水楊酸處理對庫爾勒香梨果實貯藏期細(xì)胞壁組分和水解酶活性變化的影響

許 娟,張校立,李 鵬,王繼勛

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所,新疆烏魯木齊 830091; 2.農(nóng)業(yè)部新疆地區(qū)果樹科學(xué)觀測實驗站,新疆烏魯木齊 830091; 3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院,新疆烏魯木齊 830052)

水楊酸處理對庫爾勒香梨果實貯藏期細(xì)胞壁組分和水解酶活性變化的影響

許 娟1,2,張校立1,2,李 鵬3,王繼勛1,2

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所,新疆烏魯木齊 830091; 2.農(nóng)業(yè)部新疆地區(qū)果樹科學(xué)觀測實驗站,新疆烏魯木齊 830091; 3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院,新疆烏魯木齊 830052)

本研究探討水楊酸處理對庫爾勒香梨貯藏期果實質(zhì)地的影響。通過對庫爾勒香梨進(jìn)行水楊酸處理后,定期檢測庫爾勒香梨果實貯藏期細(xì)胞壁含量、細(xì)胞壁組成物質(zhì)含量、果膠酶和纖維素酶活性等指標(biāo)。結(jié)果表明水楊酸處理較好地保持香梨果實細(xì)胞壁含量,在貯期結(jié)束時達(dá)19.91 mg/g左右,并顯著抑制了香梨果實貯藏期果膠酶和纖維素酶活性,減緩了水溶性和離子型果膠含量上升和共價結(jié)合型果膠含量及纖維素和半纖維素含量的下降。水楊酸處理對保持香梨果實細(xì)胞壁組分,延緩庫爾勒香梨貯藏期果實衰老有積極作用。

水楊酸,庫爾勒香梨,貯藏期,細(xì)胞壁,水解酶

庫爾勒香梨(PyrussinkiangensisYu)因甜度高,汁多皮薄,口感酥脆,在國內(nèi)外市場上極具競爭力,遠(yuǎn)銷歐美市場[1]。香梨果實甜度高,是貯藏性較強(qiáng)的果品,但在貯藏過程中,香梨果實獨(dú)特的脆爽質(zhì)地逐漸劣變,而且隨著果肉質(zhì)地的變化,香梨果實更容易受到物理傷害和病害侵害,影響香梨的商品性,這使得越來越激烈的市場競爭和果品高品質(zhì)要求之間的矛盾加劇[2]。有研究表明,果實的硬度下降與細(xì)胞壁物質(zhì)含量降低有密切關(guān)系[3]。

未來對香梨貯期品質(zhì)調(diào)控的保鮮劑研究傾向于無毒、低量、高效、成本低廉的方向。水楊酸(SA)屬于酚類物質(zhì),來自于植物體內(nèi),是一種被認(rèn)為具有提高植物抗病性的內(nèi)源激素[4]。細(xì)胞壁具有一定的彈性,并起到細(xì)胞骨架支撐的作用,果實貯期細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)與成分均發(fā)生改變,并引起果實質(zhì)地軟化,目前研究表明有近30種酶與細(xì)胞壁的降解有關(guān),這其中多數(shù)為水解酶[5-6]。前人研究結(jié)果,使用0.1%的水楊酸溶液,對芒果、番茄等果實進(jìn)行浸泡處理后,果實貯期的品質(zhì)與抗病性均得到提高,有延緩果實衰老的作用[7]。有關(guān)水楊酸對香梨采后果實質(zhì)地相關(guān)的細(xì)胞壁組分及水解酶活性影響未見報道。以庫爾勒香梨為試材,研究水楊酸處理對香梨果實貯藏過程中細(xì)胞壁組分及相關(guān)水解酶活性變化的影響,有助于揭示香梨果實采后質(zhì)地變化的機(jī)理,為今后提高香梨采后品質(zhì)調(diào)控技術(shù)研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實驗材料 采自巴州地區(qū)庫爾勒輪臺國家果樹資源圃,選擇梨樹為樹齡25年,樹勢和栽培管理基本一致,砧木為杜梨。于2015年9月5日采摘并選取果實成熟度一致,帶果柄,無蟲害,無機(jī)械損傷,無銹斑的香梨。果實采摘后經(jīng)預(yù)冷處理,然后進(jìn)行4.0 mmol/L水楊酸浸泡處理10 min[8],撈出晾干后入庫冷藏(1±0.5) ℃,每30 d取樣一次,實驗共240 d。

