水楊酸處理對西葫蘆采后品質 和抗氧化能力的影響

王云香,顧思彤,2,左進華,高麗樸,王 清,*,姜愛麗

(1.北京農林科學院蔬菜研究中心,北京 100097; 2.大連民族大學生命科學學院,遼寧大連 116600)

西葫蘆(CucurbitapepoL.),又稱茭瓜、番瓜、白瓜,屬葫蘆科,南瓜屬[1]。其富含維生素C、膳食纖維、礦物質元素鈣,且品質脆嫩,含糖量低于中國南瓜和印度南瓜,十分適宜糖尿病人的食用[2],是百姓餐桌上十分受歡迎的蔬菜之一。但西葫蘆采后的新陳代謝十分旺盛,于常溫下貯藏時，營養成分極易損失[3],在較短時間內就會出現組織松軟[4]、表皮褪色、口感及風味變差等情況,極大地影響了商品價值[5]。水楊酸(Salicylic acid,SA),是一種植物體內產生的小分子酚類物質[6]。有研究認為，水楊酸是一種誘發植物系統獲得抗病性的重要信號物質,可以誘導多數植物對病原物獲得抗性[7],能間接地增強寄主細胞壁對病原菌的抵抗能力，或直接產生降解病原菌的酶,或啟動植物的次生代謝反應[8-9],并且能夠對果實的后熟衰老產生影響[10]。

水楊酸在植物保護方面的研究較多,機理也相對清楚。近年來,水楊酸在影響采后果蔬呼吸代謝和誘導抗病性方面的研究也取得了一些進展。外源水楊酸處理采后甜櫻桃，可誘導果實β-1,3-葡聚糖酶、PAL以及POD活性的上升[11],水楊酸處理后的葡萄果實的PAL基因表達受到誘導[12]。同時,近年來有研究報導了水楊酸應用在桑葚[13]、草莓[14]、番茄[15]、桃[16]、油桃[17]及黃瓜[18]中,可以減少果實的腐爛,提高果實抗氧化能力,延緩果實衰老。這些研究表明,水楊酸對調節采后果蔬衰老和誘導抗病性方面有一定作用。但關于水楊酸對西葫蘆采后品質和抗氧化能力影響的研究甚少。

本試驗研究了水楊酸處理西葫蘆在4 ℃貯藏期間的生理品質和抗氧化指標的變化,以期延長西葫蘆的貯藏期和貯藏品質,為水楊酸在西葫蘆保鮮上提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

西葫蘆 品種法拉利,挑選大小一致,無病蟲害,無機械損傷,達到商業成熟度的樣品,采收于北京市順義區,采后立即運回北京農林科學院蔬菜研究中心實驗室;水楊酸 分析純,北京化學試劑公司;草酸、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)、愈創木酚 分析純,天津科密歐化學試劑有限公司;30%過氧化氫、高錳酸鉀、硫代巴比妥酸(TBA) 分析純,國藥集團化學試劑有限公司;三氯乙酸(TCA)、石英砂 分析純,北京化工廠;磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉 分析純,天津市永晟精細化工有限公司;抗壞血酸(ASA) 東藥集團沈陽東瑞科技有限公司。

UV-1800型紫外分光光度計 上海精密科學儀器有限公司;TGL-16G-A型高速冷凍離心機 廣州晟龍實驗儀器有限公司;HH-6型數顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司;IKA-A11基本型分析研磨機 艾卡(廣州)儀器設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 水楊酸處理西葫蘆 預實驗分別選取50、75、100、200 μmol/L的水楊酸浸泡西葫蘆10 min，晾干后置于4 ℃貯藏,結果顯示50 μmol/L的水楊酸處理效果最好,腐爛率和失重率均最小。因此,正式實驗挑選大小一致,無病蟲害,無機械損傷,達到商業成熟度的西葫蘆,將其浸泡在50 μmol/L的水楊酸溶液中10 min,取出后自然晾干,置于4 ℃冷庫中貯藏,每3 d測定一次相關指標,對照組用蒸餾水浸泡。

1.2.2 樣品的制備 將西葫蘆沿縱向切開,切成小塊混勻(果皮果肉均取),立即用液氮凍上,打磨成粉,置于-80 ℃備用。

1.2.3 指標測定

1.2.3.1 維生素C含量測定 維生素C含量的測定采用磷鉬酸法[19],稱取上述樣品1 g，加入5 mL草酸-EDTA溶液，在4 ℃下以13000×g離心20 min,收集上清液,反應體系為1 mL上清液,4 mL草酸-EDTA溶液,0.5 mL偏磷酸-乙酸,1 mL 5%硫酸,2 mL 5%鉬酸銨,混合均勻后,在30 ℃水浴中靜置15 min,取出后測定反應體系在760 nm處的吸光值,重復3次。

