澳洲青蘋果實葉綠素熒光參數與虎皮病相關性

周虹燕，任小林，田建文

（1.寧夏大學農學院，寧夏 銀川 750021；2.西北農林科技大學園藝學院，陜西 楊凌 712100；3.寧夏回族自治區科學技術廳，寧夏 銀川 750001）

澳洲青蘋果實葉綠素熒光參數與虎皮病相關性

周虹燕1，任小林2，田建文3,*

（1.寧夏大學農學院，寧夏 銀川 750021；2.西北農林科技大學園藝學院，陜西 楊凌 712100；3.寧夏回族自治區科學技術廳，寧夏 銀川 750001）

研究在冷藏條件（（0±1）℃）和常溫（22 ℃）條件下澳洲青蘋果實虎皮病的發展與葉綠素熒光參數之間的關系，在貯藏過程中測量最小熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、可變熒光（Fv）和光化學效率（Fv/Fm）等葉綠素熒光參數的變化。結果表明：在貯藏過程中對照組果實Fo、Fm和Fv/Fm明顯呈下降趨勢；1-甲基環丙烯（1-methylcyclopropene，1-MCP）處理對Fo和Fv/Fm的影響明顯，在采后0～60 d內其變化比較平緩，采后90 d后下降速度加快，而對Fm的影響不顯著；低氧（LO2）處理對Fo和Fm的影響不明顯，而Fv/Fm一直呈下降趨勢，當Fv/Fm小于0.7時，果實表面出現褐斑，可推斷虎皮病發生在采后90 d左右。另外，1-MCP和LO2處理可顯著控制澳洲青蘋果實虎皮病的發生。常溫（22 ℃）條件加速了對照組和1-MCP處理組果實熒光參數的變化，隨著貯藏時間的延長，Fv/Fm下降，且與虎皮病發病率呈顯著負相關。

蘋果果實；虎皮病；葉綠素熒光參數

澳洲青蘋果（Malus domestica Borkh. cv. Granny Smith）是加工與鮮食兼用的優良品種。該品種雖然耐貯性好，但果實冷藏中后期虎皮病發病率極高。蘋果虎皮病是蘋果冷藏中后期發生的一種嚴重的生理性病害，其主要癥狀是在果實表皮層出現褐色或黑色至深褐色的不規則凹陷病斑，類似燙傷狀，故又稱褐燙病，亦稱暈皮或果皮褐變[1]。果實虎皮病的發展具有明顯的漸進過程，發病初期果皮表面通常發生不規則的褐色斑塊，病斑較小，局部果實表皮組織表現為淡褐色，呈不規則片狀，主要發生在 果皮表層細胞中，一般不會深及果肉細胞。但隨著冷藏時間的延長褐色斑塊的區域會逐漸擴大，顏色也會隨之加深為深褐色或深棕色[2]。隨著病情的加重，病斑擴展連結成片狀，以至于整個果實都發生褐變，甚至表現為果肉發綿、略帶酒味、病果皮層易剝[3]，病果發病部位還會出現輕微凹陷、皺縮。隨著病情的進一步惡化，角質層將遭到破壞而失去光澤，最終可危及果肉細胞使果實腐爛變質[4-6]。果實虎皮病癥狀一般只發生在果實表面，內部果肉不受危害，但果實果皮色澤會受到影響[7]。該病在貨架期大量出現，嚴重影響果 實的外觀和商品價值，因此對虎皮病的早期預測在生產上具有重要意義。

葉綠素熒光參數作為一種無損檢測指標已被用作體內光合反應和各種環境脅迫的指標，在光合作用過程中，葉綠體色素分子對光能的吸收及能量的轉變過程中包含著復雜的生物物理及生物化學進程，由于激發能從葉綠素b向葉綠素a的傳遞效率幾乎達到100%[8]，所以難以檢出體內葉綠素b。在室溫條件下，綠色植物發出的這種熒光信號絕大部分來自葉綠體光系統Ⅱ（photosystemⅡ，PSⅡ）的天線色素蛋白復合體中的葉綠素a，熒光發射波長范圍約在650～780 nm，熒光發射峰在685 nm和735 nm波長處。

葉綠素熒光主要是由植物組織PSⅡ發出的，低溫脅迫或者植物組織自身的生理變化，如成熟、衰老，都能影響PSⅡ的功能，因此環境因子對植物組織的影響在一定程度上可以由葉綠素熒光的變化來反映[9]。初始熒光（Fo）是植物組織經過暗適應后再給予適當的光照測得的，反映了PSⅡ反應中心處于完全開放時的熒光強度，與葉綠素濃度有關；最大熒光（Fm）是在PSⅡ反應中心處于完全關閉時的熒光強度，反映了PSⅡ的電子傳遞情況；可變熒光（Fv）是黑暗中最大可變熒光強度，反映了PSⅡ系統中原初電子受體的還原情況；光化學量子產量（Fv/Fm）反映了PSⅡ中心的光能轉化效率，其值一般在0.832±0.004之內變動，它是光抑制程度的一個重要指標，比值越高說明植物越健康[10]。

