一氧化氮對(duì)采后水蜜桃果實(shí)衰老和清除自由基酶系影響

千春錄,劉 瑤,殷健東,侯順超,林 晨,顧 林,金昌海

(揚(yáng)州大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇揚(yáng)州 225127)

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一氧化氮對(duì)采后水蜜桃果實(shí)衰老和清除自由基酶系影響

千春錄,劉 瑤,殷健東,侯順超,林 晨,顧 林,金昌海*

(揚(yáng)州大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇揚(yáng)州 225127)

為研究一氧化氮(NO)處理對(duì)采后水蜜桃果實(shí)衰老和清除自由基相關(guān)酶的影響,分別采用0、5、10、20和30 μL/L的NO氣體熏蒸水蜜桃,然后置于20 ℃下貯藏10 d。結(jié)果表明:10 μL/L的NO處理可有效地抑制水蜜桃果實(shí)軟化。對(duì)自由基清除酶系影響研究表明,NO處理提高了貯藏期果實(shí)超氧化物歧化酶(SOD)、抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)、脫氫抗壞血酸還原酶(DHAR)和單脫氫抗壞血酸還原酶(MDHAR)活性,保持了較高抗壞血酸(ASC)含量。因此,適宜濃度(10 μL/L)的NO處理能提高桃果實(shí)清除自由基酶系能力,抑制膜脂過(guò)氧化并保持細(xì)胞膜完整性,進(jìn)而改善貯藏品質(zhì)。

桃子,一氧化氮(NO),衰老,清除自由基酶系

水蜜桃(Prumuspersica(L.)Batsch cv. Yuhualu)不耐貯藏,在常溫下快速后熟軟化,極易變質(zhì)腐爛,導(dǎo)致貨架期很短[1-2]。水蜜桃采后衰老機(jī)理和延緩其衰老進(jìn)程的手段,一直是采后水蜜桃的研究熱點(diǎn)。

一氧化氮(NO)是普遍存在于植物體內(nèi)的一種內(nèi)源活性分子,它對(duì)植物成熟衰老有明顯抑制作用[3]。5和10 μL/L的NO熏蒸能顯著降低5和27 ℃下采后肥城桃果實(shí)果膠甲脂酶和內(nèi)切葡聚糖酶活性,延緩纖維素和果膠降解[4]。NO處理還可減緩采后綠蘆筍葉綠素、VC、總糖、總黃酮含量的下降,延緩木質(zhì)素、膜透性的增加,提高總抗氧化能力,從而改善其低溫貯藏品質(zhì),延長(zhǎng)貯藏期[5]。NO對(duì)果實(shí)成熟衰老的作用機(jī)理較為復(fù)雜,大量研究表明NO可抑制乙烯產(chǎn)生[6]、酚類代謝[7]、果膠解聚[8-9]和鈣離子流失[10],同時(shí)NO通過(guò)直接抑制氧化酶活性或相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)來(lái)降低活性氧傷害[11],也可通過(guò)提高果實(shí)活性氧清除酶活性來(lái)維持活性氧產(chǎn)生和清除的動(dòng)態(tài)平衡[12]。雖有大量關(guān)于NO作用和機(jī)理的報(bào)道,但NO的保鮮機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。本研究以“雨花露”水蜜桃為試材,研究不同濃度的NO處理對(duì)其采后衰老的抑制作用及對(duì)果實(shí)清除自由基酶系的影響,旨在為該品種水蜜桃保鮮貯藏提供新的途徑并揭示該處理對(duì)自由基清除酶系的作用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

水蜜桃 江蘇省揚(yáng)州市果園,采收時(shí)果實(shí)硬度為33.49±1.06 N;可溶性固形物含量為8.62%±0.73%,大小均勻、無(wú)機(jī)械傷、無(wú)病蟲(chóng)害。

NO和N2揚(yáng)州正元?dú)怏w有限公司;乙二胺四乙酸二鈉、聚乙烯吡咯烷酮、愈創(chuàng)木酚、還原型谷胱甘肽、氧化型谷胱甘肽、還原型輔酶I、還原型輔酶Ⅱ、甲硫氨酸、氯化硝基四氮唑藍(lán)、核黃素、2-硫代巴比妥酸、聯(lián)吡啶均為分析純(AR) 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;脫氫抗壞血酸、抗壞血酸氧化酶、二硫代硝基苯甲酸均為分析純(AR) 上海玉博生物科技有限公司。

