外源乙烯利處理對草莓果實(shí)成熟與品質(zhì)的影響

于建強(qiáng)， 陳 悅， 李成奎， 紀(jì)方炎， 殷瑜佳， 高紅勝， 生利霞

(1.揚(yáng)州大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009； 2.山東省臨沂市園林環(huán)衛(wèi)保障服務(wù)中心，山東臨沂 276000)

草莓(Fragaria×ananassaDuch.)是多年生草本植物(屬于薔薇科草莓屬)，具有果美味甜、芬芳馥郁、營養(yǎng)價(jià)值高的特點(diǎn)，是深受消費(fèi)者喜愛的高經(jīng)濟(jì)價(jià)值水果。成熟期的草莓果實(shí)大多柔軟，不耐貯運(yùn)[1]，易形成集中上市，給生產(chǎn)者造成很大的運(yùn)輸和銷售壓力，如何控制果實(shí)成熟期是影響草莓價(jià)格的重要因素。在保證果實(shí)品質(zhì)的前提下，通過有效調(diào)節(jié)草莓上市時(shí)間，可獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，因此，調(diào)控草莓果實(shí)的成熟期顯得尤為重要。

果實(shí)按照成熟機(jī)制的不同，通常被分為躍變型以及非躍變型。躍變型果實(shí)在成熟過程中通常有呼吸強(qiáng)度的劇烈變化，伴隨著乙烯含量的顯著增加，進(jìn)一步促進(jìn)果實(shí)的成熟；而非躍變型果實(shí)通常在成熟過程中呼吸強(qiáng)度沒有明顯變化，乙烯含量增加不顯著。草莓果實(shí)屬于后者，在成熟過程中草莓中的乙烯釋放水平改變不顯著，這為研究非躍變型果實(shí)相關(guān)發(fā)育機(jī)制提供了參考。

草莓果實(shí)的發(fā)育和成熟受外界環(huán)境條件如溫度、光照等因素的影響，同時(shí)也被內(nèi)部的植物激素所調(diào)控，乙烯作為植物關(guān)鍵激素在其中扮演了重要角色[3]。在其果實(shí)不同發(fā)育階段，乙烯的產(chǎn)生存在特征模式，即在綠果期含量較高，白果期含量減少，至紅色成熟階段再次增加[4]。研究表明，盡管草莓果實(shí)中內(nèi)源乙烯的濃度非常低[4]，但乙烯確實(shí)在草莓、葡萄等非躍變型水果的成熟過程中發(fā)揮了一定的作用[5-6]，只需在草莓中施加少量的乙烯就能觸發(fā)與成熟相關(guān)的生理反應(yīng)[7]。

近年來，植物激素調(diào)控果實(shí)成熟及品質(zhì)變化的相關(guān)研究被廣泛關(guān)注，為進(jìn)一步探討乙烯對草莓果實(shí)成熟過程及品質(zhì)的影響，本研究采用外源乙烯利處理采后不同發(fā)育時(shí)期的草莓果實(shí)，對處理后的果實(shí)相關(guān)生理品質(zhì)成分進(jìn)行測定分析，明確乙烯對不同發(fā)育時(shí)期草莓果實(shí)成熟和品質(zhì)的影響，為進(jìn)一步探究草莓果實(shí)成熟與調(diào)控的相關(guān)機(jī)制夯實(shí)基礎(chǔ)，進(jìn)而促進(jìn)草莓高效貯運(yùn)保鮮技術(shù)的研究與開發(fā)，提高果實(shí)品質(zhì)，提升產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用紅顏草莓，采收于2022年4月份，生長于江蘇省揚(yáng)州市廣陵區(qū)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)示范園。選取無病蟲害、生長狀態(tài)一致植株上大小相近且無外部損傷的果實(shí)用于試驗(yàn)(圖1)，將果梗修剪均勻保留長度約5 cm。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試材處理 分別配制乙烯利(2-氯乙基膦酸)處理液：2 mmol/L乙烯利+0.02% (體積分?jǐn)?shù))吐溫+1% (體積分?jǐn)?shù))乙醇；對照組處理液：0.02% (體積分?jǐn)?shù)) 吐溫+1% (體積分?jǐn)?shù))乙醇。草莓果實(shí)在乙烯利處理液和對照處理液中分別浸泡5 min，果實(shí)取出晾干后在光照培養(yǎng)箱中處理(為防止果實(shí)失水，將果實(shí)垂直放置于裝滿蒸餾水的10 mL離心管上，果梗插入離心管的水中)。氣候箱設(shè)置條件：光—暗周期為16 h—8 h，溫度24 ℃。分別于處理后0、48、72 h拍照觀察表型變化，并取樣測定相關(guān)指標(biāo)。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，每次重復(fù)至少使用3顆草莓果實(shí)。

