水杨酸处理对杏果实冷害及活性氧代谢的影响

侯媛媛,朱 璇*,王 英,龚 帅

(新疆农业大学食品科学与药学学院,新疆 乌鲁木齐 830052)

 

摘 要:以新疆塞买提杏为实验材料,用质量浓度0.01 g/L的水杨酸以减压渗透方式处理,置于温度0 ℃、湿度90%~95%的冷库贮藏。定期测定杏果实冷害指数和冷害发病率及与活性氧代谢相关的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧阴离子自由基(O2)的产生速率以及过氧化氢(H2O2)的含量。结果表明:质量浓度0.01 g/L的水杨酸处理能明显降低杏果实冷害发生率,减缓杏果实贮藏期间CAT和POD活性的下降,有效提高杏果实SOD的活性,抑制O2产生速率和H2O2含量的增长。说明水杨酸处理可减轻杏果实的冷害发病率,这与水杨酸处理能防止杏果实冷藏期间过高的氧化伤害,维持杏果实活性氧代谢平衡密切相关。

关键词:水杨酸;杏果实;冷害;活性氧

 

Effect of Salicylic Acid Treatment on Chilling Injury and the Metabolism of Reactive Oxygen Species in
Apricot Fruits Stored at Low Temperature

 

HOU Yuan-yuan, ZHU Xuan*, WANG Ying, GONG Shuai

(College of Food Science and Pharmaceutical Science, Xinjiang Agricultural University, Ürumqi 830052, China)

 

Abstract: Xinjiang grown apricot fruits (Saimaiti) were treated with 0.01 g/L salicylic acid (SA) by vacuum infiltration and then stored at 0 ℃ and 90%–95% relative humidity (RH). The chilling injury index, chilling injury incidence, superoxide anion free radical production rate, hydrogen peroxide (H2O2) content and the activities of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and peroxidase (POD) of the apricot fruits were determined at regular intervals during storage. The results showed that the chilling injury index, chilling injury incidence, superoxide anion free radical production rate, H2O2 content in SA-treated apricot fruits were lower than in control fruits, whereas the activities of SOD, CAT and POD were remarkably enhanced in the former. It is suggested that the reduced incidence of chilling injury in SA-treated apricot fruit could be related to maintained metabolic balance of reactive oxygen species, which is beneficial to reduce oxidative damage to biological macromolecules.

Key words: salicylic acid; apricot fruit; chilling injury; active oxygen

中图分类号:TS255.3 文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2014)04-0195-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201404040

新疆是我国杏的最大产地,杏产业在新疆林果业中占有重要的地位。据统计[1],2011年杏果实产量为
132.3t,是新疆水果总量的22.28%。但杏属于呼吸跃变型果实,采后迅速后熟衰老[2],贮运期间腐烂损失高达30%~40%,造成严重的经济损失。

研究[3]表明,低温冷藏可明显降低杏果实贮藏期间的呼吸强度,延缓果实后熟,有效抑制采后腐烂和品质下降。然而,杏果实对低温环境敏感,在低温条件下贮藏较长时间易引起冷害。因为冷害症状往往在离开低温条件(冷藏)转移到温暖环境中后才表现出来,因而不易及时发现;同时遭受冷害的杏果实极易受到病原菌的危害,继而引起侵染性病害,造成杏大量腐烂,因此冷害造成杏的损失很大,其危害更为严重。冷害的发生限制了低温贮藏技术在杏果采后贮运中的应用,因此,如何增强杏果采后对低温的耐受性,控制冷害的发生,已成为杏贮运产业中亟需解决的问题。

近年来,用外源水杨酸增强园艺产品采后对低温的耐受性,减轻冷害的发生,这一方法越来越受到关注。水杨酸(salicylic acid,SA)是一种广泛存在的植物内源小分子酚类化合物,其参与植物体内多种重要的生理生化过程,它的生理作用广泛表现在对植物生长、发育、成熟和衰老等生理过程的调控以及抗病、抗热、抗冷、抗盐、抗旱等抗逆反应的诱导过程中[4-5]。研究表明,适宜浓度的SA处理能够提高番茄[6]、桃[7-9]、黄瓜[10]、石榴[11]以及枇杷[12]等果蔬的抗冷性,降低冷藏期间的冷害发病率。已有的研究主要集中于SA处理对果实冷害的控制效果和果实品质的影响,张平[13]、王艳颖[14]、Hua Yangjing[15]、Zhang Kangguo[16]等的研究表明果蔬的冷害与活性氧代谢密切相关,而有关SA处理对果实冷害与活性氧代谢的关系却研究较少。