TA-XT2i物性測(cè)定儀 英國(guó)穩(wěn)定微系統(tǒng)公司;DDS-Ⅱ型電導(dǎo)儀 上海精密科學(xué)儀器有限公司;分析天平BSA-124S 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)5417R Eppendorf中國(guó)有限公司;紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)UV-1750 島津中國(guó)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 水蜜桃前處理 水蜜桃采后2 h內(nèi)運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室。20 ℃下將桃果放置于密封塑料箱(10 L)中,連續(xù)通入N2以充分排出容器中的氧氣,然后分別用 0(對(duì)照)、5、10、20、30 μL/L的NO(800 μL/L的NO原氣稀釋至需要濃度)熏蒸2 h。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)30個(gè)果實(shí)。處理結(jié)束后,所有果實(shí)置于溫度20±1 ℃、濕度85%環(huán)境中貯藏。貯藏期間每隔2 d取樣,測(cè)定品質(zhì)及生理指標(biāo)。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.2.1 果實(shí)硬度、丙二醛(MDA)和電導(dǎo)率 按千春錄等[13]的方法。

1.2.2.2 測(cè)定指標(biāo)的方法 超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)、抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)、脫氫抗壞血酸還原酶(DHAR)、單脫氫抗壞血酸還原酶(MDHAR)、谷胱甘肽還原酶(GR)、抗壞血酸(ASC)和谷胱甘肽(GSH)按Qian等[14]的方法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析,差異顯著性檢驗(yàn)采用Tukey’ s多重比較法。

2 結(jié)果與分析

2.1 NO處理對(duì)果實(shí)硬度的影響

硬度是桃果成熟和衰老的重要指標(biāo)[1-2,13]。如圖1所示,貯藏2 d后,對(duì)照桃果實(shí)硬度顯著下降,貯藏10 d后果實(shí)已嚴(yán)重軟化;NO處理的果實(shí)在室溫貯藏10 d時(shí),10和20 μL/L的NO處理果實(shí)硬度分別是對(duì)照的1.58(p<0.05)和1.29(p<0.05)倍,而5和30 μL/L的NO處理效果不明顯。說(shuō)明10和20 μL/L的NO處理能夠抑制采后桃果實(shí)軟化。

圖1 NO處理對(duì)水蜜桃果實(shí)硬度的影響Fig.1 Effect of NO treatment on the firmness in peach fruit

2.2 NO處理對(duì)MDA和電導(dǎo)率的影響

MDA是膜脂過(guò)氧化作用的主要產(chǎn)物,電導(dǎo)率可反映細(xì)胞膜的透性,MDA含量和電導(dǎo)率都是判斷衰老程度的重要指標(biāo)[13]。貯藏期間水蜜桃MDA含量和電導(dǎo)率持續(xù)上升,NO處理可抑制其上升趨勢(shì),其中10和20 μL/L的NO處理果實(shí)在整個(gè)貯藏期間MDA含量和電導(dǎo)率顯著(p<0.05)低于對(duì)照,貯藏到第10 d時(shí)MDA含量分別是對(duì)照的74.42%和78.54%,電導(dǎo)率分別是對(duì)照的79.74%和85.67%,而5和30 μL/L的NO處理果實(shí)MDA含量和電導(dǎo)率較高,各處理中30 μL/L的NO處理樣品MDA含量和電導(dǎo)率最高,與對(duì)照差異不顯著(圖2)。說(shuō)明10和20 μL/L的NO處理可抑制膜脂過(guò)氧化并維持細(xì)胞膜完整性。

圖2 NO處理對(duì)水蜜桃果實(shí)MDA含量(A) 和電導(dǎo)率(B)的影響Fig.2 Effect of NO treatment on the MDA content(A) and electrolyte leakage(B)in peach fruit

2.3 NO處理對(duì)清除自由基酶系的影響

上述2.1和2.2結(jié)果表明,10和20 μL/L的NO處理能夠改善水蜜桃的貯藏品質(zhì),從保鮮效果(圖1和2)和處理經(jīng)濟(jì)性方面考慮,10 μL/L是NO處理常溫貯藏水蜜桃的最佳濃度,而本實(shí)驗(yàn)選擇該處理?xiàng)l件,后續(xù)研究NO處理對(duì)桃果清除自由基酶系的影響。

