外源乙烯和茉莉酸甲酯對冷藏鮮切南瓜傷害生理效應的影響

穆師洋,胡文忠,姜愛麗,閆媛媛,李曉博,白 雪

(大連民族學院生命科學學院,遼寧大連 116600)

外源乙烯和茉莉酸甲酯對冷藏鮮切南瓜傷害生理效應的影響

穆師洋,胡文忠*,姜愛麗,閆媛媛,李曉博,白 雪

(大連民族學院生命科學學院,遼寧大連 116600)

為研究外源信號分子乙烯和茉莉酸甲酯(MeJA)對鮮切果蔬傷害生理效應的影響,以鮮切南瓜為實驗材料,利用外源乙烯和茉莉酸甲酯處理鮮切南瓜,并于4 ℃下貯藏,分析測定貯藏期間色差值、失重率、丙二醛(MDA)含量、脂氧合酶(LOX)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的變化。結(jié)果表明:與對照相比,外源乙烯和MeJA處理可顯著保持鮮切南瓜的顏色和重量(p<0.05)。兩種處理方式均可抑制貯藏后期MDA含量的增加,抑制膜脂過氧化反應的發(fā)生。MeJA和外源乙烯對LOX活性的影響作用一致,外源乙烯對LOX抑制作用更顯著(p<0.05)。兩種外源信號分子啟動了鮮切南瓜的防御反應,降低了機械傷害對組織造成的傷害。

鮮切南瓜,外源乙烯,茉莉酸甲酯,生理生化

南瓜(Cucurbitamoschata)為雙子葉植物門葫蘆科南瓜屬植物,是人們生活中常見的蔬菜之一,富含淀粉、多糖、多種氨基酸、活性蛋白類胡蘿卜素及多種微量元素,營養(yǎng)豐富,而且具有很高的藥用價值。研究表明,南瓜具有防治糖尿病、降低血糖等多種功效[1]。鮮切南瓜是指新鮮南瓜經(jīng)去皮、切割或切分、修整、包裝等加工過程而制成的即食果蔬加工制品。新鮮果蔬經(jīng)切割后會產(chǎn)生一系列的生理生化變化[2],如傷乙烯的產(chǎn)生、呼吸速率升高、組織結(jié)構(gòu)解體、酶促褐變、自身對逆境的抵抗力降低等,這些變化會對果蔬的新鮮度與營養(yǎng)品質(zhì)產(chǎn)生很大影響[3]。乙烯作為一種植物自然代謝產(chǎn)生兩個碳原子的氣體分子,對植物的代謝調(diào)節(jié)可貫穿其整個生活周期,是調(diào)節(jié)園藝產(chǎn)品成熟與衰老最重要的植物激素。切割傷害誘發(fā)產(chǎn)生的乙烯在生物學系統(tǒng)中充當著信號分子的角色,具有遇激而增,傳信應變的性質(zhì)與作用[4]。茉莉酸甲酯(Methyle Jasmonate,MeJA)是茉莉酸類物質(zhì)的主要代表,作為內(nèi)源信號分子參與植物的抗逆反應,在植物防御反應中發(fā)揮重要作用,得到研究工作者的重視[5-6]。近年來,隨著鮮切果蔬的迅速發(fā)展,對鮮切果蔬的種類和需求量的日益增加,對果蔬經(jīng)鮮切加工后所造成的傷害刺激信號轉(zhuǎn)導及其適應性響應的研究已引起采后果蔬生物學界科研人員的廣泛關(guān)注。因此,本實驗以南瓜為試材,研究了乙烯和MeJA兩種信號分子處理鮮切南瓜后對其顏色、失重率、丙二醛(MDA)含量、脂氧合酶(LOX)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性等生理生化指標的影響,以期為乙烯和MeJA作為抗機械脅迫信號分子在鮮切果蔬中的應用研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

挑選無病蟲害、無機械傷,大小和成熟度基本一致的南瓜作為實驗材料,于4 ℃冷庫中保存?zhèn)溆?乙烯利、茉莉酸甲酯、95%乙醇、三氯乙酸、硫代巴比妥酸、氫氧化鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、聚乙烯吡咯烷酮、亞油酸鈉、硼酸、硼砂、L-苯丙氨酸等試劑,均為分析純。

