采前外源植物激素與采后1-MCP處理對糖心蘋果貯藏品質的影響

杜美軍, 閻一鳴, 劉震遠, 樊曉靜, 張鮮桃, 李海登,李喜宏，*, 王露茵

(1.天津科技大學 食品科學與工程學院/省部共建食品營養與安全國家重點實驗室， 天津 300457；2.新疆紅旗坡農業發展集團有限公司， 新疆 阿克蘇 843000)

糖心蘋果的特征是果實內部組織的細胞間充滿了細胞液，通常在果實中心附近或維管束周圍呈現水漬外觀[1]。這種蘋果不但外觀誘人，而且比一般蘋果更加甘甜爽口，營養價值更高[2]，廣泛受到消費者追捧和喜愛。在新疆阿克蘇地區，糖心蘋果年產量達70萬t以上，已經成為當地的支柱性產業[3]。然而，糖心蘋果在貯藏過程中很容易發生糖心褐變或消失[4-5]，這極大地限制了其作為特色蘋果的市場發展潛力。因此，提升貯藏品質并延長貯藏期是糖心蘋果保鮮要解決的首要問題。

近年來，糖心蘋果產業快速崛起，保鮮技術手段卻十分缺乏，常用的低溫[6]、氣調[7]和涂膜[8]等方法，由于針對性差，并不能滿足提升糖心蘋果貯藏品質的要求。外源植物激素，如生長素(IAA)、赤霉素(GA3)和脫落酸(ABA)是一種安全的植物生長調節劑，它們通過調節多種代謝途徑來調控果實采前與采后生理狀態[9]，對于改善糖心蘋果貯藏品質具有積極作用。此外，1-甲基環丙烯(1-MCP)是一種優良的乙烯抑制劑，它可以有效抑制乙烯的產生，并延緩果蔬衰老和成熟相關基因的激活[10]，從而實現調控果實采后貯藏品質的作用。因此，將采前植物激素與采后1-MCP處理有機結合，協同調控糖心蘋果貯藏品質，對探索糖心蘋果安全高效的保鮮新方式具有十分重要的意義。

本研究于采前分別使用植物激素IAA、GA3和ABA處理果實，采后再使用優化濃度的1-MCP處理，協同調控糖心蘋果貯藏品質，定期取樣檢測糖心蘋果保鮮理化指標，研究果實低溫貯藏期間生理和營養品質變化，以期探明一種可以有效提升糖心蘋果貯藏品質的處理方法，為糖心蘋果的貯藏保鮮提供實踐指導和理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試糖心蘋果生長于新疆阿克蘇地區紅旗坡集團公司園藝五分場，該地區日照豐富，年日照時長約2 600 h，年平均氣溫7.9～11.2 ℃，無霜期228 d。選擇生長勢較強的M26砧木上的7年生“長富2號”蘋果為實驗采果對象。

IAA、GA3、ABA，天津百奧泰科技發展有限公司；草酸，南京化學試劑股份有限公司；酚酞，上海易恩化學技術有限公司；維生素C(VC)，深圳樂芙生物科技有限公司；2,6-二氯酚靛酚鈉鹽，鄭州艾克姆化工有限公司；水溶性果膠(WSP)含量檢測試劑盒、多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性檢測試劑盒，北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設備

HP- 200型精密色差儀，上海漢譜光電科技有限公司；GXH- 3051H型果蔬呼吸測定儀，北京均方理化科技研究所；WY060T型手持折光儀，日本ATAGO株式會社；T6型紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司；GY- 4型數顯果實硬度計，浙江拓普儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1植物激素與1-MCP對果實協同處理