1.2.2 果實(shí)硬度與可溶性固形物含量測定 在草莓果實(shí)中間部位采用艾德堡 HP-50 數(shù)顯式推拉力計(jì)測定果實(shí)硬度，并記錄數(shù)據(jù)。可溶性固形物采用 ATAGO Pocket PAL-1 手持折光儀測定，取草莓果實(shí)果尖部分，擠出果汁滴于手持折光儀中，記錄相關(guān)可溶性固形物含量。上述測定均保證3次重復(fù)，每次重復(fù)至少使用3顆草莓果實(shí)。

1.2.3 總酸含量測定 稱取0.5 g草莓鮮樣充分研磨，加入適量無CO2的蒸餾水，于75 ℃水浴上加熱0.5 h，冷卻后定容至20 mL。用濾紙(干燥的)緩慢過濾，收集過濾后的液體備用。分離5 mL濾液，添加酚酞指示劑(2～3滴)，氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.1 mol/L)滴定，直到微紅色出現(xiàn)并且30 s不變色，記錄用量。

計(jì)算樣品總酸量：

式中：x為樣品中總酸的質(zhì)量濃度(以檸檬酸計(jì))，g/L；c為 0.1(氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度)，mol/L；V1為樣品中氫氧化鈉溶液的使用量，mL；V0為空白對照中氫氧化鈉溶液的使用量，mL；V2為5(分離濾液的體積)，mL；70為檸檬酸摩爾質(zhì)量，g/mol。

1.2.4 揮發(fā)性物質(zhì)測定 迅速對剛收的果實(shí)進(jìn)行相關(guān)處理，48 h后即刻使用氣相色譜檢測其中的揮發(fā)性組分。在進(jìn)樣口，固相微萃取頭以250 ℃老化40 min后，草莓勻漿后準(zhǔn)確稱量10 g，再加入3 g NaCl以及2 μL 3-壬酮(濃度0.01%，作為內(nèi)標(biāo))進(jìn)行混勻，統(tǒng)一灌入10 mL加樣瓶，加蓋固定，將萃取頭伸入加樣瓶(停留在上方的空留部分)，水浴 30 min (溫度為40 ℃，主要起吸附作用)。水浴后將萃取頭拔出再伸入DSQ聯(lián)用儀(氣相色譜-質(zhì)譜)，240 ℃條件下解析1.5 min，GC-MS(氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀)測定并分析結(jié)果(進(jìn)行2次重復(fù))。

色譜分析相關(guān)要求：He用作載氣，流動(dòng)速度為1 mL/min；升溫過程大致分為4個(gè)階段，先在40 ℃穩(wěn)定2 min，然后按照4 ℃/min的速率提高溫度，到120 ℃后再以10 ℃/min的速率進(jìn)行升溫，最后直至溫度為240 ℃穩(wěn)定6 min。質(zhì)譜相關(guān)要求：氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀接口處溫度設(shè)置為240 ℃；離子源設(shè)置條件為200 ℃(工作溫度)，EI(電離方式)，70 eV(電子能量)；33～450 amu作為質(zhì)量范圍。

揮發(fā)性物質(zhì)鑒定及含量計(jì)算：根據(jù)草莓果實(shí)揮發(fā)性有機(jī)化合物的總離子流圖，檢索NISTlibrary和Wileylibrary質(zhì)譜庫，篩選匹配度高于800(正反均可)的結(jié)果，將其進(jìn)行解析(使用人工圖譜)，通過查閱文獻(xiàn)資料最終確定相關(guān)成分。

揮發(fā)性物質(zhì)的含量(ng/g)=[特征峰面積/內(nèi)參標(biāo)定物峰面積×內(nèi)參標(biāo)定物濃度(ng/μL)×2 (μL)]/樣品質(zhì)量(g)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Bio-Rad PrimePCR軟件對獲得的表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將FaActin基因的表達(dá)水平用作內(nèi)參，使用2-ΔΔCT法進(jìn)行計(jì)算。3次重復(fù)的平均值作為最終結(jié)果。利用Origin 2019軟件繪制柱狀圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 對草莓果實(shí)外觀表型的影響

