茉莉酸甲酯對鮮切蘋果生理生化變化的影響

胡文忠，姜愛麗，楊 宏，劉程惠，何煜波

（大連民族學院生命科學學院，生物化學工程國家民委-教育部重點實驗室，遼寧大連116600）

茉莉酸甲酯對鮮切蘋果生理生化變化的影響

胡文忠，姜愛麗，楊 宏，劉程惠，何煜波

（大連民族學院生命科學學院，生物化學工程國家民委-教育部重點實驗室，遼寧大連116600）

為研究茉莉酸甲酯（MeJA）對鮮切蘋果生理生化變化的影響，將1cm3的鮮切富士蘋果分別放入100、400、1600μmol/L的茉莉酸甲酯溶液中浸泡30min，包裝后放入5℃冷庫中貯藏。每2d測定各類酶活性以及與成熟衰老相關的指標等的變化。結果表明，經茉莉酸甲酯處理后，鮮切蘋果的APX活性降低，但LOX、PAL、CAT、PPO、POD活性增加，相對電導率和丙二醛含量降低，說明茉莉酸甲酯處理啟動了鮮切富士蘋果的防御反應，導致相關防御反應的關鍵酶活性升高，從而降低機械傷害引發的自由基對細胞膜產生的傷害。研究認為，鮮切蘋果貯前經適當濃度的茉莉酸甲酯溶液浸泡，可顯著延長貯藏期和保持新鮮品質。

茉莉酸甲酯，鮮切蘋果，生理生化變化，酶活性

Abstract：In order to determine the effect of Jasmonic acid methyl ester（MeJA） on the physiological and biochemical reactions of fresh-cut Fuji apple，1cm3small cube pieces were measured the enzymes activity and the indexes that related to maturity and aging every 2d.After dipping in 100，400，1600μmol/L MeJA solution for 30min，fresh-cut apples were packed and stored at 5℃ ，respectively.The results indicated that MeJA treatments stimulated the activities of LOX、PAL、CAT、PPO while it inhibited the activity of APX and controlled the increase of relative electrical conductivity and the content of MDA.Exo-MeJA treatments launched the defense reaction of the fresh-cut Fuji apple，and caused the activities of the key enzymes related with defense responses increased.It suggested that as a effective method，appropriate concentration of MeJA treatments might be used before the storage of fresh-cut apple to prolong the storage period and maintain the fresh quality.

Key words：Jasmonic acid methyl ester；fresh-cut apple；physiological and biochemical changes；enzyme activity中圖分類號：TS255.1 文獻標識碼：A 文章編號：1002-0306（2012）16-0338-05

茉莉酸類物質（Jasmonates，JAs）在自然界中廣泛存在，其主要代表物質是茉莉酸（Jasmonic acid，JA）和茉莉酸甲酯（Methyle Jasmonate，MeJA），被認為是植物傷信號分子的茉莉酸在植物防御反應中的作用得到了人們的廣泛關注[1-2]。大量研究結果表明，植物對機械傷害的防御反應不但發生在傷害部位（local response），而且在遠距離非傷害部位也具有反應即系統應答（systemic response）。茉莉酸是與抗性密切相關的植物生長物質，它作為內源信號分子參與植物在機械傷害、病蟲害等條件下的抗逆反應，并且與植物遠距離非傷害部位的防御反應有關，是介導傷害反應必需和最關鍵的信號分子[1]。當植物受到傷害時，植物體內茉莉酸的含量顯著增加，并由它“通知”未受傷部位進入“警戒狀態”，進而誘導一系列與植物傷害防御有關的基因表達，如蛋白酶抑制劑（PI）、苯丙氨酸轉氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）、過氧化物酶（POD）、脂氧合酶（LOX）等防御蛋白的活性水平，導致生物堿和酚酸類次生物質的積累，增加并改變揮發性信號化合物的釋放，甚至形成防御結構，提高LOX活性，從而增強植物的抗性。但茉莉酸類物質在鮮切果蔬中應用和研究得很少。研究茉莉酸類物質處理對鮮切蘋果生理生化變化的影響和調控，進而揭示茉莉酸類物質如何在發生大面積損傷的鮮切果蔬中發揮傷信號傳導作用，對于豐富鮮切果蔬傷害應答理論具有重要的作用。