针对上述问题,本实验研究了SA处理对采后杏果实冷害及活性氧代谢的影响,从活性氧代谢角度探讨SA处理减轻杏果实冷害的机理,一方面为杏果实贮藏期间冷害的防治提供新思路,另一方面可以为SA增强采后果实低温耐受性提供理论上的参考。

1 材料与方法

1.1 材料

塞买提杏于2012年6月采自新疆库车县乌恰镇杏果园,果实采收后12h内运回新疆农业大学果蔬采后生理研究室,剔除伤、病果,选择大小、果色均匀、成熟度相近的杏果实进行处理。

1.2 仪器与设备

TU-1810APC紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵 郑州长城科工贸有限公司;AL204-IC电子分析天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;电热恒温水浴锅 北京市永光明医疗仪器厂;GL-20G-Ⅱ高速冷冻离心机 上海安亭科学仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 果实处理

将杏果实用0.01 g/L的SA以减压方式处理(将杏果实浸入到溶液中抽气,至压力降到0.05 MPa时保持2 min,然后放入空气,让果实在常压条件下继续浸泡8 min,取出自然晾干),处理后的杏果实置于温度为0 ℃、湿度90%~95%的冷库贮藏,以蒸馏水处理的杏果实作为对照。贮藏期间每隔7d取样进行相关指标的测定,每处理用果10 kg,重复3次。

1.3.2 冷害指数的计算

参照Dong Li等[17]方法并稍有改进,将杏果实冷害分为5级:0级:无冷害发生;1级:冷害发生面积5%~15%;2级:冷害发生面积在15%~25%之间;3级:冷害发生面积25%~50%;4级:冷害面积50%~75%;5级:冷害面积75%。统计冷害发生率,按公式(1)计算冷害指数:

482989.jpg (1)

1.3.3 冷害发病率的计算

以单个果实冷害程度达2级及以上计为发病果,统计发病个数占总果数的百分率。每个处理观察100个杏果实,重复3次。按公式(2)计算冷害发病率:

484877.jpg (2)

1.3.4 超氧阴离子自由基(superoxide anion,O2)产生速率测定

参照金昌海等[18]的方法测定。

1.3.5 过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)含量的测定

参照Zhou Biyan等[19]的方法进行测定。

1.3.6 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性测定

采用氮蓝四唑方法[20]。以每分钟每克鲜质量果蔬组织的反应体系对氮蓝四唑光化还原的抑制为50%时为一个SOD活性单位(U)表示,结果以U/g表示。

1.3.7 过氧化氢酶(catalase,CAT)活性的测定

参照曹建康等[21]的方法,采用比色法测定。以每克鲜质量果蔬样品每分钟吸光度变化值增加0.01时为1个CAT活性单位(U),则U=0.01?A240nm/(min•g)。

1.3.8 过氧化物酶(peroxidase,POD)活性的测定

采用愈创木酚氧化法[21]测定。以每克鲜质量果蔬样品每分钟吸光度变化值增加1时为1个POD活性单位(U),U=?A470nm/(min•g)。

2 结果与分析

2.1 SA处理对杏果实冷害指数的影响

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图 1 SA处理对杏果实冷害指数的影响

Fig.1 Effects of salicylic acid treatment on chilling injury index of apricot fruits

由图1可知,对照果实在冷藏的第28天出现冷害症状,而处理果实比对照果实推迟了7d发生冷害,即在冷藏的第35天出现冷害症状,冷害指数随着冷藏时间的延长而不断升高,但始终低于对照果实。对照果实与处理果实的冷害指数在贮藏结束均达到最大,对照果实达到0.45,处理果实为0.22,比对照果实低了50.7%
(P<0.01)。说明SA处理可显著降低杏果实冷藏期间冷害指数,推迟杏果实冷害的发生。

