1-MCP在果蔬應用上的研究進展

張藝馨，尚玉臣，張曉麗，孫治強

（河南農業大學園藝學院 鄭州 450002）

1-甲基環丙烯(1-MCP)于20世紀90年代被美國生物學家Sylvia Blankenship發現，具有高效、無毒、化學性質穩定的特點，被多數學者認為是一種新型的乙烯效應抑制劑。各國園藝工作者對1-MCP在果蔬保鮮上的應用進行了大量研究，試驗品種包括蘋果、李、鱷梨、香蕉、梨、桃、油桃、杏、櫻桃、獼猴桃、荔枝、芒果、檸檬、柿子、葡萄、柑橘、鳳梨、草莓、番茄、葛芭、青花菜、胡蘿卜、香菜等。1-MCP在多種果蔬上的保鮮效果已得到了肯定，但也存在一些問題，如其應用效果在不同果蔬上有很大差異，使用方式、濃度及時間缺乏標準，雖有一些作用機制被揭示但有時又對一些現象無法解釋，也需要進一步研究。對1-MCP相關研究最新文獻的歸納、整理、分析和總結對于本領域的進一步深入研究將具有重要的指導意義。

1 1-MCP的化學性質及作用機制

1.1 1-MCP的化學性質

1-MCP，化學名稱為1-甲基環丙烯，分子式為C4H6，在常溫環境中其處于氣體的形態，沸點大約為10℃，具有無生理毒性、無氣味、穩定性好、使用濃度極低、殘留氣味較小、抑制效應較強等特點。1-MCP是一種小型的丙烯類化合物，它結構上的一個氫原子被一個甲基所取代，整個分子呈平面結構，和氫原子相比，其甲基較大，在分子平面上更可以造成相當大的空間連接效果，因此，1-MCP有強于乙烯的雙鍵張力和化合能[1]。1-MCP最初是用于切花、盆花等花卉的保鮮工作[2]。

1.2 1-MCP的作用機制

Sisler and Serek[3]首次提出了1-MCP的作用模式，即受體競爭學說。研究指出，1-MCP與乙烯競爭乙烯受體，同時利用其所螯合的金屬原子和乙烯受體結合，從而阻斷乙烯與受體的常規結合，1-MCP很難從受體中剝離脫落，可長時間使受體保持鈍化，因而隔斷乙烯正常代謝的進行，并且抑制乙烯誘導果實成熟后的相關反應[4]。另外，ACC合成酶（ACS）和ACC氧化酶（ACO）是乙烯合成過程中的兩個關鍵酶，1-MCP可抑制柿、李、桃、榴蓮、梨[5-9]等乙烯生物合成酶ACS、ACO基因的表達或相關mRNA的積累，從而抑制乙烯的生成。因此，綜合來看，1-MCP至少可以通過上述兩種機制來延緩果蔬的衰老過程，使得果蔬能夠在更長時間內保鮮[10]。

2 1-MCP對果蔬生理活動的影響

2.1 1-MCP對乙烯的影響

眾多調查研究表明，乙烯能夠讓果蔬更快的成熟，加速組織衰老。但是其作用機制以及加速組織衰老的原因至今仍未明確。近幾年來，部分新型乙烯受體抑制成分被發現，這為果蔬內乙烯作用機制的探索提供了重要的輔助工作。在果蔬組織中，乙烯一般先與其體內的乙烯受體結合，隨之誘發果實成熟衰老。1-MCP擁有與乙烯結構相似的位置，能夠與乙烯受體進行結合，但是不易從乙烯受體中剝落，從而阻礙了果蔬組織對乙烯的反應，實現延緩其完熟與衰老的過程[4]。從目前的研究來看，1-MCP可以推遲乙烯高峰的出現時間，從而可以推遲果蔬完熟與衰老[11]。陳志遠[12]等研究表示，1-MCP不僅僅可以隔斷果蔬中乙烯生物合成反饋調節，同時還能夠抑制外源乙烯對內源乙烯產生的誘導。對于不同果蔬，1-MCP能夠不同程度的影響乙烯的釋放[13]。另外，對于同一種果蔬果實的不同部位，乙烯的抑制作用不同。例如LIU Le等[14]研究發現，1-MCP通過抑制了采后‘富平尖柿’柿子果實中ACS、ACO基因的表達從而抑制內源乙烯的合成，但對柿子果實內不同部位組織抑制作用不同，以果皮組織中抑制作用最明顯。

