不同保鮮劑處理對(duì)紅地球葡萄采后活性氧代謝的影響

朱志強(qiáng)，張小栓，尹川，趙飛，張平，*

（1.國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心，天津市農(nóng)產(chǎn)品采后生理與貯藏保鮮重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300384；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京100083；3.天津市星火科技開(kāi)發(fā)中心，天津300021）

不同保鮮劑處理對(duì)紅地球葡萄采后活性氧代謝的影響

朱志強(qiáng)1，張小栓2，尹川3，趙飛1，張平1，*

（1.國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心，天津市農(nóng)產(chǎn)品采后生理與貯藏保鮮重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300384；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京100083；3.天津市星火科技開(kāi)發(fā)中心，天津300021）

“紅地球”葡萄果實(shí)分別用SO2氣體處理結(jié)合4種固體保鮮劑處理，然后于-1℃～0℃貯藏，分析"紅地球"果實(shí)在貯藏期間活性氧代謝的變化。結(jié)果表明：SO2氣體處理結(jié)合新型保鮮紙?zhí)幚磔^之其它3組處理，保持了更高的過(guò)氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）的活性，更有效地抑制了過(guò)氧化氫（H2O2）含量和超氧負(fù)離子自由基（O2-·）的生成速率的增加，從而減輕了膜脂過(guò)氧化，延緩了果實(shí)的衰老。

紅地球；保鮮劑；貯藏；活性氧代謝

“紅地球”葡萄系歐亞種，因其果粒大、果肉脆硬、色澤艷麗、耐貯藏等特性，深受消費(fèi)者的青睞[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，“紅地球”葡萄栽培量約占鮮食葡萄的1/4，在我國(guó)鮮食葡萄領(lǐng)域占據(jù)著巨大的份額。因此，研究“紅地球”果實(shí)的貯藏技術(shù)對(duì)于鮮食葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。SO2氣體處理是葡萄采后貯藏中普遍使用的防腐保鮮方法，近年來(lái)，SO2類(lèi)保鮮劑的緩釋技術(shù)也被廣泛應(yīng)用，本實(shí)驗(yàn)結(jié)合了SO2氣體處理與固體保鮮劑，試圖找到一種更有效的貯藏方式。

“活性氧”是泛指植物組織代謝過(guò)程中產(chǎn)生的含有氧原子，但比氧具有更活潑化學(xué)反應(yīng)性的某些氧代謝產(chǎn)物及其衍生物[2]。植物組織在衰老的過(guò)程中，或在受到逆境脅迫時(shí)，細(xì)胞內(nèi)自由基代謝平衡往往被破壞，誘發(fā)產(chǎn)生了活性氧傷害?；钚匝醮x與植物組織的衰老[3]和抗病[4]有密切的關(guān)系。本研究采用SO2氣體處理結(jié)合固體保鮮劑對(duì)紅地球葡萄進(jìn)行處理，分析了4種處理方式對(duì)“紅地球”果實(shí)相關(guān)活性氧代謝酶的變化，旨在通過(guò)活性氧的角度探討“紅地球”果實(shí)的衰老機(jī)制，尋求一種適宜的氣固貯藏處理方式，為“紅地球”果實(shí)貯藏應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試的紅地球葡萄于2012年9月17日采自河北省撫寧縣，采收后置于內(nèi)襯PE保鮮膜的塑料筐內(nèi)，當(dāng)天運(yùn)回國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心（天津）。挑選色澤度相近，無(wú)病蟲(chóng)害、無(wú)霉變的樣品進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)所用葡萄保鮮膜（0.03 mmPE保鮮膜）、SO2類(lèi)保鮮劑（焦亞硫酸鹽為主劑）均由國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心（天津）提供。

Na2HPO4、NaH2PO4、聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）、濃氨水、對(duì)氨基苯磺酸、а-萘胺、亞硝酸鈉、愈創(chuàng)木酚、甲硫氨酸、氮藍(lán)四唑、EDTA-Na2、核黃素、三氯乙酸、丙酮、甲醇、過(guò)氧化氫、等均為分析純，購(gòu)于天津市江天統(tǒng)一科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

D-37520型高速冷凍離心機(jī)：德國(guó)；GENESYS 5型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)：美國(guó)Milton Roy公司；LP1200S型天平：日本島津公司；雙列雙孔型電熱恒溫水浴鍋：北京科威。