圖4 NO處理對(duì)水蜜桃果實(shí)APX(A)、DHAR(B)、MDHAR(C)和GR(D)活性的影響Fig.4 Effect of NO treatment on the APX(A),DHAR(B),MDHAR(C)and GR(D)activity in peach fruit

圖3 NO處理對(duì)水蜜桃果實(shí)SOD(A)、 CAT(B)和POD(C)活性的影響Fig.3 Effect of NO treatment on the SOD(A), CAT(B)and POD(C)activity in peach fruit

圖5 NO處理對(duì)水蜜桃果實(shí)ASC(A)和GSH(B)含量的影響Fig.5 Effect of NO treatment on the ASC(A)and GSH(B)content in peach fruit

ASC-GSH循環(huán)是植物體內(nèi)重要的抗氧化系統(tǒng),其中APX能夠通過(guò)氧化ASC來(lái)還原過(guò)氧化物,DHAR和MDHAR能夠通過(guò)氧化GSH來(lái)還原被APX氧化后的脫氫抗壞血酸和單脫氫抗壞血酸,而GR能夠還原氧化態(tài)谷胱甘肽至GSH[14]。如圖4A所示,APX活性在桃果貯藏初期上升,而后呈下降趨勢(shì),NO處理能夠使APX活性持續(xù)升高,貯藏6 d后下降,其活性在貯藏4 d后顯著(p<0.05)高于對(duì)照,在10 d時(shí)桃果實(shí)APX活性是對(duì)照的1.89倍。說(shuō)明果實(shí)在貯藏前期感受到氧化脅迫刺激,進(jìn)而引起抗氧化能力提高,但不能長(zhǎng)期維持,NO處理能讓果實(shí)維持較高的抗氧化能力。桃果DHAR和MDHAR活性在貯藏期呈先下降后上升趨勢(shì),NO處理能夠保持其較高的活性(圖4B和4C)。說(shuō)明貯藏前期ASC再生能力較弱,而NO處理能提高ASC再生能力,從而可保持較高的APX活性。GR活性在桃果貯藏期呈現(xiàn)上升趨勢(shì),NO處理果實(shí)GR活性在貯藏初期急劇上升而后下降(圖4D)。說(shuō)明桃果在貯藏后期有較強(qiáng)的GSH再生能力,積累GSH來(lái)促進(jìn)ASC再生,而NO處理能使桃果在貯藏前期有較強(qiáng)的GSH再生能力來(lái)促進(jìn)ASC再生。

ASC和GSH是ASC-GSH循環(huán)中重要的抗氧化物質(zhì),可直接或間接的清除過(guò)氧化物,其中H2O2的清除主要由ASC參與完成[1-2,14,16]。如圖5A所示,桃果實(shí)ASC含量在貯藏初期快速下降,而后上升至峰值后再次下降,NO處理可使水蜜桃維持較高的ASC含量。桃果GSH含量在貯藏前期變化并不明顯,而貯藏10 d時(shí)急劇上升,NO處理果實(shí)的GSH含量在貯藏初期下降,4 d時(shí)達(dá)到最低值,而后上升,并在10 d時(shí)下降,其含量是對(duì)照的77.48%(圖5B)。

3 討論

NO能夠延緩植物衰老[3,16-17],與1-MCP和熱處理相比,低濃度的NO可作為信號(hào)分子,能更有效的誘導(dǎo)提高果實(shí)采后防御能力[10]。從NO處理后“雨花露”水蜜桃常溫貯藏效果來(lái)看,10和20 μL/L的NO處理可延緩果實(shí)軟化并抑制膜脂過(guò)氧化,其中10 μL/L的NO處理更適合常溫貯藏水蜜桃保鮮貯藏,而5和30 μL/L的NO處理效果不明顯,說(shuō)明適宜濃度(10 μL/L)的NO處理能改善桃果常溫貯藏品質(zhì)。

桃果實(shí)在衰老過(guò)程中氧化脅迫上升[16,18],可導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化和細(xì)胞膜透性增加。NO處理能提高植物抗氧化能力,清除活性氧以減緩氧化脅迫[18-20]。本研究表明,桃果實(shí)采后貯藏初期SOD、POD活性下降,而CAT活性上升,NO處理能保持果實(shí)較高的SOD活性,并保持貯藏前期高的POD活性,后期高的CAT活性,提高了直接清除活性氧的能力。

