外源褪黑素處理對甜瓜采后貯藏品質和后熟衰老的影響

姚軍 鄭賀云 張翠環 再吐娜·買買提 汪志偉 耿新麗

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.10.028

摘要：為探究外源褪黑素處理對采后甜瓜貯藏品質和后熟衰老的影響，明確其合適的處理濃度，以西州密25號甜瓜為材料，采用不同濃度（100、300、500、700 μmol/L）外源褪黑素浸泡處理甜瓜，以蒸餾水處理為對照，處理后置于 6～8 ℃冷庫貯藏，定期取樣進行貯藏期果實品質和衰老相關生理指標的測定。結果表明，不同濃度的外源褪黑素處理可降低甜瓜貯藏期的失重率、果肉硬度和腐爛率，保持果實可溶性固形物，提高甜瓜的貯藏品質；同時降低甜瓜果實的相對電導率和丙二醛含量，提高抗氧化酶SOD和POD活性，降低對細胞的氧化傷害，并抑制呼吸速率和乙烯釋放量，延緩甜瓜果實的后熟衰老，尤以500 μmol/L外源褪黑素處理效果最佳。因此，褪黑素處理通過調節采后甜瓜的活性氧代謝而延緩其衰老進程，提高甜瓜采后的貯藏品質，這為褪黑素應用于甜瓜采后保鮮提供理論支撐。

關鍵詞：甜瓜；褪黑素；貯藏品質；后熟衰老；活性氧

中圖分類號：TS255.3? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）10-0203-07

收稿日期：2023-06-13

基金項目：國家現代農業產業技術體系建設專項（編號：CARS-25）；新疆西甜瓜產業技術體系項目（編號：XJARS-06）。

作者簡介：姚? 軍（1978—），男，四川遂寧人，碩士，副研究員，研究方向為農產品貯藏與保鮮。E-mail：53260292@qq.com。

通信作者：耿新麗，碩士，研究員，研究方向為農產品貯藏與保鮮。E-mail：89069899@qq.com。

褪黑素（N-乙酰-5-甲氧基色胺，melatonin，MT），首次是在牛的松果體中被發現的，所以又被稱為“松果素”［1］，后1995年在植物中被發現［2］，此后越來越多植物科學各個領域的研究工作者對其進行了廣泛研究［3-4］。作為飲食中含有的健康成分，許多水果蔬菜都能提供天然的褪黑素［5-6］。近年，陸續有文獻報道褪黑素在園藝產品的采后保鮮中具有明顯作用［7］。目前，研究比較熱的是關于MT對植物活性氧代謝及衰老的影響，如褪黑素處理提升了草莓抗氧化能力，減緩丙二醛和過氧化氫的積累，抑制超氧陰離子自由基生成速率的上升［8］；抑制冷藏桃果相對電導率上升、丙二醛積累、蛋白質和抗壞血酸降解，從而降低桃果氧化傷害［9］；降低采后香菇活性氧代謝產物生成速率，提高機體的抗氧化能力，進而減少活性氧對機體的傷害［10］；50 μmol/L 褪黑素處理可以調節采后荔枝的活性氧代謝而延緩其衰老進程［11］；Gao等證實，褪黑激素與植物的衰老有關，褪黑素處理能有效地減緩桃果實的衰老過程［12］。此外，經過褪黑素處理的蘋果［13］、桃［14］、梨［15］、菜心［16］等產品也都表現出了較好的貯藏特性，保證了其貯藏質量。因此，褪黑素作為源于植物中的天然物質，具有良好的保鮮作用，有望成為果蔬產品采后保鮮劑的重要組分［17］。

褪黑素在甜瓜上的研究主要是在對植物生理調節、增強抗逆性、緩解逆境對植物的傷害等方面。如褪黑素可明顯緩解三唑酮對甜瓜幼苗的毒害，促進了植株的生長［18］；緩解甜瓜自毒脅迫的效果及其發生機制，激活CmGST基因的表達來增強甜瓜植株對自毒脅迫的抵抗能力［19］；在高溫脅迫下，外源褪黑素能增強厚皮甜瓜幼苗抵抗力［20］，提高幼苗的耐熱性，緩解高溫對幼苗的傷害，調節抗氧化途徑和抗逆相關基因的表達［21］。然而，將褪黑素應用于甜瓜的保鮮研究中鮮有報道。本試驗通過研究外源褪黑素浸泡處理對甜瓜貯藏過程中品質變化、活性氧代謝和后熟衰老的影響，旨在明確褪黑素對甜瓜采后保鮮的作用及相關生理機制，為甜瓜采后貯藏產業應用提供理論依據。

