低壓靜電場對采后馬鈴薯塊莖愈傷效果的影響

張婷婷，王鳳玲*，彭夢云，張欠欠，何興興，林瓊，關文強*

（1.天津商業(yè)大學生物技術與食品科學學院天津市食品生物技術重點實驗室，天津 300134；2.中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100193）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）又名土豆、洋芋、荷蘭薯等，由于其營養(yǎng)豐富，深受大眾的喜愛，是僅次于小麥、稻谷和玉米的全球第四大重要的糧食作物[1]。我國是馬鈴薯生產(chǎn)、出口和消費的大國，種植面積和產(chǎn)量均穩(wěn)居世界首位[2]。但馬鈴薯塊莖在田間采收、交通運輸、市場流通等過程中薯皮易受到如切傷、擦傷和碰傷等機械損傷，進而導致采后病害的發(fā)生，間接造成重大的經(jīng)濟損失[3]。雖然馬鈴薯塊莖可在損傷部位形成愈傷組織來有效抑制塊莖的水分蒸騰和增強抵抗外力破壞的能力，但自然愈傷所需時間較長，并且實際生產(chǎn)中通常在損傷傷口未完全愈合的條件下就將馬鈴薯入貯或上市流通，從而導致貯藏期腐爛[3-4]。目前已有一些化學處理，如水楊酸[5]、脫落酸[6]、苯并噻重氮[7]等被報道可以促進采后馬鈴薯塊莖的愈傷，但化學處理易殘留，因此開發(fā)綠色、快速地馬鈴薯愈傷技術對于促進采后馬鈴薯愈傷效果、提高其貯藏品質具有重要意義。

低壓靜電場（low voltage electrostatic field，LVEF）是一種可應用于果蔬貯藏保鮮領域的新興技術，一般電壓≤2 500 V，電流≤0.2 mA，通過空間放電的形式在貯藏庫內形成負離子環(huán)境，在電場離子的作用下使水產(chǎn)生共振現(xiàn)象，從而達到防止營養(yǎng)成分流失，減少重量損耗，維持食品原有品質的效果[8-9]。低壓靜電場具有設備輕巧、電壓小、節(jié)能、安全等特點，非常適合用于大型空間庫貯藏、運輸車輛內安裝和冷鮮柜等冷藏小型設備，具有十分廣闊的發(fā)展前景[10-12]。成紀予等[13]研究發(fā)現(xiàn)適宜的電場處理能夠減少機械損傷對甘薯愈傷組織的傷害，增強甘薯貯藏期間的抗病性，促進甘薯愈傷。張敏歡等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在4℃貯藏條件下，低壓靜電場能明顯抑制馬鈴薯的表皮變綠，延長休眠期，維持營養(yǎng)成分，有利于馬鈴薯的長期貯藏。目前關于低壓靜電場是否能夠促進采后馬鈴薯塊莖愈傷的研究尚未見報道。

本研究以“冀張薯12號”馬鈴薯為試驗材料，人工模擬機械損傷后，置于黑暗常溫[（20±2）℃]、相對濕度85%～90%、低壓靜電場環(huán)境下貯藏，通過測定損傷塊莖愈傷期間失重率、損傷傷口處硬度、褐變度、苯丙烷代謝相關酶活性及關鍵產(chǎn)物、H2O2含量等，評價其愈傷效果，以期為采后馬鈴薯塊莖的快速愈傷提供新方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

“冀張薯12號”馬鈴薯：市售，挑選大小[（150±30）g]均勻、無機械損傷、無病蟲害的新馬鈴薯塊莖。

木質素染色液（間苯三酚法）：天津歆毅翎科技有限公司；過氧化氫含量測定試劑盒（比色法）：南京建成科技有限公司；乙酰溴（分析純）：上海麥克林生化科技有限公司；聚乙二醇6000（分析純）：天津科密歐化學試劑有限公司；愈創(chuàng)木酚（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；無水醋酸鈉、無水甲醇、鹽酸、硼酸、氫氧化鈉、鄰苯二酚（均為分析純）：天津市贏達稀貴化學試劑廠。

1.2 儀器與設備

GYJ-012型低壓靜電場裝置：艾克卡貝（天津）生物科技有限公司；OLYMPUS CKX53型生物熒光倒置顯微鏡：日本奧林巴斯有限公司；LGJ-20F型冷凍干燥機：北京松原華興科技發(fā)展有限公司；Evolution201型紫外分光光度計：美國Thermo Scientific公司；Tube Mill 100 control試管研磨機：德國IKA公司；CR-400型色彩色差計：日本柯尼卡美能達公司；TA-XTplus質構分析儀：英國Stable Micro System公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