2.2 1-MCP對呼吸作用的影響

1-MCP能夠顯著阻礙果蔬組織的呼吸作用，對果蔬的完熟與衰老起到延緩作用。1-MCP不僅僅能夠顯著緩解果蔬的呼吸強度，同時還可以延遲果蔬呼吸高峰的出現，降低其呼吸速率峰值，但對不同種類和品種果蔬的影響不同。香蕉[15]、蘋果[16-18]、梨[19-22]、李[23]、番茄[24-25]和西葫蘆[26]等果 蔬[27-30]經過1-MCP的處理，均推遲了呼吸高峰的出現，導致呼吸速率的下降。一般來說，1-MCP對于呼吸躍變型果實的處理效果比較明顯且呼吸高峰前處理比較有效。例如，Feng X等[15]研究提出，在香蕉呼吸躍變前使用1-MCP進行處理，能夠有效延緩香蕉的呼吸高峰。在非躍變型的果實中，1-MCP能夠抑制草莓果實呼吸強度的增加；Poratr等[31]的研究表明其對柑橘的呼吸強度沒有抑制作用。也有研究發現，1-MCP反而刺激了呼吸的增加，例如Jiang等[32]研究用1-MCP處理的香菜葉片在5～8 d后呼吸速率比空白對照高，促進了香菜葉片衰老。1-MCP可以有效的抑制呼吸高峰的出現，可能與其處理讓果蔬中乙烯與其受體結合被抑制，進而隔斷了其所誘導的呼吸反應的結果。

2.3 1-MCP對果實營養成分的影響

1-MCP對果實營養成分的影響主要包括對氨基酸、可滴定酸、可溶性固形物含量的影響。在蘋果[16-18]、梨[19-22]、香蕉[15]、板栗[29]、獼猴桃[33]和西葫蘆[26]等[34-36]上的研究表明，1-MCP能夠延緩可滴定酸和可溶性固形物的降低，抑制淀粉的轉化和分解，從而顯著提高果實貯藏品質。牛歆雨等[23]的研究表明1-MCP對“脫骨”李子的可溶性固形物沒有明顯的影響，但卻推遲了可滴定酸度的下降。李學文等[25]研究1-MCP對番茄采后生理的影響發現，1-MCP能明顯的抑制果實中可滴定酸含量下降，減慢可溶性固形物含量的增加。Ahmad A[37]等人發現用1-MCP處理的番木瓜和未經處理的相比，可溶性固形物沒有明顯的變化。1-MCP對番石榴[38]的可溶性固形物和可滴定酸含量也沒有影響。胡樹凱等[39]用0.5μL·L-1的1-MCP處理煙臺大櫻桃，與對照相比能抑制果實硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量和維生素C含量下降，促進了可溶性蛋白質含量升高，保持果實風味，提高果實的商品率。

上述研究表明，1-MCP對園藝產品可滴定酸、可溶性固形物、氨基酸含量的影響與園藝產品的種類、品種和處理條件及處理效果均有密切的關系。

2.4 1-MCP對硬度、果蔬色澤和腐爛率的影響

1-MCP對果蔬品質的影響主要可以表現在以下幾個方面：1）對果蔬硬度的影響。魏好程等[13]研究表明，果實完熟進程的主要表現之一就是軟化，其對乙烯處理十分敏感。該研究認為，在果蔬完熟過程中外切與內切PG是影響軟化的酶，而1-MCP能夠延緩果蔬軟化進程，這一情況可能與1-MCP抑制了果蔬軟化的相關酶有關。鐘秋平等[40]研究指出，被1-MCP處理過的油梨，其果實多聚半糖醛酸酶(PG)、多酚氧化酶(PPO)和纖維素酶活性都明顯減弱，軟化過程被延緩，但是最后仍然可以正常軟化完熟。據報道，1-MCP 可以抑制蘋果[16-18]、梨[19-22]、香蕉[15]、獼猴桃[33]和西葫蘆[26]等果實的軟化與后熟。2）對果蔬色澤的影響。1-MCP處理能夠延緩果蔬成熟衰老，延長其色澤變化的時間[41]。Golding JB[42]等調查研究發現，如果使用1-MCP與乙烯對香蕉進行處理，在26 d時香蕉果實開始出現變化，而單獨使用1-MCP處理的香蕉則在34 d時才開始轉黃；單獨使用乙烯處理的香蕉在第3 d時就出現轉黃，而未經任何處理的香蕉則在21 d時開始轉黃[42]。因此，可以看出1-MCP能夠阻斷乙烯對果實色澤的改變，延緩果蔬成熟衰老。3）對腐爛率的影響。1-MCP可以有效地降低果蔬的腐爛率。1-MCP可以抑制冷藏豆莢腐爛數量的增長，且1-MCP的濃度越高，冷藏豆莢腐爛數量越低[43]。

