,LIN Chen,GU Lin,JIN Chang-hai*

(College of Food Science and Engineering,Yangzhou University,Yangzhou 225127,China)

Peachfruitwerefumigatedwith0,5,10,20and30μL/Lnitricoxide(NO)respectively,tostudytheeffectofNOonthesenescenceandenzymestoscavengefreeradicalofpostharvestpeach.Theresultsshowed10μL/LNOtreatmentcouldeffectivelyinhibitfruitsoftenandenhancesuperoxidedismutase(SOD),ascorbateperoxidase(APX),dehydroascorbatereductase(DHAR),monodehydroascorbatereductase(MDHAR)activityandascorbate(ASC)content.Inconclusion,NOtreatmentatproperconcentration(10μL/L)couldadvancetheantioxidantcapacity,restraintheperoxidationofmembranelipidandmaintainthemembraneintegration,NOtreatmentcouldimprovethestoragequalityofpeachfruit.

peach;nitricoxide(NO);senescence;enzymestoscavengefreeradical

2016-06-01

千春錄(1982-)，男，博士，講師，研究方向：食品科學，E-mail：clqian@yzu.edu.cn。

*通訊作者:金昌海(1963-)，男，博士，教授，研究方向：食品科學，E-mail：chjin@yzu.edu.cn。

江蘇省基礎研究計劃(自然科學基金)-青年基金項目(BK20140483)；江蘇省高校自然科學研究面上項目(14KJB210010)；中國博士后科學基金面上項目(2014M560451)；揚州大學科技創新培育基金項目(2015CXJ077)；揚州大學大學生科技創新基金項目(x20158)。

TS255.36

A

1002-0306(2016)21-0329-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.21.055