1? 材料與方法

1.1? 材料與試劑

供試材料：試驗所用哈密瓜品種為西州密25號，于2020年7月10日采自新疆維吾爾自治區葡萄瓜果研究所試驗地，選取相近糖度［可溶性固形物含量為（16±1）%］、大小均勻、無病蟲斑、無機械損傷的果實。

供試藥劑：褪黑素（粉劑，純度≥98%）為上海源葉生物科技有限公司生產；三氯乙酸（TCA）、硫代巴比妥酸（TBA）、甲硫氨酸（Met）、氮藍四唑（NBT）、核黃素、愈創木酚、鄰苯二酚、磷酸氫二鈉，均為國產分析純。

1.2? 儀器和設備

無損測糖儀（K-BA100R，日本）；水果質地分析儀（GS-15型，北京陽光億事達科技有限公司）；電導率儀（DDS-307，上海儀電科技公司）；便攜式乙烯測定儀（F-900型，美國）；紅外二氧化碳測定儀（TEL-7001型，美國Talaire公司）；紫外可見分光光度計（UV-6100A，上海精密儀器儀表有限公司）；冷凍離心機（Eppendorf Centrifuge5417R，德國）。

1.3? 方法

1.3.1? 材料處理

調試冷庫，溫度均調試成冷藏車一般調試溫度6～8 ℃。將采收的瓜用無損測糖儀測定，挑選出糖度為（16±1）%的單瓜300個，然后每60個瓜為1組分為A、B、C、D、E等5組。A組以清水處理作為對照，B、C、D、E等4組分別用褪黑素不同濃度（100、300、500、700 μmol/L）處理，各處理浸泡 10 min，晾干后將所有的瓜放入6～8 ℃冷庫內，每 5 d 對部分材料進行取樣及相關指標的測定，并記錄其商品率，當商品率小于50%時終止試驗。

1.3.2? 果實腐爛率、可溶性固形物含量、果實硬度、失重率的測定

果實腐爛率=腐爛果實數量/總果數量×100%；可溶性固形物含量采用日本產的KBA100R型無損傷測糖儀進行測定。果實硬度采用北京陽光億事達科技有限公司的GS-15型水果質地分析儀測定。失重率測定采用稱重法，失重率=（初始質量-貯藏后質量）/初始質量×100%。

1.3.3? 乙烯釋放速率的測定

采用F-900型便攜式乙烯測定儀測定，將有機玻璃容器倒扣放置，使容器中氣體與空氣平衡；然后放上單瓜，在室溫下密閉，將儀器導管插入容器內密封，每2 min記錄1次數據；2 h后導出數據，通過公式計算乙烯濃度C（μL/L），測定單瓜的體積V1和塑料桶的體積V0。

乙烯釋放速率［μL/（kg·h）］=C×（V0-V1）/［樣品鮮重（kg）×時間（h）］。

1.3.4? 呼吸速率的測定

采用TEL-7001紅外二氧化碳測定儀測定，選取單瓜裝入有機玻璃罐內，并將紅外呼吸速率測定儀放入罐內，在室溫下密閉，密閉1 h后讀數得二氧化碳釋放量C（μL/L），測定單瓜的體積V1和塑料桶的體積V0。

呼吸速率［μL/（kg·h）］=C×（V0-V1）/［樣品鮮重（kg）×時間（h）］。

1.3.5? 細胞膜通透性的測定

細胞膜滲透率的測定參照何歡等的方法［22］，并稍作修改。從每個果實的赤道部分切下20個圓片（直徑5 mm），設置3個重復，放入燒杯中，加入20 mL去離子水。搖動后立即用電導率儀測定果實的電導率ρ0（μS/cm），30 min 后再煮沸5 min，然后測定電導率ρ1（μS/cm），冷卻后再次測定電導率ρ2（μS/cm）。

細胞膜滲透率=（ρ2-ρ0）/（ρ1-ρ0）×100%。

1.3.6? 丙二醛（MDA）含量的測定

參考曹健康等的方法［23］，稱取甜瓜果肉5 g，移入預冷離心管中，加入5.0 mL的10%三氯乙酸（TCA）溶液，振蕩混勻后于4 ℃、10 000 r/min條件下離心20 min，留上清液，備用；取上清液2 mL，吸取3支試管作平行對照，隨后于試管中加入2 mL的0.67%硫代巴比妥酸（TBA），混勻后置于沸水中20 min，待溶液冷卻，于 10 000 r/min 條件下離心20 min，取上清液分別在450、532、600 nm處測定吸光度。

