1—甲基環(huán)丙烯在蘋果貯藏保鮮上的應(yīng)用研究進(jìn)展

摘 要：介紹了新型園藝產(chǎn)品保鮮劑——1-甲基環(huán)丙烯（1-MCP）的作用機(jī)理和特點(diǎn)，闡述了1-MCP對(duì)蘋果果實(shí)采后生理的影響及其在蘋果保鮮上的應(yīng)用現(xiàn)狀和研究進(jìn)展，同時(shí)對(duì)影響1-MCP保鮮效果的因素進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：1-甲基環(huán)丙烯；蘋果；作用機(jī)理；貯藏保鮮

中圖分類號(hào) S661.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2013）14-121-03

在我國(guó)，蘋果是第一大水果品種，深受人們喜愛。蘋果是呼吸躍變型果實(shí)，達(dá)到采收成熟度后，會(huì)產(chǎn)生呼吸高峰，并產(chǎn)生大量的乙烯，這些乙烯能加速果實(shí)的成熟與衰老，降低果實(shí)貯藏性能，縮短貨架期。因此，延緩蘋果果實(shí)的呼吸高峰，減少植物內(nèi)源性乙烯的生成，或抑制乙烯引起的生理生化反應(yīng)，是延緩蘋果果實(shí)衰老的理論依據(jù)。

20世紀(jì)90年代，Sisler等發(fā)現(xiàn)一些環(huán)丙烯類化合物可以阻止乙烯的反應(yīng)，如環(huán)丙烯（CP）、1-甲基環(huán)丙烯（1-MCP）、3.3-二甲基環(huán)丙烯（3.3-DMCP）等。其中1-MCP的化學(xué)性質(zhì)更穩(wěn)定，效果更顯著，具備較大的商業(yè)化潛力。1-MCP已被制成商品“安喜培”固體粉末，并經(jīng)美國(guó)環(huán)保署正式批準(zhǔn)可在蘋果、梨等多種園藝產(chǎn)品中使用，且沒有應(yīng)用限制。截至目前，1-MCP已在歐盟、美國(guó)、中國(guó)等超過27個(gè)國(guó)家和地區(qū)批準(zhǔn)使用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2005年在山東已有10萬(wàn)t蘋果應(yīng)用1-MCP進(jìn)行保鮮處理。

1 1-MCP的作用機(jī)理和特點(diǎn)

據(jù)研究報(bào)道，當(dāng)植物器官進(jìn)入到成熟期時(shí)，乙烯就會(huì)通過與植物體內(nèi)特殊受體結(jié)合來(lái)激活一系列與成熟、衰老有關(guān)的生理生化反應(yīng)，從而加快器官的衰老和死亡，并推測(cè)該受體可能是某種金屬蛋白質(zhì)。1-MCP是由環(huán)丙烯1碳位上的一個(gè)氫離子被一個(gè)甲基取代而成，使整個(gè)分子呈平面結(jié)構(gòu)，相比乙烯有著更高的雙鍵張力和化合能[1]。在此基礎(chǔ)上，Sisler[2]提出了1-MCP一種可能的作用模式：1-MCP能與乙烯受體結(jié)合，但不會(huì)引起果實(shí)成熟的生化反應(yīng)。比起乙烯，1-MCP具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，一旦使用，就會(huì)阻礙內(nèi)源性和外源性乙烯與其受體的正常結(jié)合；由于這種結(jié)合相當(dāng)緊密，1-MCP不易脫落，或至少保存較長(zhǎng)一段時(shí)間，致使乙烯作用信號(hào)的傳導(dǎo)和表達(dá)受阻，從而抑制乙烯所誘導(dǎo)的一系列與成熟或衰老相關(guān)的生理生化反應(yīng)。而用1-MCP處理后果實(shí)仍能正常成熟，這是由于果實(shí)細(xì)胞會(huì)不斷合成新的乙烯受體，使果實(shí)重新獲得對(duì)乙烯的敏感性造成的。