CR400/CR410型色差計 日本Konica Minolta公司;T-25型勻漿機 德國IKA公司;BR4i型臺式高速冷凍離心機 法國Jouan公司;Lambda-25型紫外可見分光光度計 美國Perkin Elmer公司;UV-2600型紫外可見分光光度計 尤尼柯上海儀器有限公司;PL203精密電子天平 梅特勒-托利多儀器上海有限公司;DK-S26型電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實驗設備有限公司;SIM-F140型制冰機 日本三洋公司;PCU-CS200ME型組合式氣調(diào)冷庫 大連冷凍機股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料預處理 實驗前,將南瓜用鋒利的不銹鋼刀削皮去瓤,并切成1 cm×1 cm×1 cm的立方體。將切好的南瓜塊分別于10 μmol/L乙烯利溶液(10%乙醇水溶液配制)與10 μmol/L茉莉酸甲酯溶液(10%乙醇水溶液配制)中浸泡10 min,以10%乙醇水溶液中浸泡相同時間的樣品作對照,瀝干后各處理的樣品分別裝在經(jīng)過紫外線殺菌的PE塑料淺盤中,用25～30 μm聚乙烯保鮮膜密封包裝。包裝好的樣品置于4 ℃的冷庫中貯藏,分別于0、3、6、9、12、18、24 h測定各生理生化指標,重復3次。

1.2.2 顏色的測定 將樣品從貯藏環(huán)境中取出后在室溫下平衡,然后在20 ℃條件下進行顏色的測定[4]。用CR400/CR410型色差計進行L*、a*、b*值的測定,參照Holcroft[7]等的方法,對鮮切南瓜的亮度L*值、顏色飽和度C*值比較分析。計算公式如下:

1.2.3 失重率的測定 采用稱重法測定,重復三次。按下式計算:

式中:m1-貯藏前質(zhì)量,g;m2-貯藏后質(zhì)量,g。

1.2.4 MDA含量的測定 參照曹建康[8]的方法并作修改。取5 g樣品,加入10.0 mL TCA溶液(濃度為100 g/L),研磨勻漿后,于4 ℃、10000×g 條件下離心20 min,收集上清液,低溫保存?zhèn)溆?。?.0 mL上清液,加入2.0 mL 0.67% TBA溶液,混合均勻后在沸水浴中煮沸20 min,取出冷卻后再離心一次。分別測定上清液在450、532、600 nm處的吸光值,對照空白管中加入2.0 mL 100 g/L TCA溶液代替提取液。重復3次。按下式計算MDA含量:

c=(OD532-OD600)×6.45-0.56×OD450

式中:c-反應混合液中丙二醛濃度,μmol/L;V-樣品提取液總體積,mL;Vs-測定時所取樣品提取液體積,mL;m-樣品質(zhì)量,g。

據(jù)曾先生介紹，他在離開瑞典前已經(jīng)向當?shù)鼐酵对V，提供了相關(guān)情況。截至記者發(fā)稿，瑞典警方及其他有關(guān)方面沒有對此事件做出回應。16日，瑞典駐華大使館通過官方微博稱，“每當收到針對瑞典警方在執(zhí)法過程中有違法嫌疑的投訴后，瑞典方面都會指派專門的檢察官對案件進行獨立調(diào)查以確定警方是否有失職或違法行為。對于這幾位中國公民聲稱遭到警方暴力對待的情況，瑞典方面同樣已采取上述措施?！?/p>

1.2.5 LOX活性的測定 提取液的制備:取5 g樣品,加0.1 g聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)于20 mL 0.2 mol/L磷酸緩沖液(pH6.4)中,冰浴研磨勻漿,4 ℃冷凍離心機12000×g離心30 min,取上清液為酶的粗提液,低溫保存?zhèn)溆谩；钚詼y定:參照Cherif[9]的方法,2.7 mL 0.2 mol/L的磷酸緩沖液(pH6.4)中加入0.2 mL 0.5%的亞油酸鈉溶液(含0.25%的吐溫20),然后加入0.1 mL酶液,5 s后掃描混合物在234 nm下吸光度的變化,酶活性以ΔOD234/min·g FW表示,重復3次。

1.2.6 PAL活性的測定 提取液的制備:取5 g樣品,加入5.0 mL pH8.8的硼酸-硼砂緩沖液,冰浴條件下勻漿后于4 ℃、10000×g條件下離心40 min。 PAL活性測定:參照曹建康[8]的方法。取1支試管,加入3 mL 50 mmol/L、pH8.8 硼酸-硼砂緩沖液和0.5 mL 20 mmol/L L-苯丙氨酸溶液,37 ℃條件下預保溫10 min,再加入0.1 mL酶液,混合后,迅速測定該混合液在290 nm 處的吸光值作為反應的初始值(OD0)。然后將反應管置于37 ℃保溫60 min。保溫結(jié)束時,再立即測定一次反應混合液在290 nm處的吸光值作為反應的終止值(OD1)。均以蒸餾水作為參比空白進行調(diào)零。根據(jù)保溫前后樣品管溶液吸光值的變化,計算PAL活性,以ΔOD290/h·g FW表示,重復3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

