熱水處理對(duì)桃果實(shí)采后病害及生理變化的影響

周文娟,陳 晨,胡文忠,覃 童,王佳碩

(大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,遼寧大連 116600)

熱水處理對(duì)桃果實(shí)采后病害及生理變化的影響

周文娟,陳 晨*,胡文忠,覃 童,王佳碩

(大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,遼寧大連 116600)

為研究熱水處理對(duì)桃果實(shí)采后病害及生理變化的影響,采用50 ℃熱水浸泡處理桃果實(shí)1 min后置于25 ℃條件下貯藏,分析貯藏期間桃果實(shí)的發(fā)病率以及抗氧化代謝相關(guān)酶,如抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)、脂氧合酶(LOX),苯丙烷代謝關(guān)鍵酶苯丙氨酸解氨酶(PAL)以及苯丙烷代謝產(chǎn)物總酚、黃酮、木質(zhì)素含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:熱處理能夠有效控制接種褐腐菌(Moniliniafructicola)桃果實(shí)的發(fā)病率。熱處理顯著提高采后桃果實(shí)APX、POD和PAL活性(p<0.05),抑制LOX活性,同時(shí)促進(jìn)總酚、黃酮、木質(zhì)素積累。采后熱處理通過(guò)提高桃果實(shí)的抗氧化及苯丙烷代謝能力,啟動(dòng)桃果實(shí)的防御反應(yīng),進(jìn)而提高果實(shí)抗病性。

桃果實(shí),熱處理,采后病害,抗氧化代謝,苯丙烷代謝

桃果實(shí)味道鮮美,營(yíng)養(yǎng)豐富,是人們最為喜歡的鮮果之一,但采后極易受到病原菌侵染,導(dǎo)致腐爛變質(zhì)[1]。目前普遍使用化學(xué)殺菌劑控制病害發(fā)生,但化學(xué)殺菌劑的大量使用涉及到病原菌產(chǎn)生抗藥性、藥物殘留、環(huán)境污染等問(wèn)題,并使果實(shí)安全性受到威脅。熱處理作為一種物理保鮮方法,其安全、無(wú)毒、便于操作,受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。大量研究表明采后熱處理可以有效控制香瓜[2]、桃[3-4]、木瓜[5]、草莓[6-7]、香蕉[8]等果實(shí)病害的發(fā)生,延長(zhǎng)保質(zhì)期。熱處理對(duì)采后果蔬的病害控制機(jī)理主要有兩個(gè)方面,一方面熱處理直接對(duì)病原真菌具有殺傷作用,另一方面熱處理能夠誘導(dǎo)果實(shí)產(chǎn)生抗病性[3-4]。Spadoni等[4]研究表明采后桃果實(shí)在瞬時(shí)高溫處理(60 ℃熱水處理20 s)后快速做出應(yīng)激應(yīng)答,熱處理后6 h內(nèi),其病程相關(guān)蛋白基因(CHI、GNS和PAL)與活性氧(ROS)清除相關(guān)基因表達(dá)量迅速上升。植物組織的衰老和抗病都與ROS的代謝密切相關(guān),過(guò)量的ROS累積會(huì)引起組織細(xì)胞氧化損傷,加速果實(shí)衰老,提高植物體內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)中的抗氧化物酶如抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)活性,可以有效清除過(guò)量ROS,從而提高果實(shí)抗病能力[9]。同時(shí),苯丙烷代謝系統(tǒng)作為生成酚類(lèi)物質(zhì)的主要次生代謝途徑,在植物抗病防御反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用[10]。本文以采后桃果實(shí)為對(duì)象,研究了熱處理對(duì)其采后病害以及抗氧化和苯丙烷代謝的影響,為進(jìn)一步完善熱處理在采后果蔬貯藏保鮮中的作用機(jī)理及為桃果實(shí)保鮮提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

桃[Prunuspersica(L.)Batsch] 采自大連市金州區(qū)果園,供試品種為燕紅,采收成熟度為八成熟,采后當(dāng)天運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。挑選成熟度均勻、大小基本一致、無(wú)病蟲(chóng)害、無(wú)機(jī)械損傷的果實(shí)為試材。褐腐菌(Moniliniafructicola) 購(gòu)于中國(guó)農(nóng)業(yè)微生物菌種保藏中心；聚乙烯吡咯烷酮、過(guò)氧化氫、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、愈創(chuàng)木酚、鄰苯二酚、硼酸、四硼酸鈉、β-硫基乙醇、L-苯丙氨酸、抗壞血酸、次氯酸鈉 國(guó)產(chǎn)分析純。