德國Sigma 8k高速冷凍離心機(jī);日本三洋 MDF-U53V(N)低溫冰箱;尤尼柯 UV-2800紫外可見分光光度計。

1.2 實驗方法

1.2.1 香梨果實細(xì)胞壁含量的測定 參照茅林春[9]與Fishman等[10]的方法,取香梨果肉部分檢測其細(xì)胞壁含量,3次重復(fù)。

1.2.2 香梨果實細(xì)胞壁果膠含量的測定 參照韓雅珊[11]的方法,取香梨果肉部分檢測其果膠含量,3次重復(fù)。

1.2.3 香梨果實細(xì)胞壁纖維素和半纖維素含量的測定 參照《食品分析》[12]方法,以葡萄糖標(biāo)品做標(biāo)準(zhǔn)曲線,y=0.5843x+0.0103(R2=0.9971),用蒽酮比色法檢測纖維素和半纖維素含量,3次重復(fù)。

1.2.4 香梨果實細(xì)胞壁果膠酶、纖維素酶活性的測定 參照《現(xiàn)代植物生理學(xué)實驗指南》[13]方法,取香梨果肉部分檢測其果膠酶、纖維素酶活性,3次重復(fù)。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理 使用Excel與SPSS16.0軟件整理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 香梨果實貯藏期細(xì)胞壁含量變化

如圖1所示,香梨貯藏期果實細(xì)胞壁含量呈下降趨勢,水楊酸處理對果實細(xì)胞壁含量下降有抑制作用。果實貯藏至60 d時處理組細(xì)胞壁含量開始顯著高于對照組(p<0.05),直至貯藏120 d時兩者之間差異不顯著(p>0.05),貯藏期150 d時,對照組果實細(xì)胞壁含量降至21.18 mg/g,水楊酸處理開始顯著高于對照組果實細(xì)胞壁含量(p<0.05),貯藏結(jié)束，處理組細(xì)胞壁含量為19.91 mg/g,與對照組差異不顯著(p>0.05)。

圖1 貯藏期間香梨果實細(xì)胞壁含量的變化Fig.1 Changes of cell wall content in Korla fragrant pear during storage period注:圖中a、b為基于α=0.05水平,同一時期不同處理之間的差異顯著性比較,圖2～圖8同。

2.2 香梨果實貯藏期細(xì)胞壁果膠含量變化

2.2.1 香梨果實貯藏期細(xì)胞壁水溶性果膠含量變化 如圖2所示,香梨貯藏期果實細(xì)胞壁水溶性果膠含量呈上升趨勢,水楊酸處理對香梨貯藏期果實細(xì)胞壁水溶性果膠含量上升有抑制作用。對照組在貯期60 d時果實水溶性果膠含量上升到一個峰值而后下降,處理組的這個峰值出現(xiàn)較對照組晚了30 d左右;隨著貯期延長,對照組在貯期120 d始,其果實細(xì)胞壁水溶性果膠含量呈現(xiàn)明顯的上升趨勢,處理組則是從貯期150 d左右開始表現(xiàn)上升趨勢的;直至貯藏結(jié)束時,對照組果實細(xì)胞壁水溶性果膠含量顯著高于處理組(p<0.05)。兩個處理組在整個貯期表現(xiàn)出先上升后下降,而后又上升的變化規(guī)律類似,可能跟香梨貯藏期有兩個呼吸峰有關(guān)[14],呼吸強(qiáng)度增大,細(xì)胞壁水溶性果膠含量上升加快,但處理組的峰值變化均比對照組延后30 d左右,可能是處理組延后了香梨果實呼吸峰的出現(xiàn)。

圖2 貯藏期間香梨果實細(xì)胞壁水溶性果膠含量的變化Fig.2 Changes of soluble pectin content in Korla fragrant pear during storage period

