甜瓜‘黃醉仙’果實采后軟化過程中細胞壁水解酶的變化

張 敏，王愛玲，楊 軍，杜 娟，廖新福

(新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所，新疆 鄯善838200)

甜瓜‘黃醉仙’果實采后軟化過程中細胞壁水解酶的變化

張 敏，王愛玲，楊 軍，杜 娟，廖新福

(新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所，新疆 鄯善838200)

【目的】 研究甜瓜品種‘黃醉仙’果實采后用1-MCP處理后細胞壁水解酶的變化規(guī)律，為提高其商品性、延長其貨架期提供參考?！痉椒ā?以達到商品成熟度的‘黃醉仙’甜瓜果實為試材，用1 μL/L 1-MCP室溫熏蒸24 h后常溫貯藏，以不處理果實為對照，測定果實硬度及β-半乳糖苷酶 (β-Gal)、 α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶 (α-Af)、纖維素酶、多聚半乳糖醛酸酶 (PG)、果膠甲酯酶(PME)活性，分析‘黃醉仙’果實的軟化機制。【結果】 ‘黃醉仙’果實采后硬度降低，經(jīng)1-MCP處理后果實的硬度顯著高于對照；對照果實β-Gal、α-Af、纖維素酶活性分別在采后1，5，6 d達到最高，而1-MCP處理果實β-Gal、α-Af、纖維素酶活性峰值均在采后10 d出現(xiàn)；對照果實PG活性在采后4 d達到最高，1-MCP處理果實在采后8 d達到最高；對照果實PME活性持續(xù)下降，1-MCP處理果實PME活性高于對照?！窘Y論】 甜瓜‘黃醉仙’果實采后軟化是β-Gal、α-Af、PG、PME、纖維素酶共同作用的結果，其中，β-Gal和PME主要參與早期成熟，而PG、纖維素酶、α-Af則影響中后期成熟軟化；1-MCP抑制了β-Gal、α-Af、纖維素酶、PG活性，延緩了PME活性的下降趨勢，這可能也是1-MCP能對果實進行保鮮的原因之一。

甜瓜；采后生理；細胞壁水解酶；1-MCP

甜瓜品種‘黃醉仙’以其外觀金黃、肉質(zhì)細軟、香氣濃郁而深受消費者的喜愛。但該品種采后易過度軟化，使其只能在生產(chǎn)地附近消費，限制了其商品性和貨架期。果實軟化是一個程序化發(fā)育的成熟進程，與多聚半乳糖醛酸酶(PG)、果膠甲酯酶(PME)、β-半乳糖苷酶(β-Gal)等引起的細胞壁成分水解有關[1]。Brummell等[2]認為，在果實成熟早期，β-Gal可能限制或者控制著引起果實軟化的其他成熟相關酶的活性。β-Gal和α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶(α-Af)活性與蘋果果實質(zhì)地軟化及細胞壁組分的變化相關性顯著,果實耐貯性越差，2種酶活性越高[3]。α-Af起誘導桃、香蕉果實成熟的作用，在果實軟化中作用明顯[4-6]。桃果實硬度與PG和纖維素酶活性呈極顯著負相關[7]。目前，國內(nèi)針對甜瓜軟化相關水解酶的研究多集中在PG、PME、纖維素酶和β-Gal等[8-11]上，對α-Af在甜瓜軟化中的作用尚鮮見報道。本研究以軟化迅速的甜瓜品種‘黃醉仙’為材料，用保鮮劑1-MCP進行處理，分析β-Gal、α-Af、纖維素酶、PG和PME等5種重要的細胞壁水解酶在采后不同時間的活性變化，探究其在‘黃醉仙’果實軟化過程中的作用，以期為提高‘黃醉仙’果實的商品性、延長其貨架期提供參考。

1 材料與方法

1.1 試材及處理

甜瓜品種‘黃醉仙’(CucumismeloL.‘Huangzuixian’) 來自新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所基地，選取達到商品成熟度、無日灼、傷病及果型、果色一致的果實，用 1 μL/L 1-MCP室溫熏蒸24 h后，儲于溫度25 ℃、相對濕度70%的地下室。

對照每天取樣1次，共取樣10次；1-MCP處理前5次為每天取樣，第6次起為隔天取樣,共取樣10次。每次隨機選取12個瓜，將樣品迅速切塊、混合均勻后，于-70 ℃保存。