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(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;BR4i型臺(tái)式高速冷凍離心機(jī) 法國(guó)Jouan;Lambda-25型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 美國(guó)PE;T-25型勻漿器 德國(guó)IKA;UV-2100型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 尤尼柯上海儀器有限公司。

1.2 樣品處理

采后桃果實(shí)采用2%次氯酸鈉溶液中浸泡殺菌2 min,清水沖洗瀝干后,用接種針在果實(shí)胴部刺4 mm(深)×3 mm(寬)的傷口,接種10 μL 濃度為1×104cfu/mL的褐腐菌(M.fructicola)孢子懸浮液。將接種后的桃果實(shí)隨機(jī)分成兩組,一組為熱處理組:50 ℃熱水浸泡處理1 min,另一組為對(duì)照組:自來(lái)水浸泡處理1 min。兩組處理后風(fēng)扇吹干,置于(25±2) ℃貯藏3 d,每天測(cè)定發(fā)病率。每次處理果實(shí)用20個(gè),重復(fù)三次。未接種褐腐菌的桃果實(shí)采用同樣方法處理后置于(25±2) ℃貯藏3 d,每天取果皮面下1 mm處果肉組織樣品用于生理變化分析。

1.3 酶活性的測(cè)定

APX和CAT活性測(cè)定參考Ren等[11]的方法;POD和PPO活性的測(cè)定參考Jiang等[12]的方法。LOX活性的測(cè)定參考閆媛媛等[13]的方法;PAL活性的測(cè)定參考Yan等[14]的方法。

1.4 總酚、黃酮和木質(zhì)素的測(cè)定

總酚、黃酮的測(cè)定參照曹建康等[15]的方法;木質(zhì)素含量的測(cè)定參考姜愛(ài)麗等[16]的方法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析,用鄧肯氏多重比較方法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn),p<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱處理對(duì)采后桃果實(shí)貯藏期間褐腐病的控制效果

如圖1所示,在貯藏過(guò)程中空白對(duì)照組桃果實(shí)被褐腐菌侵染后發(fā)病較快,貯藏1 d后開(kāi)始發(fā)病,3 d后發(fā)病率達(dá)到100%,而熱水處理后桃果實(shí)貯藏2 d后開(kāi)始發(fā)病,貯藏3 d后,發(fā)病率僅為54%。

圖1 熱處理對(duì)采后桃果實(shí)褐腐病的控制效果Fig.1 Effects of heat treatments on control of brown rot in peach fruits

2.2 熱處理對(duì)采后桃果實(shí)APX活性的影響

APX作為以抗壞血酸為電子供體的過(guò)氧化物酶,通過(guò)催化抗壞血酸與活性氧H2O2發(fā)生氧化還原反應(yīng),清除植物體內(nèi)的H2O2,提高果蔬的抗氧化能力[9]。如圖2A所示,對(duì)照組桃果實(shí)在貯藏期間0～2 d內(nèi)，APX活性呈先上升后下降的趨勢(shì),第3 d又略有上升。桃果實(shí)經(jīng)過(guò)熱處理1 d后APX活性與對(duì)照組無(wú)顯著差異(p>0.05),但2 d后APX活性顯著高于對(duì)照組(p<0.05),桃果實(shí)在熱處理2 d和3 d后其APX活性分別為對(duì)照組的1.97倍和1.16倍。

2.3 熱處理對(duì)采后桃果實(shí)CAT活性的影響

CAT能催化植物體內(nèi)積累的H2O2分解為水和分子氧,從而減少H2O2對(duì)果蔬組織可能造成的氧化傷害。如圖2B所示,隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng),熱處理和對(duì)照組桃果實(shí)的CAT活性均呈現(xiàn)下降趨勢(shì),且二者CAT活性無(wú)顯著差異(p>0.05)。而肖紅梅等[17]和芮懷瑾等[18]研究表明熱處理能夠提高番茄和枇杷的CAT活性,這可能與熱處理的果實(shí)不同有關(guān)。