MDA含量（μmol/g）=［6.45×（D532 nm-D600 nm）-0.56×D450 nm×提取液體積］/果肉重。

1.3.7? SOD、POD活性的測定

1.3.7.1? 超氧化物歧化酶（SOD）活性? 參照李合生的試驗方法［24］，采用紫外吸收法測定，略有改動。稱取0.5 g果肉樣品，加入4 mL預冷的0.05 mol/L磷酸緩沖液（pH值為7.8），冰浴研磨成勻漿。于 4 ℃ 、10 000 r/min離心15 min，上清液即為酶提取液。反應體系包括1.5 mL的0.05 mol/L磷酸緩沖液（pH值為7.8）、130 mmol/L甲硫氨酸（Met）液、750 μmol/L氮藍四唑（NBT）、100 μmol/L EDTA-Na2液、20 μmol/L 核黃素溶液以及0.5 mL的酶提取液，混勻，1支對照試管罩上黑色塑料袋避光，其他各試管置于4 000 lx日光燈下反應15 min，反應結束后用黑布罩上試管，終止反應，分別在 560 nm 波長下測定吸光度。

1.3.7.2? 過氧化物酶（POD）活性的測定［24］? 稱取0.5 g果肉樣品，加入5.0 mL提取緩沖液（含 1 mmol/L PEG、4% PVPP和1% Triton X-100），在冰浴條件下研磨成勻漿，于4 ℃、12 000 r/min條件下離心 30 min，上清液為酶液提取液。反應體系包括： 2.0 mL 的25 mmol/L愈創木酚溶液，0.5 mL酶提取液，0.2 mL的0.5 mol/L H2O2溶液，以蒸餾水為參比，反應15 s后開始記錄反應體系在波長470 nm處的吸光度，每隔15 s記錄1次，連續測定6次。

1.4? 數據分析

每個指標測定值利用Excel進行統計分析并繪圖，采用SPSS 17.0數據處理軟件對數據進行方差分析（ANOVA），采用Duncans多重比較對差異顯著性進行分析。當P<0.05時，表示差異顯著；當 P<0.01時，表示差異極顯著。

2? 結果與分析

2.1? 外源褪黑素處理對甜瓜貯藏期果實可溶性固形物含量的影響

可溶性固形物含量可以粗略地反映甜瓜果實中糖與其他營養物質含量。圖1顯示，隨著貯藏時間的延長，各處理甜瓜的可溶性固形物含量呈現了先升高后降低再升高的現象。因部分甜瓜屬于呼吸躍變型果實，貯藏前期隨成熟度增加，可溶性固形物含量呈上升趨勢；但隨著貯藏時間的延長，果實自身在進行呼吸作用，所以甜瓜果實中的可溶性固形物含量不斷下降，再次升高可能是甜瓜自身后熟的過程。在整個貯藏期，對照的果實可溶性固形物含量均低于褪黑素處理，從貯藏前到貯藏結束不同濃度褪黑素處理和對照可溶性固形物含量分別升高1.65%、1.69%、2.86%、2.06%和1.44%。根據差異顯著性分析，各處理之間差異不顯著（P>0.05）。由此說明褪黑素對保持可溶性固形物含量減低具有一定的效果。

2.2? 外源褪黑素處理對甜瓜貯藏期果實失重率的影響

失重率是通過直接稱量法計算果實重量的損失，反映果實貯藏過程中的水分與營養物質損失程度。圖2顯示，隨著貯藏時間的延長，失重率呈現逐漸升高的現象。對照果實失重率均高于褪黑素處理。褪黑素處理濃度以500 μmol/L果實失重率最低，說明褪黑素500 μmol/L濃度對甜瓜失重率影響最小。在貯藏后30 d，不同濃度褪黑素處理果實失重率較對照降低5.91%、9.22%、13.88%和5.12%。說明褪黑素具有一定延緩果實失重率的作用。

2.3? 外源褪黑素處理對甜瓜貯藏期果實腐爛率的影響

由圖3可以看出，腐爛率隨著貯藏時間的延長

逐漸提高。貯藏20 d時，處理300 μmol/L沒有腐爛單瓜，其余處理均有腐爛發生，且對照腐爛率最大達到10%；貯藏 25 d時，各處理均有腐爛率發生，此時300、500 μmol/L處理濃度腐爛率最低，為20%，對照腐爛率最大，為50%；貯藏30 d時，500 μmol/L 處理濃度腐爛率最低，為20%，對照腐爛率最大，為80%。說明褪黑素處理對減少甜瓜腐爛效果明顯，其中 300、500 μmol/L處理濃度效果較好。