1 材料與方法

1.1 實驗材料及處理方法

富士蘋果 選用色澤一致、大小均勻、無病蟲害和無機械損傷的富士蘋果為實驗材料，采后當天運至實驗室，并貯藏在5℃的冷庫中備用。將蘋果切成1cm3的小塊并分別放入100、400、1600μmol/L的茉莉酸甲酯溶液中浸泡30min，然后用0.04mm厚聚乙烯塑料薄膜包裝并放入5℃冷庫中貯藏。每2d測定自由基清除酶類、抗氧化酶類、防御酶類活性以及與成熟衰老相關的指標等的變化。

1.2 測試指標及方法

對鮮切蘋果生理生化指標進行測定，包括過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、過氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）、脂氧合酶（LOX）、苯丙氨酸轉氨酶（PAL）以及丙二醛含量（MDA）和相對電導率，均參照曹建康的方法[3]。

1.3 數據分析

用Excel作圖，實驗結果取三次測定的平均值并計算標準差，以SPSS進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 貯藏期間鮮切富士蘋果自由基清除酶類活性的變化

果實衰老源于活性氧的積累，由于活性氧產生和清除之間的平衡被破壞，使果實衰老加劇。CAT和SOD一樣是最主要的活性氧清除劑，它能分解代謝產生的H2O2而有效地清除自由基。SOD是一種源于生命體的活性物質，能消除生物體在新陳代謝過程中產生的有害物質，作為植物抗氧化系統的第一道防線，其主要功能是清除細胞中多余的超氧陰離子，防止對細胞膜系統造成傷害。SOD在生物體內的水平高低意味著衰老與死亡的直觀指標；SOD的主要作用是構成生物體內重要的免疫體系，參與植物的防御反應。

圖1 不同濃度的茉莉酸甲酯處理對鮮切蘋果CAT活性的影響Fig.1 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the CAT activities of fresh-cut apple

從圖1可以看出，貯藏期間鮮切蘋果的CAT活性均呈先上升后下降趨勢，但3種茉莉酸甲酯處理后CAT活性馬上開始升高，直至第6d達到最大值，而對照的在2d時才開始升高。2、4、6d時3種茉莉酸甲酯處理的CAT活性顯著高于對照（p＜0.05），3種茉莉酸甲酯處理中以100、400μmol/L更有利于提高CAT活性。貯藏初期茉莉酸甲酯處理引起的細胞內的CAT酶活的升高有利于清除細胞內過量的過氧化氫，從而降低細胞的傷害，但在貯藏一段時間后，組織受到傷害，修復能力下降因而CAT活性降低。

圖2 不同濃度的茉莉酸甲酯處理對鮮切蘋果SOD活性的影響Fig.2 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the SOD activities of fresh-cut apple

從圖2可以看出，貯藏初期100μmol/L茉莉酸甲酯處理的SOD活性略高于對照，而400、1600μmol/L茉莉酸甲酯處理則會抑制SOD的活性，且1600μmol/L茉莉酸甲酯處理的SOD活性在4d時顯著低于對照（p＜0.05）。但總體來看各處理間SOD活性差異不大，說明茉莉酸甲酯處理對超氧陰離子的清除能力影響不大。

2.2 貯藏期間鮮切富士蘋果抗氧化酶類活性的變化

圖3 不同濃度的茉莉酸甲酯處理對鮮切蘋果APX活性的影響Fig.3 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the APX activities of fresh-cut apple

