熱水處理對桃果實采后病害及生理變化的影響

周文娟,陳 晨,胡文忠,覃 童,王佳碩

(大連民族學院生命科學學院,遼寧大連 116600)

熱水處理對桃果實采后病害及生理變化的影響

周文娟,陳 晨*,胡文忠,覃 童,王佳碩

(大連民族學院生命科學學院,遼寧大連 116600)

為研究熱水處理對桃果實采后病害及生理變化的影響,采用50 ℃熱水浸泡處理桃果實1 min后置于25 ℃條件下貯藏,分析貯藏期間桃果實的發病率以及抗氧化代謝相關酶,如抗壞血酸過氧化物酶(APX)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、脂氧合酶(LOX),苯丙烷代謝關鍵酶苯丙氨酸解氨酶(PAL)以及苯丙烷代謝產物總酚、黃酮、木質素含量。實驗結果表明:熱處理能夠有效控制接種褐腐菌(Moniliniafructicola)桃果實的發病率。熱處理顯著提高采后桃果實APX、POD和PAL活性(p<0.05),抑制LOX活性,同時促進總酚、黃酮、木質素積累。采后熱處理通過提高桃果實的抗氧化及苯丙烷代謝能力,啟動桃果實的防御反應,進而提高果實抗病性。

桃果實,熱處理,采后病害,抗氧化代謝,苯丙烷代謝

桃果實味道鮮美,營養豐富,是人們最為喜歡的鮮果之一,但采后極易受到病原菌侵染,導致腐爛變質[1]。目前普遍使用化學殺菌劑控制病害發生,但化學殺菌劑的大量使用涉及到病原菌產生抗藥性、藥物殘留、環境污染等問題,并使果實安全性受到威脅。熱處理作為一種物理保鮮方法,其安全、無毒、便于操作,受到國內外學者的廣泛關注。大量研究表明采后熱處理可以有效控制香瓜[2]、桃[3-4]、木瓜[5]、草莓[6-7]、香蕉[8]等果實病害的發生,延長保質期。熱處理對采后果蔬的病害控制機理主要有兩個方面,一方面熱處理直接對病原真菌具有殺傷作用,另一方面熱處理能夠誘導果實產生抗病性[3-4]。Spadoni等[4]研究表明采后桃果實在瞬時高溫處理(60 ℃熱水處理20 s)后快速做出應激應答,熱處理后6 h內,其病程相關蛋白基因(CHI、GNS和PAL)與活性氧(ROS)清除相關基因表達量迅速上升。植物組織的衰老和抗病都與ROS的代謝密切相關,過量的ROS累積會引起組織細胞氧化損傷,加速果實衰老,提高植物體內抗氧化防御系統中的抗氧化物酶如抗壞血酸過氧化物酶(APX)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)活性,可以有效清除過量ROS,從而提高果實抗病能力[9]。同時,苯丙烷代謝系統作為生成酚類物質的主要次生代謝途徑,在植物抗病防御反應中發揮著重要作用[10]。本文以采后桃果實為對象,研究了熱處理對其采后病害以及抗氧化和苯丙烷代謝的影響,為進一步完善熱處理在采后果蔬貯藏保鮮中的作用機理及為桃果實保鮮提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

桃[Prunuspersica(L.)Batsch] 采自大連市金州區果園,供試品種為燕紅,采收成熟度為八成熟,采后當天運回實驗室。挑選成熟度均勻、大小基本一致、無病蟲害、無機械損傷的果實為試材。褐腐菌(Moniliniafructicola) 購于中國農業微生物菌種保藏中心；聚乙烯吡咯烷酮、過氧化氫、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、愈創木酚、鄰苯二酚、硼酸、四硼酸鈉、β-硫基乙醇、L-苯丙氨酸、抗壞血酸、次氯酸鈉 國產分析純。

電子天平 梅特勒托利多儀器(上海)有限公司;DK-S26型電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實驗設備有限公司;BR4i型臺式高速冷凍離心機 法國Jouan;Lambda-25型紫外可見分光光度計 美國PE;T-25型勻漿器 德國IKA;UV-2100型紫外可見分光光度計 尤尼柯上海儀器有限公司。

1.2 樣品處理

采后桃果實采用2%次氯酸鈉溶液中浸泡殺菌2 min,清水沖洗瀝干后,用接種針在果實胴部刺4 mm(深)×3 mm(寬)的傷口,接種10 μL 濃度為1×104cfu/mL的褐腐菌(M.fructicola)孢子懸浮液。將接種后的桃果實隨機分成兩組,一組為熱處理組:50 ℃熱水浸泡處理1 min,另一組為對照組:自來水浸泡處理1 min。兩組處理后風扇吹干,置于(25±2) ℃貯藏3 d,每天測定發病率。每次處理果實用20個,重復三次。未接種褐腐菌的桃果實采用同樣方法處理后置于(25±2) ℃貯藏3 d,每天取果皮面下1 mm處果肉組織樣品用于生理變化分析。