1.2.3.2 葉綠素含量測定 葉綠素的含量測定采用Sun等[20]的方法稍作修改,稱取上述樣品0.5 g，加入6 mL丙酮∶乙醇(2∶1)提取液中,在4 ℃下以13000×g離心10 min,收集上清液,測定上清液在645、643 nm處的吸光值,重復3次。

1.2.3.3 MDA含量測定 MDA含量的測定采用Pongprasert等[21]的方法,稱取上述樣品1 g，加入5 mL TCA溶液，在4 ℃下以13000×g離心20 min,收集2 mL上清液后，加入2 mL TBA煮沸20 min,測定其在450、532、600 nm處的吸光值,重復3次。

1.2.3.4 總酚含量測定 總酚含量的采用Pirie等[22]的方法稍作修改進行測定,稱取上述樣品0.5 g，加入5 mL預冷的1%鹽酸-甲醇溶液中,避光條件下在4 ℃下，以13000×g離心20 min,收集上清液,測定其在280 nm處的吸光值,重復3次。

1.2.3.5 PPO活性測定 PPO活性用鄰苯二酚比色法[23]進行測定。

1.2.3.6 APX活性測定 APX活性的采用Zhang等[24]的方法進行測定,稱取上述樣品1 g，加入5 mL磷酸緩沖鹽溶液(PBS)溶液，在4 ℃下以13000×g離心20 min,收集上清液,反應體系包括2.6 mL PBS(pH7.5,包含0.1 mmol/L EDTA和0.5 mmol/L ASA)、0.1 mL樣品、0.3 mL 2 mmol/L H2O2,測定其在290 nm處抗壞血酸吸收率的降低值。

1.2.3.7 POD和CAT活性測定 POD活性的測定采用愈創木酚比色法[23]。CAT活性的采用Azevedo等[25]的方法進行測定,稱取上述樣品1 g，加入5 mL磷酸緩沖鹽溶液(PBS)溶液，在4 ℃下以13000×g離心30 min,收集上清液,POD反應體系包括:1 mL 0.05 mol/L PBS(pH7.8),0.9 mL愈創木酚,1 mL 0.3% H2O2和0.1 mL樣品,CAT反應體系包括:1 mL 0.3% H2O2、1.9 mL 0.05 mol/L PBS(pH7.8)、0.1 mL樣品,測定240 nm處吸光值的下降。

1.3 數據處理

采用Origin 8.0作圖,實驗結果取3次測定的平行均值,以IBM SPSS Statistics 17進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 SA處理對西葫蘆維生素C含量的影響

由圖1可知,對照組西葫蘆果實中的維生素C含量隨著貯藏時間的增加而不斷降低,SA處理的西葫蘆果實維生素C含量呈先下降再上升后下降的趨勢,并且SA處理的西葫蘆果實中維生素C含量始終高于對照組,并在3、9、12和15 d時差異達顯著性水平(p<0.05),在貯藏結束時(第15 d),對照組的西葫蘆果實中維生素C含量為0.116 mg/g,而SA處理的維生素C含量為0.138 mg/g,比對照組高了19.0%,并且王大平等[26]用水楊酸處理黃花梨的研究也表明，SA處理可以抑制維生素C的氧化。APX是植物活性氧代謝中重要的抗氧化酶之一,催化維生素C的氧化。推測可能由于APX的酶活性升高,導致西葫蘆中的維生素C消耗過多[27],從而使得維生素C的含量降低。而自貯藏第6 d起,SA處理的西葫蘆的維生素C含量下降幅度顯著低于對照組(p<0.05),甚至出現小幅度回升。綜上所述,在一定貯藏期內,SA處理西葫蘆可顯著抑制其維生素C含量的降低(p<0.05)。

圖1 SA處理對西葫蘆維生素C含量的影響Fig.1 Effects of salicylic acid treatment on vitamin C content of summer squash

2.2 SA處理對西葫蘆葉綠素含量的影響

由圖2可知,西葫蘆果實中的葉綠素含量隨著貯藏時間的增長而不斷下降,在整個貯藏階段(0～15 d),除第9 d外,SA處理組的西葫蘆果實葉綠素含量總體高于對照組(p<0.05)。在貯藏結束時(第15 d),對照組的西葫蘆果實中葉綠素含量為0.068 mg/g,SA處理的葉綠素含量為0.079 mg/g,比對照組高了16.2%,說明SA處理顯著抑制了西葫蘆果實中葉綠素含量的降低(p<0.05)。王軍節等[28]的研究發現，4 mmol/L的SA處理可延緩早酥梨果皮葉綠素的分解,有效地抑制了果皮的黃化。推測水楊酸處理可以有效地延緩西葫蘆中葉綠素的降解,抑制黃化的發生。