1.3 方法

1.3.1 材料處理方法

將整筐置于1 m3的密封塑料帳內(nèi)，通入0.5%的SO2氣體，氣體處理時(shí)間為20 min。處理結(jié)束后于0℃下預(yù)冷24 h。以5 kg/袋，放于內(nèi)襯PE袋的塑料筐中，并在果實(shí)表面放入固體保鮮劑（有效成分焦亞硫酸鈉鹽，含量大于90%），具體為新型保鮮紙1張（處理Ⅰ）、新型簡(jiǎn)化5包（處理Ⅱ）、簡(jiǎn)化5包（處理Ⅲ）、紅地球7+1型專(zhuān)用保鮮劑（處理Ⅳ），CK（只做氣體處理處理）扎口。于-1℃～0℃（濕度：85%～95%）中的保鮮冷庫(kù)內(nèi)貯藏，每種處理設(shè)6個(gè)重復(fù)。

1.3.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

果實(shí)貯藏期間，定期隨機(jī)取樣進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定，每項(xiàng)指標(biāo)做3個(gè)重復(fù)。

采用а-萘胺反應(yīng)法[5]。

1.3.2.2 過(guò)氧化氫（H2O2）

采用四氯化鈦法[6]。

1.3.3.3 超氧化物歧化酶（SOD）

采用氮藍(lán)四唑（NBT）光還原法[7]。

1.3.4.4 過(guò)氧化物酶（POD）

采用愈創(chuàng)木酚法[8]。

1.3.4.5 過(guò)氧化氫酶（CAT）

CAT活性測(cè)定反應(yīng)體系中含2.9 mL磷酸緩沖液（20 mmol/L，pH7.5），0.1 mL酶液，在反應(yīng)15 s時(shí)開(kāi)始記錄反應(yīng)體系在波長(zhǎng)240 nm處吸光度值，作為初始值，然后每隔30秒記錄一次，連續(xù)測(cè)定6個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，重復(fù)測(cè)定3次取平均值[9]。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

圖表的繪制采用Excel軟件，數(shù)據(jù)的差異顯著性分析使用DPS7.05軟件，運(yùn)用鄧肯式新復(fù)極差法（Duncan’s multiple range test）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅地球葡萄貯藏期間POD比活力的變化

POD催化植物組織中的低濃度過(guò)氧化氫，氧化其它底物，用以消除過(guò)氧化氫，屬于自由基清除酶，具有延緩衰老的作用[10]。許多研究表明POD參與活性氧的產(chǎn)生，并引發(fā)膜脂過(guò)氧化，是植物衰老到一定階段的產(chǎn)物，可以作為果實(shí)成熟衰老的指標(biāo)。不同處理對(duì)紅地球果實(shí)在貯藏期間POD比活力變化的影響見(jiàn)圖1。

圖1 不同處理對(duì)紅地球果實(shí)在貯藏期間POD比活力變化的影響Fig.1 Effects of different treatments on the changes of POD activity in'Red Globe'Grapes during storage

各處理葡萄果實(shí)中POD活性在整個(gè)貯藏期內(nèi)呈上升趨勢(shì)，至貯藏末期，POD活性有所下降。在貯藏前期，各處理POD上升幅度較小，且處理間差異不顯著（p＞0.05），在60 d～90 d期間，各處理POD活性上升幅度不同。其中，處理ⅢPOD活性上升幅度最大，并且在90 d時(shí)對(duì)照組和處理Ⅲ的POD達(dá)到最大值，而其它處理的POD活性均在貯藏至120 d時(shí)才達(dá)到高峰，比對(duì)照組和處理Ⅲ延遲了30 d。貯藏90天后，處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的POD活性急劇上升，且各處理POD活性差異性顯著（p＜0.05），處理ⅠPOD活性達(dá)到了0.528△OD/ gFW·min，顯著高于其它處理組的POD高峰值。貯藏結(jié)束時(shí)，POD活性迅速下降，各處理間差異不顯著（p＞0.05）。綜合整個(gè)貯藏期，處理Ⅰ在保持POD活性方面效果最好。

上述結(jié)果表明，保鮮劑處理均可激活POD，使其活性上升，各保鮮劑處理對(duì)POD活性的影響不同。貯藏初期，植物組織的自我保護(hù)促使了POD活性的上升，但上升的幅度不大。而貯藏中后期，合適的保鮮劑處理能夠促進(jìn)POD活性的急劇上升，可能是由于過(guò)氧化氫含量較高刺激了POD酶升高的原因。貯藏結(jié)束時(shí)，POD活性下降，可能是葡萄果實(shí)生理代謝紊亂，也可能是過(guò)氧化氫含量過(guò)高，導(dǎo)致了POD喪失了正常功能。總之，POD活性的峰值與上升幅度可以作為判斷適宜保鮮劑處理的指標(biāo)。

2.2 紅地球葡萄貯藏期間SOD活力的變化

SOD具有清除超氧自由基和減輕膜脂過(guò)氧化的作用，在抵御膜傷害中起著主要作用。不同處理對(duì)紅地球果實(shí)在貯藏期間SOD活性變化的影響見(jiàn)圖2。