ASC-GSH循環(huán)是植物體內(nèi)重要的防御系統(tǒng),能在各種脅迫中保護(hù)細(xì)胞[21]。該循環(huán)中H2O2的直接清除酶是APX,其活性和ASC含量呈正相關(guān),APX和ASC負(fù)責(zé)植物體內(nèi)大部分H2O2的清除[14,16]。DHAR和MDHAR可維持ASC的還原態(tài),GR可維持GSH的還原態(tài),其活性提高是植物對(duì)逆境的一種適應(yīng)性反應(yīng)[14,16]。ASC-GSH循環(huán)中APX、MDHAR、DHAR和GR共同作用,通過(guò)還原態(tài)ASC、GSH的再生來(lái)維持APX的活性[14]。APX可由H2O2激活,低溫脅迫下NO能提高其活性,有助于提高耐冷性[16,22-23]。本研究表明,在常溫貯藏前期,APX活性升高導(dǎo)致ASC消耗過(guò)大而含量降低,后期MDHAR、DHAR活性升高才使ASC得到積累補(bǔ)充,從而使ASC含量呈現(xiàn)下降而后上升趨勢(shì)。NO處理的桃果實(shí)維持高水平的MDHAR、DHAR活性,提高果實(shí)中ASC含量,同時(shí)GSH消耗過(guò)大導(dǎo)致其含量較低。同時(shí)NO處理可保持常溫貯藏桃果高水平APX活性,進(jìn)而促進(jìn)了H2O2的清除,抑制了膜脂氧化進(jìn)程和果實(shí)衰老。

4 結(jié)論

本研究表明,10 μL/L的NO處理能夠有效地延緩“雨花露”水蜜桃果實(shí)衰老和提高果實(shí)貯藏期SOD、APX、DHAR、MDHAR活性及ASC和GSH的再生能力,使ASC-GSH循環(huán)迅速恢復(fù),從而提高果實(shí)清除自由基能力,抑制膜脂過(guò)氧化,并保持細(xì)胞膜完整性。

[1]千春錄,米紅波,何志平,等. 1-MCP對(duì)水蜜桃冷藏品質(zhì)和氧化還原水平的影響[J]. 食品科學(xué),2013,34(12):322-326.

[2]千春錄,米紅波,趙宇瑛,等. 氯化鈣和熱處理對(duì)水蜜桃低溫貯藏品質(zhì)和氧化還原狀態(tài)的影響[J]. 中國(guó)食品學(xué)報(bào),2013,13(2):137-142.

[3]任小林,張少穎,于建娜. 一氧化氮與植物成熟衰老的關(guān)系[J]. 西北植物學(xué)報(bào),2004,24(1):167-171.

[4]朱樹(shù)華,劉孟臣,周杰. 一氧化氮熏蒸對(duì)采后肥城桃果實(shí)細(xì)胞壁代謝的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2006,39(9):1878-1884.

[5]邵明燦,胡花麗,王毓寧,等. 基于主成分分析法分析一氧化氮對(duì)綠蘆筍貯藏品質(zhì)的影響[J]. 食品科學(xué),2012,33(20):318-322.

[6]Zhu S H,Liu M C,Zhou J. Inhibition by nitric oxide of ethylene biosynthesis and lipoxygenase activity in peach fruit during storage[J]. Postharvest Biology and Technology,2006,42:41-48.

[7]Zhu S H,Sun L N,Zhou J. Effect of nitric oxide fumigation on phenolic metabolism of postharvest Chinese winter jujube(Zizyphus jujube Mill. cv. Dongzao)in relation to fruit quality[J]. LWT-Food Science and Technology,2009,42:1009-1014.

[8]Zhang L L,Zhu S H,Chen C B,et al. Metabolism of endogenous nitric oxide during growth and development of apple fruit[J]. Scientia Horticulturae,2011,127:500-506.

[9]Zaharah S S,Singh Z. Mode of action of nitric oxide ininhibiting ethylene biosynthesis and fruit softening during ripening and cool storage of ‘Kensington Pride’ mango[J]. Postharvest Biology and Technology,2011,62(3):258-266.

[10]Kang R Y,Zhang L,Jiang L,et al. Effect of postharvest nitric oxide treatment on the proteome of peach fruit during ripening[J]. Postharvest Biology and Technology,2016,112:277-289.

[11]Rümer S,Gupta K J,Kaiser W M. Plant cells oxidize hydroxylamines to NO[J]. Journal of Experimental Botany,2009,60(7):2065-2072.