有研究表明，1-MCP可以通過抑制乙烯生物合成途徑中的ACS基因和ACO基因的表達(dá)來(lái)抑制乙烯的生物合成，Nakatsuka等人用1-MCP處理番茄時(shí)發(fā)現(xiàn)：乙烯合成和傳導(dǎo)中的LE-ACS2、LE-ACS4 和LE-ACO1、LE-ACO4以及NR基因的表達(dá)完全受到抑制[3-5]，從而減少乙烯的合成與釋放?？梢?，1-MCP是通過與乙烯競(jìng)爭(zhēng)受體蛋白和抑制乙烯生物合成的基因表達(dá)這兩條途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)延緩果蔬衰老的。

1-MCP，分子式為C4H6，沸點(diǎn)約為10℃，常溫下是氣態(tài)，無(wú)異味，在液體狀態(tài)下不太穩(wěn)定。1-MCP處理園藝產(chǎn)品時(shí)必須在密閉環(huán)境下，如在溫室、冷庫(kù)、集裝箱、包裝箱中等，且在室溫和冷藏條件下均有效。因其使用濃度低，無(wú)毒害，處理數(shù)量大，發(fā)揮作用時(shí)間長(zhǎng)，使用方法簡(jiǎn)便，非常適合大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。

2 1-MCP對(duì)蘋果果實(shí)采后生理的影響

2.1 維持果肉硬度 據(jù)報(bào)道，1-MCP幾乎在所有受處理的蘋果果實(shí)中都明顯地延緩了果實(shí)硬度的下降。貯于常溫下的嘎拉蘋果，果實(shí)硬度迅速下降，貯至第20d時(shí)果實(shí)硬度就下降到4.8kg/cm2，而用1-MCP處理的嘎拉果實(shí)在貯藏至20d時(shí)硬度由10.5kg/cm2僅降到10.2kg/cm2，可見用1-MCP處理可以很好地維持嘎啦蘋果的果肉硬度[6]。用1-MCP處理的“喬納金”果實(shí)，硬度下降緩慢，而對(duì)照組果實(shí)采后2周就開始變得綿軟，到第4周時(shí)已失去商品價(jià)值[7]。1999年Fan等[8]研究認(rèn)為，1-MCP可以顯著抑制“Delicious”蘋果硬度的下降，貯藏溫度在0～24℃時(shí)，蘋果的硬度與1-MCP濃度有關(guān)，且最佳處理濃度為1.0μL/L，低于或超過此濃度，硬度都會(huì)下降。Walkins等[9]研究發(fā)現(xiàn)，1-MCP處理可以使某些品種的蘋果硬度在數(shù)月內(nèi)與氣調(diào)貯藏的效果類似。2001年，Mir等[10]發(fā)現(xiàn)，在保持蘋果的硬度上，1-MCP處理的效果優(yōu)于氣調(diào)貯藏，這表明1-MCP處理可以部分地代替機(jī)械冷藏和氣調(diào)貯藏的作用。

2.2 延緩可滴定酸含量下降 蘋果中的游離酸以蘋果酸為主，約占總酸量的70%。未成熟的蘋果中含酸量較大，但隨著果實(shí)的成熟，酸度下降很快。Fan等[8]研究表明，在機(jī)械冷藏條件下，1-MCP能明顯抑制蘋果品種“Delicious”、“LawRome”、“Empire”和“旭”果實(shí)可滴定酸含量減少，較好地保持了蘋果的風(fēng)味；而且處理濃度越高，可滴定酸含量越高。但是對(duì)于“Red chief Delicious”蘋果[10]果實(shí)中可滴定酸的變化沒有影響。說明1-MCP對(duì)不同品種的蘋果果實(shí)可滴定酸含量的影響不一致。

