施硒對櫻桃番茄貯藏品質及3種活性氧代謝酶的影響

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(1.中國農業科學院鄭州果樹研究所,河南鄭州 450009; 2.寧夏大學農學院,寧夏銀川 750021)

櫻桃番茄(LycopersiconesculentumMill.)又稱圣女果、小番茄,屬茄科番茄屬,是番茄的一個品種。櫻桃番茄果實營養價值高,富含番茄紅素、VC等活性物質。但其皮薄多汁的特性使其在貯藏、運輸過程中容易受到機械損傷,繼而發生霉爛變質,失去商品價值,因此亟需尋求合適的途徑,提高櫻桃番茄貯藏品質。櫻桃番茄采后保鮮方法主要有低溫貯藏、保鮮劑處理、氣調保鮮、涂膜保鮮等[1]，但影響果實采后耐藏性最關鍵的因素是果實采收時的品質。因此,除了開發適宜的采后貯藏技術外,更需注重采前栽培技術對櫻桃番茄果實品質及采后貯運特性的影響。

硒是人體必需的微量元素之一,具有增強免疫力、抗氧化、防衰老等作用[2]。食用富硒的水果和蔬菜是人體獲取硒的最安全有效的途徑[3]。施加外源硒對園藝作物生長發育的影響作用成為近年來國內外的研究熱點。大量研究證實,硒在一定濃度范圍內能夠促進植物的生長發育,提高水果和蔬菜的產量和品質,包括提高果蔬可溶性糖、葉綠素、VC和可溶性固形物含量等[4-7]。施硒影響園藝作物的品質主要是通過在一定程度上影響體內這些有機化合物水平來實現的。也有研究證實富硒栽培可以有效提升番茄生理品質[2,8-9]。此外,由于硒是若干抗氧化酶的必需組分,可通過消除機體代謝產生的自由基,降低機體細胞損害所引起的衰老。因此,硒處理果實在采后階段的貯藏品質也要優于對照果實。Malorgio等[10]發現硒處理可以減少菊苣和生菜采后階段的乙烯生成量,降低苯丙氨酸解氨酶活性,提高綠葉蔬菜的貨架期;郭艷等[11]證實葉面噴施硒可以延緩油桃采后活性氧引起的果實衰老,減緩果實硬度下降。Pezzarossa等[12]在桃和梨果實中發現了同樣的規律。然而,關于施硒處理對櫻桃番茄采后貯藏特性及其對活性氧代謝相關酶活性的研究未見報道。

因此,本研究通過對櫻桃番茄進行不同濃度硒處理,通過分析采后貯藏過程中品質及活性氧代謝相關酶活性的變化情況,分析硒處理對提高櫻桃番茄貯藏特性的作用效果,為采取適宜的櫻桃番茄富硒栽培技術提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

櫻桃番茄 品種“瑞德香”,幼苗由河南省農業科學院提供,施硒試驗于2018年5月至2018年7月在中國農業科學院鄭州果樹研究所新鄉實驗基地進行;乙烯標準品(1.03%) 國家標準物質研究中心;SOD酶活性檢測試劑盒 北京索萊寶科技有限公司;其余試劑 均為分析純。

PAL-1迷你數顯糖度計 日本ATAGO公司;L-550離心機 湘儀離心機儀器有限公司;Jena 50紫外可見分光光度計 德國耶拿分析儀器股份公司;SHA-22水浴恒溫振蕩器 金壇精達儀器制造有限公司;GC2010氣相色譜 日本島津公司;TA-XT Plus質構儀 英國Stable Micro System公司;SP62-162色差計 美國愛色麗公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 施硒處理及采后貯藏 試驗采用土壤施硒的方法,以Na2SeO3為硒源,將其配成溶液施入土中。參考番茄施硒的相關研究報道[2,9],共設4個濃度梯度:0 mg/L(CK組)、1 mg/L(1MG組)、2 mg/L(2MG組)、3 mg/L(3MG組)。每個處理3個重復,每個重復20株苗,隨機排列。番茄露天種植在塑料盆中(直徑30 cm,高20 cm),每盆裝土6 kg,移栽生長一致的番茄幼苗1株/盆。基肥施入水平相同,分別于幼苗期(5月10日)、開花期(6月3日)、初果期(6月15日)和盛果期(7月10日)共4次沖施硒肥,每次每株沖施500 mL相應濃度(0、1、2、3 mg/L)的硒肥溶液。其他時間均按照正常番茄生長所需進行田間管理,自然光照條件,氣候溫度范圍16～36 ℃。