1.3 酶活性的測定

APX和CAT活性測定參考Ren等[11]的方法;POD和PPO活性的測定參考Jiang等[12]的方法。LOX活性的測定參考閆媛媛等[13]的方法;PAL活性的測定參考Yan等[14]的方法。

1.4 總酚、黃酮和木質素的測定

總酚、黃酮的測定參照曹建康等[15]的方法;木質素含量的測定參考姜愛麗等[16]的方法。

1.5 數據處理

采用SPSS 18.0進行數據處理分析,用鄧肯氏多重比較方法進行差異顯著性檢驗,p<0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 熱處理對采后桃果實貯藏期間褐腐病的控制效果

如圖1所示,在貯藏過程中空白對照組桃果實被褐腐菌侵染后發病較快,貯藏1 d后開始發病,3 d后發病率達到100%,而熱水處理后桃果實貯藏2 d后開始發病,貯藏3 d后,發病率僅為54%。

圖1 熱處理對采后桃果實褐腐病的控制效果Fig.1 Effects of heat treatments on control of brown rot in peach fruits

2.2 熱處理對采后桃果實APX活性的影響

APX作為以抗壞血酸為電子供體的過氧化物酶,通過催化抗壞血酸與活性氧H2O2發生氧化還原反應,清除植物體內的H2O2,提高果蔬的抗氧化能力[9]。如圖2A所示,對照組桃果實在貯藏期間0～2 d內，APX活性呈先上升后下降的趨勢,第3 d又略有上升。桃果實經過熱處理1 d后APX活性與對照組無顯著差異(p>0.05),但2 d后APX活性顯著高于對照組(p<0.05),桃果實在熱處理2 d和3 d后其APX活性分別為對照組的1.97倍和1.16倍。

2.3 熱處理對采后桃果實CAT活性的影響

CAT能催化植物體內積累的H2O2分解為水和分子氧,從而減少H2O2對果蔬組織可能造成的氧化傷害。如圖2B所示,隨著貯藏時間延長,熱處理和對照組桃果實的CAT活性均呈現下降趨勢,且二者CAT活性無顯著差異(p>0.05)。而肖紅梅等[17]和芮懷瑾等[18]研究表明熱處理能夠提高番茄和枇杷的CAT活性,這可能與熱處理的果實不同有關。

2.4 熱處理對采后桃果實POD活性的影響

POD是果蔬體內的一種重要氧化還原酶,催化過氧化氫、氧化酚類物質產生醌類化合物,且與CAT、SOD協同作用,清除過量的自由基,從而降低細胞氧化損傷,通常將其視為果蔬抗氧化代謝的重要指標[19]。由圖2C所示,桃果實在貯藏過程中POD活性隨著時間延長呈下降趨勢,熱處理桃果實在最初的1 d,POD活性與對照組無顯著差異(p>0.05),隨后其POD活性逐漸升高,熱處理2 d和3 d后的桃果實POD活性分別為對照組1.69倍和1.57倍。由此可見,采后熱處理可以有效提高桃果實POD活性,提高其抗氧化能力,進而增強桃果實的抗病能力。這與熱處理提高黃花梨活性氧代謝的研究結果類似[20]。

圖2 熱處理對采后桃果實APX(A)、CAT(B)、POD(C)和LOX(D)活性的影響Fig.2 Effect of heat treatment on the APX(A),CAT(B),POD(C)and LOX(D)activities of peach fruits

2.5 熱處理對采后桃果實LOX活性的影響

LOX與果蔬細胞脂質的過氧化作用密切相關,它通過破壞細胞質膜而引起機體衰老,此外,LOX催化產生的自由基、過氧化物質等會對生物體造成氧化損傷[21],因此,通過降低果蔬貯藏期間LOX活性,可以延緩其衰老進程。如圖2D所示,對照組桃果實隨著貯藏時間的延長呈先上升后下降的趨勢,在儲藏2 d時,達到最大值。桃果實熱處理后LOX活性呈現先下降后上升再下降的趨勢,與對照組相比,熱處理可以有效降低桃果實貯藏期間LOX活性,減輕桃果實的膜脂過氧化程度,進而推遲果實衰老,延長貯藏期。

2.6 熱處理對采后桃果實PAL活性的影響

苯丙烷類代謝活性增強是植物誘導抗性后的典型反應,PAL是果蔬苯丙烷代謝的第一限速酶,其活性的高低與植物抗病性的強弱密切相關,被認為是植物主要防御酶之一[10]。如圖3所示,對照組桃果實PAL活性隨貯藏時間延長呈現先上升后下降再上升的趨勢,而熱處理桃果實PAL活性隨著貯藏時間的延長逐漸上升,熱處理桃果實在貯藏2 d和3 d時PAL活性顯著高于對照組(p<0.05),熱處理可以有效提高桃果實PAL活性,增強其苯丙烷代謝,進而誘導桃果實產生抗病能力。

圖3 熱處理對采后桃果實PAL活性的影響Fig.3 Effect of heat treatment on the PAL activity of postharvest peach fruits