1.2 果實硬度及細胞酶活性的測定

果實硬度用GY-4型果實硬度計測定,單位為“kg/cm2”；細胞壁水解酶的提取參照 Jeong等[12]的方法；β-Gal活性測定按Brummell等[13]的方法，α-Af活性測定參考Sozzi等[14]的方法，分別以對硝基酚半乳糖苷和對硝基酚阿拉伯呋喃糖苷(Sigma公司)為底物，37 ℃反應30 min，于波長400 nm下定量分析酶水解生成的對硝基酚(PNP)含量，以對硝基酚作標準曲線，以每g鮮樣每min水解生成1 nmol對硝基酚為一個酶活；纖維素酶活性通過羥甲基纖維素釋放的還原端來測定[15]，其還原端以D-葡萄糖為標準，每g鮮樣每h產(chǎn)生相當于1 μg葡萄糖的還原糖為一個酶活單位；PG 活性測定參考曹建康等[16]的方法；PME活性測定參照 Rastegar等[15]的方法，活性單位以每 g鮮質(zhì)量每 min 吸光度值(OD620)的變化表示，即“ΔOD620/(g·min)”。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)均用Excel 2003進行處理，用SAS 8.1統(tǒng)計軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 甜瓜果實采后軟化過程中的硬度變化

甜瓜‘黃醉仙’果實采后軟化過程中的硬度變化見圖1。

圖1 甜瓜‘黃醉仙’果實采后軟化過程中的硬度變化Fig.1 Changes in firmness of ‘Huangzuixian’ melons during post-harvest softening

如圖1所示，‘黃醉仙’果實采后貯藏期間硬度降低迅速，保鮮劑1-MCP處理顯著延緩了這種趨勢(P<0.05)。果實起始硬度為3.01 kg/cm2，采后6 d，對照果實硬度降至2.46 kg/cm2，下降了18.1%；而經(jīng)1-MCP處理的‘黃醉仙’果實硬度則降至2.79 kg/cm2，僅下降了7.5%。采后14 d 時，1-MCP處理的‘黃醉仙’果實硬度為2.49 kg/cm2，仍高于對照采后6 d的硬度水平。

2.2 甜瓜果實采后軟化過程中相關酶活性的變化

β-Gal是與細胞壁多糖組分降解相關的重要糖苷酶之一，可通過降解具有支鏈的多聚醛酸使細胞壁組分變得不穩(wěn)定，從而使果膠降解或溶解。如圖2-A所示，對照甜瓜‘黃醉仙’β-Gal的活性在采后第1 天迅速達到峰值，之后下降；而經(jīng)1-MCP處理后，其β-Gal活性一直緩慢上升，峰值在第10 天才出現(xiàn)，且峰值與對照的活性峰值相差不大，之后活性緩慢下降。可見，1-MCP處理顯著抑制了β-Gal的活性，但并不顯著改變其活性峰值。

α-Af 作為重要的糖苷酶之一，與植物細胞壁果膠、半纖維素多聚體中阿拉伯糖支鏈的降解密切相關。由圖2-B可見，對照甜瓜‘黃醉仙’α-Af酶活性在采后前3 d上升緩慢，4 d后開始迅速上升，5 d達到峰值，之后下降；而經(jīng)1-MCP處理后，其活性峰值在采后10 d才出現(xiàn)，且峰值與對照峰值相當，之后活性迅速下降?？梢姡?-MCP處理顯著延遲了α-Af活性峰的出現(xiàn)時間，但并不改變其峰值。

圖2 甜瓜‘黃醉仙’果實采后β-Gal(A)和α-Af(B)活性的變化Fig.2 Changes in β-Gal(A) and α-Af(B) activities of ‘Huangzuixian’ melons after harvest

從圖3-A可見，采后貯藏期間，‘黃醉仙’對照果實纖維素酶活性迅速上升，到采后6 d達到峰值，之后下降，但其活性一直保持在較高水平。而經(jīng)1-MCP處理后，其上升趨勢明顯減緩，活性峰值在第10 天才出現(xiàn)，峰值比對照峰值明顯偏低，之后活性緩慢下降，但仍處于較高的活性水平?？梢?-MCP處理顯著延遲了纖維素酶活性峰的出現(xiàn)時間，并降低了活性峰值。

從圖3-B可見，采后2 d，甜瓜‘黃醉仙’對照果實PG活性變化不大，采后3 d迅速上升， 4 d達到峰值，之后下降，但總體活性較高。而經(jīng)1-MCP處理后，其活性峰在采后8 d才出現(xiàn)，峰值與對照峰值相當，之后活性緩慢下降，但也處于較高的活性水平。1-MCP處理顯著延遲了PG酶活性峰的出現(xiàn)時間，對其峰值影響不大。