選用樹勢一致，坐果量相近果樹為實驗對象。每組處理隨機選擇3棵果樹標記，對位于陽面的150個果實進行實驗處理。于果實轉色期(9月中旬)開始，每15 d使用手持噴霧器，向果實、花蕾、花托和周圍枝葉噴施外源植物激素，直至有液滴懸滴為止，然后重新套袋。植物激素質量濃度設置為25 mg/L IAA、100 mg/L GA3、400 mg/L ABA，對照組為等量清水。10月25日糖心蘋果采收后，常溫條件下立即用1 μL/L的1-MCP大棚熏蒸12 h，然后常溫空運于次日運抵天津科技大學農產品物流與保鮮實驗室所屬冷庫。0 ℃預冷庫預冷24 h，挑選外觀一致、大小均勻、無傷病、成熟度一致的果實置于(0±0.1) ℃、相對濕度92%～95%的恒溫庫中貯藏6個月，每個月定期從每個處理組隨機選擇20個果實測定相關指標，每組進行3次平行實驗。

1.3.2糖心蘋果品質指標測定

1.3.2.1 整體視覺品質的測定

在果實赤道附近3個等距點測定a*值(紅綠色)和b*值(黃藍色)；果實赤道橫截面測定果肉和糖心部位L*值(亮度)，測量糖心部位時，保證所測糖心面積大于光孔面積(8 mm)。按式(1)計算果皮色相角(°)[11]。

色相角=arctan(b*/a*)。

(1)

1.3.2.2 呼吸強度的測定

參照Du等[10]方法，每個處理組固定標記9個果實用于呼吸速率的測定，密封時間15 min，重復3次，按式(2)計算。

(2)

式(2)中，呼吸速率，mg/(kg·h)(以CO2質量計)；φ1為測定前罐中CO2體積分數，%；φ2為測定后罐中CO2體積分數，%；V為呼吸罐容積，L；M為CO2的摩爾質量，g/mol；Vm為CO2的摩爾體積，L/mol；m為蘋果質量，kg；t為測試時間，h。

1.3.2.3 失重率和腐爛率的測定

失重率和腐爛率分別按式(3)、式(4)計算。

失重率= [m(貯藏前)-m(貯藏后)]/m(貯藏前)×100%；

(3)

腐爛率=腐爛果總數/果實總數×100%。

(4)

1.3.2.4 可溶性固形物含量的測定

可溶性固形物含量(SSC)采用手持折光儀測定，每個處理組隨機挑選3個果實，按果肉的糖心與非糖心部位1∶1比例取樣，測定果實平均SSC。

1.3.2.5 可滴定酸和維生素C含量的測定

參照曹建康等[12]方法，利用NaOH溶液滴定法測定可滴定酸(TA)含量，2,6-二氯酚靛酚滴定法測定VC含量，計算見式(5)、式(6)。

(5)

式(5)中，φ(TA)，%；V為樣品提取液總體積，mL；Vs為滴定時所取濾液體積，mL；c為NaOH滴定濃度，mol/L；V1為滴定濾液消耗的NaOH溶液體積，mL；V0為滴定蒸餾水消耗的NaOH溶液體積，mL；m為樣品質量，g；f為折算系數，蘋果酸為0.067 g/mmol。

(6)

式(6)中，w(VC)，mg/100 g；V1為樣品滴定消耗的染料體積，mL；V0為空白滴定消耗的染料體積，mL；ρ為1 mL染料溶液相當于VC的質量濃度，mg/mL；Vs為滴定時所取樣品溶液體積，mL；V為樣品提取液總體積，mL；m為樣品質量，g。

1.3.2.6 果肉硬度、水溶性果膠含量和多聚半乳糖醛酸酶酶活力的測定

使用GY- 4型數顯果實硬度計測定果實赤道截面果肉硬度，結果換算以N表示。

采用比色法測定果實WSP質量摩爾濃度，結果以μmol/g表示。以各標準溶液的摩爾濃度為x軸，其對應的吸光度為y軸，繪制標準曲線，得標準曲線方程y=1.212 9x-0.021 1，相關系數R2=0.992 7。根據溶液吸光度在標準曲線上查得WSP摩爾濃度，按照式(7)計算WSP質量摩爾濃度。

(7)

圖1 采前植物激素結合采后1-MCP處理后蘋果果實外觀和糖心的變化Fig.1 Changes in appearance and sugar core of apple fruit with pre-harvest exogenous phytohormone and post-harvest 1-MCP treatment