2.2 SA处理对杏果实冷害发病率的影响

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图 2 SA处理对杏果实冷害发病率的影响

Fig.2 Effects of salicylic acid treatment on chilling injury index of apricot fruits

由图2可知,SA处理可有效抑制杏果实冷害发病率,并推迟冷害的发生。随着冷藏时间的延长,冷害发病率不断增加,特别是在冷藏第35天时对照组杏果实冷害发病率迅速上升,果实凹陷斑或水浸斑面积增大,对照组果实的冷害发病率始终明显大于处理组果实。冷藏结束时,对照果实冷害发病率已达到36.7%,SA处理果实冷害发病率仅为19.2%,比对照低了17.5%(P<0.01)。

2.3 SA处理对杏果实冷藏期间O2产生速率的影响

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图 3 SA酸处理对杏果实O2产生速率的影响

Fig.3 Effect of salicylic acid treatment on superoxide anion free radical production rate in apricot fruits

O2是一种常见的活性氧自由基,如不及时除去就会引起膜脂过氧化作用。如图3所示,杏果实O2产生速率在冷藏期间总体呈上升趋势,在冷藏14d之后,对照组杏果实O2产生速率均高于处理组果实,且在冷藏第28天出现一个高峰。在冷藏的28d,SA处理组O2产生速率为306.94nmol/(min•g),对照组O2产生速率为576.75nmol/(min•g),比SA处理组高了46.78%
(P<0.05)。说明SA处理能够显著地抑制杏果实O2产生速率的升高。

2.4 SA处理对杏果实冷藏期间SOD活性的影响

SOD是植物体内重要的抗氧化酶,与活性氧清除密切相关。由图4可知,冷藏期间杏果实SOD的活性呈先上升后下降的趋势,SA处理组与对照组变化趋势相同,但SA处理组杏果实SOD的活性始终高于对照组。在冷藏21d前,SA处理组和对照组杏果实SOD的活性逐渐升高,冷藏第21天时,活性最高,SA处理组杏果实SOD的活性为0.68U/g,对照组杏果实SOD活性为0.54U/g,SA处理果实的SOD活性比对照果实高了19.9%(P<0.01)。说明SA处理能显著提高杏果实SOD的活性。

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图 4 SA处理对杏果实SOD活性的影响

Fig.4 Effects of salicylic acid treatment on SOD activities of apricot fruits

2.5 SA处理对杏果实冷藏期间H2O2含量的影响

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图 5 SA酸处理对杏果实H2O2含量的影响

Fig.5 Effect of salicylic acid treatment on superoxide anion free radical production rate in apricot fruits

H2O2和O2一样,是植物体内活性氧的一种,长期以来H2O2被认为是对植物细胞具有毒害作用的代谢产物,H2O2的这种作用与活性氧在体内的代谢息息相关。由图5可知,冷藏期间SA处理组和对照组杏果实H2O2含量整体呈不断上升的趋势,但对照组H2O2含量明显高于SA处理组。在冷藏第28天和最后1d,SA处理组杏果实H2O2含量分别为108.12μmol/g和153.65μmol/g,对照组杏果实H2O2含量分别为165.26μmol/g和191.38μmol/g,比SA处理组分别高了34.57%和19.71%(P<0.05)。说明SA处理可有效抑制杏果实冷藏过程中H2O2含量的上升,使H2O2含量维持在较低水平。

2.6 SA处理对杏果实冷藏期间CAT活性的影响

由图6可知,在冷藏期间SA处理组和对照组杏果实CAT的活性随着冷藏时间的延长而不断下降,但SA处理组杏果实CAT活性显著高于对照组。对照组杏果实冷藏的前28d,CAT活性呈不断下降趋势,之后趋于平稳且略有上升。冷藏的第28天和第35天,SA处理组杏果实CAT的活性分别比对照组高54.8%和69.3%(P<0.01),差异显著。

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图 6 SA处理对杏果实CAT活性的影响

Fig.6 Effect of salicylic acid treatment on CAT activities of apricot frnits

2.7 SA处理对杏果实冷藏期间POD活性的影响

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图 7 SA处理对杏果实POD活性的影响

Fig.7 Effect of salicylic acid treatment treatment on POD
activities of apricot fruits