圖3 甜瓜‘黃醉仙’果實采后纖維素酶(A)和PG(B)活性的變化Fig.3 Changes in Cellulase(A) and PG(B) activities of ‘Huangzuixian’ melons after harvest

從圖4可見，在整個貯藏期，甜瓜‘黃醉仙’果實采后PME活性迅速下降，對照下降速度顯著高于1-MCP處理組。1-MCP處理顯著延緩了PME酶活性的下降趨勢。

圖4 甜瓜‘黃醉仙’果實采后PME活性的變化Fig.4 Changes in PME activity of ‘Huangzuixian’ melons after harvest

3 討 論

硬度決定著果實的品質(zhì)，在果實軟化過程中，細胞壁水解酶降解細胞壁組分，導致果實硬度降低。本研究選用的‘黃醉仙’是軟肉型甜瓜品種，采收時硬度就不高，僅為3.01 kg/cm2，采后其硬度迅速下降，與之呼應，β-Gal、α-Af、纖維素酶、PG等4種重要細胞壁水解酶的活性逐漸上升。

在對照果實軟化過程中，β-Gal活性在采后1 d即達到最高，而α-Af活性在采后5 d最高，PG活性在采后4 d 最高，纖維素酶活性在采后6 d 達到最高，但PME活性一直下降。而經(jīng)過1-MCP處理后，β-Gal、α-Af和纖維素酶活性高峰在采后10 d出現(xiàn)，PG活性高峰出現(xiàn)在采后8 d，4個酶活性峰值出現(xiàn)時間均延遲，除纖維素酶活性峰值明顯低于對照外，其余酶活性峰值與對照差異不大；而其PME活性緩慢下降，且高于對照。相比對照，用1-MCP處理過的‘黃醉仙’果實硬度明顯得到了保持。

有研究表明，β-Gal與桃果實成熟前期果實的軟化啟動密切相關[13，17]，而α-Af是桃果實成熟后期果肉軟化的重要作用酶[4，6]；香蕉α-Af活性在果實成熟初期的變化很小,在果實硬度急劇下降時達到最大[5]；纖維素酶活性可能引起難溶性的半纖維素向易溶性的半纖維素轉化，從而導致青梅果肉硬度迅速下降[18]；進入后熟軟化階段后，蘋果果實PG活性提高[3]，桃PG活性高峰出現(xiàn)于成熟后期[17]；龍眼果肉貯藏過程中PME活性下降[19]。結合本研究結果，推測β-Gal、PME可能在成熟早期對于啟動果實軟化起作用，而α-Af、纖維素酶、PG在果實軟化后期發(fā)揮作用。

用乙烯處理果實可促進成熟、降低硬度，因此乙烯也被稱為催熟激素。乙烯在細胞質(zhì)內(nèi)誘導胞壁水解酶的合成并輸向細胞壁，從而促進胞壁水解軟化。作為乙烯強有力的競爭性抑制劑，1-MCP的應用成為果蔬保鮮上的熱點。研究表明，蘋果采后β-Gal、α-Af活性和PG基因表達受1-MCP的強烈抑制[3]。1-MCP處理對鱷梨果實PG活性上升的抑制長達12 d[12]；1-MCP 處理可降低番茄果實PG活性和果實硬度，延緩果實成熟，但 1-MCP 只是推遲成熟相關變化的進程，而并不顯著改變其峰值[20]。經(jīng)1-MCP處理，鱷梨PME活性下降趨勢減緩[21-22]，這與本研究結論一致。據(jù)此推測，1-MCP可能是通過延緩果實細胞壁水解酶活性的上升而達到保持硬度的目的，從而實現(xiàn)延長貨架期的作用。

本研究中，隨著甜瓜品種‘黃醉仙’果實軟化的推進，細胞壁水解酶活性上升。但果實軟化是一個復雜的過程，仍需結合細胞壁成分變化、細胞超微結構等來進一步闡明。

[1] Payasi A,Mishra N N,Chaves A L S,et al.Biochemistry of fruit softening:An overview [J].Physiology and Molecular Biology of Plants,2009,15(2):103-113.

[2] Brummell D A,Harpster M H.Cell wall metabolism in fruit softening and quality and its manipulation in transgenic plants [J].Plant Molecular Biology,2001,47(1):311-339.