2.2.2 香梨果實貯藏期細(xì)胞壁離子型果膠含量變化 如圖3所示,香梨貯藏期果實細(xì)胞壁離子型果膠含量整體上呈上升趨勢,與水溶性果膠含量變化趨勢相似,主要在貯藏后期明顯上升,水楊酸處理對香梨果實貯藏期細(xì)胞壁離子型果膠含量上升有抑制作用。在此過程中,對照組在貯期60 d,處理組在貯期90 d時,二者果實細(xì)胞壁離子型果膠含量分別出現(xiàn)一個上升的峰值,時間與變化規(guī)律與細(xì)胞壁水溶性果膠含量類似,對照組和處理組分別自120 d和150 d時,果實細(xì)胞壁離子型果膠含量上升幅度增大,可能跟香梨果實呼吸峰發(fā)生的時間有關(guān)系。自貯藏120 d至貯藏結(jié)束,水楊酸處理對果實的細(xì)胞壁離子型果膠含量上升的抑制作用較好,其含量顯著低于對照組(p<0.05)。

圖3 貯藏期間香梨果實細(xì)胞壁離子型果膠含量的變化Fig.3 Changes of lonic bonding pectin content in Korla fragrant pear during storage period

2.2.3 香梨果實貯藏期細(xì)胞壁共價結(jié)合型果膠含量變化 如圖4所示,香梨果實貯藏期共價結(jié)合型果膠含量呈現(xiàn)下降的趨勢,水楊酸處理對共價結(jié)合型果膠含量的降低有抑制作用。處理組果實細(xì)胞壁共價結(jié)合型果膠含量自貯藏60 d,顯著高于對照組(p<0.05),當(dāng)貯藏期至90 d時,對照組果實細(xì)胞壁共價結(jié)合型果膠含量下降至9.12 mg/g,較貯藏開始時下降了24.7%左右,而水楊酸處理組下降了16.76%,貯藏期結(jié)束時,處理組共價結(jié)合型果膠含量仍高于對照組,但二者差異不顯著(p>0.05)。

圖4 貯藏期間香梨果實細(xì)胞壁共價結(jié)合型果膠含量的變化Fig.4 Changes of covalent bonding pectin content in Korla fragrant pear during storage period

2.3 香梨果實貯藏期細(xì)胞壁纖維素含量變化

2.3.1 香梨果實貯藏期細(xì)胞壁纖維素含量變化 如圖5所示,香梨果實貯藏期細(xì)胞壁纖維素含量呈現(xiàn)下降趨勢,水楊酸處理對細(xì)胞壁纖維素含量的降低有抑制作用。當(dāng)香梨果實貯藏至60 d時,對照組果實細(xì)胞壁纖維素含量降至10.14 mg/g,下降了14.4%,水楊酸處理纖維素含量下降了6.6%;對照組在貯藏末期其果實纖維素含量下降了26.3%,處理組下降了24.5%。在整個香梨果實貯藏期內(nèi),水楊酸處理組果實細(xì)胞壁纖維素含量均高于對照組,差異顯著(p<0.05)。

圖5 貯藏期間香梨果實細(xì)胞壁纖維素含量的變化Fig.5 Changes of cellulose content in Korla fragrant pear during storage period

2.3.2 香梨果實貯藏期細(xì)胞壁半纖維素含量變化 如圖6所示,香梨果實貯藏期細(xì)胞壁半纖維素含量呈現(xiàn)明顯的下降趨勢,水楊酸處理對香梨果實貯藏期細(xì)胞壁半纖維素含量下降有抑制作用。當(dāng)香梨貯藏至60 d時,對照組果實細(xì)胞壁半纖維素含量下降了23.9%,顯著低于水楊酸處理組(p<0.05),但在貯期90 d至120 d之間,對照組和處理組之間差異不顯著(p>0.05),貯藏期150、180 d后,水楊酸處理組果實細(xì)胞壁半纖維素含量高于對照組,并且在貯藏結(jié)束時差異顯著(p<0.05)。

圖6 貯藏期間香梨果實細(xì)胞壁半纖維素含量的變化Fig.6 Changes of hemicellulose content in Korla fragrant pear during storage period