番茄果實于7月23日進行采收,選取大小、成熟度(八成熟,依據果實色澤判定)一致、無病蟲害的果實。采摘后及時運回實驗室,散去田間熱。每個重復隨機選300個果實,每30個果實用0.03 mm PE保鮮袋(打孔)包裝成1袋,放入4 ℃冷庫預冷,24 h后將保鮮袋扎口,進行貯藏。每隔7 d隨機取樣進行指標測定。

1.2.2 指標測定

1.2.2.1 商品性狀指標的測定 腐爛率:采用觀察法,計算腐爛果占總果數的比例,腐爛果包括局部發生長霉、腐爛或汁液外漏的果實。

果實硬度:測定部位為果實赤道部位,對稱測2個點,用質構儀測定果實帶皮硬度,探頭為P/2(直徑2 mm),測試速度1 mm/s,下壓深度5 mm。每個重復20個果實。

1.2.2.2 糖酸含量的測定 總酸含量參考國標GB/T 12456-2008進行測定,結果以檸檬酸計;可溶性糖含量參考國標GB/T 5009.7-2016進行測定;可溶性固形物含量(SSC)采用手持糖度計進行測定。

1.2.2.3 乙烯釋放量 取20個果實放置于1 L密封盒中,25 ℃放置2 h,用GC方法測定乙烯,氣相色譜條件為:Al2O3/S色譜柱(30 m×0.53 mm,0.25 μm),FID檢測器,柱溫50 ℃,進樣口溫度120 ℃,檢測器溫度200 ℃,進樣量0.5 mL,分流比20∶1。外標法定量,結果表示為μL/kg·h。

1.2.2.4 VC含量 參考國標GB/T 5009.86-2016,采用2,6二氯靛酚滴定法測定。

1.2.2.5 硒含量 參考國標GB 5009.93-2017,采用原子熒光分光光度計法測定。

1.2.2.6 酶活性的測定 過氧化氫酶(Catalase,CAT)酶活的測定采用過氧化氫法,參考Yu等[13]的方法進行。稱取3 g櫻桃番茄果肉(液氮粉碎樣品),加入15 mL 50 mmol/L pH7.0的磷酸緩沖溶液,冰浴研磨,9000 r/min離心15 min(4 ℃),上清液為粗酶液。取0.6 mL酶液加入1 mL pH7.0磷酸緩沖液,再加入1 mL 0.03% H2O2作為反應底物,充分混合,測定240 nm吸光值的變化,每30 s記錄一次吸光值,以每分鐘吸光值變化0.1為一個活力單位U。

過氧化物酶(Peroxidase,POD)酶活的測定采用愈創木酚法,參考曹森等[14]的方法略作修改。取1.5 mL酶液加入2 mL pH7.0磷酸緩沖液、0.6 mL 4 mmol/L愈瘡木酚溶液,再加入1 mL 15%的H2O2溶液迅速混合,每隔30 s測定其在460 nm處吸光值的變化,每分鐘吸光值每變化0.01為一個活力單位U。

超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)酶活的測定依據試劑盒操作方法進行。

1.3 數據處理

每個處理設置3個重復,每個實驗測定3個平行,結果以平均值±標準差來表示。采用SAS 9.2統計分析軟件的Duncan’s新復極差法進行差異顯著性分析(P<0.05為差異顯著),Microsoft Office Excel 2003進行圖形繪制。

表1 櫻桃番茄采收時及貯藏末期果實色澤和腐爛率的變化Table 1 Color characteristics and decay rates of cherry tomato at harvest and end of storage

注:標注同行不同字母表示處理之間存在顯著性差異(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 硒處理對櫻桃番茄采后色澤、腐爛率和硬度的影響

