振動(dòng)脅迫對(duì)杏果實(shí)超微結(jié)構(gòu)的影響

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(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院,新疆烏魯木齊 830052)

振動(dòng)脅迫對(duì)杏果實(shí)超微結(jié)構(gòu)的影響

李麗花,程曦,朱璇*

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院,新疆烏魯木齊 830052)

為了研究振動(dòng)脅迫對(duì)杏果實(shí)細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)影響,以新疆“賽買提”杏為試材,模擬汽車運(yùn)輸過程,研究不同振動(dòng)時(shí)間和包裝方式對(duì)杏果實(shí)超微結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明,隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng),振動(dòng)脅迫會(huì)加快杏果實(shí)采后貯藏期間細(xì)胞壁及各類細(xì)胞器的破壞。同時(shí),有網(wǎng)套包裝能更好地保持杏果實(shí)細(xì)胞壁和葉綠體、線粒體、液泡等細(xì)胞器結(jié)構(gòu)形態(tài)。說明網(wǎng)套包裝能減緩振動(dòng)脅迫對(duì)杏果實(shí)細(xì)胞的損傷,較好地保持杏果實(shí)細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性。

振動(dòng)脅迫,模擬運(yùn)輸,杏果實(shí),超微結(jié)構(gòu)

杏(Prunusarmeniacal)屬薔薇科,李屬,原產(chǎn)于我國,并在新疆林果業(yè)中占有重要的地位[1]。但杏采收主要集中在夏季高溫季節(jié),后熟期短,而且由于新疆南疆杏產(chǎn)區(qū)離國內(nèi)大中城市距離較遠(yuǎn),杏果實(shí)運(yùn)輸時(shí)間長(zhǎng),采后技術(shù)及包裝有限,在貯藏和運(yùn)輸過程中造成大量損耗[2-3]。機(jī)械損傷是造成杏采后大量損耗的主要原因之一,而振動(dòng)脅迫又是造成果實(shí)在運(yùn)輸過程中機(jī)械損傷的主要原因[4]。振動(dòng)脅迫不僅會(huì)嚴(yán)重影響水果的外觀,還會(huì)在一定程度上引起果實(shí)各種生理反應(yīng)的變化,加速果實(shí)新陳代謝和衰老解體[5-6]。目前有關(guān)振動(dòng)脅迫對(duì)果實(shí)影響的研究主要是振動(dòng)脅迫對(duì)獼猴桃[7]、黃花梨[8]等果實(shí)采后生理及貯藏品質(zhì)的影響,而振動(dòng)脅迫對(duì)杏果實(shí)超微結(jié)構(gòu)影響的研究鮮見。

本實(shí)驗(yàn)以新疆“賽買提”杏為材料,通過模擬汽車在4 ℃低溫下運(yùn)輸過程中杏果實(shí)的振動(dòng)脅迫情況,研究不同振動(dòng)時(shí)間和包裝方式在貯藏過程中對(duì)杏果實(shí)超微結(jié)構(gòu)的影響,觀察貯藏期間杏果實(shí)細(xì)胞器的變化情況,探討振動(dòng)脅迫對(duì)杏果實(shí)細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響,可為減輕杏果振動(dòng)損傷的技術(shù)研究提供參考。

1 材料和方法

1.1材料與儀器

杏果 采自新疆庫車縣烏恰鎮(zhèn),果實(shí)采收后用網(wǎng)套包裝后置于筐內(nèi),12 h內(nèi)運(yùn)回研究室,選擇大小均勻,硬度為(1.3±0.1) kg/cm2,可溶性固形物為12.5%±0.5%,無病害、蟲害及機(jī)械損傷的“賽買提”杏果實(shí)作為實(shí)驗(yàn)材料。

自制變頻可調(diào)幅振動(dòng)臺(tái) Y90L-2三相異步電動(dòng)機(jī)(2200 W,380 V,2840 r/min,50 Hz);UC6超薄切片機(jī) 徠卡顯微系統(tǒng)(上海)貿(mào)易有限公司;JEOLM-1230型透射電鏡 日本電子株式會(huì)社;CS101型電熱恒溫恒濕干燥箱 烏魯木齊電器設(shè)備制造廠。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

將杏果實(shí)分成3組,每組20 kg每次處理控制在2 kg左右,將杏果實(shí)置于規(guī)格一致的塑料筐中,四周及底部用海綿及紙加以固定,將裝有聚乙烯發(fā)泡網(wǎng)套(以下簡(jiǎn)稱網(wǎng)套)包裝與無網(wǎng)套包裝的杏的塑料筐固定于自制變頻可調(diào)幅振動(dòng)臺(tái)上,在溫度為4 ℃,相對(duì)濕度為90%～95%的低溫環(huán)境中進(jìn)行水平和垂直方向振動(dòng)頻率為5 Hz，振動(dòng)時(shí)間為24、48 h的振動(dòng)處理,以未進(jìn)行振動(dòng)處理的杏果實(shí)為對(duì)照,每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次;將振動(dòng)完成的杏果實(shí)放在4 ℃、相對(duì)濕度90%～95%的冷庫貯藏,分別取貯藏0、21、35 d樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 電鏡分析 參照侯媛媛[11]的方法,用雙面刀片從果實(shí)中間部位將含有果皮的果肉組織切成面積為1 nm×1 nm,厚度為2 mm的小塊,迅速將其用2.5%戊二醛(0.1 mol/L 磷酸緩沖液配制,pH=7.2)在4 ℃條件下進(jìn)行前固定14 h,同時(shí)抽氣直到切塊下沉;磷酸緩沖液(pH=7.2)沖洗后,用1%餓酸(磷酸緩沖液配制)在4 ℃條件下進(jìn)行后固定2 h,用磷酸緩沖液再次沖洗;用體積分?jǐn)?shù)不同的乙醇和純丙酮梯度脫水,純丙酮過度;用100%的環(huán)氧樹脂Epon-812滲透包埋,最后在30 ℃(12 h)和60 ℃(48 h)下聚合;修塊后用超薄切片機(jī)切成60～90 nm的薄片,再經(jīng)醋酸雙氧鈾-檸檬酸鉛染色,用透射電鏡觀察、拍照。