2.5 1-MCP對果實病害的影響

1-MCP對果實病害的影響因果蔬種類的不同而不同。1-MCP 可以減輕菠蘿[44]、油梨[45]、香蕉[46]、桃子[47]和甜柿[48]果實的冷害程度，顯著降低蘋果灰霉病[49-50]、蘋果虎皮病[51]、五九香梨黑皮病[52]、庫爾勒香梨萼端黑斑病[53]、黃冠梨褐心病[54]、菠蘿黑心病[44]等的發病率。張宇[48]等的研究表明1-MCP處理推遲了冷害主要癥狀的的出現，有效降低甜柿果實的冷害指數，但不能完全防止冷害發生。同時也有相關研究指出，與未使用1-MCP處理的果蔬相比，甚至還會加劇冷害與腐爛狀態的形成。周曉婉[49]等用1μL·L-1的1-MCP處理蘋果，較對照可顯著降低損傷接種蘋果灰霉病的發病率，抑制病斑的擴展。1-MCP處理能夠誘導果實中苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶、過氧化物酶、β-1，3-葡聚糖酶、幾丁質酶活性的提高，促進總酚、類黃酮和木質素的積累，降低膜脂過氧化程度，減少丙二醛的產生，從而提高果實的抗病性。

3 影響1-MCP處理效應的因素

3.1 果蔬種類

躍變型與非躍變型的果蔬對1-MCP的處理反應是不同的[32]。如蘋果[16-18]、梨[19-22]、香蕉[15]、獼猴桃[33]和西葫蘆[26]等躍變型果實的衰老程度和貯藏品質都可以通過1-MCP的處理得到明顯的改善；然而對于非躍變型果實來說，1-MCP對其效果遠遠沒有躍變型的明顯。之所以會呈現出如此差異，原因多是1-MCP主要抑制果蔬乙烯的合成系統Ⅱ，也就是通過不可逆的與乙烯受體進行結合，切斷乙烯反饋調節的生物合成，而非躍變型果蔬沒有乙烯合成系統Ⅱ。即便如此，1-MCP也有可能使乙烯的釋放量得到增長，吳振先等[55]將1-MCP應用于青花菜上時，反而發現1-MCP處理過之后增加了乙烯的釋放量，具體緣由還不能說清楚。1-MCP的作用效果對不同的果實品種也不同。如‘Fuji’蘋果和‘Deli?cious’蘋果經1-MCP處理后，可溶性糖含量增高，而‘Gala’蘋果、‘Onagold’蘋果和‘Gingergold’蘋果經1-MCP處理后，果實中可溶性固形物含量卻沒有明顯的變化[56]。

對于躍變型果實，1-MCP在果實成熟度不同的時期進行處理，處理效果有明顯的差異。應在躍變前進行處理，果實進入躍變期再處理，作用很小或者無效果[57]。蘇小軍等[58]研究發現，香蕉用乙烯處理后再用1-MCP處理，果實的后熟僅部分受到抑制，而當果實用乙烯處理2～3 d后再用1-MCP處理，果實后熟的進程不受影響。說明果實的后熟已經進入到不可逆階段。內源乙烯催化的后熟一旦進行到一定程度，1-MCP處理便會失去抑制效果。因此實際應用中要注意果實的采收成熟度。另外，采后不同時期進行1-MCP處理效果也不同。賈艷萍等[59]以‘富士’蘋果為試材在采后不同時期進行1-MCP處理，結果表明處理效果隨著處理時間的延長而降低，常溫下1-MCP處理最好不超過5 d。