從表1結果可以看出,采收時(0 d)3個硒處理組(1MG、2MG、3MG)櫻桃番茄果實的亮度L*、色彩飽和度C及色調角h與對照組(CK)之間均不存在顯著性差異,在貯藏末期3個硒處理組的L*、C和h值略高于對照組,但是差異性不顯著(P>0.05)。貯藏末期時(49 d),2MG組的果實腐爛率顯著低于對照組(P<0.05),但是其他2個濃度硒處理組與對照組之間不存在顯著性差異。3個硒處理組的L*、C和h值略高于對照組,但差異不顯著(P>0.05)。結果表明2 mg/L硒處理可以有效降低采后貯藏過程中櫻桃番茄的腐爛率,對維持櫻桃番茄的果實色澤具有一定的效果。

硬度是反映果實軟化程度的重要指標,也是影響果實耐貯性的關鍵。從圖1可以看出,采后櫻桃番茄果實硬度在貯藏過程中總體呈下降趨勢。因所測硬度為探頭受到果實給予的壓力,在貯藏末期由于果皮失水、韌性增大,穿刺所需力度增加,導致測定的果皮硬度有所增加,與孟成民等[15]發現的結果一致。圖1結果表明2～3 mg/L硒處理可提高番茄果實采收時(0 d)的果實硬度(分別為72.65和70.88 N)。在貯藏過程中,2 mg/L硒處理果實硬度顯著高于對照組(P<0.05)。郭艷等[11]發現葉面噴施硒可提高油桃果實硬度,并延緩貯藏過程中的果肉軟化。Pezzarossa等[12]在桃和梨中同樣證實,噴施硒肥可以減緩果實軟化速率,延長貨架期。但在貯藏14 d后,3 mg/L硒濃度處理的櫻桃番茄果實硬度快速下降(52.18～62.79 N),顯著(P<0.05)低于2 mg/L硒處理組(54.98～67.92 N)。

圖1 硒處理櫻桃番茄貯藏過程中硬度的變化Fig.1 Effects of selenium on fruit firmness of cherry tomato during storage注：圖中小寫字母表示同一貯藏時間不同組 之間差異顯著(P<0.05)；圖2～圖5同。

2.2 硒處理對櫻桃番茄采后貯藏過程中總酸、可溶性糖與SSC含量的影響

糖酸是決定果實口感的重要品質指標,可溶性固形物是所有溶于水的化合物總稱,其含量變化是多種物質的綜合表現,是評價番茄品質的重要指標[2]。從圖2a可以看出,櫻桃番茄貯藏過程中總酸含量呈下降趨勢。硒處理番茄的總酸含量(2.99～3.11 g/kg)，在采摘時(0 d)與對照組沒有顯著差異(2.98 g/kg)(P>0.05),研究結果與Pezzarossa等[16]、張慶社等[5]的一致。圖2b、圖2c結果顯示,櫻桃番茄可溶性糖含量和SSC在貯藏過程中先增加后降低,與Ali等[17]、李雯霞等[18]、李文學等[19]的研究結果相同。貯藏前期番茄果實內部淀粉轉化為可溶性糖,導致可溶性糖和SSC的增加,在貯藏后期淀粉轉化的糖元不足以補充呼吸的消耗,因而呈現下降的趨勢[18]。

圖2b、圖2c結果表明,施硒處理提高了櫻桃番茄采收時(0 d)的可溶性糖含量(30.24～30.67 g/kg)及SSC(5.4～5.6 °Brix)。硒可能是以脅迫的機制促進可溶性糖的累積[9],還可能通過影響植株對礦質營養元素的吸收、累積和分布,進而提高果實品質。張明中[8]發現施硒提高了番茄中還原糖的含量,推測與硒可以促進植株對Fe元素的吸收有關。Fe是植物光合作用電子傳遞鏈上鐵硫蛋白復合體的組成元素,促進鐵元素的吸收,更有利于鐵硫蛋白復合體的合成,從而提高光合作用初級產物還原糖的積累[20]。施加亞硒酸鈉已經被證實可顯著提高櫻桃番茄、蒜薹等[7,9,21]多種果蔬的可溶性糖含量。在貯藏過程中,除第21和49 d外,2 mg/L硒處理組櫻桃番茄果實的可溶性糖含量(30.16～36.87 g/kg)及SSC(5.4～5.8 °Brix)均高于對照組(29.42～34.27 g/kg、5.2～5.5 °Brix),表明2 mg/L硒處理的櫻桃番茄具有較好的貯藏品質。然而,3 mg/L硒濃度的櫻桃番茄果實可溶性糖含量(28.45～31.27 g/kg)和SSC(5.0～5.4 °Brix)在貯藏21 d之后低于對照組,表明該濃度硒肥處理的果實在貯藏后期品質下降相對嚴重。許多研究報道過量硒對植株有毒害作用,造成品質下降[20,22]。邵旭日等[21]也發現,當施硒量大于7 g時,番茄果實SSC隨施硒量增加而下降。施入高濃度硒肥對番茄可溶性糖的促進作用減弱,甚至達到抑制作用[2]。