式(7)中，x為WSP摩爾濃度，μmol/mL；V為加入的提取液體積，2 mL；m為樣品鮮質量，g。

采用比色法測定果實PG酶活力，結果以U/g表示。以各標準溶液的摩爾濃度為x軸，其對應的吸光度為y軸，繪制標準曲線，得標準曲線方程y=0.138 2x+0.082 9，相關系數R2=0.999 2。根據溶液吸光度在標準曲線上查得PG酶摩爾濃度。在40 ℃、pH值6.0的條件下，1 g樣品1 h分解多聚半乳糖醛酸產生1 μmol的半乳糖醛酸定義為1個酶活力單位，按式(8)計算PG酶活力。

(8)

式(8)中，x為PG摩爾濃度，μmol/mL；V為加入的提取液體積，0.5 mL；m為樣品鮮質量，g；t為酶促反應時間，min。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2010軟件處理數據；SPSS 13.0進行ANOVA單因素方差分析，與Duncan多重比較，得出數據間顯著性差異(P<0.05)；使用Origin 9.0繪圖。每組實驗重復測定3次，結果表示為平均值±標準偏差。

2 結果與討論

2.1 糖心蘋果貯藏期間色澤屬性分析

糖心蘋果的外觀及內部色澤屬性直接決定著消費者的可接受程度。其中色相角可以較好地衡量果皮的鮮艷程度，0～180°，值越小，表示紅色越深；L*值可以較好地衡量果肉亮度，其值越小表示亮度越低[13]。協同處理后蘋果果實外觀和糖心的變化見圖1。由圖1可知，采前外源植物激素結合采后1-MCP處理后，果實的外觀色澤和鮮艷度均有所提高，且貯藏期間色相角始終低于對照組(圖2)，其中GA3+1-MCP和ABA+1-MCP組品質最好，這可能與GA3和ABA均可以有效促進果皮花色苷的形成有關[14-15]。果實內部觀察顯示，外源激素可以有效促進糖心的形成，其中GA3處理后果實糖心面積占比最大。然而各組果實貯藏期間都出現不同程度糖心消失現象，這與果實采后細胞自我修復和細胞液反滲透相關[16]。此外，果肉和糖心L*值在貯藏期間不斷下降(圖3)，這與細胞衰老和內部氧化褐變相關。外源激素處理能夠延緩果肉L*值下降，但是無法更好地保持糖心L*值，這說明促進糖心形成會引起亮度下降；而IAA+1-MCP處理能夠有效減緩L*值的下降，較好地平衡兩者之間的關系。

圖2 采前植物激素結合采后1-MCP處理后果皮色相角 的變化Fig.2 Changes in hue angle of apple fruit peel with pre-harvest exogenous phytohormone and post-harvest 1-MCP treatment

圖3 采前植物激素結合采后1-MCP處理后果肉和糖心L*值的變化Fig.3 Changes in brightness value in flesh and sugar core of apple fruit with pre-harvest exogenous phytohormone and post-harvest 1-MCP treatment

2.2 糖心蘋果貯藏期間呼吸強度分析

圖4 采前植物激素與采后1-MCP處理后果實呼吸 強度的變化Fig.4 Changes in respiration intensity of apple fruit with pre-harvest exogenous phytohormone and post-harvest 1-MCP treatment

糖心蘋果屬于呼吸躍變型果實，采后貯藏過程中呼吸強度的變化可以間接反映果實的后熟、衰老以及營養物質損耗狀況[17]。協同處理后糖心蘋果貯藏期間的呼吸強度變化見圖4。由圖4可知，貯藏過程中，果實的呼吸強度先升高再降低。GA3+1-MCP和ABA+1-MCP組果實呼吸強度最先于第60天第1次出現呼吸高峰，比對照組提前了30 d，這與GA3和ABA提高果實貯藏前成熟度，縮短了采后后熟階段有關[18-19]。經過IAA+1-MCP處理的果實在第120天出現呼吸高峰，且峰值顯著低于對照組(P<0.05)，這說明IAA有效地延長了果實的后熟過程。此外，經過外源植物激素處理的果實在貯藏期間，呼吸強度基本低于對照組，其中IAA+1-MCP組果實呼吸強度始終較低。說明施用外源植物激素可以有效降低糖心蘋果采后生理活動，延緩細胞衰老和營養物質損耗，從而提高果實貯藏品質。其中，IAA結合1-MCP的處理方式抑制效果更為顯著。