2.3 延緩可溶性固形物含量下降 王趙改等[11]以“粉紅女士”蘋果為材料，研究了500nL/L濃度的1-MCP對(duì)“粉紅女士”蘋果在貯藏期和室溫條件下可溶性固形物含量的影響，結(jié)果表明，貯藏150d時(shí)，處理果實(shí)可溶性固形物含量的下降幅度明顯低于對(duì)照果實(shí)。在對(duì)“喬納金”蘋果的研究中也得到了類似的結(jié)果[7]。孫希生等[12]研究發(fā)現(xiàn)：采用0.25～1.0μL/L1-MCP3個(gè)濃度處理金冠蘋果，在室溫貯藏條件下，1-MCP處理組的淀粉的轉(zhuǎn)化速度明顯小于對(duì)照組；而在0℃冷藏條件下，處理與對(duì)照果實(shí)淀粉的轉(zhuǎn)化速度差異卻不明顯。另?yè)?jù)Fan等[8]的研究，1-MCP處理并不能維持蘋果果實(shí)較高的可溶性固形物含量?？梢?，1-MCP對(duì)果實(shí)可溶性固形物的影響，會(huì)因果實(shí)成熟度、貯藏條件和1-MCP處理濃度的不同，表現(xiàn)結(jié)果不一致。

2.4 抑制呼吸強(qiáng)度和乙烯釋放量 Sisler等提出：1-MCP能搶先與乙烯受體蛋白發(fā)生不可逆的結(jié)合，防止乙烯與其受體結(jié)合，從而抑制乙烯對(duì)植物體的作用，降低采后果實(shí)的呼吸速率，延緩其呼吸高峰的到來(lái)，抑制果實(shí)走向成熟和衰老[13]。對(duì)獼猴桃[14]、碭山梨[15]、西洋梨[16]、桃[17]、蘋果[9，10，18，19]等多種果實(shí)的研究中發(fā)現(xiàn)1-MCP不但能顯著降低乙烯釋放量，還能不同程度的延緩乙烯高峰和呼吸高峰的出現(xiàn)，這對(duì)于呼吸躍變型果實(shí)無(wú)疑能起到延長(zhǎng)貯藏保鮮期的效果。

孫希生[7]等研究發(fā)現(xiàn)，用1-MCP處理“喬納金”蘋果后，顯著降低了果實(shí)的呼吸強(qiáng)度，推遲了呼吸高峰，并降低峰值。李富軍等[21]發(fā)現(xiàn)，1-MCP處理幾乎完全抑制了紅星與富士蘋果采后20℃貯藏期間乙烯的釋放。王瑞慶等人用300nL/L和600nL/L的1-MCP處理“嘎拉”蘋果24h，結(jié)果表明這兩種處理均能顯著抑制貯藏期間和貯后貨架期間果實(shí)的呼吸速率和乙烯產(chǎn)生速率，且這兩種濃度處理之間無(wú)顯著差異[20]。

3 影響1-MCP保鮮效果的因素

1-MCP已被廣泛用于蔬菜、水果和花卉等各種園藝產(chǎn)品的貯運(yùn)保鮮。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，各種園藝產(chǎn)品對(duì)1-MCP的影響不盡相同。因此，針對(duì)某種園藝產(chǎn)品的貯藏保鮮時(shí)，應(yīng)掌握正確的處理方法，采用最佳的處理濃度，從而可以得到最佳的處理效果。目前，已有研究結(jié)果表明：影響1-MCP保鮮效果的因素主要是處理濃度、處理溫度、處理時(shí)間、作用對(duì)象種類、作用器官所處的生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期及其貯藏條件。

1-MCP抑制乙烯所需濃度與其處理時(shí)間有關(guān)。一般情況下，1-MCP處理時(shí)間愈短，所需濃度就愈高；反之，處理時(shí)間愈長(zhǎng)，所需濃度就愈低[22-24]。不同果實(shí)種類所要求的最佳處理濃度不同，濃度過高時(shí)也可能加速果實(shí)的衰老與腐爛。李富軍[29]等在研究了不同濃度1-MCP處理對(duì)“珊夏”蘋果果實(shí)冷藏期間幾種貯藏品質(zhì)的影響之后，發(fā)現(xiàn)0.5μL/L與1.5μL/L濃度處理效果優(yōu)于1.0μL/L的l—MCP處理效果。Fan等[25]認(rèn)為，蘋果的最佳處理濃度是1mg/L。

