殼聚糖對切花康乃馨花瓣抗氧化特性及水分平衡的影響

楊文龍 湯菊香 張雪潔 楊 辰 單長卷

（河南科技學院 新鄉 453003）

康乃馨為石竹科石竹屬的植物，是目前世界上應用最普遍的切花品種之一。但康乃馨切花的瓶插壽命較短，嚴重影響了其觀賞價值。因此，如何延長康乃馨切花的瓶插壽命，即觀賞期或保鮮期，成為當前研究的熱點問題之一。目前，延長鮮切花瓶插壽命的探索主要集中在保鮮劑的研究上[1-2]。常規的保鮮劑一般包括糖類物質、殺菌物質、植物生長調節劑及抑制或拮抗乙烯產生的物質等[3]。殼聚糖是一種新型切花保鮮劑，其衍生物羧甲基殼聚糖（CMCS）已被應用到百合等切花的保鮮上[3]。張麗芳研究表明，將CMCS添加到常規保鮮劑中得到的改良保鮮劑顯著延長了百合切花的瓶插壽命[3]。但到目前為止，CMCS延長切花瓶插壽命的具體生理機制尚有待進一步揭示。因此，對此進行研究可以闡明CMCS調控切花瓶插壽命的生理機制。

本研究以康乃馨切花為材料，研究了CMCS對其花瓣抗氧化酶活性、MDA含量、膜透性、滲透調節物質含量、相對含水量和瓶插壽命的影響。通過本研究，旨在揭示CMCS延長康乃馨鮮切花瓶插壽命的生理機制，從而為其在康乃馨切花保鮮中的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

康乃馨切花購買于新鄉市花卉市場，選擇花朵大小和花枝長度基本相同的花枝進行處理。鮮切花均在花莖底部用鋒利的手術刀傾斜切除腐爛破損的花莖，以保證水分吸收。具體處理參照張麗芳的方法[3]，共設5個處理，每個處理重復6次。處理1為自來水處理（CK），處理2為常規保鮮劑（自來水+2%蔗糖+200 mg/L檸檬酸+200 mg/L 8-HQ）（CP），處理3為在常規保鮮劑中加入50 mg/L CMCS（50 mg/L CMCS+CP），處理4為在常規保鮮劑中加入100 mg/L CMCS（100 mg/L CMCS+CP），處理5為在常規保鮮劑中加入150 mg/LCMCS（150 mg/LCMCS+CP）。處理條件如下：白天溫度為（22±2）℃，夜間溫度為（18±2）℃，相對濕度（RH）為60%±10%，光合有效輻射為300μmol/（m2·s）和12 h的光周期。處理4 d后，分別測定各處理條件下花瓣的相關生理指標。待各處理條件下單個花枝80%的花朵萎蔫凋謝，最終計算切花瓶插壽命。

1.2 POD、CAT和SOD活性測定

POD的活性根據Scebba等的方法進行測定[4]，以吸收值每分鐘增加0.01為一個酶活力單位。CAT活性根據Kato和Shimizu的方法進行測定[5]，以吸收值每分鐘減少0.001為一個酶活力單位。SOD活性采用氮藍四唑光還原法，以抑制50%NBT反應為1個酶活性單位。

1.3 APX、GR和GPX活性測定

APX的活性根據Grace和Logan的方法測定[6]，以吸收值每分鐘減少0.001為一個酶活力單位。GR和GPX活性采用南京建成生物工程研究所相應的試劑盒進行測定。

1.4 MDA含量和膜透性測定

MDA含量和膜透性參照張志良等的方法測定[7]。

1.5 相對含水量的測量（RWC）

取完整花瓣，稱取鮮重（FW）。然后將花瓣在蒸餾水中浸泡12 h，測定飽和鮮重（TW）。干重（DW）在80℃烘箱中烘干48 h后測定。根據以下公式計算相對含水量：相對含水量（RWC）=[（FW-DW）/（TWDW）]×100%。

1.6 可溶性糖和脯氨酸含量測定

可溶性糖和脯氨酸含量參照張志良等[7]的實驗方法。

1.7 瓶插壽命的測定

以單個花枝2/3的花朵萎蔫凋謝為瓶插壽命的計數終點。

1.8 統計分析

采用SAS軟件處理，在0.05水平上進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 殼聚糖對POD、CAT和SOD活性的影響

與CK相比，CP顯著增加了CAT和SOD活性，使二者分別增加了10.7%和11.7%，但對POD活性無顯著影響（表1）。與CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP處理分別使CAT活性顯著增加了12.2%、27.7%和17.6%，分別使SOD活性顯著增加了14.6%、26.8%和12.8%，但對POD活性均無顯著影響。在不同濃度殼聚糖處理中，100 mg/L CMCS處理效果最佳。這說明，適當濃度的殼聚糖可以通過增強抗氧化酶CAT和SOD活性而提高其清除活性氧自由基的能力，從而維持康乃馨切花花瓣的活性氧代謝平衡，延緩衰老。