圖2 硒處理櫻桃番茄貯藏過程中總酸(a)、 可溶性糖(b)和SSC(c)含量的變化Fig.2 Effects of selenium on contents of total acid(a), soluble sugar(b)and SSC(c)of cherry tomato during storage

2.3 硒處理對櫻桃番茄采后貯藏過程中乙烯釋放量的影響

從圖3乙烯釋放量的結果中發現,在貯藏14和21 d,3 mg/L硒處理組的乙烯釋放量(8.07、10.09 μL/kg·h)顯著(P<0.05)高于2 mg/L硒處理的櫻桃番茄(4.52、8.01 μL/kg·h)。櫻桃番茄屬于呼吸躍變型果實,采后生命力旺盛,有典型的呼吸高峰及乙烯釋放高峰[14]。從圖3中可以看出,乙烯釋放量在貯藏過程中先升高后降低,在21 d時出現一個高峰。1～2 mg/L硒處理櫻桃番茄果實在貯藏7～21 d的乙烯釋放量(4.52～10.22 μL/kg·h)顯著低于對照組(6.46～12.63 μL/kg·h)(P<0.05)。在硒處理的番茄[16,23]、生菜[10]中也得到相同的結果,乙烯釋放量顯著(P<0.05)低于對照組。由于貯藏21 d之后的對照組果實衰老進程加快,因此乙烯釋放量低于硒處理組果實。適量濃度的硒可以促進植株生長,提高品質,但過量硒對植株有毒害作用[24-26]。較低濃度硒具有抗氧化和抗衰老活性,直接或間接干擾乙烯生物合成[16]。而高濃度的硒肥在對果實品質造成負面影響的同時,會上調一些乙烯合成基因的表達(如ACC合成酶)[27]。高濃度硒肥引起了抗逆反應,促使乙烯或其他激素和信號分子生成[4]。

圖3 硒處理櫻桃番茄貯藏過程中乙烯釋放量的變化Fig.3 Effects of selenium on ethylene evolution of cherry tomato during storage

2.4 硒處理對櫻桃番茄采后貯藏過程中VC和硒含量的影響

VC含量是衡量果實衰老程度和營養價值的重要指標。圖4a結果表明,采收時(0 d)硒處理組的櫻桃番茄果實VC含量(37.89～39.64 mg/100 g)均顯著高于對照組(35.61 mg/100 g)(P<0.05)。在貯藏過程中,櫻桃番茄果實中VC含量先緩慢升高,在貯藏后期逐漸減少,這與李雯霞等[18]、曹森等[14]的研究相一致。原因在于隨著果實的成熟,VC被氧化分解,失去生理活性,后期果實衰老進程加快,增加了VC含量的損失。2 mg/L硒處理的番茄果實VC含量(34.68～42.36 mg/100 g)在整個貯藏過程中均顯著高于對照組(29.96～37.59 mg/100 g)(P<0.05)。適當濃度硒處理可提高植物組織中VC的含量[7]。施硒也可以提高不同品種番茄果實中的VC含量[2,8]。這可能是由于硒可以促進番茄對鐵離子的吸收,從而影響電子傳遞鏈,促進VC的代謝,增加了VC的含量[28]。3 mg/L硒處理番茄果實VC含量在采收時(38.66 mg/100 g)及貯藏過程中(32.83～38.95 mg/100 g)始終低于2 mg/L處理組,結果與韓亞文等[2]發現的類似,硒濃度過高,降低了果實中VC含量的增加量。本研究中硒處理的櫻桃番茄果實中硒含量在0.18～0.32 mg/kg(圖4b),低于張明中[8]、劉華山[9]報道的數值,原因可能在于所用品種及硒處理方式有一定的差異。同時發現在貯藏前后,果實中硒含量沒有發生顯著的變化(P>0.05)。

