茉莉酸甲酯處理對采后蘋果果皮活性氧相關代謝的影響

呂靜祎,張 睿,張夢媛,張俊虎,葛永紅,李燦嬰,孟 坤

(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)

果皮決定采后果實的外觀品質,影響其商品價值。采后果實貯藏過程中,伴隨著成熟衰老進程的到來,果皮也發生著一系列變化,如黃化、褪綠、褐變等[1]。然而,以往的研究多集中在果實衰老上,而針對果皮衰老的研究則極少。每當談到衰老,活性氧與衰老的關系一直被科研工作者及其他相關產業領域爭相研究。自由基學說認為衰老過程即活性氧的代謝失調與累積過程。采后果實貯藏過程中活性氧產生能力增強和保護系統清除能力下降所導致的活性氧積累是造成果實成熟衰老的主要原因之一[2]。想解開采后果實果皮衰老的分子機制,從而找到影響采后果實外觀品質裂變的決定性因子,為開發新的保鮮手段提供線索,就要先研究果皮衰老與活性氧的關系。

茉莉酸類物質(JAs),包括茉莉酸(jasmonic acid,JA)、茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)及茉莉酸氨基酸衍生物[3]。研究表明,JAs與果實成熟衰老密切相關。以往研究報道,外源JAs處理能夠促進采后果實成熟過程中芳香物質的產生[4],同時加速果皮花青素合成[5]、β-胡蘿卜素積累及葉綠素降解[6]。近些年關于JAs與活性氧代謝關系的研究有很多,但大部分研究都集中在果實的低溫貯藏過程[7-9]與抗病過程[10-12],而關于該處理對果皮衰老過程中活性氧產生及代謝影響的研究則很少涉及。蘋果屬于呼吸躍變型果實,是消費市場上常見的大宗水果之一。以往研究報道,MeJA處理能夠促進采后‘金冠’蘋果果皮著色及采后褪綠[6]。褪綠是采后‘金冠’蘋果果皮衰老過程中最明顯的變化之一。由此可見,JAs與采后‘金冠’蘋果果皮衰老密切相關。目前,關于JAs對采后蘋果果皮衰老過程中活性氧產生及代謝的調控方式尚不清楚。由于低溫影響活性氧的代謝過程,為了更清楚地探究JAs單因素對蘋果果皮衰老過程中活性氧代謝的調控方式,本實驗以‘金冠’蘋果為材料,研究不同濃度MeJA處理對其采后常溫貯藏過程中果皮活性氧產生及代謝的影響,為進一步從分子水平研究JAs對采后蘋果果皮衰老的調控機制提供依據,也為找到新的保鮮手段提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

‘金冠’蘋果 于商業采收期采自遼寧省錦州市一果園,隨機從80棵樹上選取位置、大小、成熟度一致,無病蟲害和機械損傷且生長過程中不套袋的果實540個,紙箱包裝當天運回實驗室處理;茉莉酸甲酯(MeJA) 北京索萊寶有限公司,有效濃度為95%;Tween-20 國藥集團化學試劑有限公司;其他試劑 均為國產分析純。

722N可見分光光度計 上海精密科學儀器有限公司;UV-2550 紫外可見分光光度計 日本島津公司;GY-3指針式水果硬度計 浙江托普儀器有限公司;Legend Micro21R冷凍離心機 美國Thermo公司;WYT-32型阿貝折光儀 廈門中村光學儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 處理方法 將果實分三組,每組共180個果實,分別進行如下處理:第一組用0.5 mmol/L MeJA溶液(含0.177%的Tween-20)浸果5 min;第二組用1.5 mmol/L MeJA溶液(含0.177%的Tween-20)浸果5 min;第三組為對照,用含0.177% Tween-20的蒸餾水浸果5 min。每組每次取60個果實進行處理,共重復處理三次。將處理后的果實取出晾干,放進紙箱常溫(20 ℃)貯藏。隔7 d從每組隨機取12個果實,進行果實硬度的測定,另外從每組隨機取9個果實,用水果刀削取厚薄基本一致的果皮(約1.0 mm),盡量除去果肉,之后將果皮和果肉分別用液氮速凍,貯存于-80 ℃用于測定其他生理指標。

