采后硫胺素、核黃素處理對厚皮甜瓜果實活性氧代謝的影響

李燦嬰,呂靜祎,葛永紅

(渤海大學食品科學與工程學院,遼寧省食品安全重點實驗室,生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心,遼寧錦州 121013)

采后硫胺素、核黃素處理對厚皮甜瓜果實活性氧代謝的影響

李燦嬰,呂靜祎,葛永紅*

(渤海大學食品科學與工程學院,遼寧省食品安全重點實驗室,生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心,遼寧錦州 121013)

厚皮甜瓜,硫胺素,核黃素,活性氧

甜瓜(CucumismeloL.),屬葫蘆科黃瓜屬甜瓜種,一年生草本植物,除了青海和西藏外在我國其它省份都有種植[1]。但由于產期集中,且在高溫季節,因此貯運過程中果實衰老速度很快,極易受到病原物的侵染而引起腐爛,其中由Alternariaalternata引起的黑斑病和Trichotheciumroseum引起的粉霉病是主要病害[2]。

近年來,維生素作為激發子在病害控制方面的作用得到重視[3]。硫胺素[4]、核黃素[5]等都可作為病害控制的激發子,可以有效調控植物的一系列病程相關蛋白和植保素的合成,抑制病原菌的侵染。硫胺素(thiamine,Vitamin B1)是一種水溶性復合B族維生素,可作為激發子,誘導擬南芥對丁香假單胞菌[4]、黃瓜對白粉病[6]、葡萄對霜霉病[7]、蘋果梨對黑斑病[8]等的抗性。離體研究表明,硫胺素能夠抑制互隔交鏈孢菌絲生長和孢子萌發[8]。體內研究表明,硫胺素處理能較快促進擬南芥植株活性氧的迸發,提高植物細胞線粒體活性[9]。核黃素(riboflavin,Vitamin B2)是一種天然水溶性B族維生素,具有熱穩定性,能夠促進生長、提高作物產量、增強植物抗逆能力等,還能誘導植物獲得系統抗病性,提高大米[10]、擬南芥[5]、番茄[11]等植物對多種病害的抗性。核黃素復配羥丙基甲基纖維素涂膜能有效延緩楊梅果實冷藏期間抗氧化活性的降低[12]。本實驗室前期研究發現采后100 mmol/L硫胺素、1.0 mmol/L核黃素處理能夠有效抑制厚皮甜瓜果實粉霉病和黑斑病的發生,但有關硫胺素、核黃素誘導厚皮甜瓜果實產生抗病性的機理還缺乏系統研究。

本實驗以厚皮甜瓜為試材,采后分別用100 mmol/L硫胺素和1.0 mmol/L核黃素溶液浸泡處理,研究其對果實活性氧產生、抗氧化酶活性及抗氧化劑含量的影響,以期豐富硫胺素和核黃素誘導果實抗病性的機理。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

厚皮甜瓜 購于錦州市農貿市場,挑選成熟度基本一致、表皮無病蟲害、大小相近的果實,單果套發泡網袋紙箱包裝后運抵實驗室常溫貯藏((25±2) ℃,RH45%)待用;硫胺素、核黃素 分析純(AR),西安制藥廠。

TGL-24M型臺式高速冷凍離心機 長沙平凡儀器儀表有限公司;HS型電熱恒溫水浴鍋 上海博迅實業有限公司醫療設備廠;UV-2450型分光光度計 日本島津公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理 選擇大小均勻,無機械損傷和病蟲害、成熟度適中的甜瓜果實用清水清洗表面后,用1%次氯酸消毒,分別用100 mmol/L硫胺素、1.0 mmol/L核黃素(含0.05%的Tween-80)溶液浸泡處理10 min,用清水處理作對照,果實自然晾干后常溫貯藏待用,每處理30個果實,重復3次,共90個。

1.2.2 取樣 分別于處理后0、2、4、6、8 d取硫胺素、核黃素處理和對照果實皮下1～3 mm處果肉組織3 g,鋁箔紙包裹,液氮冷凍后-80 ℃保存待用。每次處理取樣用果實18個。

1.2.3 測定方法

1.2.3.2 過氧化氫(H2O2)含量的測定 參照Yin等[8]方法,測定412 nm處吸光度值,H2O2含量以μmol/g表示。

1.2.3.3 抗壞血酸過氧化物酶(ascorbic peroxidase,APX)活性的測定 參照李燦嬰等[13]方法,記錄反應體系在290 nm處吸光度值,以每分鐘OD值變化0.01為1 U,酶活性表示為U/g。

1.2.3.4 過氧化氫酶(catalase,CAT)活性的測定 參照Ren等[14]方法,測定240 nm處吸光度值,以每分鐘OD值變化0.01為1 U,酶活性表示為U/g。

1.2.3.5 過氧化物酶(peroxidase,POD)活性測定 參照Yin等[8]方法,測定470 nm處吸光度值,以每分鐘OD值變化0.01為1 U,酶活性表示為U/g。

1.2.3.6 谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase,GR)活性的測定 參照李燦嬰等[13]方法,測定340 nm處吸光度值,以每分鐘OD值變化0.01為1 U,酶活性表示為U/g。