實驗數(shù)據(jù)結(jié)果用Excel2010軟件進行統(tǒng)計分析,并計算標準誤差,采用SPSS軟件進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 外源乙烯和MeJA對鮮切南瓜顏色的影響

顏色是消費者在購買產(chǎn)品時的主要參考指標,而南瓜經(jīng)切割處理后由于失去水分、色素被氧化等因素,會有發(fā)白的現(xiàn)象。顏色測定中L*值表示樣品的亮度,是貯藏過程中由于酶促褐變或色素聚集而引起表層變暗的指標性參數(shù)之一,L*值越低,表示褐變越嚴重。C*值代表顏色的飽和度,反映色彩接近自然色光的程度,越接近自然色,純度越高,反之越低[4]。由圖1可知,隨貯藏時間的延長,南瓜的亮度和飽和度均下降,與樊會芬[10]的研究趨勢一致,空白組的L*值在貯藏初期高于其他兩種處理,但隨后的時間里乙烯利和MeJA處理減緩了L*值的下降速度。6 h后乙烯利和MeJA處理組的C*值均高于對照組?？梢?乙烯利和MeJA能有效減緩南瓜機械傷害造成的顏色損失。

圖1 外源乙烯和MeJA對鮮切南瓜L*和C*的影響Fig.1 Effect of exogenous ethylene and MeJA onL* and C* of fresh-cut pumpkin

2.2 外源乙烯和MeJA對鮮切南瓜失重率的影響

圖2 外源乙烯和MeJA對鮮切南瓜失重率的影響Fig.2 Effect of exogenous ethylene and MeJA onweight loss rate of fresh-cut pumpkin

2.3 外源乙烯和MeJA對鮮切南瓜MDA含量的影響

果蔬組織在后熟衰老過程中,遭受病害、冷害或其他傷害等逆境脅迫時,會產(chǎn)生膜脂的過氧化作用,導致細胞膜透性增加,細胞受到損傷或死亡。丙二醛是膜脂過氧化作用的主要產(chǎn)物之一,通常利用它的含量作為脂質(zhì)過氧化指標,反映細胞膜過氧化的程度[11]。如圖3所示,貯藏期間MDA含量整體呈下降趨勢,貯藏初期略有升高,可能是由切割處理后組織的衰老所致。果蔬在受到機械傷害后,組織內(nèi)的活性氧含量會增加,但同時會有許多清除活性氧機制被啟動,其中抗氧化酶類在清除活性氧、抑制膜脂過氧化與維持膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性中起重要作用[12]。貯藏3 h內(nèi)及12 h后,MeJA和乙烯利處理組的MDA含量均低于對照,抑制了膜脂過氧化反應的發(fā)生,與鄭亞男[4]等的低濃度乙烯處理可減緩膜脂過氧化作用的結(jié)果相吻合。

圖3 外源乙烯和MeJA對鮮切南瓜MDA含量的影響Fig.3 Effect of exogenous ethylene and MeJA onMDA content of fresh-cut pumpkin

2.4 外源乙烯和MeJA對鮮切南瓜LOX活性的影響

LOX與果蔬細胞脂質(zhì)的過氧化作用、后熟衰老過程的啟動、逆境脅迫、傷誘導、病原侵染信號的產(chǎn)生和識別等關(guān)系密切,被認為是引起果蔬后熟衰老的重要酶類之一[13]。由圖4可見,經(jīng)切割加工后的南瓜在貯藏期間LOX活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,MeJA處理組顯著高于對照和乙烯利處理組(p<0.05),在鮮切6 h差異達到最大,分別高于對照和乙烯利處理組18.82%和14.65%。胡文忠等[14]對鮮切蘋果的研究表明適當濃度的茉莉酸甲酯在一定程度上增加了LOX活性,外源茉莉酸甲酯的添加可能啟動或加強了細胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導,增強了次生代謝物的合成能力。本實驗與之得到的結(jié)論一致。與MeJA相比,乙烯利對LOX的抑制作用更為明顯。

圖4 外源乙烯和MeJA對鮮切南瓜LOX活性的影響Fig.4 Effect of exogenous ethylene and MeJA onLOX activity of fresh-cut pumpkin