已有研究顯示，利用葉綠素熒光技術可以檢測香蕉、芒果、黃瓜、茄子和青椒等果蔬的低溫傷害[11-15]。在蘋果果實冷藏過程中，葉綠素熒光技術也已被用于檢測低氧和高二氧化碳脅迫產生的生理傷害[16-17]；另外，研究發現隨著貯藏時間的延長，‘紅星’、‘金冠’和‘Rome Beauty’果實的Fo、Fm和 Fv/Fm都有所下降，這與果實在衰老過程中的果皮色澤以及果實硬度有關[18]，在果實衰老的過程中Fo、Fm和Fv/Fm的下降表明了葉綠體功能已經嚴重受損。此外，作為具有潛在用途的非破壞性手段，葉綠素熒光技術也被用于園藝產品的品質檢測中[19]。

由于葉綠體和葉綠素分子存在于皮下組織層，果實發生虎皮病伴隨著葉綠素的降解和損傷，因此推測葉綠素熒光的變化可能與蘋果果實虎皮病的易感性或發展程度有一定關系。本研究旨在觀察不同處理方式對澳洲青蘋果實虎皮病發展及葉綠素熒光參數的變化，并分析果實葉綠素熒光參數與虎皮病發病率之間的相關關系。在貯藏前采用1-甲基環丙烯（1-methylcyclopropene，1-MCP）和低氧（LO2）處理，可有效控制蘋果果實虎皮病的發生、降低澳洲青蘋果實虎皮病的發病指數和發病率，從而進一步了解果實熒光參數與虎皮病發病率之間的關系，為以后預測虎皮病的發生提供無損檢測依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實驗品種為澳洲青蘋，2012年10月16日采自陜西省白水縣試驗農場，果實成熟時采收，采后當天運回西北農林科技大學園藝學院實驗室，置于（0±1）℃預冷；1-MCP商業粉劑（有效成分含量為3.3%） 美國羅門哈斯中國公司；2% KOH溶液 山西三佳化工新材料有限公司。

1.2 儀器與設備

FMS-2便攜調制式熒光儀 英國漢莎科學儀器公司；ESJ200-4電子天平 沈陽龍騰電子有限公司。

1.3 方法

1.3.1 果實分組及處理

挑選大小均勻、成熟度一致、無機械傷和病蟲害的果實，隨機分成3 組，每組285 個。分別裝入普通的瓦楞紙箱，對照組（ck）貯藏在（0±1）℃、90%～95%相對濕度的冷庫中；1-MCP處理組：蘋果放置在250 L的氣調箱中，稱取0.482 1 g 1-MCP粉劑置于小燒杯中，加入10 mL 2% KOH溶液溶解，放入密封箱內，立即密閉，在20℃熏蒸處理24 h；低氧（LO2）處理組：將蘋果置于箱內，并在箱內充入氮氣直到氧氣體積分數達到2%后密封，使箱內溫度達到20℃，放置10 d。1-MCP和LO2處理結束后，取出蘋果分別置入瓦楞紙箱內，放在冷庫中（0±1）℃貯藏150 d，每隔30 d分別測定葉綠素熒光參數及相關品質指標，每次取蘋果5個，重復3次。在冷藏60 d以后每隔15 d分別統計虎皮病的發病指數和發病率。冷藏150 d后出庫置于常溫（22℃）條件下放置7 d，觀察果實虎皮病的發展狀況，并分析對照組和1-MCP處理組果實貨架期葉綠素熒光參數的變化。

1.3.2 葉綠素熒光的測定

固定測試頭與果實之間的距離，在果實赤道線兩側選擇2個相對的位點作為每次的測定位置。測定前果實均經過暗適應30 min（用黑色的毛巾覆蓋），先照射檢驗光1min（約為0.15 μmol/（m2·s））測Fo，再照射飽和脈沖光0.7 s（為7 500 μmol/（m2·s））測Fm，再打開光化光120 s（為1100 μmol/（m2·s））依次測定Fv和Fv/Fm。

1.3.3 虎皮病的病情指數和發病率

每次隨機取出40個果實，按式（1）計算虎皮病的病情指數、按式（2）計算發病率：

其中：正常果為0級；發病面積S≤1/4為1級；1/4＜S≤1/3為2級；1/3＜S≤1/2為3級；S＞1/2為4級。

1.4 數據分析

數據處理采用Excel和SPSS 17.0統計軟件進行方差分析；P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 冷藏過程中不同處理方式對葉綠素熒光參數的影響