[12]Wu F H,Yang H Q,Chang Y Z,et al. Effect of nitric oxide on reactive oxygen species and antioxidant capacity in Chinese Bayberry during storage[J]. Scientia Horticulturae,2012,135:106-111.

[13]千春錄,何志平,林菊,等. 熱處理對(duì)黃花梨冷藏品質(zhì)和活性氧代謝的影響[J]. 食品科學(xué),2013,34(2):303-306.

[14]Qian C L,He Z P,Zhao Y Y,et al. Maturity-dependent chilling tolerance regulated by the antioxidative capacity in postharvest cucumber(Cucumis sativus L.)fruits[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture,2013,93:626-633.

[15]Zhu S H,Sun L N,Zhou J. Effect of different nitric oxide application on quality of kiwifruit during 20 ℃ storage[J]. International Journal of Food Science and Technology,2010,45(2):245-251.

[16]吳錦程,陳建琴,梁杰,等. 外源一氧化氮對(duì)低溫脅迫下枇杷葉片AsA-GSH循環(huán)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2009,20(6):1395-1400.

[17]Zhu S H,Liu M C,Zhou J. Inhibition by nitric oxide of ethylene biosynthesis and lipoxygenase activity in peach fruit during storage[J]. Postharvest Biology and Technology,2006,42:41-48.

[18]Jing G Q,Zhou J,Zhu S H. Effects of nitric oxide on mitochondrial oxidative defence in postharvest peach fruits[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture,2016,96:1997-2003.

[19]Del Río L A,Corpas F J,Sandalio L M,et al. Reactive oxygen species,antioxidant systems and nitric oxide in peroxisomes[J]. Journal of experimental botany,2002,53:1255-1272.

[20]Yang H Q,Wu F H,Cheng J Y. Reduced chilling injury in cucumber by nitric oxide and the antioxidant response[J]. Food Chemistry,2011,127:1237-1242.

[21]Potters G,De Gara L,Asard H,et al. Ascorbate and glutathione:guardians of the cell cycle,partners in crime?[J]. Plant Physiology and Biochemistry,2002,40:537-548.

[22]羅婭,湯浩茹,張勇. 低溫脅迫對(duì)草莓葉片SOD和AsA-GSH循環(huán)酶系統(tǒng)的影響[J]. 園藝學(xué)報(bào),2007,34(6):1405-1410.

[23]Xiang C,Oliver D J. Glutathione metabolic genes co-ordirnately respond to heavy metals and jasmonic acid in Arabidopsis[J]. Plant Cell,1998,10:1539-1550.

Effect of nitric oxide treatment on senescence and enzymes to scavenge free radical of postharvest peach fruit

QIAN Chun-lu,LIU Yao,YIN Jian-dong,HOU Shun-chao,LIN Chen,GU Lin,JIN Chang-hai*

(College of Food Science and Engineering,Yangzhou University,Yangzhou 225127,China)

Peachfruitwerefumigatedwith0,5,10,20and30μL/Lnitricoxide(NO)respectively,tostudytheeffectofNOonthesenescenceandenzymestoscavengefreeradicalofpostharvestpeach.Theresultsshowed10μL/LNOtreatmentcouldeffectivelyinhibitfruitsoftenandenhancesuperoxidedismutase(SOD),ascorbateperoxidase(APX),dehydroascorbatereductase(DHAR),monodehydroascorbatereductase(MDHAR)activityandascorbate(ASC)content.Inconclusion,NOtreatmentatproperconcentration(10μL/L)couldadvancetheantioxidantcapacity,restraintheperoxidationofmembranelipidandmaintainthemembraneintegration,NOtreatmentcouldimprovethestoragequalityofpeachfruit.

peach;nitricoxide(NO);senescence;enzymestoscavengefreeradical

2016-06-01

千春錄(1982-)，男，博士，講師，研究方向：食品科學(xué)，E-mail：clqian@yzu.edu.cn。

*通訊作者:金昌海(1963-)，男，博士，教授，研究方向：食品科學(xué)，E-mail：chjin@yzu.edu.cn。

江蘇省基礎(chǔ)研究計(jì)劃(自然科學(xué)基金)-青年基金項(xiàng)目(BK20140483)；江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目(14KJB210010)；中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目(2014M560451)；揚(yáng)州大學(xué)科技創(chuàng)新培育基金項(xiàng)目(2015CXJ077)；揚(yáng)州大學(xué)大學(xué)生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目(x20158)。

TS255.36

A

1002-0306(2016)21-0329-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.21.055