APX是以抗壞血酸為電子供體的專一性強的過氧化物酶，能催化抗壞血酸與H2O2發生氧化-還原反應，是植物體內清除H2O2的關鍵酶，APX活性的升高有利于植物體內H2O2的清除。從圖3可以看出，各處理的APX活性均呈先急劇下降后上升再緩慢下降趨勢，0d時3種茉莉酸甲酯處理的APX活性均極顯著低于對照（p＜0.01），說明茉莉酸甲酯處理對APX有顯著地抑制作用，0d時100、400μmol/L茉莉酸甲酯處理的APX活性比1600μmol/L茉莉酸甲酯處理低50%左右。與0d時相比，2d時各處理的APX活性均呈急劇下降趨勢，這是由切割處理所致，而后3種茉莉酸甲酯處理的APX活性有所回升，以100、400μmol/L茉莉酸甲酯處理的回升速度較快，并在6d時顯著高于對照（p＜0.05），說明經適當濃度的茉莉酸甲酯溶液處理可以提高APX活性，催化抗壞血酸與H2O2發生氧化還原反應，使抗壞血酸形成單脫氫抗壞血酸，有利于植物體內H2O2的清除，降低對細胞的傷害。

圖4 不同濃度的茉莉酸甲酯處理對鮮切蘋果PPO活性的影響Fig.4 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the PPO activities of fresh-cut apple

PPO是含銅的氧化酶，以游離態存在于植物細胞質或束縛于線粒體、葉綠體及其他亞細胞器中，催化各種酚與O2反應生成醌，同時也是末端氧化酶的主要部分。植物組織感病或在其他逆境條件下造成傷害時，PPO活性能顯著升高，起到保衛作用。POD催化植物組織中低濃度的H2O2，氧化其他底物，用以清除H2O2，一般將其視為植物成熟衰老的指標。POD是植物在逆境條件下酶促防御系統的關鍵酶之一，它與SOD、CAT相互協調配合，清除過剩的自由基，使體內自由基維持在正常的動態水平，以提高植物的抗逆性。從圖4可知，貯藏期間鮮切蘋果的PPO活性均呈先上升后下降的趨勢，6d時各處理均出現PPO活性高峰，這可能是切割對蘋果組織造成傷害所致。整個貯藏過程中3種茉莉酸甲酯處理的PPO活性均高于對照，并在6、8d時差異達顯著性水平（p＜0.05）。PPO活性的升高盡管能起到一定的防御作用，但PPO也是導致鮮切蘋果褐變的主要酶，說明經茉莉酸甲酯處理的鮮切蘋果盡管抗性有所增加，但褐變也隨之增加了。貯藏結束時，1600μmol/L茉莉酸甲酯處理的鮮切富士蘋果褐變最為嚴重且失去商品價值。

圖5 不同濃度的茉莉酸甲酯處理對鮮切蘋果POD活性的影響Fig.5 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the POD activities of fresh-cut apple

從圖5可以看出，各處理的POD活性均在第8d達到最高峰。與對照相比，100、400μmol/L茉莉酸甲酯處理的POD活性在前6d均顯著高于對照（p＜0.05），而第8d時二者的峰值都低于對照，而1600μmol/L茉莉酸甲酯處理則會抑制POD活性，6、8、10d時極顯著低于對照和其他兩種茉莉酸甲酯處理（p＜0.01）。在氧化和非生物的脅迫下，POD活性增加是比較常見的響應，切割傷害導致的POD活性增加可能就是由于切割致使表面組織的氧化脅迫所致，適當濃度的茉莉酸甲酯處理能夠引起細胞內POD活性的升高，這對于及時清除過量的過氧化氫非常重要。

2.3 貯藏期間鮮切富士蘋果防御酶類活性的變化

植物體內茉莉酸類物質的合成代謝主要是通過脂氧合酶途徑來完成的，LOX是其途徑的關鍵酶之一，LOX及其脂質過氧化的產物，都參與茉莉酸、脫落酸和乙烯的生物合成，同時，LOX也與植物衰老密切相關。許多植物在遭受寒冷、傷害、紫外輻射時，植物的防御系統特別是苯丙烷類代謝被激活，PAL活性也會迅速上升，因此LOX活性可以作為植物抗逆境能力的一個生理指標。

