乙烯與1-MCP處理對伯謝克辛甜瓜采后活性氧代謝的影響

張明明,熱合滿·艾拉,王玉紅,王 丹,白羽嘉

(新疆農業大學食品科學與藥學學院,新疆烏魯木齊 830052)

伯謝克辛甜瓜俗稱“老漢瓜”,屬典型的呼吸躍變型果實,與其它甜瓜相比,伯謝克辛甜瓜對乙烯和1-MCP調控其采后成熟衰老特別敏感,采后極易發生軟化。呼吸躍變型果實在成熟過程中，會隨果實成熟而產生大量乙烯,能促進呼吸躍變型果實在成熟過程中產生內源乙烯[1]。而乙烯被廣泛地應用于果蔬催熟,對果實的成熟和衰老具有重要的調控作用[2]。但目前關于乙烯調控甜瓜果實成熟過程中活性氧代謝的研究較少。

1-甲基環丙烯(1-MCP),是有效的乙烯拮抗劑,能夠阻斷乙烯與受體蛋白結合,延遲一些與乙烯因子相關的應答反應[3-4]。蘋果[5]、獼猴桃[6]、香梨[7]、芒果[8]等果實的研究表明,1-MCP能夠提高活性氧代謝相關酶活性,降低果實活性氧水平,延緩果實衰老。低溫貯藏是果實采后最常用的的貯藏方法之一[9],可以抑制內源乙烯的釋放,減緩果實代謝,延緩果實衰老,從而達到保鮮的目的[10]。

本文以伯謝克辛甜瓜為材料,研究乙烯與1-MCP處理在冷藏條件下，對果實活性氧代謝及相關酶活性的影響。旨在從活性氧代謝的角度，深入了解冷藏條件下1-MCP對“伯謝克辛”甜瓜采后生理變化的影響,探討乙烯對甜瓜果實成熟過程中活性氧代謝的調控作用,為研究和開發‘伯謝克辛’甜瓜采后保鮮技術提供理論依據和實驗基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

伯謝克辛甜瓜 采摘自新疆喀什地區伽師縣,選取可溶性固形物≥5%,單果重為(2.0±0.5) kg,無病蟲害,無機械損傷的果實。

三氯乙酸(TCA)、硫代巴比妥酸(TBA)、冰醋酸、無水碳酸鈉、聚乙二醇6000、聚乙烯吡絡烷酮(PVPP)、鄰苯二酚、Triton X-100、愈創木酚、30% H2O2、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、二硫蘇糖醇(DTT)、甲硫氨酸(MET)、氮藍四唑(NBT)、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-Na2)、核黃素、乙二胺四乙酸(EDTA)、鹽酸羥胺、對氨基苯磺酸、α-萘胺、亞硝酸鉀(KNO2)、抗壞血酸等(均為分析純(AR)) 天津市光復精細化工研究所。

FA2104N型電子天平 上海明橋精密科學儀器有限公司；TGL-16G型高速冷凍離心機 上海安亭科學儀器廠;TU-1810型紫外-可見分光光度計 北京普析通用公司;FE20型pH計 梅特勒-托利多儀器有限公司;DZKW型電熱恒溫水浴鍋 北京市永光明醫療器械廠;XHF-DY型高速分散器 寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 處理方法 在前期實驗的基礎上,選擇適宜濃度的乙烯與1-MCP分別對‘伯謝克辛’甜瓜進行處理。乙烯處理組：使用500 mg/L的乙烯利溶液對甜瓜進行噴灑;1-MCP處理組：將甜瓜放入氣帳中,采用2 μL/L 1-MCP熏蒸24 h;對照組:不進行任何處理。處理結束后，將甜瓜置于7 ℃,相對濕度為85%～90%的冷庫中貯藏。

1.3 指標測定

1.3.2 丙二醛(MDA)含量測定 參照李合生[12]等方法,采用硫代巴比妥酸法進行測定。

1.3.3 過氧化氫酶(CAT)活性測定 參照Ren[13]等方法,以每克鮮重組織每分鐘吸光度變化值增加0.01為1個過氧化物酶活性單位(U),U·g-1FW。

1.3.4 超氧化物歧化酶(SOD)活性測定 參照曹建康[14]等方法,采用氮藍四唑法測定,以每分鐘每克鮮重組織的反應體系對氮藍四唑(NBT)光化還原抑制為50%為一個SOD活性單位(U),計算公式為:

式中,ODC:照光對照管反應混合液的吸光度值,ODS:樣品管反應混合液的吸光度值,V:樣品提取液總體積(mL),VS:測定時所取樣品提取液體積(mL),t:光照反應時間(min),W:樣品重量(g)。

1.3.5 過氧化物酶(POD)活性測定 參照Zhou[15]等方法測定過氧化物酶(POD)活性,以每克鮮重果蔬樣品每分鐘吸光度變化值增加1為1個過氧化物酶活性單位(U)，U·g-1FW。

1.3.6 抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性測定 參照曹建康[14]等方法,以每克鮮重樣品每分鐘OD290值變化0.01為一個酶活性單位(U),計算公式為:

式中,ΔOD290:反應混合液在290 nm處吸光度的每分鐘變化值,V:樣品提取液總體積(mL),Δt:酶促反應時間(min),VS:測定時所取樣品提取液體積(mL),W:樣品重量(g)。

1.3.7 多酚氧化酶(PPO)活性測定 參照曹建康[14]等方法,以每克鮮重果蔬樣品每分鐘吸光度變化值增加1為1個PPO活性單位(U),計算公式為:

式中,ΔOD420:反應混合液的吸光度變化值,Δt:酶促反應時間(min),V:樣品提取液總體積(mL),VS:測定時所取樣品提取液體積(mL),W:樣品重量(g)。

1.4 數據分析

采用SPSS 22.0軟件對數據進行方差分析,并利用Duncan’s多重比較進行差異顯著性分析,應用Origin 8.5軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 乙烯和1-MCP處理對甜瓜果實超氧陰離子產生速率的影響

圖1 乙烯和1-MCP處理對低溫冷藏甜瓜產生速率的影響Fig.1 Effect of ethylene and 1-MCP treatmenton production rate of melon during cold storage

2.2 乙烯和1-MCP處理對甜瓜果實丙二醛(MDA)含量的影響

貯藏0～9 d,甜瓜組織中MDA含量逐漸增加,1-MCP處理組MDA含量均低于對照組,乙烯處理組MDA含量均高于對照組(圖2)。貯藏第9 d,1-MCP處理組MDA含量比對照組低27.39%;乙烯處理組MDA含量比對照組高72.61%(p<0.05)。

圖2 乙烯和1-MCP處理對低溫冷藏甜瓜MDA含量的影響Fig.2 Effect of ethylene and 1-MCP treatmenton MDA content of melon during cold storage

2.3 乙烯和1-MCP處理對甜瓜果實過氧化氫酶(CAT)活性的影響

貯藏0～9 d,1-MCP和乙烯處理組甜瓜果實中CAT活性呈先升高后下降的變化趨勢(圖3)。貯藏3～9 d,1-MCP處理組CAT活性高于對照組，并在第5 d達到峰值,此時1-MCP處理組CAT活性是對照組的5.92倍(p<0.01)。貯藏0～9 d,乙烯處理組CAT活性始終低于對照組;第0～3 d,差異極顯著(p<0.01)。貯藏第4 d,對照組和乙烯處理組的CAT活性均達到最大值,乙烯處理組比對照組低17.42%(p<0.05)。

圖3 乙烯和1-MCP處理對低溫冷藏甜瓜CAT活性的影響Fig.3 Effect of ethylene and 1-MCP treatmenton CAT activity of melon during cold storage

2.4 乙烯和1-MCP處理對甜瓜果實超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

貯藏0～9 d,1-MCP和乙烯處理組甜瓜果實中SOD活性呈先下降后升高的變化趨勢(圖4)。1-MCP處理組SOD活性在貯藏3～9 d均高于對照組;而乙烯處理組SOD活性在貯藏0～9 d均極顯著低于對照組(p<0.01)。貯藏第6 d,1-MCP處理組SOD活性比對照組高31.73%(p<0.01),乙烯處理組SOD活性比對照組低27.66%(p<0.01)。