1.2.2 生理指標及測定方法

1.2.2.1 果實硬度和可溶性固形物(TSS)含量測定 采用GY-3型果實硬度計測定硬度,測頭直徑為11 mm。在每個蘋果果實的赤道部位呈120°角取3個點去皮后,將硬度計測頭垂直于果面進行測定,取平均值,單位kg/cm2。采用阿貝折光儀測定TSS含量。

1.2.2.2 果皮葉綠素含量測定 參照曹建康等[13]方法測定葉綠素含量,以每克果皮組織鮮重所含葉綠素質量表示,即mg/g。

1.2.2.4 果皮抗壞血酸(ASA)含量測定 采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[13]測定ASA含量,以mg/100 g表示。

1.2.2.5 果皮活性氧代謝相關酶活性測定 超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)及抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性均參照曹建康等[13]方法進行測定。以每分鐘每克果皮組織的反應體系對氮藍四唑(NBT)光化還原的抑制為50%為一個SOD活性單位(U);CAT活性以每克果皮組織每分鐘在240 nm波長處吸光度值降低0.01為一個酶活單位(U);POD活性以每克果皮組織每分鐘在470 nm波長處吸光度變化值增加1為一個酶活單位(U);APX活性則以每克果皮組織每分鐘在290 nm波長處吸光度值降低0.01為一個酶活單位(U)。

1.3 數據分析

上述各生理指標均重復取樣三次,每樣品重復測定三次,取平均值。采用Excel 2010進行數據分析與作圖,SAS V8.0進行差異顯著性分析,p<0.05表示差異顯著,p<0.01表示差異極顯著。

2 結果與分析

2.1 不同濃度MeJA處理對蘋果果實硬度的影響

硬度是反映果實成熟度的重要指標之一[14]。如圖1所示,各處理組的果實硬度在貯藏期間不斷下降。MeJA處理的果實硬度在整個貯藏期間均低于對照,其中1.5 mmol/L MeJA處理的果實硬度與0.5 mmol/L MeJA處理的果實硬度在貯藏第21 d至第35 d無顯著差異(p>0.05)。在第35 d,對照果實的硬度分別為0.5 mmol/L和1.5 mmol/L MeJA處理果實硬度的1.1倍(p<0.05)和1.2倍(p<0.05),表明MeJA處理加速了果實軟化。果實軟化與細胞壁物質降解密切相關[15],MeJA處理能否通過促進細胞壁降解相關酶活性從而加速果實軟化,還需深入研究。

圖1 MeJA處理對蘋果果實硬度的影響Fig.1 Effects of MeJA treatment on firmness of apple fruit

2.2 不同濃度MeJA處理對蘋果果實TSS含量的影響

TSS直接反映采后果實貯藏過程中的品質狀況。如圖2所示,對照果實TSS含量在貯藏前21 d一直維持較高水平,而MeJA處理的果實TSS含量則在貯藏第7～14 d迅速下降。在貯藏第14 d和第21 d,0.5 mmol/L MeJA處理的果實TSS含量分別比對照低13.8%(p<0.01)和15.6%(p<0.01),1.5 mmol/L MeJA處理的果實TSS含量分別比對照低16.4%(p<0.01)和17.2%(p<0.01),表明MeJA處理加速了果實TSS含量的下降,在一定程度上加快了其品質劣變。

圖2 MeJA處理對蘋果果實TSS含量的影響Fig.2 Effects of MeJA treatment on TSS content of apple fruit