2.4? 外源褪黑素處理對甜瓜貯藏期果肉硬度的影響

硬度是反映甜瓜貯藏品質具有代表性的指標之一。由圖4所示，隨著貯藏時間的延長，甜瓜的果肉硬度呈現出逐漸降低的現象。在整個貯藏期，對照的果肉硬度均低于褪黑素處理，褪黑素處理濃度以500 μmol/L果肉硬度最大。在貯藏后 25 d，褪黑素500 μmol/L濃度和對照果肉硬度差異達到顯著水平（P<0.05），各處理分別比對照的果肉硬度降低2.41%、15.66%、22.23%和6.45%。根據差異顯著性分析，各處理之間差異不顯著（P>0.05），說明褪黑素具有延緩甜瓜貯藏期果肉硬度下降的作用。

2.5? 外源褪黑素處理對甜瓜貯藏期乙烯釋放速率的影響

乙烯是促進果實成熟衰老的重要激素，尤其是乙烯躍變型果實，對于果實后熟和衰老作用明顯［25］。圖5顯示，不同濃度外源褪黑素處理與對照的甜瓜果實乙烯釋放速率隨著甜瓜采后貯藏時間的延長呈現先升高后降低再升高的趨勢。在整個貯藏期，對照的果實乙烯釋放速率均高于褪黑素處理，在貯藏后10 d，以500 μmol/L 處理濃度乙烯釋放速率顯著性低于對照（P<0.05），各濃度褪黑素處理的甜瓜果實乙烯釋放速率比對照分別降低11.97%、30.02%、35.59%、22.26%。說明褪黑素處理能有效抑制乙烯的釋放，延緩果實的衰老，其中以 500 μmol/L 處理效果最好。

2.6? 外源褪黑素處理對甜瓜貯藏期呼吸速率的影響

采后呼吸強度是反映其生命活動強弱的重要指標，與生物體內其他生命活動也密切相關。圖6顯示，不同濃度外源褪黑素處理與對照的甜瓜果實呼吸速率隨著甜瓜采后貯藏時間的延長呈現先升高后降低再升高的趨勢。在貯藏后20 d，褪黑素各處理濃度果實的呼吸速率低于對照，除 700 μmol/L

外差異達到顯著水平（P<0.05），分別比對照處理呼吸速率降低35.03%、33.76%、36.41%、4.70%；在貯藏后25 d，500 μmol/L 處理濃度乙烯釋放速率顯著低于對照和其他處理濃度（P<0.05）。說明 500 μmol/L 外源褪黑素處理更好地抑制了甜瓜呼吸速率的增加，減少了呼吸作用對果實內部品質的消耗。

2.7? 外源褪黑素處理對甜瓜貯藏期果實丙二醛含量的影響

MDA是膜脂過氧化過程的重要產物之一，在植物衰老生理和抗性生理研究中MDA含量是一個常用指標［11］。圖7顯示，不同濃度褪黑素處理與對照的甜瓜果實MDA含量隨著甜瓜采后貯藏時間的延長呈逐漸升高的趨勢。從貯藏后10～ 25 d，對照果實MDA含量顯著高于褪黑素處理（P<0.05）。不同濃度褪黑素處理之間差異不顯著（P>0.05），且以500 μmol/L 處理濃度MDA含量含量最低。在貯藏后 10 d，褪黑素各處理的甜瓜果實MDA含量比對照分別低22.55%、24.63%、44.32%、28.26%。說明褪黑素處理可明顯抑制甜瓜果實貯藏期MDA含量上升，其中以500 μmol/L 處理濃度的效果最好。

2.8? 外源褪黑素處理對甜瓜貯藏期果實細胞膜滲透率的影響

細胞膜的完整性可以反映細胞膜的受損程度，而細胞膜完整性可以通過測定組織水浸提液的電導率來反映［26］。圖8顯示，不同濃度褪黑素處理與對照的甜瓜果實細胞膜滲透率隨著甜瓜采后貯藏時間的延長呈逐漸升高的趨勢。在整個貯藏期，褪黑素處理的細胞膜滲透率明顯低于對照，在貯藏后20 d，褪黑素處理和對照甜瓜果實細胞膜滲透率之間存在顯著差異（P<0.05），各處理之間差異不顯著（P>0.05）。此時，褪黑素各濃度處理的甜瓜果實細胞膜滲透率比對照分別低12.8%、19.43%、25.44%和14.86%，其中以500 μmol/L處理濃度效果較好。說明褪黑素處理能有效抑制甜瓜果實貯藏期間細胞膜滲透性的增加。