圖2 不同處理對(duì)紅地球果實(shí)在貯藏期間SOD活性變化的影響Fig.2 Effects of different treatments on the changes of SOD activity in'Red Globe'Grapes during storage

結(jié)果顯示，SOD活性總體呈先下降后上升趨勢(shì)再下降的趨勢(shì)。貯藏初期，各處理SOD活性均下降，其中處理Ⅰ和處理Ⅱ均達(dá)到了最低值，而處理Ⅲ和處理Ⅳ分別在60 d和90 d才達(dá)到了最低水平，相比較各處理的最低值，處理Ⅰ的SOD活性最高。處理Ⅰ和Ⅱ在貯藏初期短暫的降低后隨即上升，并且處理Ⅰ的上升幅度更大些。至貯藏90天后，處理Ⅰ、Ⅱ的SOD活性均高于另外兩組處理。至貯藏120 d時(shí)，處理Ⅰ、Ⅱ的SOD活性達(dá)到最大值，而對(duì)照組的SOD活性顯著低于處理組（p＜0.05），隨后各處理組SOD活性均緩慢下降。綜合整個(gè)貯期，保鮮劑處理能夠有效地促進(jìn)SOD活性的上升，處理Ⅰ、Ⅱ能夠較早的促進(jìn)SOD活性的上升，并且在貯藏中后期相對(duì)于其它兩組處理，能夠保持較高的SOD活性。而相對(duì)而言，處理Ⅰ果實(shí)的SOD活性顯然要高于處理Ⅱ。

2.3 紅地球葡萄貯藏期間CAT活力的變化

過(guò)氧化氫酶是一種內(nèi)源活性氧清除劑，能夠在逆境脅迫或衰老過(guò)程中清除體內(nèi)過(guò)量的活性氧，維持氧代謝平衡，從而減緩植物器官的衰老進(jìn)程。不同處理對(duì)貯藏期間CAT比活力變化的影響見(jiàn)圖3。

圖3 不同處理對(duì)紅地球果實(shí)在貯藏期間CAT比活力變化的影響Fig.3 Effects of different treatments on the changes of CAT activity in'Red Globe'Grapes during storage

隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)葡萄果實(shí)CAT活性呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這與史蘭等的研究結(jié)果一致[11]。但不同貯藏時(shí)期，其下降的幅度不同。在貯藏前32天，對(duì)照及各處理組的果實(shí)CAT活性均急劇下降：在貯藏32 d～60 d內(nèi)，各處理的CAT活性下降較為緩慢；而在60 d～120 d各處理的CAT活性均為平緩變化，顯著性分析表明，處理Ⅰ的CAT活性顯著高于其它組（p＜0.05）；在貯藏后期，不同處理的CAT均呈緩慢下降趨勢(shì)，120d時(shí)，對(duì)照果實(shí)CAT活性顯著低于處理組，這說(shuō)明處理能夠較大程度保持果實(shí)CAT活性。整個(gè)貯藏期內(nèi)，處理Ⅰ相比其它處理能夠保持較高的CAT活性，有效的降低活性氧的傷害程度。

2.4 紅地球葡萄貯藏期間H2O2含量的變化

H2O2被認(rèn)為是啟動(dòng)衰老的重要因子，H2O2的積累可加速果實(shí)的衰老進(jìn)程[12]。不同處理對(duì)紅地球果實(shí)在貯藏期間H2O2含量變化的影響見(jiàn)圖4。

圖4 不同處理對(duì)紅地球果實(shí)在貯藏期間H2O2含量變化的影響Fig.4 Effects of different treatments on the changes of H2O2 activity in'Red Globe'Grapes during storage

H2O2含量呈現(xiàn)先上升達(dá)到一個(gè)峰值，而后降低，隨后又上升的趨勢(shì)。貯藏初期，H2O2含量急劇上升，達(dá)到一個(gè)峰值，各處理間差異性顯著（p＜0.05）。其中以對(duì)照和處理ⅣH2O2含量較高，處理Ⅰ的H2O2含量最低。32 d～60 d，對(duì)照及處理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ果實(shí)的H2O2含量又迅速下降，而處理Ⅰ下降幅度較小。60 d～120 d，處理ⅠH2O2含量繼續(xù)下降，而其它3組處理的H2O2含量均有不同程度的上升，這表明處理Ⅰ能夠有效的抑制H2O2的積累。90 d后，各處理H2O2含量差異性顯著（p＜0.05），并且對(duì)照組的果實(shí)H2O2積累量始終高于處理組。