2.4 香梨果實貯藏期水解酶活性變化

2.4.1 香梨果實貯藏期果膠酶活性變化 果膠酶通過水解作用降解果膠,致使細(xì)胞壁解體,最終使果實硬度下降[15]。如圖7所示,香梨果實貯藏期果膠酶活性呈上升趨勢,與水溶性和離子型果膠含量上升,伴隨共價結(jié)合型果膠含量下降的變化情況相符。水楊酸處理對香梨果實貯藏期果膠酶活性上升有抑制作用。對照組果實果膠酶活性自貯藏期60 d有明顯的上升趨勢,香梨果實貯藏后期,對照組果實果膠酶活性上升幅度較大,在貯藏中后期均顯著高于水楊酸處理組(p<0.05)。

圖7 貯藏期間香梨果實果膠酶活性的變化Fig.7 Changes of pectase activity in Korla fragrant pear during storage period

2.4.2 香梨果實貯藏期纖維素酶活性變化 一般認(rèn)為,纖維素酶可能在果實硬度下降過程中起到一定作用,但在不同果品中的作用及起作用的時間并不相同。如圖8所示,香梨果實貯藏期纖維素酶活性呈上升趨勢,與細(xì)胞壁纖維素含量變化情況相符,水楊酸處理對果實貯藏期纖維素酶活性上升有抑制作用。當(dāng)香梨果實貯藏至60 d時,對照組果實纖維素酶活性表現(xiàn)出明顯的上升趨勢,與水楊酸處理組差異顯著(p<0.05),而后水楊酸處理組果實纖維素酶活性逐漸上升,與對照組差距漸小,貯至120 d時二者差異不顯著(p>0.05)。對照組果實纖維素酶活性在貯藏后期上升幅度較大,水楊酸處理表現(xiàn)出較好的抑制效果,貯期240 d時,水楊酸處理組果實纖維素酶活性顯著低于對照組(p<0.05)。

圖8 貯藏期間香梨果實纖維素酶活性的變化Fig.8 Changes of cellulase activity in Korla fragrant pear during storage period

3 討論

細(xì)胞壁是包圍在原生質(zhì)體外的堅韌外殼,對細(xì)胞起到保護(hù)和支持的作用,隨著果實在貯藏過程中細(xì)胞逐漸衰老,在一系列酶的作用下,果實細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)與組分隨之逐漸發(fā)生變化,導(dǎo)致果實硬度下降[16-17]。前人對壺瓶棗的研究結(jié)果表明,果實的硬度下降與細(xì)胞壁物質(zhì)的含量降低有密切的關(guān)系[18]。本研究中,香梨在貯藏過程中果實細(xì)胞壁含量在不斷下降,較之對照組果實細(xì)胞壁物質(zhì)含量下降幅度,水楊酸處理對香梨果實細(xì)胞壁含量的下降有一定的抑制作用。

細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)分別為胞間層、初生壁和次生壁構(gòu)成。其中胞間層的主要成分是果膠物質(zhì),可以起到粘合周圍細(xì)胞,構(gòu)成組織的作用,而初生壁和次生壁則主要是由纖維素構(gòu)成的,起到“框架結(jié)構(gòu)”的作用。細(xì)胞壁中的纖維素和半纖維素構(gòu)成經(jīng)緯網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),果膠物質(zhì)有序填充在網(wǎng)眼中與之交聯(lián)。果膠物質(zhì)會隨著貯期果實衰老而變化,胞間層和細(xì)胞壁中果膠出現(xiàn)解聚或增溶,不溶性的共價結(jié)合型果膠含量降低,降解為分子量小的水溶性和離子型果膠,二者含量增加,細(xì)胞結(jié)構(gòu)受損,細(xì)胞間的結(jié)合力下降,胞間隙擴(kuò)大,造成果肉硬度下降[19]。

本研究中香梨果實在貯藏期間水溶性和離子型果膠都呈上升的趨勢,共價結(jié)合型果膠呈現(xiàn)下降的趨勢,這一結(jié)果與李、嘎拉蘋果果實研究結(jié)果類似[20-21]。果實在貯藏過程中,細(xì)胞壁在果膠酶的作用下分解,水溶性果膠和離子型果膠是小分子物質(zhì),易溶于水,其含量隨著貯期延長而增加,而共價結(jié)合型果膠是一些高分子型的原果膠,不易溶于水,其含量隨著貯期延長而降低,這都可能是香梨貯藏過程中果實硬度下降的原因。