[3] 魏建梅.蘋果(MalusdomesticaBorkh.)果實質(zhì)地品質(zhì)發(fā)育及采后調(diào)控的生理和分子基礎 [D].陜西楊凌:西北農(nóng)林科技大學,2009.

Wei J M.Study on physiological and molecular mechanism of fruit texture development and post-harvest regulation of apple (MalusdomesticaBorkh.) [D].Yangling,Shaanxi:Northwest A&F University,2009.(in Chinese)

[4] 索 標.桃果實軟化過程中細胞壁多糖降解特性的研究 [D].揚州:揚州大學,2006.

Suo B.Studies on degradation characteristic of cell-wall polysaccharide during peach fruit ripening [D].Yangzhou:Yangzhou University,2006.(in Chinese)

[5] Zhuang J P,Su J,Li X P,et al.Changes in α-L-arabinofuranosidase activity in peel and pulp of banana(Musasp.)fruits during ripening and softening [J].Journal of Plant Physiology and Molecular Bilology,2007,33(2):131-136.

[6] 闞 娟.不同溶質(zhì)型桃果實成熟軟化機理研究 [D].揚州:揚州大學,2011.

Kan J.Study on mechanism of ripening and softening of peach fruit [D].Yangzhou:Yangzhou University,2011.(in Chinese)

[7] 胡留申,董曉穎,李培環(huán),等.桃果實成熟前后細胞壁成分和降解酶活性的變化及其與果實硬度的關系 [J].植物生理學通訊,2007,43(5):837-841.

Hu L S,Dong X Y,Li P H,et al.Changes in cell wall components and degrading enzyme activity and their relation to hardness in fruits of peach (PrunuspersicaL.) before and after ripening [J].Plant Physiology Communications,2007,43(5):837-841.(in Chinese)

[8] 孫愛萍.1-甲基環(huán)丙烯延緩采后甜瓜果實衰老的研究 [D].烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學,2009.

Sun A P.A study on 1-methylcyclopropene delay postharvest senescence of Hami melon fruit [D].Urumqi:Xinjiang Agriculture University,2009.(in Chinese)

[9] 呂雙雙,李天來,吳志剛,等.采前噴鈣和采后浸鈣對網(wǎng)紋甜瓜采后果實軟化生理的影響 [J].江蘇農(nóng)業(yè)學報,2009,25(2):346-350.

Lü S S,Li T L,Wu Z G,et al.Effect of pre-harvest and post-harvest calcium treatments on muskmelon softening physiology [J].Jiangsu Journal of Agricultural Sciences,2009,25(2):346-350.(in Chinese)

[10] 呂雙雙.鈣調(diào)控乙烯誘導網(wǎng)紋甜瓜果實軟化效果及其作用機制研究 [D].沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學,2009.

Lü S S.Study on regulation and mechanism of calcium on ethylene-induced muskmelon softening [D].Shenyang:Shenyang Agriculture University,2009.(in Chinese)

[11] 馬文平,倪志婧,任 賢.1-MCP對“玉金香”甜瓜采后果實軟化的作用機理 [J].西北農(nóng)林科技大學學報：自然科學版,2012，40(2):103-108.

Ma W P,Ni Z J,Ren X.Effect of 1-MCP on softening mechanism in “Yujinxiang” melon fruit during storage [J].Journal of Northwest A&F University：Natural Science Edition,2012，40(2):103-108.(in Chinese)

[12] Jeong J,Huber D J,Sargent S A.Influence of 1-methylcyclopropene (1-MCP) on ripening and cell-wall matrix polysaccharides of avocado (Perseaamericana) fruit [J].Postharvest Biology and Technology,2002,25(3):241-256.

[13] Brummell D A,Dal Cin V,Crisosto C H,et al.Cell wall metabolism during maturation,ripening and senescence of peach fruit [J].Journal of Experimental Botany,2004,55(405):2029-2039.

[14] Sozzi G O,Fraschina A A,Navarro A A,et al.α-L-Arabinofuranosidase activity during development and ripening of normal and ACC synthase antisense tomato fruit [J].Hort Science,2002,37(3):564-566.

[15] Rastegar S,Rahemi M,Baghizadeh A,et al.Enzyme activity and biochemical changes of three date palm cultivars with different softening pattern during ripening [J].Food Chemistry,2012,134(3):1279-1286.

[16] 曹建康,姜微波,趙玉梅.果蔬采后生理生化實驗指導 [M].北京：中國輕工業(yè)出版社,2007:87-90.