Serek等[22]提出：1-MCP處理效果跟溫度有關(guān)。例如甘藍(lán)在20℃時(shí)被1-MCP處理后貯藏壽命延長(zhǎng)2.5倍，在5℃時(shí)處理僅延長(zhǎng)了2倍[26]。釣鐘柳切花在20℃時(shí)被1-MCP處理后乙烯作用受強(qiáng)烈抑制，在2℃時(shí)處理，沒有抑制作用，花很快脫落[22]。

Reid等[27]進(jìn)一步研究得出：在2℃時(shí)1-MCP抑制乙烯作用所需的處理時(shí)間較長(zhǎng)，處理濃度較高。Ku[26]等則認(rèn)為：高溫時(shí)，1-MCP可能更容易接近乙烯結(jié)合位點(diǎn)并與之結(jié)合。Sisler等[8]又認(rèn)為：在低溫時(shí)，1-MCP與乙烯受體結(jié)合量降低。因此，在一定溫度范圍內(nèi)，處理溫度越高，1-MCP的處理效果就越明顯[10]。

1-MCP保鮮效果的持久性，還因植物對(duì)象的種類和植物器官所處的生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期的不同而不同。如番茄、康乃馨切花和蘋果經(jīng)1-MCP處理后，分別于8、10和11d后恢復(fù)對(duì)乙烯敏感性[22，23，28]。Sisler等[2]報(bào)道，盛開的康乃馨切花較早表現(xiàn)出衰老，要想抑制乙烯的致衰作用，需要較高的1-MCP濃度（0.2nmol/L）；而剛開放的康乃馨切花對(duì)1-MCP的濃度要求較低（0.1nmol/L）。

不同的貯藏條件，1-MCP的作用效果也不同。為了比較1-MCP處理效果，Watkins等[9]將以相同1-MCP濃度處理的4個(gè)品種蘋果果實(shí)，分別置于機(jī)械冷藏和氣調(diào)貯藏條件下，發(fā)現(xiàn)氣調(diào)貯藏條件下效果較佳。

4 結(jié)語(yǔ)

研究表明，環(huán)丙稀類化合物作為乙烯的抑制劑，在多種園藝產(chǎn)品的貯運(yùn)保鮮中具有很好的發(fā)展前景。尤其是已經(jīng)作為商品上市的1-MCP，因其安全無(wú)毒、簡(jiǎn)便高效的優(yōu)點(diǎn)，已引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。像蘋果這樣典型的呼吸躍變型果實(shí)，且對(duì)乙烯的作用較為敏感，1-MCP能明顯地延緩果實(shí)的后熟與衰老，保持風(fēng)味，延長(zhǎng)貨架期。不同品種的蘋果對(duì)1-MCP的反應(yīng)不同，這是由于1-MCP的作用效果受品種、采收成熟度、處理濃度和時(shí)間，以及處理溫度等諸多因素的影響。因此，需要科研工作者們深入研究1-MCP處理不同品種的蘋果時(shí)所需的最佳濃度、處理時(shí)間、溫度、濕度等條件，以便在不同情況下指導(dǎo)蘋果保鮮，從而為1-MCP應(yīng)用于大規(guī)模的蘋果貯運(yùn)保鮮提供技術(shù)支持。目前國(guó)內(nèi)有關(guān)1-MCP的研究多集中在應(yīng)用效果方面，對(duì)其作用機(jī)理的研究相對(duì)較少。因此，應(yīng)該把應(yīng)用研究和理論研究結(jié)合起來(lái)，在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)問題，并從生理生化反應(yīng)等角度揭示其作用機(jī)理?？傊?-MCP及其同類物在蘋果等園藝產(chǎn)品的貯運(yùn)保鮮方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

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