1.2.3.7 還原型谷胱甘肽(reduced glutathione,GSH)含量的測定 參照李燦嬰等[13]方法,測定412 nm處吸光度值,GSH含量表示為μmol/g。

1.3 數據處理

全部3次重復的實驗數據用Microsoft Excel 2007和SPSS V17.0軟件進行統計分析,計算標準偏差(±SE)并進行LSD分析(p<0.05)。

2 結果與分析

圖1 采后硫胺素、核黃素處理對甜瓜果實·產生速率的影響Fig.1 Effect of postharvest thiamine or riboflavin treatment on · production rate in muskmelon fruit

圖2 采后硫胺素、核黃素處理對甜瓜果實H2O2含量的影響Fig.2 Effect of postharvest thiamine or riboflavin treatment on the content of H2O2 in muskmelon fruit

2.2 采后硫胺素、核黃素處理對甜瓜果實APX活性的影響

APX、CAT和POD是植物體內擔負清除H2O2的主要酶類,是植物生物防御系統的關鍵酶[15]。由圖3可知,硫胺素和核黃素處理均提高了果實APX活性,隨著貯藏時間的延長,甜瓜果實APX活性呈先升高后降低的趨勢,硫胺素處理在第6 d出現高峰,APX活性為28.12 U/g,是對照的1.69倍,核黃素處理果實在第4 d出現APX活性高峰,APX活性為20.71 U/g,是對照的1.28倍。

圖3 采后硫胺素、核黃素處理對甜瓜果實APX活性的影響Fig.3 Effect of postharvest thiamine or riboflavin treatment on APX activity in muskmelon fruit

2.3 采后硫胺素、核黃素處理對甜瓜果實CAT活性的影響

硫胺素和核黃素處理后甜瓜果實CAT活性在0 d時與對照相差很小,在處理后的第2 d CAT活性快速升高,分別是對照的1.67倍和1.25倍,之后核黃素處理甜瓜果實CAT活性隨貯藏時間延長逐漸呈下降趨勢,而硫胺素處理甜瓜果實CAT活性在貯藏第6 d時還略有回升(圖4)。

圖4 采后硫胺素、核黃素處理對甜瓜果實CAT活性的影響Fig.4 Effect of postharvest thiamine or riboflavin treatment on CAT activity in muskmelon fruit

2.4 采后硫胺素、核黃素處理對甜瓜果實POD活性的影響

如圖5所示,核黃素和硫胺素處理對甜瓜果實POD活性有明顯的誘導作用,硫胺素處理甜瓜果實POD活性上升較核黃素處理上升明顯,在貯藏第6 d達到高峰,其活性為對照的1.57倍,核黃素處理甜瓜果實POD活性在貯藏第4 d達到高峰,其活性為對照的1.19倍。

圖5 采后硫胺素、核黃素處理對甜瓜果實POD活性的影響Fig.5 Effect of postharvest thiamine or riboflavin treatment on POD activity in muskmelon fruit

2.5 采后硫胺素、核黃素處理對甜瓜果實GR活性的影響

隨著貯藏時間的延長,硫胺素、核黃素處理甜瓜果實GR活性呈現先增高后降低的趨勢,對照果實GR活性基本呈平穩上升趨勢。但硫胺素和核黃素處理均提高了甜瓜果實GR的活性,在貯藏第6 d出現活性高峰,分別比對照提高了28.8%和42.2%(圖6)。

圖6 采后硫胺素、核黃素處理對甜瓜果實GR活性的影響Fig.6 Effect of postharvest thiamine or riboflavin treatment on GR activity in muskmelon fruit

2.6 采后硫胺素、核黃素處理對甜瓜果實GSH含量的影響

隨著貯藏時間的延長,甜瓜果實GSH含量呈先升高后降低的趨勢。甜瓜果實GSH含量在貯藏第2 d均出現高峰,硫胺素處理明顯提高了果實GSH含量,分別比對照及核黃素處理高出0.84倍和0.75倍。核黃素處理對GSH含量的影響不大(圖7)。

圖7 采后硫胺素、核黃素處理對甜瓜果實GSH含量的影響Fig.7 Effect of postharvest thiamine or riboflavin treatment on the content of GSH in muskmelon fruit

3 討論

抗壞血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循環是果實體內直接清除ROS的酶促系統,APX和GR是此系統的關鍵酶,可以保持果實體內抗氧化劑AsA和GSH的平衡[19]。本實驗結果顯示,硫胺素、核黃素處理提高了果實APX和GR活性,同時維持了較高含量的GSH,進而維持了甜瓜果實較高的抗氧化能力,使過量的活性氧能夠被及時清除。在BTH、硅酸鈉誘導甜瓜果實抗病的研究中也得到了同樣的結果[14,16,20]。由此表明,采后硫胺素和核黃素處理能夠誘導甜瓜果實的抗病性。

4 結論

[1]Bi Y,Ge Y H,Wang C L,et al. Melon production in China[J]. Acta Horticulturae,2007,731:493-500.