2.3 不同濃度MeJA處理對蘋果果皮葉綠素含量的影響

色澤是決定果實外觀品質及商品價值的重要因素。采后果實成熟過程中,葉綠素不斷降解使其綠色消褪,從而逐漸呈現出其他顏色[16]。如圖3所示,各處理組蘋果果皮的葉綠素含量均呈下降趨勢,其中對照蘋果果皮的葉綠素含量最高,1.5 mmol/L MeJA處理的蘋果果皮葉綠素含量最低。在第35 d,0.5 mmol/L 和1.5 mmol/L MeJA處理的蘋果果皮葉綠素含量分別比對照低24.8%(p<0.05)和46.7%(p<0.01)。上述結果表明,MeJA處理加速了蘋果果皮葉綠素降解,其中1.5 mmol/L MeJA處理對葉綠素降解的促進效果更明顯,推測MeJA處理可能促進了葉綠素降解途徑相關酶基因的表達[17],但還需進一步研究確認。

圖3 MeJA處理對蘋果果皮葉綠素含量的影響Fig.3 Effects of MeJA treatment on chlorophyll content in the peel of apple fruit

2.4 不同濃度MeJA處理對蘋果果實MDA含量的影響

MDA屬于膜脂過氧化產物,是表示膜損傷程度的指標,其含量可以反映植物組織的衰老程度[13]。如圖4所示,各處理組蘋果果皮的MDA含量均呈現上升趨勢。總體來看,MeJA處理的蘋果果皮MDA含量在整個貯藏期間均高于對照。在第35 d,0.5和1.5 mmol/L MeJA處理的蘋果果皮MDA含量分別是對照的1.4倍(p<0.01)和1.6倍(p<0.01),表明MeJA處理促進了采后蘋果果皮的膜質過氧化作用,加速了果皮衰老,其中1.5 mmol/L MeJA處理對膜脂過氧化作用的促進效果更明顯。

圖4 MeJA處理對蘋果果皮MDA含量的影響Fig.4 Effects of MeJA treatment on MDA content in the peel of apple fruit

2.5 不同濃度MeJA處理對蘋果果皮產生速率和H2O2含量的影響

圖5 MeJA處理對蘋果果皮產生速率和H2O2含量的影響Fig.5 Effects of MeJA treatment on generation rate and H2O2 content in the peel of apple fruit

2.6 不同濃度MeJA處理對蘋果果皮ASA含量的影響

ASA是植物體內主要的抗氧化物質之一,它可以在APX的催化作用下將H2O2還原生成H2O[2]。總體來看,MeJA處理的蘋果果皮ASA含量在貯藏期間低于對照,其中1.5 mmol/L MeJA處理的蘋果果皮ASA含量最低(圖6)。在第35 d,0.5和1.5 mmol/L MeJA處理的蘋果果皮ASA含量分別比對照低45.4%(p<0.05)和67.2%(p<0.01)。可見,MeJA處理加快了采后蘋果果皮ASA含量下降,其中1.5 mmol/L MeJA處理對ASA含量下降的促進效果更明顯。

圖6 MeJA處理對蘋果果皮ASA含量的影響Fig.6 Effects of MeJA treatment on ASA content in the peel of apple fruit

2.7 不同濃度MeJA處理對蘋果果皮SOD、CAT、POD及APX活性的影響

如圖7所示,MeJA處理的蘋果果皮SOD、CAT、POD及APX活性在貯藏期間總體低于對照,其中1.5 mmol/L MeJA處理的蘋果果皮中四種酶的活性最低。各處理組蘋果果皮的SOD和CAT活性高峰均出現在第21 d(圖7A和7B),0.5 mmol/L和1.5 mmol/L MeJA處理的蘋果果皮SOD活性峰值分別比對照低11.4%(p<0.05)和28.3%(p<0.01),CAT活性峰值則分別比對照低17.3%(p<0.05)和39.4%(p<0.01)。各處理組蘋果果皮的POD活性在貯藏前14 d不斷下降,在第14 d至第21 d稍有上升而后又逐漸下降(圖7C)。在第21 d,0.5 mmol/L和1.5 mmol/L MeJA處理的蘋果果皮POD活性分別比對照低10.3%(p<0.05)和20.6%(p<0.01)。各處理組蘋果果皮的APX活性高峰同樣出現在第21 d(圖7D)。0.5 mmol/L和1.5 mmol/L MeJA處理的蘋果果皮APX活性峰值分別比對照低12.6%(p<0.05)和21.2%(p<0.01)。上述結果表明,MeJA處理抑制了采后蘋果果皮SOD、CAT、POD及APX等活性氧代謝相關酶活性,其中1.5 mmol/L MeJA處理的抑制效果更明顯。