圖4 乙烯和1-MCP處理對低溫冷藏甜瓜SOD活性的影響Fig.4 Effect of ethylene and 1-MCP treatmenton SOD activity of melon during cold storage

2.5 乙烯和1-MCP處理對甜瓜果實過氧化物酶(POD)活性的影響

貯藏0～9 d,1-MCP和乙烯處理組甜瓜果實中POD活性隨貯藏時間的延長，呈先上升后下降的趨勢，并在第4 d達到最大值(圖5)。貯藏0～9 d,1-MCP處理組甜瓜果實中POD活性始終高于對照組,乙烯處理組POD活性均極顯著低于對照組(p<0.01)。貯藏第4 d,1-MCP處理組POD活性比對照組高36.50%(p<0.01),乙烯處理組POD活性比對照組低29.61%。

圖5 乙烯和1-MCP處理對低溫冷藏甜瓜POD活性的影響Fig.5 Effect of ethylene and 1-MCP treatmenton POD activity of melon during cold storage

2.6 乙烯和1-MCP處理對甜瓜果實抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性的影響

貯藏0～9 d,1-MCP處理組甜瓜果實中APX活性均極顯著高于對照組(p<0.01);乙烯處理組甜瓜果實中APX活性均低于對照組(圖6)。貯藏第4 d,1-MCP和乙烯處理組甜瓜果實中APX活性均達到峰值,此時1-MCP處理組APX活性比對照組高18.97%(p<0.01),乙烯處理組APX活性比對照組低3.25%。

圖6 乙烯和1-MCP處理對低溫冷藏甜瓜APX活性的影響Fig.6 Effect of ethylene and 1-MCP treatmenton APX activity of melon during cold storage

2.7 乙烯和1-MCP處理對甜瓜果實多酚氧化酶(PPO)活性的影響

1-MCP處理組甜瓜果實中PPO活性在貯藏0～7 d均高于對照組,第0～6 d,差異極顯著(p<0.01);乙烯處理組甜瓜果實中PPO活性在貯藏0～9 d始終低于對照組(圖7)。貯藏第7 d,1-MCP和乙烯處理組甜瓜果實中PPO活性均達到峰值,1-MCP處理組PPO活性比對照組高5.47%,乙烯處理組PPO活性比對照組低57.92%(p<0.01)。

圖7 乙烯和1-MCP處理對低溫冷藏甜瓜PPO活性的影響Fig.7 Effect of ethylene and 1-MCP treatmenton PPO activity of melon during cold storage

3 討論

在果實貯藏過程中,MDA是脂膜過氧化作用的主要產物之一[16],甜瓜果實中MDA含量的高低可以衡量脂膜過氧化作用對于甜瓜果實的侵害程度。在本實驗中,貯藏0～9 d,甜瓜果實中MDA含量不斷積累,乙烯處理能夠誘發不飽和脂肪酸發生過氧化,加速MDA含量的積累過程,1-MCP處理可以降低甜瓜果實中MDA含量,延緩果實衰老。

POD活性升高可更加有效地清除H2O2,提高細胞膜的穩定性[23]。本實驗中研究結果表明，乙烯處理能夠抑制PPO活性,1-MCP處理組能夠有效提高甜瓜組織中POD活性。這與前人研究1-MCP在貯藏過程中能夠提高西洋梨果實中POD活性[24],乙烯處理能夠抑制杏果實采后POD活性,降低其對H2O2的清除能力的結論具有一致性[25]。

4 結論

乙烯處理能夠抑制甜瓜活性氧清除酶活性,減緩其對于活性氧自由基的清除作用,導致活性氧大量積累,加劇不飽和脂肪酸的過氧化作用,促進果實衰老。1-MCP處理能夠有效維持SOD、APX、POD活性,在貯藏中期(4～5 d)提高甜瓜果實中CAT活性。表明1-MCP處理可以增強甜瓜組織中活性氧清除酶活性,清除自由基,降低脂膜過氧化作用,延緩果實衰老。