2.3 糖心蘋果貯藏期間失重率和腐爛率分析

果實貯藏期間失重率和腐爛率可以反映其品質劣變和抗病性情況[20]。圖5顯示了貯藏期間各處理組果實失重率和腐爛率變化情況。經過外源植物激素處理過的果實失重率顯著降低(P<0.05)。貯藏180 d時，IAA+1-MCP、GA3+1-MCP和ABA+1-MCP組失重率分別為2.13%、4.74%和4.49%；而對照組的果實失重率卻達到了5.62%。同樣，經過外源激素處理的果實腐爛率也顯著降低，IAA+1-MCP、GA3+1-MCP和ABA+1-MCP組在貯藏180 d時分別為3.82%、4.21%和3.94%，但各處理組間差異不顯著(P>0.05)。研究結果表明：外源植物激素可以協同調控果實采后品質，提高果實抗病性，IAA+1-MCP處理綜合調控效果更好。曠永潔等[21]研究發現：生長素、赤霉素和脫落酸可以單獨或者通過調控植物體內源小分子的信號轉導，參與提升其抗病性，從而改善和提高果實的貯藏品質，這與本研究結果一致。

圖5 采前植物激素結合采后1-MCP處理后果實失重率和腐爛率的變化Fig.5 Changes in weight loss rate and decay rate of apple fruit with pre-harvest exogenous phytohormone and post-harvest 1-MCP treatment

2.4 糖心蘋果貯藏期間可溶性固形物、可滴定酸和維生素C含量分析

果實可溶性固形物主要由可溶性糖組成，是評價果實甜度的重要指標[22]。圖6(a)顯示了貯藏期間各組果實可溶性固形物平均含量的變化。果實SSC先緩慢上升然后不斷下降，這與采后果實的后熟和衰老等生理活動相關。經過植物激素處理后果實中可溶性糖含量顯著提升，說明外源植物激素可以有效調節果實糖代謝途徑，從而改善果實貯藏品質[23]。貯藏前期各處理組SSC由大到小依次為GA3+1-MCP組、ABA+1-MCP組、 IAA+1-MCP組；180 d時各組SSC由大到小依次為GA3+1-MCP組、IAA+1-MCP組、 ABA+1-MCP組，這與呼吸代謝具有一定的相關性，果實采后呼吸越旺盛，可溶性固形物損耗也就越大。外源植物激素調控果實糖代謝的機制是復雜的，途徑也不盡相同。IAA通過增強細胞膜ATP酶活性，改變K+濃度，從而促進果實對蔗糖的吸收[24]；GA3雖然抑制了蔗糖的積累，但是卻通過增強糖酵解途徑相關酶活性，促進了己糖和山梨糖醇的積累[25]；而ABA通過信號轉導來誘導相關基因轉錄，從而促進果實蔗糖的積累[26]。

糖心蘋果中的TA含量直接影響著果實的風味和貯藏性[27]，而VC含量可以作為評價果實營養品質和貯藏品質的重要指標[28]。糖心蘋果貯藏期間TA和VC含量在逐漸下降，見圖6(b)、圖6(c)。貯藏180 d時，IAA+1-MCP組、GA3+1-MCP組、 ABA+1-MCP組和對照組的TA含量分別下降了0.14%、0.16%、0.16%和0.14%；與對照組相比，激素處理組果實的TA含量并沒有顯著性差異(P>0.05)，說明外源植物激素對減少果實貯藏期間TA含量的下降影響不大。然而各組VC含量變化差異較大，可能與植物激素調控果實成熟度能力不同相關，間接調節了VC含量[9]。貯藏前對照組果實的VC含量顯著低于IAA+1-MCP組，但是卻高于GA3+1-MCP組和ABA+1-MCP組，說明IAA可以有效提升果實VC含量。貯藏180 d時，IAA+1-MCP組、GA3+1-MCP組、ABA+1-MCP組和對照組的VC質量分數分別為7.23、6.67、6.34、6.53 mg/100g；說明IAA+1-MCP協同處理可以一定程度上保持果實VC含量，而其他處理組這種效果較差，與對照組相比差異不顯著(P>0.05)。