圖2 SA處理對西葫蘆葉綠素含量的影響Fig.2 Effects of salicylic acid treatment on chlorophyll content of summer squash

2.3 SA處理對西葫蘆MDA含量的影響

MDA是膜脂過氧化的重要產物之一,它的產生會使植物細胞膜破壞,加劇植物的衰老[29]。由圖3可知,西葫蘆果實中的MDA含量隨著貯藏時間的增長而不斷增加,除貯藏第3 d外,SA處理的西葫蘆果實的MDA含量都低于對照組(p<0.05)。在貯藏第15 d,對照組和SA處理的西葫蘆果實中的MDA含量分別為0.515、0.421 μmol/g FW,對照組的西葫蘆果實MDA含量顯著高于SA處理的(p<0.05),說明SA處理可顯著抑制西葫蘆果實中MDA含量的增加(p<0.05)。MDA含量通常作為判斷膜脂過氧化程度的標志[30],本實驗所得的結果與龔榮高等[31]采用0.3 g/L的外源SA處理枇杷,可減緩果實內MDA含量的上升速度相符,推測SA處理可抑制西葫蘆的膜脂過氧化,從而抑制西葫蘆果實的衰老。

圖3 SA處理對西葫蘆MDA含量的影響Fig.3 Effects of salicylic acid on MDA content of summer squash

2.4 SA處理對西葫蘆總酚含量的影響

總酚具有抗氧化能力。由圖4可知,隨著貯藏時間的增加,在貯藏第3 d時,SA處理的西葫蘆的總酚含量極速下降,而對照組的總酚含量極劇升高,這可能是因為，外源SA不僅可誘導果蔬對病原菌產生抗性,而且能誘導果蔬自身系統獲得抗病性,表現為3 d時引起POD和CAT活性的快速升高,而這些抗氧化酶是直接或間接以酚類物質為底物的,因此3 d時SA處理組總酚含量有所下降。除貯藏第12 d外,兩組西葫蘆的總酚含量均存在顯著差異(p<0.05)。在貯藏第12 d前，對照組的總酚含量顯著高于SA處理的西葫蘆(p<0.05),而在貯藏第12 d后,SA處理組的西葫蘆果實中的總酚含量顯著高于對照組(p<0.05),且在第15 d時,SA處理西葫蘆果實的總酚含量為2.874 μmol/g mF,對照組的含量為2.525 μmol/g mF,其含量比對照組高13.8%,說明一定貯藏期間內,SA處理西葫蘆可顯著增加其總酚含量(p<0.05)。

圖4 SA處理對西葫蘆總酚含量的影響Fig.4 Effects of salicylic acid on total phenol content of summer squash

2.5 SA處理對西葫蘆PPO酶活性的影響

由圖5可知,貯藏期間西葫蘆果實的PPO活性呈波動趨勢,并且在貯藏期間,SA處理的西葫蘆果實PPO活性低于對照組,貯藏開始時的西葫蘆果實PPO活性為1.513 U/g/min,貯藏結束時(第15 d),對照組和SA處理的西葫蘆果實PPO活性分別為1.280、1.215 U/g/min,分別較貯藏初期降低了15.4%、19.7%,說明SA處理對西葫蘆果實的PPO活性降低有促進作用。推測SA處理是通過降低氧化酶的活性并提高相應的防御酶來延緩果實的褐變,從而延長果實貨架期[32]。劉更森等[33]采用SA浸泡中華壽桃的研究表明,SA處理降低了貯藏期桃果實的PPO活性,明顯減慢其褐變速率。

圖5 SA處理對西葫蘆PPO活性的影響Fig.5 Effects of salicylic acid on PPO activity of summer squash