圖4 硒處理櫻桃番茄貯藏過程中VC含量(a) 及貯藏前后硒含量(b)的變化Fig.4 Effects of selenium on VC(a)and selenium(b) contents of cherry tomato during storage

2.5 硒處理對櫻桃番茄采后貯藏過程中活性氧代謝相關酶活性的影響

果實的采后軟化進程與活性氧代謝關系密切,相關酶活性影響著果實的貯藏特性。SOD是目前已知的唯一清除O2-的酶類,其主要作用是將O2-歧化生成無毒的O2和毒性較低的H2O2;CAT和POD是植物體內負責擔負清除H2O2的主要酶類,將H2O2變為H2O[8]。櫻桃番茄貯藏過程中POD(圖5a)、CAT(圖5b)和SOD(圖5c)酶活性呈現先升高后降低的變化趨勢,與潘磊慶等[29]、曹森等[14]的研究結果一致。可能是因為果實采后貯藏初期機體受到脅迫時增強了這些代謝酶的活性,對機體起到保護作用,但隨著貯藏時間的延長,脅迫達到一定程度時,酶活性逐漸減弱,機體瀕臨死亡[29]。

本研究結果發現2 mg/L硒處理的番茄果實,在采收時(0 d,40.01 U/g)及貯藏過程中(42.20～64.24 U/g),均具有較高的POD酶活活性,而硒處理對CAT酶活沒有明顯作用。對于SOD酶活,采收時(0 d)不同處理之間不存在顯著性差異,但在貯藏14～42 d,2 mg/L硒處理番茄果實SOD酶活(85.51～186.39 U/g)顯著高于對照組(50.33～123.90 U/g)(P<0.05)。劉華山[9]發現硒處理對生菜生長后期的SOD酶活性有不同程度的促進作用,推測是對不利環境的一種抗逆性反應。張明中[8]研究發現施硒增加了番茄葉片中SOD和POD活性。尚慶茂等[6]研究發現硒處理提高植株POD活性,但對SOD和CAT表現為負效應。結果之間的不一致可能是不同植物機體對硒的代謝有所差異所引起的。此外,本研究結果發現在貯藏42和49 d時,3 mg/L硒濃度番茄果實的酶活性(CAT 3.10、3.01 U/g;POD 27.12、20.96 U/g;SOD 85.48、109.32 U/g)均低于對照組(CAT 3.52、3.23 U/g;POD 35.26、32.15 U/g;SOD 123.90、116.37 U/g)。高濃度硒處理抑制SOD酶活性,可能是由于促進了植株體內還原性物質的產生,導致抗氧化體系中SOD酶活性下降,或者是促進了含硒蛋白(如GSH-Px)替代性的取代SOD酶而發揮抗氧化功能[9]。

圖5 硒處理櫻桃番茄貯藏過程中POD(a)、 CAT(b)和SOD(c)酶活的變化Fig.5 Effects of selenium on activities of POD(a), CAT(b)and SOD(c)of cherry tomato during storage

3 結論

通過適宜的采前栽培方式可以提升果實品質,進而提高采后貯藏品質。采用適當濃度硒(2 mg/L)處理后,采收時櫻桃番茄的果實硬度、SSC、VC含量和POD酶活性明顯優于對照果實。并且在果實采后的貯藏過程中,2 mg/L硒處理櫻桃番茄保持著較好的果實品質,維持活性氧代謝酶活性在較高水平,延緩了果實采后的衰老進程。而高濃度硒處理(3 mg/L)對番茄果實品質造成了一定的負效應。目前關于施硒對采后貯藏過程中果實細胞膜性能相關指標的影響情況尚不清楚,需要展開進一步的研究。