2.5 紅地球葡萄貯藏期間O2-·生成速率的變化

在衰老組織中，光合電子傳遞鏈及線(xiàn)粒體呼吸鏈的電子泄露是植物體內(nèi)產(chǎn)生的來(lái)源，認(rèn)為是植物代謝過(guò)程中的毒副產(chǎn)品，能引起植物體內(nèi)大分子物質(zhì)如脂類(lèi)、蛋白質(zhì)及DNA的損傷[13]。不同處理對(duì)紅地球果實(shí)在貯藏期間生成速率變化的影響見(jiàn)圖5。

圖5 不同處理對(duì)紅地球果實(shí)在貯藏期間生成速率變化的影響Fig.5 Effects of different treatments on the changes ofactivity in'Red Globe'Grapes during storage

3 討論

果實(shí)衰老是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，自由基學(xué)說(shuō)認(rèn)為衰老過(guò)程即活性氧代謝失調(diào)和積累的過(guò)程[14]。由于氧自由基能級(jí)較高，化學(xué)性質(zhì)活潑，在植物體內(nèi)極易氧化氨基酸（如半胱氨酸等）及抗壞血酸等，并會(huì)誘發(fā)生物膜中不飽和脂肪酸發(fā)生的一系列鏈?zhǔn)竭^(guò)氧化反應(yīng)，從而破壞膜的正常功能。而H2O2的積累甚至?xí)l(fā)植物的程序化死亡（PCD）[15]，同時(shí)，還可能在細(xì)胞質(zhì)中作為第二信使，在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮作用，從而導(dǎo)致與衰老有關(guān)的基因表達(dá)[16]。SOD、CAT、POD是植物主要的抗氧化酶系統(tǒng)，通過(guò)清除植物體內(nèi)過(guò)多的活性氧來(lái)維持植物的正常生理代謝[17]。在線(xiàn)粒體SOD催化下歧化為H2O2，H2O2在CAT或POD作用下形成水[18]。組織中高濃度的H2O2主要靠CAT來(lái)清除，從而使H2O2控制在較低水平，而低濃度的H2O2通過(guò)POD在氧化相應(yīng)基質(zhì)（如酚類(lèi)化合物）時(shí)被消化。SOD只有與CAT或POD協(xié)調(diào)一致，才能夠有效地防止自由基的毒害。如果SOD與CAT或POD協(xié)調(diào)不一致，與 H2O2可經(jīng)過(guò)Haber-Weiss或Fenton反應(yīng)生成毒性更強(qiáng)的·OH[19]。并且，有人認(rèn)為SOD和CAT活性的不協(xié)調(diào)導(dǎo)致了H2O2積累，H2O2含量的不規(guī)律變化可能是由于這一原因引起[20]。

綜上所述，與對(duì)照組相比可以看出適宜的保鮮劑處理能夠保持SOD、CAT與POD活性，保持細(xì)胞內(nèi)有較高的活性氧清除能力，協(xié)調(diào)SOD、CAT與POD活性來(lái)減少活性氧積累，減輕膜脂過(guò)氧化作用，從而延緩果實(shí)的衰老。本實(shí)驗(yàn)中處理Ⅰ在貯藏期間能較好地協(xié)同SOD與CAT清除，保持POD活性的增加，較少H2O2的積累，使果實(shí)受自由基傷害程度最小，從而最大程度延緩了果實(shí)的衰老。

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Effect of Different Preservatives on the Post-harvest Active Oxygen Metabolism of'Red Globe' Grapes

ZHU Zhi-qiang1，ZHANG Xiao-shuan2，YIN Chuan3，ZHAO Fei1，ZHANG Ping1，*
（1.National Engineering and Technology Research Center for Preservation of Agricultural Products，Tianjin Key Laboratory of Physiology and Storage of Agricultural Products Ministry，Tianjin 300384，China；2.College of Infromation and Electrical Engineering，China Agriculture University，Beijing 100083，China；3.Tianjin XINGHUO Technology Development Center，Tianjin 300021，China）

Harvested'Red Globe'grapes was treated by SO2fumigation combined with four kinds of solid preservatives and stored at-1℃-0℃，the active oxygen metabolism of the fruits stored was investigated.The results showed that the combinations of SO2with preservative paper maintained significantly higher levsls of peroxidase（POD），superoxide dismutase（SOD）and catalase（CAT）activities，effectively inhibited the increase of the production rate of superoxide anion radicaland the contents of hydrogen peroxide（H2O2），compared with the other three groups of treatments.Thereby prevented lipid membrane peroxidation and delayed the fruit senescence.

'Red Globe'Grapes；preservatives；storage；reactive oxygen metabolism

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.08.028

國(guó)家葡萄產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目（CARS-30-jg-02）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31371538）

朱志強(qiáng)（1978—），男（漢），副研究員，碩士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮。

*通信作者：張平（1958—），男（漢），研究員，博士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮。

2013-10-22