塊莖人工損傷參考姜紅等[15]的方法。流動自來水沖洗掉馬鈴薯塊莖表面泥土，置于1%次氯酸鈉溶液中浸泡2 min，無菌水再次沖洗后自然晾干，在塊莖赤道中部切出3處分布均勻的傷口（長×寬×深=20 mm×20 mm×2 mm）。

將人工損傷后的塊莖裝入打孔的聚乙烯保鮮袋（長×寬=35 cm×25 cm，厚 0.007 mm）中，如圖1所示，放入置有低壓靜電場的常溫[（20±2）℃]、相對濕度85%～90%、黑暗條件下進行愈傷，以無低壓靜電場的同等環(huán)境為對照，于愈傷第 0、3、5、7、14、21 天時取樣觀察其愈傷效果。

圖1 低壓靜電場試驗裝置圖Fig.1 Low voltage electrostatic field experimental device diagram

1.3.2 失重率的測定

采用稱重法[16]測定馬鈴薯塊莖失重率。

1.3.3 木質素的沉積觀察

木質素的染色觀察參考姜紅等[15]的方法并稍作修改。用刀片垂直于損傷塊莖愈傷表面的組織切出厚度為0.2 mm～0.3 mm的薄片，立即用蒸餾水多次沖洗切片以除去淀粉顆粒。將切片置于載玻片上，滴加50 μL～100 μL的木質素酸化液，放置浸透1 min后加入等量的間苯三酚染色液，立即置于倒置熒光顯微鏡下，10倍放大進行觀察并拍照。木質化細胞層厚度使用WT-1000GM圖像軟件進行測量。

1.3.4 硬度的測定

參照Jiang等[17]的方法并稍作修改，利用質構儀對塊莖傷口部位硬度進行測定，使用P/2探頭（直徑為2 mm），測試前速度為2 mm/s，測試速度為1 mm/s，測試后速度為10 mm/s，測試深度為10 mm，單位為N。

1.3.5 愈傷表面褐變度值的測定

使用色差計測定馬鈴薯塊莖傷口處組織表面的L*、a*和b*值，每個處理用馬鈴薯10個，重復3次，按公式（1）計算褐變度[18]。

式中：X=（a*+1.75L*）/（5.645L*+a*-3.012b*）。

1.3.6 生化指標測定

愈傷第 0、3、5、7、14、21 天時，用刀片切取馬鈴薯塊莖損傷創(chuàng)面長2 cm，寬2 cm，深2 mm～3 mm的愈傷組織，液氮冷凍后使用冷凍干燥機凍干研磨成干粉，于-80°C的超低溫冰箱內密封保存待測[19]。

1.3.6.1 酶活性的測定

苯丙氨酸解氨酶（phenylalnine ammonia lyase，PAL）活性測定參考張靜榮等[20]的方法，以U/（h·g FW）表示，F(xiàn)W表示樣品鮮重。

過氧化物酶（peroxidase，POD）、多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活性的測定參考曹建康等[21]的方法，分別以ΔOD470/（min·g）和以ΔOD420/（min·g）表示。

1.3.6.2 總酚、類黃酮和木質素含量的測定

總酚、類黃酮含量的測定參考李雪等[22]的方法，總酚含量用OD280/g FW表示，類黃酮含量用OD325/g FW表示。

木質素含量的測定參考Yang等[3]的方法，表示為OD280/g FW。

1.3.6.3 H2O2含量測定

準確稱取0.5 g的凍干粉，加入4.5 mL提前預冷的生理鹽水，于4℃、10 000×g條件下離心20 min，取上清液按過氧化氫試劑盒說明書要求進行測定，H2O2含量以mmol/g prot表示，其中蛋白含量參照考馬斯亮藍染色法進行測定[21]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

以上試驗均重復3次，結果以平均值±標準差表示，使用SPSS 26.0軟件進行Duncan’s差異顯著性分析，采用Origin 9.0軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷期間失重率的影響

失重率是評價塊莖愈傷效果的重要指標，愈傷程度越高，水分散失速率越慢，失重率就越低[23]。低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷期間失重率的影響見圖2。

圖2 低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷期間失重率的影響Fig.2 Effect of low voltage electrostatic field treatment on the weight loss rate of postharvest potato tubers during healing