3.2 作用時間、濃度和溫度

大量研究[60-68]結果表明，1-MCP對乙烯的處理效應與處理時間、濃度和溫度息息相關，適宜處理時間為12～24 h，適宜處理體積分數為25～1 000 nL·L-1，適宜處理溫度為 20～25 ℃。Feng X等[60]的研究表明，采用適宜濃度的1-MCP處理果蔬能有效地延緩衰老過程，過高或過低的濃度其作用效果都不明顯，這可能與1-MCP達到一定濃度時已使受體結合位點達到飽和有關。一般情況下，1-MCP作用時間與濃度成反比，即濃度愈低，所需時間愈長；反之，高濃度處理花費的時間短，且在適當的濃度范圍內，1-MCP的處理濃度與效果成正比關系，濃度太高則或許致使果實腐爛程度的加重，草莓經 0.2～0.7 μmol·L-1濃度 1-MCP 處理后的儲藏時間要比經2.2μmol·L-1濃度1-MCP處理后的儲藏時間長[61]，原因或許是高濃度的1-MCP刺激了某些不良代謝系統發揮作用或者刺激了某些有益的代謝系統作用降低，從而影響組織本身的自然防御系統；一定濃度處理下，溫度高些則處理時間可以短些，這可能是因為低溫下乙烯受體蛋白構象發生了改變，或者是低溫導致1-MCP氣體與受體的結合能力降低或滲入植物組織的能力下降，所以當增加1-MCP的處理濃度時，可以彌補低溫處理的不足。但是三者的最適對應關系在應用時需要進行反復的試驗，以獲取最可靠的數據。

3.3 處理和包裝的方式

1-MCP的物理狀態和處理方式影響其作用的效果。當1-MCP處于氣體或液體形態時使用不是十分便捷，因此人們總是使用被固化的1-MCP片劑或者粉末，當其與水接觸后即會釋放出1-MCP氣體。目前使用最廣泛的兩種形式是直接噴施和密封條件下熏蒸。直接噴施的作用效果不如密閉條件下熏蒸，因為1-MCP的易揮發性，使1-MCP的藥效無法全部發揮。密閉熏蒸法在采后貯藏保鮮方面廣泛運用。適宜濃度的1-MCP熏蒸蘋果[69]、桃[68]、青花菜[70]、香蕉[71]等，都可以達到顯著提高果蔬貯藏品質的作用。但是密閉熏蒸操作繁瑣，需要在操作前將果蔬搬運至密閉空間或密封性較好的帳、袋或其他容器內，工作量大，而且搬運過程易造成果蔬機械損傷。另外，1-MCP結合其他方式進行處理能達到更好效果，例如結合PE包裝、低溫和打蠟處理等。研究表明，1-MCP結合PE包裝在三華 李[72]、‘貴長’獼猴桃[73]、黃金梨[74]和‘富士’蘋果[75]的采后貯藏中能有效抑制果實的呼吸速率、延緩衰老，保持果實的商品性并延長貯藏時間。

4 總結與展望

總的來說，雖然1-MCP在果蔬應用上的研究已經獲得了十分顯著的進展，但是仍然存在一些問題尚待解決。例如，1-MCP對乙烯的確切作用機制，1-MCP使用不當對果蔬的負面影響等等。目前國內對1-MCP的研究還處于起步階段，研究的范圍主要是應用效果，其作用機制等方面的理論研究還比較少。在應用研究方面，由于1-MCP的作用效果受到處理濃度和時間、采收成熟度、果蔬種類以及處理溫度等多種因素影響，國內在貯藏保鮮領域還缺乏統一的應用標準。因此，對1-MCP的研究的展望，應從以下3個方面進行：第一，全面系統地研究1-MCP對各類園藝產品的最佳使用濃度、時間和處理方法，建立起符合生產實際的1-MCP應用技術標準或體系；第二，應用研究和理論研究相結合，從生理、生化和分子水平揭示其作用機制；第三，進一步開展1-MCP在蔬果幼苗期作用效果的研究，包括對花芽分化及各種生理指標影響的研究。相信在不久的以后，對1-MCP在果蔬應用上的研究將會更加成熟。