2.6 SA處理對西葫蘆APX酶活性的影響

抗壞血酸過氧化物酶(APX)是一種重要的抗氧化酶,它在植物細胞中起到防御外界的氧化脅迫和植物本身活性氧代謝的作用,可以降低H2O2對植物細胞產生的氧化損傷[34]。由圖6可知,在整個貯藏時間內(0～15 d),對照組和SA處理的西葫蘆果實的APX活性均在貯藏的第6 d呈升至最高,分別為55.086、58.848 U/g/min,隨后開始下降,其中對照組的下降較為迅速。在貯藏的15 d時,SA處理的西葫蘆果實中APX活性為50.185 U/g/min,對照組為45.899 U/g/min,比對照組高了9.3%,說明SA處理能有效增強西葫蘆果實的APX活性,增強西葫蘆的抗氧化能力(p<0.05)。SA提高植物的抗病性,主要是通過其抗氧化活性相關酶實現的,主要是APX和POD的活性。第6 d時，APX達到頂峰，可能是由于SA處理提高了西葫蘆果實中的APX活性,同時APX催化抗壞血酸氧化,導致APX的活性在后期降低。

圖6 SA處理對西葫蘆APX活性的影響Fig.6 Effects of salicylic acid on APX activity of summer squash

2.7 SA處理對西葫蘆POD酶活性的影響

POD是一種廣泛中存在于植物體內的氧化還原酶,主要催化氧化還原反應中H2O2的產生[35]。由圖7可知,SA處理的西葫蘆果實POD活性呈先上升再下降后上升的趨勢,對照組的POD活性呈先下降再上升再下降后小幅上升的趨勢,且除貯藏第6 d,SA處理的西葫蘆果實POD活性都顯著高于對照組(p<0.05),其中,SA處理的西葫蘆果實POD活性峰值出現在3 d,為8.008 U/g/min,對照組的POD活性峰值出現在第6 d,為7.533 U/g/min。在貯藏的15 d時,SA處理和對照組的西葫蘆果實的POD活性分別為7.499、6.025 U/g/min,SA處理比對照組高了24.5%,說明SA處理可以提高西葫蘆果實的POD活性(p<0.05)。POD和CAT是啟動膜脂過氧化的關鍵酶[36],POD的活性先升高可能是由于SA處理提高了POD的活性,隨后降低是由于膜脂過氧化過程開始,造成POD活性的降低,但由于SA處理可以抑制西葫蘆果實的膜脂過氧化進程,所以從貯藏第9 d開始,POD的活性又開始上升。

圖7 SA處理對西葫蘆POD活性的影響Fig.7 Effects of salicylic acid on POD activity of summer squash

2.8 SA處理對西葫蘆CAT酶活性的影響

由圖8可知,CAT的活性變化趨勢和POD活性的變化趨勢大致相同,其中SA處理的西葫蘆果實的CAT活性呈先上升再下降后上升的趨勢,而對照組的CAT活性呈先下降再上升后下降的波動變化趨勢,除第12 d外,SA處理的西葫蘆果實的CAT活性均高于對照組,在貯藏的15 d,SA處理的西葫蘆果實的CAT活性為159.770 U/g/min,對照組的CAT活性為85.833 U/g/min,SA處理比對照組高了86.1%,說明SA處理可以提升西葫蘆果實的CAT活性(p<0.05)。

圖8 SA處理對西葫蘆CAT活性的影響Fig.8 Effects of salicylic acid on CAT activity of summer squash

3 討論

在果實采收后,果實仍然進行著生理代謝活動,這就導致果實結構改變,并且伴隨著內部營養物質不斷被轉化和消耗,從而造成果實的不斷衰老[37],且果實的品質會隨著貯藏和運送所產生的后熟衰老現象不斷下降,影響了果實的商品性和食用性。目前的研究表明植物衰老的主要原因之一是由于膜脂過氧化,而水楊酸處理主要是通過影響抗氧化酶的活性，從而來抑制果實的衰老[38]。抗氧化酶系統主要有SOD、POD和CAT等,它們是植物組織中維持活性氧代謝的關鍵。它們的活性趨勢需保持一致,才能使植物體內的活性氧保持在一個較低的水平,從而減輕細胞膜質的氧化損傷[39]。現已有研究表明,SA處理可以顯著延緩蘋果[40]、油桃[41]、佛手瓜[42]和芒果[43]的衰老進程,維持較好的貯藏品質,有較好的保鮮效果。

4 結論

水楊酸處理維持了西葫蘆果實較高的果內營養物質的含量,抑制了果實中維生素C和葉綠素含量的降低,使其保持一定的顏色。且水楊酸處理抑制了西葫蘆果實中MDA的增加,保持了西葫蘆果實膜的完整性,延緩西葫蘆的衰老。同時,水楊酸處理通過提高西葫蘆果實中的抗氧化酶的活性,降低膜脂過氧化程度,延緩了西葫蘆的衰老。因此,水楊酸在以后的西葫蘆保鮮中具有較好的應用前景。