2.5 外源乙烯和MeJA對鮮切南瓜PAL活性的影響

鮮切果蔬加工造成的傷害會誘導苯丙烷代謝的酶系統(tǒng),造成酚類物質(zhì)的積累和后期的組織褐變,PAL是該系統(tǒng)的關(guān)鍵酶,與植物的抗逆境脅迫和抗病性密切相關(guān),在植物的正常生長發(fā)育和抵御病原菌侵害過程中起著重要作用[15]。由圖5可知,各處理組對PAL活性的影響呈現(xiàn)單峰值變化,貯藏12 h前,MeJA和乙烯利處理組PAL活性均低于對照,9 h差異顯著(p<0.05)。MeJA處理組和對照組均在9 h達到PAL活性峰值,乙烯利處理組峰值出現(xiàn)較晚。貯藏后期(12～24 h),兩處理組的PAL活性緩慢下降,下降速度低于對照。雖然兩種信號分子未顯著增強組織的抗性,但誘導了多酚類化合物的減少,從而使鮮切南瓜保持較好的感官品質(zhì)。

圖5 外源乙烯和MeJA對鮮切南瓜PAL活性的影響Fig.5 Effect of exogenous ethylene and MeJA onPAL activity of fresh-cut pumpkin

3 結(jié)論

本研究表明外源乙烯和MeJA處理能減緩鮮切南瓜失重率的上升,在一定程度上影響其色澤的變化。果蔬組織在遭受病害、冷害或其他傷害等逆境脅迫時,會發(fā)生膜脂過氧化作用,產(chǎn)生MDA[16]。而LOX啟動膜脂過氧化,破壞膜的結(jié)構(gòu),使原本區(qū)域化的酶與底物接觸而發(fā)生褐變[17]。MDA含量與LOX活性存在相關(guān)性。近年來的研究表明,采用適當濃度的外源乙烯和MeJA處理鮮切蘋果[14]、鮮切水晶梨[18]、鮮切甘薯[4]等可抑制MDA含量和LOX活性的升高,提高果蔬品質(zhì),有助于鮮切果蔬的保鮮。本研究中MeJA和外源乙烯處理鮮切南瓜的MDA含量整體上低于對照,兩種處理抑制了膜脂過氧化反應的發(fā)生。而LOX活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,表明MeJA和外源乙烯在一定程度上引起了膜脂過氧化。與MeJA相比,外源乙烯處理鮮切南瓜的LOX活性更低,由此可見,兩種信號分子均降低了機械傷害引發(fā)的自由基對細胞膜產(chǎn)生的傷害。PAL是苯丙烷代謝的關(guān)鍵酶,植物在受到傷害脅迫后,會激活苯丙烷代謝,PAL活性上升以產(chǎn)生較多植保素、木質(zhì)素等來減輕傷害,當合成較多次生代謝物質(zhì)后,會反饋抑制PAL活性,從而減少營養(yǎng)物質(zhì)的消耗。本研究表明,鮮切南瓜的PAL活性在貯藏期間先升高后降低,果蔬組織的抗性雖無明顯提高,但減少了多酚類物質(zhì)的產(chǎn)生,使果蔬保持較好品質(zhì)。

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Effect of exogenous ethylene and methyle jasmonate(MeJA)on the wounding physiological reaction of cold storage fresh-cut pumpkin

MU Shi-yang,HU Wen-zhong*,JIANG Ai-li,YAN Yuan-yuan,LI Xiao-bo,BAI Xue

(College of Life Science,Dalian Nationalities University,Dalian 116600,China)

To investigate the effect of two exogenous signal molecules—ethylene and methyle jasmonate(MeJA)on the wounding physiological reaction of fresh-cut fruit and vegetables,fresh-cut pumpkin was treated with exogenous ethylene and MeJA respectively,then stored at 4 ℃. Value of chromatism,weight loss,malondialdehyde(MDA)content,lipoxygenase(LOX)activity and phenylalnine ammonialyase(PAL)activity were analyzed. The results indicated that ethylene and MeJA could significantly maintain the color and weight of fresh-cut pumpkin when compared with the controlled(p<0.05). The two treatment methods could inhibit the increase of MDA content during the later stage of storage and the occurrence of membrane lipid peroxidation. The effect of exogenous ethylene and MeJA on LOX were similar,but the effect of ethylene was more obvious(p<0.05). The defense reaction of fresh-cut pumpkin was started and the damage of mechanical injury on plant tissue was reduced by two signal molecules.

fresh-cut pumpkin;exogenous ethylene;jasmonic acid methyl ester;physiology and biochemistry

2014-10-21

穆師洋(1992-)，女，在讀碩士，研究方向：食品加工與質(zhì)量安全控制,E-mail：mushiyang1992@163.com。

*通訊作者:胡文忠(1959-)，男，博士，教授，研究方向：食品加工與質(zhì)量安全控制,E-mail：hwz@dlnu.edu.cn。

國家科技支撐計劃項目(2012BAD38B05)；國家自然科學基金項目(31340038，31172009, 31471923)。

TS255.3

A

1002-0306(2015)15-0312-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.15.057