Cao J K,Jiang W B,Zhao Y M.The physiological and biochemical experimental guide of postharvest fruits and vegetables [M].Beijing：China Light Industry Press,2007:87-90.(in Chinese)

[17] 闞 娟,金昌海,汪志君,等.β-半乳糖苷酶及多聚半乳糖醛酸酶對桃果實成熟軟化的影響 [J].揚州大學學報,2006,27(3):76-80.

Kan J,Jin C H,Wang Z J,et al.The effect of β-galactosidase and polygalacturonase on peach ripening and softening [J].Journal of Yangzhou University,2006,27(3):76-80.(in Chinese)

[18] 陸勝民,席玙芳,張耀洲.梅果采后軟化與細胞壁組分及其降解酶活性的變化 [J].中國農(nóng)業(yè)科學,2003,36(5):595-598.

Lu S M,Xi Y F,Zhang Y Z.Softening of green mume flesh and changes of cell wall components and activities of their regrading enzymes during the postharvest period [J].Scientia Agricultura Sinica,2003,36(5):595-598.(in Chinese)

[19] 林河通,趙云峰,席玙芳.龍眼果實采后果肉自溶過程中細胞壁組分及其降解酶活性的變化 [J].植物生理與分子生物學學報,2007,33(2):137-145.

Lin H T,Zhao Y F,Xi Y F.Changes in cell wall components and cell wall-degrading enzyme activities of postharvest longan fruit during aril breakdown [J].Journal of Plant Physiology and Molecular Biology,2007,33(2):137-145.(in Chinese)

[20] Mostofi Y,Toivonen P,Lessani H,et al.Effects of 1-methylcyclopropene on ripening of greenhouse tomatoes at three storage temperatures [J].Postharvest Biology and Technology,2003,27(3):285-292.

[21] Jeong J,Huber D J.Suppression of avocado (PerseaamericanaMill.) fruit softening and changes in cell wall matrix polysaccharides and enzyme activities:Differential responses to 1-MCP and delayed ethylene application [J].Journal of the American Society for Horticultural Science,2004,129(5):752-759.

[22] Thumdee S,Manenoi A,Chen N J,et al.Papaya fruit softening:Role of hydrolases [J].Tropical Plant Biology,2010,3(2):98-109.

Changes of cell wall degrading enzymes during post-harvest softening of melon ‘Huangzuixian’

ZHANG Min,WANG Ai-ling,YANG Jun,DU Juan,LIAO Xin-fu

(XinjiangGrapesandMelonsResearchInstitute,Shanshan,Xinjiang838200,China)

【Objective】 This study investigated the changes of cell wall degrading enzymes after fruits of melon ‘Huangzuixian’ were harvested and treated by 1-MCP to provide information for marketability improving and shelf-life extending.【Method】 Fruits of melon ‘Huangzuixian’ harvested at commercial maturity were treated with 1 μL/L 1-MCP for 24 hours before being stored at room temperature.Fruit firmness and activities of β-galactosidase (β-Gal),α-L-arabinofuranosidase (α-Af),cellulase,polygalacturonase (PG),and pectinesterase (PME) during the softening process were measured and analyzed.【Result】 Fruit firmness decreased throughout the experimental period,and firmness of fruits treated with 1-MCP was significantly higher than the control.Activities of β-Gal,α-Af,cellulose,and PG peaked at 1 d,5 d,6 d,and 4 d after harvest while those of 1-MCP treated fruits peaked at 10 d,10 d,10 d,and 8 d after harvest,respectively.PME activities of fruits in both control and 1-MCP treatment declined,but 1-MCP treatment had higher levels.【Conclusion】 Softening of melon ‘Huangzuixian’ fruits resulted from interactions of β-Gal,α-Af,PG,PME,and cellulose.PME and β-Gal contributed to the initiation of softening,while PG,α-Af and cellulase remarkably contributed to middle and later fast-softening.1-MCP inhibited the activities of β-Gal,α-Af,PG and cellulose and slowed the decrease of PME activity.This was one possible reason why 1-MCP could keep fruits fresh.

melon;post-harvest physiology;cell wall degrading enzymes;1-MCP

2013-11-18

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項(CARS-26-21)

張 敏(1983-)，女，陜西高陵人，農(nóng)藝師，碩士，主要從事甜瓜采后研究。E-mail:minz@sina.cn

廖新福(1960-)，男，新疆石河子人，研究員，碩士生導師，主要從事西瓜、甜瓜育種與栽培研究。

時間:2015-03-12 14:17

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.04.028

S652.301

A

1671-9387(2015)04-0113-05

網(wǎng)絡出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150312.1417.028.html