[2]Ge Y H,Bi Y,Li X,et al. Induced resistance against fusarium and pink rots by acibenzolar-S-methyl in harvested muskmelon(cv. Yindi)[J]. Agricultural Science in China,2008,7:58-64.

[3]Pushpalatha H G,Sudisha J,Geetha N P,et al. Thiamine seed treatment enhancesLOXexpression,promotes growth and induces downy mildew disease resistance in pearl millet[J]. Biologia Plantarum,2011,55(3):522-527.

[4]Ahn I P,Kim S,Lee Y H,et al. Vitamin B1-induced priming is dependent on hydrogen peroxide and theNPR1gene in Arabidopsis[J]. Plant Physiol,2007,143(2):838-848.

[5]Dong H,Beer S V. Riboflavin induces disease resistance in plants by activating a novel signal transduction pathway[J]. Phytopathology,2000,90(8):801-811.

[6]劉龍洲,何歡樂,潘俊松,等. 維生素B1誘發黃瓜白粉病初探[J]. 植物保護學報,2008,35(2):185-186.

[7]Boubakri H,Wahab M A,Chong J L,et al. Thiamine induced resistance toPlasmoparaviticolain grapevine and elicited host-defense responses,including HR like-cell death[J]. Plant Physiology and Biochemistry,2012,57:120-133.

[8]Yin Y,Bi Y,Li Y C,et al. Use of thiamine for controllingAlternariaalternatapostharvest rot in Asian pear(PyrusbretschneideriRehd. cv. Zaosu)[J]. International Journal of Food Science and Technology,2012,47(10):2190-2197.

[9]周俊,孫愛珍,曾禮漳,等. 硫胺素通過提高線粒體氧化狀態促進植物快速響應外界脅迫的研究[J].激光生物學報,2012,21(4):340-345.

[10]Taheri P,Tarighi S. Riboflavin induces resistance in rice againstRhizoctoniasolanivia jasmonate-mediated priming of phenylpropanoid pathway[J]. Journal of Plant Physiology,2010,167(3):201-208.

[11]裴冬麗,丁錦平,張慶琛,等. 核黃素誘導番茄幼苗抗白粉菌機理研究[J].河北師范大學學報:自然科學版,2012,40(5):121-124.

[12]汪開拓,廖云霞,闞建全,等.核黃素復合羥丙基甲基纖維素涂膜處理對采后楊梅果實冷藏品質及抗氧化活性的影響[J].食品工業科技,2015,36(6):331-336.

[13]李燦嬰,葛永紅,朱丹實,等.采后ASM處理對蘋果果實抗壞血酸-谷胱甘肽循環系統的影響[J].食品工業科技,2014,35(23):333-337.

[14]Ren Y L,Wang Y F,Bi Y,et al. Postharvest BTH treatment induced disease resistance and enhanced reactive oxygen species metabolism in muskmelon(CucumismeloL.)fruit[J]. European Food Research and Technology,2012,234(6):963-971.

[15]周擁軍,郜海燕,陳杭君,等.減壓貯藏對杏鮑菇采后活性氧代謝的影響[J].核農學報,2015,29(6):1108-1113.

[16]Ge Y H,Deng H W,Bi Y,et al. Postharvest ASM dipping and DPI pre-treatment regulated reactive oxygen species metabolism in muskmelon(CucumismeloL.)fruit[J]. Postharvest Biology and Technology,2015,99:160-167.

[17]Torres M A,Jones J D G,Dang J L. Reactive oxygen species signaling in response to pathogens[J]. Plant Physiology,2006,141(2):373-378.

[18]劉菲,劉輝,梁元存,等.核黃素誘導煙草懸浮細胞酚類物質和木質素的積累[J]. 中國農業科學,2009,42(9):3230-3235.

[19]Shigenaga T,Yamauchi N,Funamoto Y,et al. Effects of heat treatment on an ascorbate-glutathione cycle in stored broccoli(BrassicaoleraceaL.)florets[J]. Postharvest Biology and Technology,2005,38(2):152-159.

[20]Li W H,Bi Y,Ge Y H,et al. Effects of postharvest sodium silicate treatment on pink rot disease and oxidative stress-antioxidative system in muskmelon fruit[J]. European Food Research and Technology,2012,234(1):137-145.

Effects of thiamine and riboflavin treatments on reactive oxygen species metabolism in muskmelon fruit

LI Can-ying,LV Jing-yi,GE Yong-hong*

(College of Food Science and Engineering,Bohai University,Food Safety Key Lab of Liaoning Province;National & Local Joint Engineering Research Center of Storage,Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products,Jinzhou 121013,China)

muskmelon;thiamine;riboflavin;reactive oxygen species

2016-09-01

李燦嬰(1981-)，女，碩士，助理實驗師，研究方向：果蔬采后生物學與技術，E-mail：cora_51@163.com。

*通訊作者:葛永紅(1979-)，男，博士，副教授，研究方向：果蔬采后生物學與技術，E-mail：geyh1979@163.com。

國家自然科學基金青年基金項目(31401554)；渤海大學博士啟動基金項目(bsqd201405)。

TS255.36

A

1002-0306(2017)06-0324-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.06.053