由圖2可知，在愈傷過程中，低壓靜電場組和CK組損傷馬鈴薯塊莖的失重率均呈逐漸上升的趨勢，且愈傷初期（0～7 d）失重率的增加速率顯著快于愈傷后期（14 d～21 d）（P＜0.05），這是因為塊莖在受到損傷后，損傷表面快速形成愈傷周皮來防止水分的進一步散失。低壓靜電場組損傷塊莖的失重率在愈傷期間始終低于CK組，在愈傷第14天時低于CK組12.91%（P＜0.05），第 21天時較 CK 組低 14.77%（P＜0.05），這說明低壓靜電場處理能夠促進馬鈴薯塊莖損傷表面周皮的形成，在一定程度上減少了馬鈴薯塊莖愈傷期間的重量損傷，從而促進塊莖愈傷。

2.2 低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷期間木質素積累的影響

低壓靜電場處理對采后馬鈴薯愈傷期間木質素積累及細胞層厚度的影響見圖3～圖4。

圖3 低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷期間木質素積累的影響Fig.3 Effects of low voltage electrostatic field treatment on lignin accumulation in postharvest potato tubers during healing

圖4 低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷期間傷口處木質素細胞層厚度的影響Fig.4 Effect of low voltage electrostatic field treatment on the thickness of lignin cell layer in wound of postharvest potato tuber during healing

塊莖傷口處木質素的積累速率和細胞層厚度反映了塊莖愈傷組織形成的程度[23]。由圖3、圖4可知，在愈傷前期（0～7 d），損傷塊莖傷口處的木質素積累量和積累速度迅速增加，且在整個愈傷期間低壓靜電場組塊莖的積累量和積累速度均顯著高于CK組（P＜0.05），積累量具體以木質素細胞層厚度來表示，由圖4可知，在愈傷3 d時低壓靜電場組木質素細胞層厚度比CK組高出了52.60%，5 d時高出32.81%，14 d時高出16.41%，21 d時高出14.01%。這些數(shù)據(jù)表明低壓靜電場處理能有效促進采后馬鈴薯塊莖傷口處木質素的積累，且前期促進效果大于后期。

2.3 低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷組織硬度的影響

馬鈴薯塊莖在受到機械損傷后，傷口表面快速形成愈傷組織，愈傷組織表面致密的表層導致硬度增加[24]。低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷期間傷口處硬度的影響見圖5。

圖5 低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷期間傷口處硬度的影響Fig.5 Effect of low voltage electrostatic field treatment on wound firmness of postharvest potato tubers during healing

如圖5可知，采后馬鈴薯塊莖傷口處硬度在愈傷初期（0～7 d）呈快速上升趨勢，愈傷7 d后硬度值緩慢增加，愈傷第14天時硬度值達到最高，后又呈下降趨勢，且低壓靜電場組塊莖傷口處硬度始終高于CK組，在愈傷第21天時較CK高出7.91%（P＜0.05）。結果表明，低壓靜電組能夠促進塊莖愈傷組織表面致密表層的形成，與Jiang等[17]在苯丙噻重氮促進馬鈴薯塊莖創(chuàng)傷愈合的研究結果一致。

2.4 低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷表面褐變度的影響

傷口處表面的褐變度能夠反映酚類物質的氧化程度[25]。這是因為在馬鈴薯愈傷期間，PPO能夠通過氧化損傷表面的酚類物質生成醌類物質，醌類物質經(jīng)過一系列反應最終形成類黑素附著在損傷表面，從而導致塊莖損傷表面的褐變[26]。低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷期間傷口處褐變度的影響見圖6。

圖6 低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷期間傷口處褐變度的影響Fig.6 Effect of low voltage electrostatic field treatment on browning degree of postharvest potato tubers during healing

由圖6可知，在愈傷期間，低壓靜電場組和CK組馬鈴薯塊莖傷口處褐變度均呈現(xiàn)先升后降的趨勢，這可能是因為馬鈴薯塊莖在受到傷害后，損傷表面迅速氧化，進而導致褐變度的快速升高，在愈傷中后期，損傷表面色度逐漸接近周圍表皮，從而導致褐變度的下降。且低壓靜電場組的褐變度值始終高于CK組，在愈傷第5天時高出CK組18.32%（P＜0.05），第21天時高出CK組10.61%（P＜0.05），結果表明低壓靜電場處理能夠促進采后馬鈴薯塊莖傷口表面的褐變。

2.5 低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷組織中PAL活性、總酚、類黃酮和木質素含量的影響

苯丙烷代謝與采后馬鈴薯塊莖的愈傷過程密切相關[4]。PAL是苯丙烷代謝的關鍵酶，參與苯丙烷代謝的第一步反應，對總酚、類黃酮和木質素等次生代謝產(chǎn)物的生成具有重要的催化作用[27-28]。總酚和木質素含量的增加可加快受損傷部位的修復，類黃酮的積累是衡量植物抗病性強弱的指標[29]。低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷期間傷口處總酚、類黃酮和木質素含量及PAL活性的影響如圖7所示。