2.4 熱處理對(duì)采后桃果實(shí)POD活性的影響

POD是果蔬體內(nèi)的一種重要氧化還原酶,催化過(guò)氧化氫、氧化酚類(lèi)物質(zhì)產(chǎn)生醌類(lèi)化合物,且與CAT、SOD協(xié)同作用,清除過(guò)量的自由基,從而降低細(xì)胞氧化損傷,通常將其視為果蔬抗氧化代謝的重要指標(biāo)[19]。由圖2C所示,桃果實(shí)在貯藏過(guò)程中POD活性隨著時(shí)間延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì),熱處理桃果實(shí)在最初的1 d,POD活性與對(duì)照組無(wú)顯著差異(p>0.05),隨后其POD活性逐漸升高,熱處理2 d和3 d后的桃果實(shí)POD活性分別為對(duì)照組1.69倍和1.57倍。由此可見(jiàn),采后熱處理可以有效提高桃果實(shí)POD活性,提高其抗氧化能力,進(jìn)而增強(qiáng)桃果實(shí)的抗病能力。這與熱處理提高黃花梨活性氧代謝的研究結(jié)果類(lèi)似[20]。

圖2 熱處理對(duì)采后桃果實(shí)APX(A)、CAT(B)、POD(C)和LOX(D)活性的影響Fig.2 Effect of heat treatment on the APX(A),CAT(B),POD(C)and LOX(D)activities of peach fruits

2.5 熱處理對(duì)采后桃果實(shí)LOX活性的影響

LOX與果蔬細(xì)胞脂質(zhì)的過(guò)氧化作用密切相關(guān),它通過(guò)破壞細(xì)胞質(zhì)膜而引起機(jī)體衰老,此外,LOX催化產(chǎn)生的自由基、過(guò)氧化物質(zhì)等會(huì)對(duì)生物體造成氧化損傷[21],因此,通過(guò)降低果蔬貯藏期間LOX活性,可以延緩其衰老進(jìn)程。如圖2D所示,對(duì)照組桃果實(shí)隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)呈先上升后下降的趨勢(shì),在儲(chǔ)藏2 d時(shí),達(dá)到最大值。桃果實(shí)熱處理后LOX活性呈現(xiàn)先下降后上升再下降的趨勢(shì),與對(duì)照組相比,熱處理可以有效降低桃果實(shí)貯藏期間LOX活性,減輕桃果實(shí)的膜脂過(guò)氧化程度,進(jìn)而推遲果實(shí)衰老,延長(zhǎng)貯藏期。

2.6 熱處理對(duì)采后桃果實(shí)PAL活性的影響

苯丙烷類(lèi)代謝活性增強(qiáng)是植物誘導(dǎo)抗性后的典型反應(yīng),PAL是果蔬苯丙烷代謝的第一限速酶,其活性的高低與植物抗病性的強(qiáng)弱密切相關(guān),被認(rèn)為是植物主要防御酶之一[10]。如圖3所示,對(duì)照組桃果實(shí)PAL活性隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng)呈現(xiàn)先上升后下降再上升的趨勢(shì),而熱處理桃果實(shí)PAL活性隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸上升,熱處理桃果實(shí)在貯藏2 d和3 d時(shí)PAL活性顯著高于對(duì)照組(p<0.05),熱處理可以有效提高桃果實(shí)PAL活性,增強(qiáng)其苯丙烷代謝,進(jìn)而誘導(dǎo)桃果實(shí)產(chǎn)生抗病能力。

圖3 熱處理對(duì)采后桃果實(shí)PAL活性的影響Fig.3 Effect of heat treatment on the PAL activity of postharvest peach fruits

2.7 熱處理對(duì)采后桃果實(shí)總酚、黃酮及木質(zhì)素含量的影響

總酚、黃酮及木質(zhì)素是植物苯丙烷代謝的產(chǎn)物,是果蔬體內(nèi)重要的抗菌物質(zhì),同時(shí),總酚和黃酮也是植物體內(nèi)重要的抗氧化物質(zhì),能夠延緩果蔬貯藏過(guò)程中的氧化損傷,而木質(zhì)素沉積在細(xì)胞壁的不同部位能夠增強(qiáng)植物組織的機(jī)械強(qiáng)度,增強(qiáng)對(duì)病原物侵染的抵抗能力[16]。熱處理對(duì)桃果實(shí)黃酮含量的影響較為顯著,如圖4B所示,在室溫貯藏過(guò)程中,熱處理桃果實(shí)的黃酮含量變化趨勢(shì)與對(duì)照組相同,且明顯高于對(duì)照組。由此可見(jiàn),熱處理促進(jìn)了桃果實(shí)黃酮類(lèi)物質(zhì)的合成,這與Ummarat等[8]的研究一致。熱處理對(duì)桃果實(shí)總酚含量的影響如圖4A所示,桃果實(shí)熱處理1 d后,總酚含量顯著低于對(duì)照組(p<0.05),這可能是由于部分多酚用于合成木質(zhì)素被消耗,而隨后又有大量多酚物質(zhì)合成,因此在熱處理2 d和3 d后,桃果實(shí)中的總酚含量顯著高于對(duì)照組(p<0.05)。如圖4C所示,熱處理組和對(duì)照組桃果實(shí)在貯藏前2 d木質(zhì)素的含量無(wú)顯著差異(p>0.05),只有熱處理3 d后桃果實(shí)的木質(zhì)素含量高于對(duì)照組,是對(duì)照組的1.68倍。熱處理桃果實(shí)貯藏后期木質(zhì)素的沉積導(dǎo)致細(xì)胞壁的木質(zhì)化,從而能夠有效抵抗病原物的侵染。