圖6 不同濃度的茉莉酸甲酯處理對鮮切蘋果LOX活性的影響Fig.6 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the LOX activities of fresh-cut apple

從圖6可以看出，切割后的蘋果在貯藏期間LOX活性先增加后減少。LOX活性的增加可能是果實對傷害反應的響應。不同濃度的茉莉酸甲酯溶液對鮮切富士蘋果中LOX活性的處理效果不同，100μmol/L茉莉酸甲酯處理的LOX活性高于對照，而400、1600μmol/L茉莉酸甲酯處理的LOX活性在整個貯藏過程中均顯著低于對照（p＜0.05），其中以1600μmol/L茉莉酸甲酯處理的LOX活性最低。LOX作用的終產物茉莉酸也可能是一種傷信號，茉莉酸可以和乙烯相互作用引發一系列的生理效應，并對乙烯生理效應起到抑制作用，這可能是貯藏后期LOX活性差別的原因。前人的研究結果表明：外源誘導因子，如幾丁質、水楊酸、茉莉酸甲酯等都可誘導LOX基因的表達[4]，我們的研究結果則表明，適當濃度的茉莉酸甲酯處理（100μmol/L）能增加LOX活性，說明LOX基因的表達受到誘導，這一點與前人的研究結果相吻合，而高濃度的茉莉酸甲酯處理（400、1600μmol/L）卻抑制LOX基因的表達。

圖7 不同濃度的茉莉酸甲酯處理對鮮切蘋果PAL活性的影響Fig.7 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the PAL activities of fresh-cut apple

從圖7可以看出，0d時100、400μmol/L茉莉酸甲酯處理的PAL活性顯著高于對照（p＜0.05），盡管對照的PAL活性在后續的貯藏過程中有所增加，但在6d前均顯著低于100、400μmol/L茉莉酸甲酯處理（p＜0.05）。而且400μmol/L茉莉酸甲酯處理最有利于提高PAL活性，整個貯藏過程中始終高于對照和其他茉莉酸甲酯處理，并在前8d差異達顯著性水平（p＜0.05）。PAL活性上升能催化產生較多的植保素和木質素來修復傷害。但當茉莉酸甲酯濃度過高時（1600μmol/L），PAL活性則會受到抑制。

2.4 貯藏期間與鮮切富士蘋果成熟衰老相關的指標值變化

MDA是膜脂過氧化作用的主要產物之一，其含量的增加意味著膜脂過氧化加強，膜受傷而衰老加劇。相對電導率也是反映植物膜系統狀況的一個重要指標，當植物受到逆境傷害或其他損傷時，細胞膜受損，導致胞液外滲而使相對電導率增大。

圖8 不同濃度的茉莉酸甲酯處理對鮮切蘋果MDA含量的影響Fig.8 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the MDA content of fresh-cut apple

如圖8所示，各樣品的MDA含量均呈先上升后下降趨勢。0d時3種茉莉酸甲酯處理的MDA含量均顯著低于對照（p＜0.05），4d后3種茉莉酸甲酯處理的MDA含量也顯著低于對照（p＜0.05），說明茉莉酸甲酯處理能有效抑制膜脂過氧化作用的發生。貯藏初期各處理MDA含量的逐步上升可能是由切割處理后組織的衰老所致，果蔬在受到機械傷害后，組織內的活性氧含量會增加，但同時會有許多清除活性氧機制被啟動，其中抗氧化酶類在清除活性氧、抑制膜脂過氧化、維持膜系統的穩定性中起重要作用。因而MDA會表現為先上升后下降。