葉綠素熒光參數Fo、Fm和Fv/Fm受1-MCP、LO2處理和貯藏時間的影響，在整個貯藏過程中隨著貯藏時間的延長而逐漸降低，但與對照組相比，處理組都保持在相對較高的水平（圖1）。

對照組果實的葉綠素熒光參數明顯呈下降趨勢，但是Fo在貯藏60 d以后下降速率加快，由113.44下降到96.52，而Fm在貯藏30 d時下降了63%左右；同時Fv/Fm也隨著貯藏時間的延長而逐漸降低，當果實貯藏到90 d時，Fv/Fm由0.76下降為0.70，90 d以后其下降程度明顯加快。因此，虎皮病現象的出現在貯藏90 d左右，這與Song等[20]通過測定不同貯藏條件下‘紅星’蘋果的Fv/Fm結果一致。

1-MCP處理影響Fo和Fv/Fm，與對照組相比，Fo和Fv/Fm都相對較高；而Fm在貯藏期的前30 d低于對照組，可能與果實自身的氧化代謝和果實表皮葉綠素的降解有關，但貯藏60 d以后1-MCP處理組的Fm顯著高于對照組。由此可見，1-MCP處理延緩了Fo和Fv/Fm的下降，可以控制澳洲青蘋果實虎皮病。

圖1 不同處理方式對澳洲青蘋果實葉綠素熒光參數的影響Fig.1 Effects of different treatments on chlorophyll fluorescence parameters during apple fruit storage

LO2處理組對Fo和Fm的影響不明顯，但是對Fv/Fm有一定的影響，Fv/Fm一直呈下降趨勢，高于對照組，并且在90 d以后下降速度加快，這說明LO2處理延緩了Fv/Fm的下降，可以控制澳洲青蘋果實虎皮病。

綜上所述，澳洲青蘋果實貯藏過程中果實葉綠素熒光參數隨貯藏時間的延長而緩慢降低，并且1-MCP和LO2處理均可延緩葉綠素熒光參數的下降。

2.2 冷藏過程中不同處理方式對澳洲青蘋果實虎皮病病情指數和發病率的影響

圖2 不同處理方式對澳洲青蘋果實虎皮病病情指數和發病率的影響Fig.2 Effects of different treatments on the disease index and incidence of superficial scald in Granny Smith apple

如圖2所示，澳洲青蘋果實在貯藏90 d左右開始出現虎皮病，隨著貯藏期的延長，對照組病果個數和褐變面積逐漸增加，病情指數和發病率都急劇升高，貯藏150 d時（出庫），蘋果果實病情指數和發病率分別為0.108和20%；1-MCP處理組在貯藏期間一直沒有發生病變（病情指數為0），在出庫后第2天才出現極個別的輕微病果，而且發病面積基本無變化，蘋果果實病情指數和發病率分別為0.025和2.5%；LO2處理果實從貯藏135d開始有輕微的病果出現，在出庫后的第2～7天病果果實的個數和褐變面積都稍有變化，其病情指數和發病率分別為0.075和7.5%，表明1-MCP處理和LO2處理對控制蘋果果實虎皮病的發生有極顯著的效果（P＜0.01），并且1-MCP處理的效果優于LO2。

2.3 葉綠素熒光參數與蘋果果實虎皮病發病率相關性的分析

對照組果實的Fv/Fm與果實虎皮病發病率的變化呈顯著負相關，Fo、Fm與果實虎皮病的相關性不顯著（表1），而1-MCP和LO2處理以后，葉綠素熒光參數與果實虎皮病發病率的相關性均不顯著，這表明虎皮病的發生對葉綠素熒光參數Fv/Fm產生顯著影響。

表1 對照組葉綠素熒光參數與虎皮病發病率的相關性分析Table1 Correlations between chlorophyll fluorescence parameters and superficial scald incidence under control treatment

2.4 常溫條件下貨架期對照組和1-MCP處理組果實葉綠素熒光參數的變化

貨架期對照組果實虎皮病的發展很迅速，由出庫時的20%增加至32.5%，與此同時Fo、Fm和Fv/Fm隨著貨架期時間的延長也顯著下降（P＜0.05）；然而，1-MCP處理組的果實虎皮病在第2天左右才出現，到第7天均保持在相對平穩的水平，1-MCP處理對Fo和Fm也有一定的影響，Fo由第0天的117下降至第7天的86，Fm由第2天的306下降至第7天的235，但對Fv/Fm的影響不明顯。

表2 對照組和1-MCP處理組果實葉綠素熒光參數的變化Table2 Changes in chlorophyll fluorescence parameters in Granny Smith apple in the control and 1-MCP treatment groups during postharvest storage at 22 ℃