圖4 熱處理對(duì)采后桃果實(shí)總酚(A)、黃酮(B)和木質(zhì)素(C)含量的影響Fig.4 Effect of heat treatment on the total phenolics(A), flavonoids(B)and lignin(C)contents of postharvest peach fruits

3 結(jié)論

根據(jù)衰老自由基理論,細(xì)胞的衰老與細(xì)胞膜脂的過(guò)氧化有關(guān),而細(xì)胞膜質(zhì)的過(guò)氧化是由過(guò)量活性氧的積累引發(fā)的,植物體內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)中的抗氧化酶如APX、CAT、POD等可清除活性氧,減輕植物氧化損傷,從而延緩其衰老[22]。苯丙烷代謝在植物防御過(guò)程中起到重要作用,代謝相關(guān)酶和產(chǎn)物的變化與植物抗性密切相關(guān)[16]。本研究結(jié)果顯示采后熱處理能夠有效控制接種褐腐菌(Moniliniafructicola)桃果實(shí)的發(fā)病率。同時(shí),熱處理能夠誘導(dǎo)桃果實(shí)內(nèi)抗氧化酶APX和POD活性增強(qiáng),并且抑制LOX活性,從而有效提高果實(shí)組織內(nèi)抗氧化能力,降低過(guò)氧化物引起的膜功能和結(jié)構(gòu)的破壞,延緩桃果實(shí)的衰老進(jìn)程,進(jìn)而增強(qiáng)桃果實(shí)的抗病能力。此外,熱處理提高了桃果實(shí)中參與植物苯丙烷代謝關(guān)鍵酶PAL的活性,顯著提高果實(shí)苯丙烷代謝產(chǎn)物總酚、黃酮和木質(zhì)素含量,增強(qiáng)桃果實(shí)的抗菌能力,進(jìn)而有效抵御病原微生物的入侵,降低果實(shí)腐爛,延長(zhǎng)保質(zhì)期。綜上所述,采后熱處理可以通過(guò)提高桃果實(shí)的抗氧化和苯丙烷代謝的能力,增強(qiáng)果實(shí)的抗病性。

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Effects of heat water treatment on the postharvest disease and physiological changes of peach fruits

ZHOU Wen-juan,CHEN Chen*,HU Wen-zhong,QIN Tong,WANG Jia-shuo

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

In order to determine the effect of heat water treatment on the postharvest disease and physiological changes of peach fruits,peach fruits were dipped in 50 ℃ hot water for 1 min and then stored at 25 ℃. During the storage,disease incidence of fruits were investigated and the activities of antioxidant metabolic system enzymes(APX,CAT,POD and LOX)and phenylpropanes metabolic system enzymes(PAL)were analyzed. Meanwhile,the contents of phenylproanoid metabolites(total phenolics,flavonoids and lignin)were measured. The results showed that disease incidence of fruits inoculated withMoniliniafructicolawere inhibited effectively in heat treated sample. Heat treatment could effectively induce the APX,POD and PAL activities and inhibit the LOX activity. Meanwhile,the level of total phenolics,flavonoids and lignin were enhanced in peach fruits. These findings suggested that postharvest heat treatment stimulate the process of antioxidant,phenylproanoid metabolism and started defense reaction of peach fruits.

peach fruits;heat treatment;postharvest disease;antioxidant metabolism;phenylproanoid metabolism

2016-10-08

周文娟(1994-)，女，本科，研究方向：食品加工與質(zhì)量安全控制，E-mail：15140627549@163.com。

*通訊作者:陳晨(1986-)，女，博士，講師，研究方向：采后生物學(xué)與技術(shù)，E-mail：chenchen@dlnu.edu.cn。

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0400903)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31601517，31471923)；中央高校自主科研基金青年項(xiàng)目(DC201502020405)；大連民族學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(XB201603069, XB201603060)。

TS255.3

A

1002-0306(2017)07-0311-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.07.052