從圖9可以看出，盡管各處理的相對電導率在貯藏期間均呈上升趨勢，但茉莉酸甲酯處理能有效抑制相對電導率上升的速率，整個貯藏過程中3種茉莉酸甲酯處理的相對電導率始終低于對照，并在0、4、6、8、10d時差異達顯著性水平（p＜0.05）。3種茉莉酸甲酯處理中以1600μmol/L更有利于相對電導率的抑制，6d后1600μmol/L茉莉酸甲酯處理的相對電導率顯著低于對照和其他處理（p＜0.05）。經茉莉酸甲酯處理后相對電導率上升速率受到抑制，說明茉莉酸甲酯處理可有效降低細胞膜的受傷害程度。這與前人的研究結果[5-6]，外源茉莉酸甲酯處理能降低香蕉[4]和黃瓜[5]的細胞膜電解質滲出率一致。

圖9 不同濃度的茉莉酸甲酯處理對鮮切蘋果相對電導率的影響Fig.9 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the relative conductivities of fresh-cut apple

3 討論

茉莉酸甲酯是茉莉屬素馨花中香精油的有氣味化合物，它在其他植物中亦有廣泛分布。作為細胞信號轉導系統中的一種重要物質，茉莉酸甲酯廣泛參與了植物防御信號的轉導與放大過程[7]。它在植物細胞中起信號傳導的作用，引起細胞抗逆反應產物的表達，對多種次生代謝產物的合成具有誘導作用，被認為是非常有效的誘導子。

實驗結果表明，經茉莉酸甲酯處理后鮮切蘋果的POD和CAT的活性提高了，使得細胞內的H2O2能夠及時被清除，從而降低細胞膜的受傷程度。這與前人的研究結果一致，Su等[8]發現在懸浮培養的紅豆杉細胞中添加茉莉酸甲酯，可顯著提高細胞的POD、CAT活性、H2O2含量。Liu等[9]發現高濃度的茉莉酸甲酯對小麥根的生長有明顯的抑制作用，而且小麥根中POD活性提高，POD的表達量增強。茉莉酸甲酯處理也可明顯誘導普通野生稻葉片POD、CAT的表達，增加其保護酶系的活性，進而增強植株抵抗不良環境的能力[10]。Cao等[11]發現茉莉酸甲酯處理能有效減輕枇杷的冷害癥狀，并有助于細胞壁的修復。本實驗結果表明，茉莉酸甲酯處理能有效提高PPO活性，PPO活性升高增加鮮切組織的防御能力，而茉莉酸甲酯處理對SOD活性影響不大，可能是由于SOD對傷害和茉莉酸甲酯誘導的響應不敏感。適當濃度的茉莉酸甲酯還在一定程度上增加了LOX活性，這表明外源茉莉酸甲酯的添加可能啟動或加強了細胞內的信號轉導，增強了次生代謝物的合成能力。

4 結論

茉莉酸甲酯處理啟動了鮮切富士蘋果的防御反應，導致抗性相關酶活性的升高，從而可以增強對鮮切處理造成的機械傷害的修復與抵抗能力，并可使細胞內的H2O2及時被清除，從而降低機械傷害引發的自由基對細胞膜產生的傷害，進而通過傷害刺激信號轉導誘發與防御反應有關的次生代謝物的合成。茉莉酸甲酯可能通過影響活性氧代謝和酚類物質代謝來降低鮮切蘋果在貯藏期間冷害及衰老的發生，以獲得延長鮮切蘋果貯藏期和保持新鮮品質的目的，后續研究中我們將注重深入的機理研究。

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Effect of Jasmonic acid methyl ester treatment on the physiological and biochemical reactions of fresh-cut apple

HU Wen-zhong，JIANG Ai-li，YANG Hong，LIU Cheng-hui，HE Yu-bo
（College of Life Science，Dalian Nationalities University，Key Laboratory of Biochemical Engineering，The State Ethnic Affairs Commission-Ministry of Education，Dalian 116600，China）

2011－11－07

胡文忠（1959-），男，博士，教授，研究方向：食品科學。

國家自然科學基金項目（30972038，31172009）；國家科技支撐計劃項目（2012BAD38B05）。