圖6 采前植物激素結合采后1-MCP處理后果實可溶性固形物、可滴定酸和維生素C含量的變化Fig.6 Changes in soluble solids, titratable acid and vitamin C content of apple fruit with pre-harvest exogenous phytohormone and post-harvest 1-MCP treatment

圖7 采前植物激素結合采后1-MCP處理后果實硬度、水溶性果膠含量和多聚半乳糖醛酸酶酶活力的變化Fig.7 Changes in firmness, water-soluble pectin content and polygalacturonase activity of apple fruit with pre-harvest exogenous phytohormone and post-harvest 1-MCP treatment

2.5 糖心蘋果貯藏期間硬度、水溶性果膠含量和多聚半乳糖醛酸酶酶活力分析

果實軟化是糖心蘋果貯藏期間品質劣變的顯著特征，直接制約著果實的耐貯性；而細胞壁物質(主要為果膠物質)的降解是造成果實采后硬度下降的最重要因素。果膠是構成細胞初生壁和中膠層的主要成分，WSP含量可較好地反映果膠的降解程度和果肉組織的軟化特性[29]。此外，在果膠水解及果實軟化過程中PG基因會大量表達，促進PG的合成，造成多聚半乳糖醛酸水解和細胞壁的降解[30]。糖心蘋果硬度、WSP含量和PG酶活力變化見圖7。由圖7(a)可知，各處理組果實在貯藏期間的硬度逐漸下降；貯藏180 d時，IAA+1-MCP組、GA3+1-MCP組、ABA+1-MCP組和對照組硬度分別下降了10.96%、11.72%、13.91%和14.21%。說明IAA 和GA3處理能夠較好地延緩果實的軟化。WSP含量變化與硬度變化具有較強的相關性，貯藏期間WSP含量在不斷升高[圖7(b)]；同時，IAA 和GA3處理均有效地延緩了WSP含量的增加。PG酶活力卻呈現出先升高后降低的趨勢[圖7(c)]，這可能與果實采后后熟與衰老的生理特性相關；但IAA+1-MCP組的PG酶活力始終保持在較低水平。研究結果表明：IAA+1-MCP和GA3+1-MCP處理能夠有效抑制果實采后軟化過程，其中前者抑制效果更為顯著。這與前人的研究結論是一致的：低濃度IAA可抑制果實呼吸和乙烯的合成，GA3可延緩果實衰老；但ABA對于果實內源IAA和GA3的調控效應具有拮抗作用[31]。

3 結 論

本研究創新性的將外源植物激素協同1-MCP處理技術應用于糖心蘋果的品質調控。結果表明，IAA+1-MCP、GA3+1-MCP和ABA+1-MCP 3種處理均可以不同程度地提升糖心蘋果采后貯藏品質。其中，GA3+1-MCP處理可有效促進糖心形成并延緩其消失；ABA+1-MCP和GA3+1-MCP處理均實現了較好地果皮色澤鮮艷度調控；而IAA+1-MCP處理對果實綜合品質調控效果最好。貯藏180 d，IAA+1-MCP處理較好地維持了果皮和果肉的色澤，有效降低了呼吸強度并延緩呼吸峰值的出現，果實的失重率和腐爛率顯著減少，可溶性固形物和VC的損耗有效降低；此外，在延緩果實軟化方面也表現出積極作用。因此，IAA+1-MCP處理是一種安全、高效地提高糖心蘋果貯藏品質的方法，應用前景廣闊。