POD是广泛存在于植物体内的氧化还原酶,其作用主要是催化氧化还原反应中产生的H2O2。由图7可知,整个冷藏期间,SA处理组杏果实和对照组杏果实POD活性均呈先上升后下降的趋势,但SA处理组POD活性始终高于对照组杏果实POD的活性。冷藏7d之后,SA处理组杏果实POD活性不断上升,在冷藏的第14天出现活性高峰,随后活性缓慢下降并趋于平稳。冷藏的第
14天和最后1d,SA处理组杏果实POD活性分别为6.14U/g和5.31U/g,对照组杏果实POD活性分别为4.50U/g和4.10U/g,对照组比SA处理组分别低了26.7%和22.7%(P<0.05)。说明SA处理能够提高杏果实POD的活性,使其维持在一个较高的水平。

3 结论与讨论

自由基伤害学说认为,在正常情况下,植物细胞中活性氧的产生和消除处于平衡状态,不足以使植物受伤害。当冷敏植物遭受冷胁迫后,活性氧自由基大量积累,导致活性氧代谢平衡失调,就会引起膜脂的不饱和键发生过氧化作用,细胞膜系统受到伤害是早期的冷害症状之一,最终加剧果实冷害的发生[22]。引起冷害的活性氧自由基主要包括超氧阴离子自由基(O2)、羟自由基(•OH)、过氧化氢(H2O2)等。植物在长期进化过程中自身形成了由抗氧化物质和抗氧化酶共同构成的活性氧清除系统来清除活性氧,防止膜脂不饱和脂肪酸的过氧化作用,以保护细胞膜的完整性。抗氧化酶系统主要包括SOD、POD、CAT等,是植物组织中维持活性氧代谢平衡的关键酶。SOD、CAT和POD必须协调一致,使活性氧维持在较低水平,减轻细胞膜质的氧化伤害[23]。

本研究结果表明,在整个冷藏过程中,对照组杏果实在冷藏的第28天发生冷害,SA处理组推迟7d发生冷害,SA处理组杏果实的冷害指数和冷害发病率显著低于对照果实。说明SA处理能够有效地减轻杏果实冷害的发生。与对照组杏果实相比,SA处理能够提高冷藏期间杏果实抗氧化酶SOD、CAT和POD的活性,降低活性氧自由基O2的产生速率和H2O2的含量,有效地维持活性氧代谢平衡,减轻杏果实冷害的发生。Hua Yangjing等[15]的研究表明,SA处理能提高西瓜苗POD、CAT、SOD抗氧化酶的活性,增强其抗冷性,认为冷害的发生与植物体内抗氧化酶活性密切相关。金鹏等[23]指出茉莉酸甲酯与低温预贮可抑制枇杷果实O2产生速率和H2O2含量,保持抗氧化酶的活性,减轻果实冷害的症状。用1-甲基环丙烯处理甜柿[24]、热处理枇杷[25]、热处理对黄瓜[26]等研究结果表明,甜柿、枇杷和黄瓜抗冷性的增强与SOD、CAT、POD抗氧化酶活性的增强有关。以上研究结果与本研究中SA处理增强杏果实抗冷性与提高抗氧化酶活性密切相关的结果一致。

综上所述,抗氧化酶活性的改变参与了植物的抗冷反应,通过提高抗氧化酶活性可以有效清除活性氧自由基,减轻细胞膜质的氧化伤害,减轻果实冷害的发生。本研究SA处理降低了杏果实的冷害指数及冷害发病率,与SA处理提高了杏果实活性氧清除酶的活性、加强了对活性氧的清除能力、减轻氧化胁迫、维持杏果实体内活性氧代谢的平衡密切相关。

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收稿日期:2013-04-09

基金项目:公益性行业(农业)科研专项(201303075)

作者简介:侯媛媛(1989—),女,硕士研究生,研究方向为果蔬贮藏与保鲜。E-mail:496492138@qq.com

*通信作者:朱璇(1971—),女,副教授,博士,研究方向果蔬贮藏与保鲜。E-mail:zx9927@126.com