圖7 MeJA處理對蘋果果皮SOD、CAT、POD及APX活性的影響Fig.7 Effects of MeJA treatment on SOD,CAT,POD and APX activity in the peel of apple fruit

3 討論

活性氧的積累是造成采后果蔬衰老及品質裂變的主要原因之一。果蔬體內的保護酶,如SOD、CAT、POD及APX,在自由基和活性氧的清除中起著關鍵作用[18]。在離體葉片上的研究表明,外源JAs處理能夠抑制SOD、CAT和POD的活性,促進活性氧積累,從而加速離體葉片衰老[19-20]。本研究結果顯示,外源MeJA處理能夠抑制采后蘋果果皮SOD、CAT、POD及APX活性,降低ASA含量,促進活性氧積累與果皮衰老,與上述研究結果一致。然而,在葡萄[21]、冬棗[22]及杏[23]上的研究報道,外源MeJA處理能夠提高或維持常溫貯藏期間果實活性氧代謝相關酶活性,抑制活性氧積累,與上述研究結果相反。在藍莓上的研究則報道[24-25],外源MeJA處理對常溫貯藏條件下果實品質的維持與抗氧化能力的提高效果并不顯著。由此可見,MeJA的處理效果受果實種類和取樣組織的影響。蘇新國等[26]在菜用大豆上的研究表明,低濃度的MeJA處理能夠保持其采后常溫貯藏期間活性氧代謝相關酶活性,抑制活性氧積累,延長保鮮期,而高濃度的MeJA處理則有相反效果,表明MeJA對活性氧代謝的作用效果與處理濃度有關。蘋果基因組序列現已獲得,今后可從分子水平深入研究JAs信號、活性氧代謝及蘋果果皮衰老之間的關系。

4 結論

本研究結果表明,不同濃度MeJA處理均可通過抑制采后‘金冠’蘋果果皮SOD、CAT、POD及APX等活性氧代謝相關酶活性以及降低抗氧化物質ASA的含量,促進果皮活性氧積累,加速果皮衰老,其中1.5 mmol/L MeJA處理對采后蘋果果皮活性氧代謝的抑制效果更明顯。

[1]袁梓洢,尹保鳳,鄧麗莉,等. 果蔬采后色素物質代謝調控研究進展[J]. 食品科學,2016,37(17):236-244.

[2]王馨,胡文忠,陳晨,等. 活性氧在果蔬采后成熟衰老過程中的作用及幾種氣體處理對其影響的研究進展[J]. 食品工業科技,2017,38(5):375-379.

[3]Wasternack C,Hause B. Jasmonates:An update on biosynthesis,signal transduction and action in plant stress response,growth and development[J]. Annals of Botany. 2013,111(6):1021-1058.

[4]Kondo S,Setha S,Rudell DR,et al. Aroma volatile biosynthesis in apple affected by 1-MCP and methyl jasmonate[J]. Postharvest Biology and Technology,2005,36(1):61-68.

[5]Rudell DR,Mattheis JP. Synergism exists between ethylene and methyl jasmonate in artificial light induced pigment enhancement of ‘Fuji’ apple fruit peel[J]. Postharvest Biology and Technology,2008,47(1):136-140.