圖7 低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷期間傷口處PAL活性、總酚、類黃酮和木質素含量的影響Fig.7 Effect of low pressure electrostatic field on PAL activity，the content of total phenolic，flavonoids and lignin of potato tuber during healing

由圖7可知，低壓靜電場組和CK組傷口處的PAL活性呈現(xiàn)先升后降的趨勢，在愈傷第7天時活性最高，且低壓靜電場組的PAL活性在整個愈傷期間均高于對照組，在愈傷第14天時，高出CK組46.94%（P＜0.05）。低壓靜電場組和對照組的總酚、類黃酮和木質素含量在愈傷期間均呈現(xiàn)上升趨勢，愈傷前期（0～7 d）積累速率快于愈傷中后期（7 d～21 d），且低壓靜電場組始終顯著高于CK組，在愈傷第14天時分別比CK組高出13.91%、5.06%和 17.47%（P＜0.05），在愈傷第21 d時分別比CK組高出11.94%、8.35%和23.35%（P＜0.05）。

當馬鈴薯塊莖受到損傷后，機體內的苯丙烷代謝立即被激活，在PAL的催化作用下，塊莖產(chǎn)生總酚、類黃酮和木質素等代謝產(chǎn)物，當代謝產(chǎn)物積累到一定程度時，又會負反饋來抑制PAL活性，導致愈傷中后期PAL活性的降低，而相關代謝產(chǎn)物含量則在愈傷中后期趨于穩(wěn)定[30]。研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，低壓靜電場處理能夠提高塊莖損傷處的PAL活性，促進代謝產(chǎn)物的合成，該結果與Yang等[3]在熱水浸泡刺激馬鈴薯塊莖傷口愈傷的研究結果一致。

2.6 低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷組織中PPO、POD活性和H2O2含量的影響

PPO、POD活性和H2O2在馬鈴薯塊莖愈傷過程中起著至關重要的作用，其中H2O2是激活愈傷早期防衛(wèi)反應的信號分子和激活苯丙烷代謝的第二信使；POD是促進木質素合成的關鍵酶，在H2O2的參與下能夠促進木質素單體的氧化交聯(lián)[19，31]；PPO則是參與酚類物質氧化成醌類物質的關鍵氧化酶，和塊莖損傷表面的褐變密切相關[32]。低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷期間傷口處PPO、POD活性和H2O2含量的影響如圖8所示。

圖8 低壓靜電場處理對采后馬鈴薯塊莖愈傷期間傷口處PPO、POD活性和H2O2含量的影響Fig.8 Effect of low pressure electrostatic field on PPO activity，POD activity and H2O2content of potato tuber during healing

如圖8所示，在愈傷期間，低壓靜電場組和CK組傷口處組織的PPO活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，低壓靜電場組的PPO活性在愈傷期間始終高于對照組，在愈傷第7天時，較CK組高出18.89%（P＜0.05），在愈傷第21天時，較CK組高出32.30%（P＜0.05）。結果表明，低壓靜電場處理提高了塊莖愈傷過程中傷口處的PPO活性，促進了塊莖傷口表面酚類物質的褐變。兩個組傷口處的POD活性和H2O2含量在愈傷期間均逐漸增加，在愈傷第3天時，低壓靜電場組和CK組均無顯著性差異，在愈傷第7天時，低壓靜電場組的POD活性和H2O2含量分別高出CK組57.42%和15.90%（P＜0.05），愈傷第21天時，分別高出CK組17.41%和12.53%（P＜0.05）。結果表明，低壓靜電場處理能夠提高POD活性和H2O2含量，促進愈傷表面木質素的積累，促進塊莖愈傷。

3 結論

低壓靜電場處理能夠促進馬鈴薯塊莖損傷組織中苯丙烷代謝關鍵酶——苯丙氨酸解氨酶的活性，提高過氧化物酶、多酚氧化酶活性及H2O2的含量，加速傷口表面的褐變，提高傷口處組織表面的硬度，促進總酚、類黃酮、木質素含量的積累，減少采后馬鈴薯塊莖愈傷期間的質量損失，對馬鈴薯塊莖的采后愈傷具有積極作用。鑒于低壓靜電場的綠色安全性，該方法可作為促進采后馬鈴薯塊莖愈傷的一種措施，但其中涉及的具體途徑還需進一步探究。