由圖2可以看出，處理48 h后，綠果期處理組草莓果實(shí)已經(jīng)開始轉(zhuǎn)色，而CK組未有明顯變化；白果期處理組草莓果實(shí)已經(jīng)完成轉(zhuǎn)色，CK組著色程度明顯低于處理組；轉(zhuǎn)色期處理組果實(shí)也已經(jīng)完成轉(zhuǎn)色，而CK組花托部明顯還未著色完全；全紅期處理組與CK果實(shí)未有差異。處理后72 h，綠果期處理組草莓果實(shí)已經(jīng)完全轉(zhuǎn)色為全紅，CK組果實(shí)花托部位已經(jīng)轉(zhuǎn)色但果尖部位還未著色；白果期處理組果實(shí)著色程度加深，CK組完成轉(zhuǎn)色，但著色不均一；轉(zhuǎn)色期處理組果實(shí)與CK組對比未有顯著差異；全紅期處理組果實(shí)著色加深，出現(xiàn)過熟衰老表型，而CK組未有明顯變化。可以看出，外源乙烯利處理能促進(jìn)草莓果實(shí)的提前著色。

2.2 對草莓果實(shí)硬度的影響

由圖3可以看出，隨著處理時(shí)間的延長，不同發(fā)育時(shí)期的果實(shí)處理組與CK組的果實(shí)硬度均呈下降趨勢。但處理組果實(shí)硬度值變化明顯大于CK組，其中綠果期處理從0 h到72 h果實(shí)硬度從 28.583 kg/cm2下降到 8.080 kg/cm2，硬度值下降近72%。而CK組從24.990 kg/cm2僅下降至21.533 kg/cm2。白果期處理組硬度值從 15.020 kg/cm2下降至3.733 kg/cm2，下降75%，而CK組硬度值從15.393 kg/cm2降至7.063 kg/cm2。轉(zhuǎn)色期處理組硬度值從5.730 kg/cm2下降到 2.420 kg/cm2，CK組硬度值從5.863 kg/cm2降至4.056 kg/cm2。全紅期處理組與CK組果實(shí)硬度值隨處理時(shí)間變化不明顯。由此可以看出，外源施加乙烯利加速了草莓果實(shí)的軟化，特別是對綠果期和白果期草莓果實(shí)的促進(jìn)效果更顯著，果實(shí)硬度分別下降了72%和75%左右。

2.3 對可溶性固形物含量的影響

通過收集外源乙烯利處理的不同發(fā)育時(shí)期的草莓果實(shí)，測定其中的可溶性固形物含量(圖4)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，綠果期、白果期和轉(zhuǎn)色期處理組的草莓果實(shí)可溶性固形物含量分別從處理前(0 h)的7.41%、7.26%和8.34%上升到處理后(48 h)的 8.14%、8.56%和9.86%，而CK組變化不顯著。但在全紅期，處理組的可溶性固形物含量不斷下降，從處理前(0 h)的12.67%減少到處理后(72 h)的 10.03%，CK組則從處理前(0 h)的12.88%減少到處理后(72 h)的11.13%，下降幅度明顯低于處理組。

2.4 對總酸含量的影響

由圖5可知，綠果期處理組和對照組中草莓果實(shí)的總酸含量均隨著時(shí)間呈先上升再下降的趨勢。外源乙烯利處理組的白果期、轉(zhuǎn)色期和全紅期草莓果實(shí)總酸含量則隨處理時(shí)間的增加均呈下降趨勢，其中轉(zhuǎn)色期與全紅期下降顯著，分別從處理前(0 h)的10.03 ng/g和8.38 ng/g減少為處理后(72 h)的7.42 ng/g和6.31 ng/g，與之相比，CK組總酸含量雖然也在減少但未有顯著差異。可見外源乙烯利處理可導(dǎo)致草莓果實(shí)總酸含量降低，在轉(zhuǎn)色期與全熟期發(fā)揮的作用更加明顯。

2.5 對果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)及含量的影響

處理48 h后，對各時(shí)期草莓果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行定性和定量檢測。結(jié)果表明，CK組各時(shí)期共檢測出38種揮發(fā)性物質(zhì)，其中酯類20種、醇類12種、醛類2種、酸1種、酮類3種；處理組各時(shí)期共檢測出35種揮發(fā)性物質(zhì)，其中酯類19種、醇類11種、醛類2種、酸1種、酮類2種(表1)。其中綠果期、白果期、轉(zhuǎn)色期揮發(fā)性物質(zhì)種類與含量較少，揮發(fā)性物質(zhì)的釋放主要集中在全紅期。綠果期果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)以醇類為主，隨著果實(shí)發(fā)育成熟，酯類物質(zhì)的成分和總量逐漸增加。