3 討 論

影響果實貯藏過程中葉綠素熒光參數變化的因素主要有2 個：一是單位葉綠素光合反應能力的喪失，導致PSⅡ活性降低[21]；二是葉綠素含量的下降，這都影響葉綠素的熒光水平[22]。在本實驗中，蘋果果實貯藏初期，Fo、Fm和Fv/Fm都呈下降趨勢，貯藏90 d以后，果實開始有虎皮病的出現，并且其下降速率加快；1-MCP和LO2處理可以控制虎皮病的發生以及緩解葉綠素熒光參數的下降，由此推斷，葉綠素的降解可以引起葉綠素熒光參數的下降，也可以認為，是由于果實成熟過程中葉綠體結構的解體導致熒光參數的下降。

葉綠素熒光技術可以檢測水果在貯藏過程中的生理變化、預測冷害和早衰，以幫助人們選擇最佳的貯藏保鮮條件。如林世青等[23]在檢測香蕉果實在不同溫度貯藏條件下的后熟過程時發現，不同溫度條件下香蕉果皮葉綠素熒光的變化與果實外觀的變化密切相關，從而篩選出香蕉冷藏保鮮的最適溫度為12 ℃。de Ell等[24]測定不同貯藏條件下紅星蘋果的葉綠素熒光發現Fo、Fm和Fv/Fm與果實的硬度密切相關。

一般認為，脅迫條件下Fv/Fm會明顯下降。在蘋果果實貯藏過程中，果實虎皮病的發生與Fv/Fm之間表現出顯著負相關，表明虎皮病的出現是導致Fv/Fm下降的直接原因，而1-MCP和LO2處理控制虎皮病發生的同時也延緩了葉綠素熒光參數的下降，所以處理組果實Fv/Fm變化不顯著。Song等[20]發現蘋果果實在貯藏初期Fv/Fm變化不大，但貯藏后期Fv/Fm顯著下降，并當Fv/Fm小于0.7時，果實表面就會出現褐斑，隨后果實表現出明顯的虎皮病癥狀。

本研究初步證明蘋果果實葉綠素熒光參數與虎皮病的發生率存在一定的相關性。但是蘋果果實葉綠素熒光參數還受到品種、溫度、組織老化的程度、環境脅迫等多種因素的影響。因此，利用葉綠素熒光參數來預測果實虎皮病的發展狀況還需要更進一步的深入研究。

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Correlation of Chlorophyll Fluorescence Parameters with Superficial Scald Development in Granny Smith Apple

ZHOU Hong-yan1, REN Xiao-lin2, TIAN Jian-wen3,*
(1. Agricultural College, Ningxia University, Yinchuan 750021, China; 2. College of Horticulture, Northwest A & F University, Yangling 712100, China; 3. Science and Technology Department of Ningxia, Yinchuan 750001, China)

The relationship between chlorophyll fluorescence parameters and the development of superficial scald in Granny Smith apples was studied during postharvest storage at cold (0 ± 1) ℃ or ambient (22 ℃) temperature. Minimal fl uorescence (Fo), maximal fl uorescence (Fm), variable fl uorescence (Fv) and photochemical effi ciency (Fv/Fm) were measured during storage periods. The results showed that Fo, Fmand Fv/Fmdeclined clearly in control fruits over days, and 1-methylcyclopropene (1-MCP) treatment had an effect on Foand Fv/Fm, both of which displayed relatively gentle changes during the fi rst 60 d of storage, and declined rapidly from the 90thd onwards, while no signifi cant effect on Fmwas observed. Low-oxygen treatment had no obvious effect on Foor Fm, but resulted in a continuous decrease in Fv/Fm, which at a level less than 0.7 indicated the appearance of brown spots on the fruit surface. Thus, we inferred that superfi cial scald occurred at about 90 d postharvest and could be signifi cantly prevented from occurring by 1-MCP and low-oxygen treatment. Postharvest sto rage at ambient temperature accelerated the rate of change in fl uorescence parameters in control and 1-MCP treatment groups, and Fv/Fmdeclined with increasing storage time, which was signifi cantly negatively correlated with the incidence of superfi cial scald.

apple fruit; superfi cial scald; chlorophyll fl uorescence parameters

S662.1

A

1002-6630（2014）10-0258-05

10.7506/spkx1002-6630-201410048

2013-08-31

國家現代農業（蘋果）產業技術體系建設專項（Z225020701）

周虹燕（1985—），女，碩士研究生，研究方向為果蔬貯藏與保鮮。E-mail：z_hy1987@163.com

*通信作者：田建文（1965—），男，教授，博士，研究方向為果品貯藏與加工。E-mail：tjw6789@126.com