2.7 熱處理對采后桃果實總酚、黃酮及木質素含量的影響

總酚、黃酮及木質素是植物苯丙烷代謝的產物,是果蔬體內重要的抗菌物質,同時,總酚和黃酮也是植物體內重要的抗氧化物質,能夠延緩果蔬貯藏過程中的氧化損傷,而木質素沉積在細胞壁的不同部位能夠增強植物組織的機械強度,增強對病原物侵染的抵抗能力[16]。熱處理對桃果實黃酮含量的影響較為顯著,如圖4B所示,在室溫貯藏過程中,熱處理桃果實的黃酮含量變化趨勢與對照組相同,且明顯高于對照組。由此可見,熱處理促進了桃果實黃酮類物質的合成,這與Ummarat等[8]的研究一致。熱處理對桃果實總酚含量的影響如圖4A所示,桃果實熱處理1 d后,總酚含量顯著低于對照組(p<0.05),這可能是由于部分多酚用于合成木質素被消耗,而隨后又有大量多酚物質合成,因此在熱處理2 d和3 d后,桃果實中的總酚含量顯著高于對照組(p<0.05)。如圖4C所示,熱處理組和對照組桃果實在貯藏前2 d木質素的含量無顯著差異(p>0.05),只有熱處理3 d后桃果實的木質素含量高于對照組,是對照組的1.68倍。熱處理桃果實貯藏后期木質素的沉積導致細胞壁的木質化,從而能夠有效抵抗病原物的侵染。

圖4 熱處理對采后桃果實總酚(A)、黃酮(B)和木質素(C)含量的影響Fig.4 Effect of heat treatment on the total phenolics(A), flavonoids(B)and lignin(C)contents of postharvest peach fruits

3 結論

根據衰老自由基理論,細胞的衰老與細胞膜脂的過氧化有關,而細胞膜質的過氧化是由過量活性氧的積累引發的,植物體內抗氧化防御系統中的抗氧化酶如APX、CAT、POD等可清除活性氧,減輕植物氧化損傷,從而延緩其衰老[22]。苯丙烷代謝在植物防御過程中起到重要作用,代謝相關酶和產物的變化與植物抗性密切相關[16]。本研究結果顯示采后熱處理能夠有效控制接種褐腐菌(Moniliniafructicola)桃果實的發病率。同時,熱處理能夠誘導桃果實內抗氧化酶APX和POD活性增強,并且抑制LOX活性,從而有效提高果實組織內抗氧化能力,降低過氧化物引起的膜功能和結構的破壞,延緩桃果實的衰老進程,進而增強桃果實的抗病能力。此外,熱處理提高了桃果實中參與植物苯丙烷代謝關鍵酶PAL的活性,顯著提高果實苯丙烷代謝產物總酚、黃酮和木質素含量,增強桃果實的抗菌能力,進而有效抵御病原微生物的入侵,降低果實腐爛,延長保質期。綜上所述,采后熱處理可以通過提高桃果實的抗氧化和苯丙烷代謝的能力,增強果實的抗病性。

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Effects of heat water treatment on the postharvest disease and physiological changes of peach fruits

ZHOU Wen-juan,CHEN Chen*,HU Wen-zhong,QIN Tong,WANG Jia-shuo

(College of Life Science,Dalian Nationalities University,Dalian 116600,China)

In order to determine the effect of heat water treatment on the postharvest disease and physiological changes of peach fruits,peach fruits were dipped in 50 ℃ hot water for 1 min and then stored at 25 ℃. During the storage,disease incidence of fruits were investigated and the activities of antioxidant metabolic system enzymes(APX,CAT,POD and LOX)and phenylpropanes metabolic system enzymes(PAL)were analyzed. Meanwhile,the contents of phenylproanoid metabolites(total phenolics,flavonoids and lignin)were measured. The results showed that disease incidence of fruits inoculated withMoniliniafructicolawere inhibited effectively in heat treated sample. Heat treatment could effectively induce the APX,POD and PAL activities and inhibit the LOX activity. Meanwhile,the level of total phenolics,flavonoids and lignin were enhanced in peach fruits. These findings suggested that postharvest heat treatment stimulate the process of antioxidant,phenylproanoid metabolism and started defense reaction of peach fruits.

peach fruits;heat treatment;postharvest disease;antioxidant metabolism;phenylproanoid metabolism

2016-10-08

周文娟(1994-)，女，本科，研究方向：食品加工與質量安全控制，E-mail：15140627549@163.com。

*通訊作者:陳晨(1986-)，女，博士，講師，研究方向：采后生物學與技術，E-mail：chenchen@dlnu.edu.cn。

國家重點研發計劃項目(2016YFD0400903)；國家自然科學基金項目(31601517，31471923)；中央高校自主科研基金青年項目(DC201502020405)；大連民族學院大學生創新創業訓練計劃項目(XB201603069, XB201603060)。

TS255.3

A

1002-0306(2017)07-0311-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.07.052