從表1可以看出，與對照相比，綠果期和白果期果實(shí)在外源乙烯利處理后其揮發(fā)性物質(zhì)的成分和總量變化差異不大，而轉(zhuǎn)色期和全紅期則呈現(xiàn)顯著的差異，轉(zhuǎn)色期處理組果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)總含量為 64.09 ng/g，對照組為99.13 ng/g，處理組較對照組降低了35.3%；全紅期處理組的揮發(fā)性物質(zhì)總含量為269.99 ng/g，明顯低于對照組的359.39 ng/g，并且香氣物質(zhì)較對照組缺少了丁酸乙酯。

3 討論

乙烯作為一類植物體內(nèi)普遍存在的關(guān)鍵激素，參與調(diào)節(jié)成熟過程中果實(shí)品質(zhì)形成[8]，按照果實(shí)成熟衰老過程中乙烯釋放水平和呼吸作用變化的不同，果實(shí)被劃分為呼吸躍變型以及非呼吸躍變型[9]。草莓果實(shí)是代表性的非呼吸躍變型，它在成熟衰老過程中釋放的乙烯水平較躍變型果實(shí)差距巨大。前人認(rèn)為乙烯在調(diào)控非呼吸躍變型果實(shí)成熟衰老中的作用有限，但也有研究表明，乙烯參與了非呼吸躍變型果實(shí)的成熟調(diào)控，如使用外源乙烯處理柑橘，促進(jìn)相關(guān)類胡蘿卜素的積累[10]；葡萄果實(shí)發(fā)育至成熟期前，存在內(nèi)源乙烯合成瞬間增加的過程，該內(nèi)源乙烯被認(rèn)為促進(jìn)了之后果實(shí)的迅速膨大和花青苷的大量積累以及果肉中中總酸含量的下降[5]。

表1 外源乙烯利處理對草莓果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)及含量的影響 ng/g

本試驗(yàn)使用外源乙烯利處理采后不同發(fā)育時(shí)期的紅顏草莓果實(shí)，檢測了處理0、48、72 h不同時(shí)間段草莓果實(shí)的外觀表型、果實(shí)硬度、可溶性固形物含量、總酸和揮發(fā)性香氣物質(zhì)的變化，發(fā)現(xiàn)外源乙烯利處理能夠顯著加快草莓果實(shí)的轉(zhuǎn)色及色澤加深進(jìn)程，果實(shí)硬度與總酸含量隨著處理時(shí)間的延長不斷下降，這與Wilkinson等的研究結(jié)果[11]一致。

外源乙烯利處理后，綠果期、白果期和轉(zhuǎn)色期草莓中的可溶性固形物含量明顯高于未處理的對照組，而在全紅期則低于對照組。這可能是由于全紅期草莓果實(shí)已經(jīng)處于完全成熟狀態(tài)，可溶性固形物含量在此時(shí)期已達(dá)到頂峰，外源乙烯利處理導(dǎo)致草莓果實(shí)提前進(jìn)入衰老階段，并進(jìn)一步加速了衰老進(jìn)程，促使糖等內(nèi)源物質(zhì)加速消耗，最終導(dǎo)致處理組草莓果實(shí)中可溶性固形物含量的降低。

與對照組相比，綠果期和白果期果實(shí)在外源乙烯利處理后其揮發(fā)性物質(zhì)的種類和總量變化差異不大，而轉(zhuǎn)色期和全紅期則呈現(xiàn)顯著的差異，即處理組果實(shí)中揮發(fā)性物質(zhì)總含量明顯低于對照組，并且全紅期中香氣物質(zhì)較對照組少1種。總體上表現(xiàn)為外源乙烯利處理加速草莓果實(shí)成熟進(jìn)程，促進(jìn)果實(shí)著色，但卻改變了果實(shí)中香氣物質(zhì)的種類和含量，降低了其香氣品質(zhì)。這可能與果實(shí)中色香代謝的競爭有關(guān)，由于果實(shí)色素類物質(zhì)和香氣物質(zhì)的代謝路徑有交集，二者存在代謝底物分配及流向的競爭，正是由于外源乙烯利處理促使代謝底物流向色素積累方向，促進(jìn)了草莓果實(shí)著色，而向香氣合成路徑的分配量減少，最終導(dǎo)致果實(shí)香氣物質(zhì)合成受阻，但具體尚待后續(xù)進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。