表1 殼聚糖對POD、CAT和SOD活性的影響

2.2 殼聚糖對APX、GR和GPX活性的影響

與CK相比，CP顯著增加了APX、GR和GPX的活性，使三者分別增加了12.9%、15.7%和10.0%（表2）。與CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP處理分別使APX活性顯著增加了22.9%、42.2%和26.0%，分別使GR活性顯著增加了25.9%、46.3%和19.1%，分別使GPX活性顯著增加了17.1%、49.5%和23.2%。在不同濃度殼聚糖處理中，100 mg/L CMCS處理效果最佳。這說明，適當濃度的殼聚糖亦通過增強抗氧化酶APX、GR和GPX活性而提高清除活性氧的能力，從而進一步維持康乃馨切花花瓣的活性氧代謝平衡，延緩衰老。

表2 殼聚糖對APX、GR和GPX活性的影響

2.3 殼聚糖對滲透調節物質含量和相對含水量的影響

與CK相比，CP顯著增加了滲透調節物質可溶性糖和脯氨酸的含量，使二者分別增加了15.4%和32.5%（表3）。與CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP處理分別使可溶性糖含量顯著增加了31.7%、70.2%和25.8%，分別使脯氨酸含量顯著增加了50.9%、100.9%和42.7%。由于可溶性糖和脯氨酸是2種重要的滲透調節物質，因此本試驗結果表明，殼聚糖在調節康乃馨花瓣組織滲透調節中具有重要作用。與CK相比，CP顯著增加了花瓣相對含水量，使其增加了3.6%（表3）。與CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP處理分別使花瓣相對含水量顯著增加了3.8%、7.4%和3.8%。這說明，往常規保鮮劑中加入殼聚糖能夠提高康乃馨切花花瓣組織的相對含水量，從而維持其水分平衡。在不同濃度殼聚糖處理中，100 mg/L CMCS處理效果最佳。這說明，適當濃度的殼聚糖可以通過提高滲透調節物質可溶性糖和脯氨酸含量，從而提高花瓣組織的含水量，維持花瓣的水分平衡，進而延緩其衰老。

表3 殼聚糖對滲透調節物質含量和相對含水量的影響

2.4 殼聚糖對膜脂過氧化指標和瓶插壽命的影響

與CK相比，CP顯著降低了膜脂過氧化指標MDA含量和膜透性，使二者分別降低了12.3%和12.8%（表4）。與CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP處理分別使MDA含量顯著降低了12.5%、23.4%和10.9%，分別使膜透性顯著降低了14.0%、28.7%和17.2%。這說明，殼聚糖可以緩解活性氧自由基對康乃馨花瓣造成的膜脂過氧化作用，從而延緩衰老。與CK相比，CP顯著增加了康乃馨切花的瓶插壽命，使其增加了14.3%（表4）。與CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP處理分別使康乃馨切花的瓶插壽命顯著增加了20.0%、46.3%和27.5%。這說明，往常規保鮮劑中加入殼聚糖能夠提高康乃馨切花的瓶插壽命。

表4 殼聚糖對MDA含量、膜透性和瓶插壽命的影響

3 結論與討論

切花活性氧代謝失衡會導致其自身的衰老，從而縮短了其保鮮期和瓶插壽命。因此，研究切花活性氧代謝平衡的調控對延長其瓶插壽命具有重要意義。已有研究表明，殼聚糖可以通過緩解百合、牡丹等切花的膜脂過氧化作用而延長其瓶插壽命[3,8]。但前人的研究主要集中在保鮮效果上，對保鮮機制尤其是對維持活性氧代謝平衡的抗氧化酶的研究甚少，尚不能從抗氧化角度揭示殼聚糖的保鮮機制。本研究發現，殼聚糖可以通過增強抗氧化酶CAT、SOD、APX、GR和GPX的活性而提高其清除活性氧自由基的能力，從而緩解活性氧代謝失衡造成的膜脂過氧化，最終維持活性氧代謝平衡。在本研究中涉及的抗氧化酶APX和GR是抗壞血酸—谷胱甘肽循環代謝中的2個主要酶，研究結果表明，殼聚糖可以通過調節APX和GR活性從而維持活性氧代謝平衡，緩解膜脂過氧化作用。抗壞血酸—谷胱甘肽循環代謝是植物體清除活性氧過氧化氫的重要途徑，但本研究并未對該循環代謝中其他酶的活性進行研究，因此，進一步研究殼聚糖對該循環代謝其他酶活性的影響，能夠全面揭示殼聚糖調控抗壞血酸—谷胱甘肽循環代謝的生理機制。

大量研究表明，切花花瓣含水量與其瓶插壽命具有密切關系[9]。本研究結果表明，殼聚糖可以顯著提高康乃馨切花花瓣的相對含水量。這說明，殼聚糖可以通過提高康乃馨切花花瓣的含水量從而在延長其瓶插壽命中發揮作用。本研究還表明，在常規保鮮劑中添加殼聚糖可以顯著提高滲透調節物質可溶性糖和脯氨酸的含量。這說明，殼聚糖可以通過調節相關滲透調節物質的含量而調控康乃馨切花花瓣自身的水分平衡。相關研究表明，殼聚糖可以通過提高滲透調節物質可溶性蛋白的含量而維持水分平衡[3]。和前人的研究結果相比，本研究的結果則進一步揭示了殼聚糖調控切花水分平衡的生理機制。

綜上所述，在常規保鮮劑中添加殼聚糖可以從抗氧化和滲透調節2個方面調控康乃馨切花的瓶插壽命。