[6]許建鋒,張玉星,張江紅,等. 茉莉酸甲酯對蘋果果實著色的影響[J]. 中國農學通報,2011,27(10):271-274.

[7]汪開拓,鄭永華,唐文才,等. 茉莉酸甲酯處理對采后葡萄果實酚酸合成和抗氧化活性的影響及其機理研究[J].食品科學,2013,34(6):260-265.

[8]楊海燕,吳文龍,李維林,等. 茉莉酸甲酯調控下采后藍莓果實的生理響應研究[J]. 食品安全質量檢測學報,2015,6(11):4483-4485.

[9]王海波,黃椿穎,龐學群,等. 茉莉酸甲酯誘導的采后香蕉果實耐冷性與活性氧信號的關系[J]. 中國農業科學,2008,41(4):1165-1171.

[10]弓德強,黃訓才,黃光平,等. 茉莉酸甲酯處理對采后芒果果實抗病性的影響[J]. 熱帶作物學報,2016,37(12):2294-2299.

[11]王英珍,程瑞,張紹鈴,等. 采前茉莉酸甲酯(MeJA)處理對梨果實抗病性的影響[J]. 果樹學報,2016(6):694-700.

[12]李燦嬰,葛永紅,朱丹實,等. 采后茉莉酸甲酯處理對富士蘋果青霉病和貯藏品質的影響[J]. 食品科學,2015,36(2):255-259.

[13]曹建康,姜微波,趙玉梅. 果蔬采后生理生化實驗指導[M]. 北京:中國輕工業出版社,2013:84-124.

[14]饒景萍,任小林. 園藝產品貯運學[M]. 陜西:陜西人民出版社,2003:37-38.

[15]彭麗桃,饒景萍,楊書珍,等. 果實軟化的胞壁物質和水解酶變化[J]. 熱帶亞熱帶植物學報,2002,10(3):271-280.

[16]H?rtensteiner S,Kr?utler B. Chlorophyll breakdown in higher plants[J]. Biochimica et Biophysica Acta,2011,1807(8):977-988.

[17]肖懷娟. 辣椒葉片衰老相關基因的克隆與功能分析[D]. 咸陽：西北農林科技大學,2014:55-80.

[18]田世平,羅云波,王桂禧. 園藝產品采后生物學基礎[M].北京:科學出版社,2014:46-47.

[19]唐美玲. 茉莉酸甲酯對離體葉片衰老的影響及作用機制[D]. 保定:河北農業大學,2006:12-20.

[20]Hung KT,Hsu YT,Kao CH. Hydrogen peroxide is involved in methyl jasmonate-induced senescence of rice leaves[J]. Physiologia Plantarum,2006,127(2):293-303.

[21]姜璐璐. 茉莉酸甲酯對葡萄果實常溫保鮮效果及其機理研究[D]. 南京:南京農業大學,2015:23-29.

[22]Dong Y,Zhi HH,Xu J,et al. Effect of methyl jasmonate on reactive oxygen species,antioxidant systems,and microstructure of Chinese winter jujube at two major ripening stages during shelf life[J]. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 2016,91(3):316-323.

[23]王倩,吳斌,張政,等. 茉莉酸甲酯處理對新疆賽買提杏貨架期間膜脂過氧化及保護酶活性的影響[J]. 新疆農業大學學報,2015(4):322-325.

[24]黃曉杰. 采后處理對藍莓果實衰老的作用及機理研究[D]. 沈陽：沈陽農業大學,2016:69-77.

[25]馮敘橋,黃曉杰,趙宏俠,等. MeJA(茉莉酸甲酯)處理對采后藍莓品質和抗氧化能力的影響[J]. 食品工業科技,2014,35(22):330-335.

[26]蘇新國,鄭永華,馮磊,等. 外源MeJA對菜用大豆莢采后衰老和腐爛的影響[J]. 植物生理與分子生物學學報,2003,29(1):52-58.