香梨果實貯藏期間細(xì)胞壁纖維素和半纖維素含量都呈現(xiàn)明顯的下降趨勢,“骨架結(jié)構(gòu)”的消失意味著細(xì)胞壁的解體。伴隨著果膠酶和纖維素酶活性的上升,貯期香梨果實的細(xì)胞壁果膠和纖維素含量都發(fā)生了相應(yīng)變化,果膠酶活性較之纖維素酶活性變化幅度更大,這與前人對桃等果實的研究結(jié)果一致[22-23]。

香梨果實貯藏過程中細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和組分變化比較復(fù)雜,與之相關(guān)的多種酶的變化需要進(jìn)一步研究,結(jié)合細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)觀察研究,有利于研明香梨貯期果實細(xì)胞壁變化的關(guān)鍵因子。

4 結(jié)論

香梨在貯藏過程中果實細(xì)胞壁含量不斷下降,對照組果實細(xì)胞壁含量降幅較大;香梨果實在貯藏期水溶性和離子型果膠含量都呈上升的趨勢,水楊酸處理組對上述兩種果膠含量的上升有抑制作用;共價結(jié)合型果膠含量呈現(xiàn)下降的趨勢,至貯藏結(jié)束時對照組共價結(jié)合型果膠含量低于處理組;香梨果實貯藏期細(xì)胞壁纖維素和半纖維素含量都呈現(xiàn)明顯的下降趨勢,至貯藏結(jié)束時對照組纖維素和半纖維素含量都低于處理組;香梨果實在貯藏期果膠酶活性和纖維素酶活性均呈現(xiàn)上升的趨勢,與細(xì)胞壁果膠和纖維素含量變化情況相符,其中果膠酶活性變化幅度大于纖維素酶活性變化幅度,水楊酸處理對果膠酶和纖維素酶活性上升有抑制作用。

總而言之,在香梨貯藏過程中,隨著果膠酶和纖維素酶活性上升,果實中原果膠和纖維素不斷降解,果實中的水溶性和離子型果膠含量增多,而共價結(jié)合型果膠含量減少,果實細(xì)胞壁含量遂呈現(xiàn)下降趨勢,水楊酸處理對此過程有抑制作用,延緩了香梨貯期果實衰老。

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Effects of salicylic acid treatment on the variations of cell wall components and hydrolase activity of Korla fragrant pear during the storage stage

XU Juan1,2,ZHANG Xiao-li1,2,LI Peng3,WANG Ji-xun1,2

(1.Horticultural Crops Research Institute,Xinjiang Academy of Agricultural Sciences,Urumqi 830091,China; 2.Xinjiang Fruit Scinence Experiment Station,Ministry of Agricultural University,Urumqi 830091,China; 3.College of Forestry and Horticulture,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China)

This research is trying to explore how salicylic acid treatment affects the fruit texture of Korla fragrant pear during the period of storage. In this study,Korla fragrant pear was used as the experimental material and processed with salicylic acid to regularly monitor the contents of cell wall and its components and the activities of pectinase and cellulase during the fruit storage period. Through salicylic acid treatment,the contents of cell wall was well preserved around 19.91 mg/g at the end of the storage period,the activities of pectinase and cellulose were significantly inhibited,moreover,the increasing contents of the water soluble pectin and ionic pectin and the decreasing contents of the covalent pectin,cellulose and hemicellulose were reduced. The salicylic acid treatment had positive effect on keeping fruit cell wall component and delaying senescence of Korla pear fruit in the storage period.

salicylic acid;Korla fragrant pear;storage stage;cell wall;hydrolase

2016-10-28

許娟(1983-)，女，博士，助理研究員，研究方向：果樹生理，E-mail:1095961091@qq.com。

*通訊作者:王繼勛(1965-)，男，碩士，研究員，研究方向：果樹栽培與育種，E-mail:924101849@qq.com。

新疆維吾爾自治區(qū)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)經(jīng)費(fèi)項目(KYGY2016118)。

TS255.1

A

1002-0306(2017)09-0309-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.09.051