2.9? 外源褪黑素處理對甜瓜貯藏期果實SOD活性的影響

SOD可有效清除過量氧自由基（如 O-2·），對果實起保護作用，是果實體內防御酶系統的關鍵酶之一。圖9顯示，對照和褪黑素不同處理的甜瓜果實SOD活性隨采后貯藏時間的延長而呈先上升后下降再上升的趨勢。在整個貯藏期，褪黑素處理SOD活性明顯高于對照，在貯藏后10 d，褪黑素處理和對照甜瓜果實的SOD活性之間存在顯著差異（P<0.05），褪黑素處理之間以500 μmol/L處理的SOD活性顯著高于其他處理（P<0.05）。在貯藏后25 d時差異最大，此時褪黑素各處理的甜瓜果實SOD活性分別比對照高77.55%、78.19%、78.90%、66.22%。說明外源褪黑素處理的甜瓜果實能提高SOD活性，且以褪黑素濃度500 μmol/L效果最好。

2.10? 外源褪黑素處理對甜瓜貯藏期果實POD活性的影響

POD是植物體內普遍存在的一種氧化還原酶，可與CAT協同作用，將H2O2分解為水和分子氧，減少H2O2的積累。如圖10所示，對照和褪黑素處理的甜瓜果實POD活性隨采后貯藏時間的延長而呈先升高后降低的趨勢。在整個貯藏期， 褪黑素處理POD活性明顯高于對照，500 μmol/L處理濃度POD活性明顯高于其他處理濃度。在貯藏后5 d，500 μmol/L 處理濃度POD活性顯著高于對照和其他處理濃度（P<0.05），且比對照和其他處理濃度高29.08%、19.6%、25.92%、19.46%。說明外源褪黑素處理能延緩甜瓜果實POD活性降低，其中褪黑素濃度500 μmol/L 效果最好。

3? 結論與討論

夏季高溫高濕環境造成許多果實在成熟期運輸途中容易腐爛，為了適應長途運輸的需要，部分果實（包括甜瓜）在未完全成熟時就要被采摘，提前采收上市導致果品糖分含量低、風味物質不足等問題。有研究發現，外源褪黑素具有促進果實成熟，提高果實品質的作用［27］。本研究也發現，不同濃度外源褪黑素處理具有保持甜瓜貯藏期果實可溶性固形物下降的作用，同時降低了甜瓜貯藏期的失重率、果肉硬度和腐爛率，并抑制了呼吸速率和乙烯釋放量，提高了甜瓜的貯藏品質。其他果品也表現出了相同的效果，如褪黑素處理可維持草莓采后果實品質，降低草莓采后腐爛率［28］。謝晶等通過主成分分析可知，褪黑素能顯著延緩荔枝失重率上升和提高過氧化氫酶活性［29］。王紀忠等發現，外源褪黑素處理可延緩新梨7號梨果實失水，保持果實硬度和可溶性固形物含量，減少乙烯釋放［30］。李涵等研究發現，0.20 mmol/L褪黑素處理使百香果的果實硬度、質量損失率、腐爛率等品質指標效果較好，果實品質維持在較高水平［31］。

果實在貯藏過程中活性氧的大量積累和自身保護防御系統清除能力降低，加劇了果品的后熟衰老。有研究發現，在植物衰老或腐敗的情況下，提高超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶等抗氧化酶的活性，能夠清除活性氧代謝的產物，延緩果蔬采后衰老或腐敗［32］。本研究中，褪黑素處理提高了貯藏期甜瓜的抗氧化酶SOD和POD活性，降低了甜瓜果實的相對電導率、丙二醛含量，減少了其對細胞的氧化傷害，并抑制了呼吸速率和乙烯釋放量，使細胞保持了更完整的結構，延緩了果實的后熟和衰老。此外，在桃［33］、芒果［34］、白菜［35］等果蔬產品中，外源褪黑素處理可降低呼吸強度及內源乙烯的生成量，使采后果蔬的呼吸保持在較低水平，延長了果蔬的采后衰老和腐敗。

綜上所述，不同濃度褪黑素處理可以降低甜瓜果實乙烯釋放速率和呼吸強度，提高抗氧化酶SOD和POD的活性，降低貯藏期甜瓜果實的相對電導率和丙二醛含量，減少對細胞的氧化傷害，保持細胞結構更加完整，最終降低甜瓜貯藏期的失重率、果肉硬度和腐爛率，其中以500 μmol/L 褪黑素處理效果最好。因此，褪黑素在延緩甜瓜果實的后熟衰老、提高甜瓜采后貯藏品質方面作用明顯，為褪黑素應用于甜瓜采后保鮮提供理論支撐。

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