2 結(jié)果與分析

2.1振動(dòng)脅迫對(duì)杏果實(shí)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的影響

細(xì)胞膜與果實(shí)后熟衰老具有密切關(guān)系,細(xì)胞膜完整性遭到破壞,導(dǎo)致選擇透性喪失,物質(zhì)交換被打破,生理代謝紊亂,最終導(dǎo)致細(xì)胞崩潰。振動(dòng)脅迫對(duì)杏果實(shí)細(xì)胞膜的影響如圖1所示。

在貯藏第0 d杏果實(shí)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)均完整且清晰。在貯藏第21 d時(shí),對(duì)照杏果實(shí)和振動(dòng)24 h網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)細(xì)胞膜均未被破壞,有較完整的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu);振動(dòng)24 h無網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)和振動(dòng)48 h網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)細(xì)胞膜開始模糊;振動(dòng)48 h無網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)發(fā)生折皺甚至降解。貯藏第35 d,細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)基本被破壞,發(fā)生折皺且部分開始降解甚至消失。

由圖1可知,在貯藏期間振動(dòng)脅迫處理時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)杏果實(shí)細(xì)胞膜的破壞越顯著;而網(wǎng)套包裝能較無套包裝更好地保持杏果實(shí)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性。

2.2振動(dòng)脅迫對(duì)杏果實(shí)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的影響

成熟過程中,果實(shí)軟化與細(xì)胞壁有關(guān),果實(shí)在軟化過程中質(zhì)壁間存在互作效應(yīng),振動(dòng)脅迫對(duì)杏果實(shí)細(xì)胞壁的影響如圖2所示。

在貯藏第0 d對(duì)照杏果實(shí)、振動(dòng)24 h杏果實(shí)和振動(dòng)48 h網(wǎng)套包裝杏的果實(shí)細(xì)胞壁沒有發(fā)生明顯變化,細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)均勻且完整,杏果實(shí)初生壁和中膠層緊密結(jié)合,細(xì)胞壁呈明-暗-明區(qū)域結(jié)構(gòu);振動(dòng)48 h無網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)細(xì)胞壁出現(xiàn)彎曲,但未發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。

在貯藏21 d時(shí)對(duì)照杏果實(shí)的細(xì)胞壁保持完整,且厚度均勻;振動(dòng)24 h網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)細(xì)胞壁也保持較為完整的結(jié)構(gòu),但中膠質(zhì)層開始降解;振動(dòng)24 h無網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)和振動(dòng)48 h網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)細(xì)胞壁均開始發(fā)生變形但未發(fā)現(xiàn)降解,中膠質(zhì)層開始降解;振動(dòng)48 h無網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)則出現(xiàn)質(zhì)壁分離的現(xiàn)象,細(xì)胞壁開始降解,細(xì)胞間隙變大。

貯藏第35 d,對(duì)照杏果實(shí)細(xì)胞壁彎曲變形,部分細(xì)胞壁模糊;振動(dòng)24 h網(wǎng)套包裝杏果實(shí)細(xì)胞壁彎曲甚至開始降解;振動(dòng)24 h無網(wǎng)套包裝杏果實(shí)細(xì)胞壁發(fā)生降解,出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象;振動(dòng)48 h網(wǎng)套包裝杏果實(shí)細(xì)胞壁彎曲、降解,中膠層降解,質(zhì)壁分離現(xiàn)象出現(xiàn);振動(dòng)48 h無網(wǎng)套包裝杏果實(shí)細(xì)胞壁嚴(yán)重變形,中膠層降解,質(zhì)壁分離現(xiàn)象明顯。

由此可知,振動(dòng)48 h無網(wǎng)套包裝在貯藏第0 d細(xì)胞壁就發(fā)生彎曲現(xiàn)象,振動(dòng)24 h無網(wǎng)套包裝杏果實(shí)細(xì)胞壁在貯藏第21 d開始變形;振動(dòng)48 h無網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)在貯藏第21 d出現(xiàn)質(zhì)壁分離的現(xiàn)象,而對(duì)照杏果實(shí)細(xì)胞壁未發(fā)生明顯變化,相同振動(dòng)時(shí)間網(wǎng)套包裝細(xì)胞壁損傷較少。說明振動(dòng)脅迫能夠加速細(xì)胞壁降解及產(chǎn)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象,而無網(wǎng)套包裝能有效緩減振動(dòng)脅迫對(duì)杏果實(shí)細(xì)胞壁的影響。

圖1 振動(dòng)脅迫對(duì)杏果實(shí)超微結(jié)構(gòu)的影響Fig.1 Effect of simulating transportation vibration stress on the cell ultrastructure of apricot fruits注:CW:細(xì)胞壁;M:線粒體;ML:中膠層;Chl:葉綠體;V:液泡;OD:嗜鋨顆粒;N:細(xì)胞核;ER:內(nèi)質(zhì)網(wǎng);CC:細(xì)胞內(nèi)含物;CY:細(xì)胞質(zhì);ICS:細(xì)胞間隙;VE:囊泡;圖2同。

圖2 振動(dòng)脅迫對(duì)杏果實(shí)細(xì)胞壁的影響Fig.2 Effect of simulating transportation vibration stress on the cell walls of apricot fruits

2.3振動(dòng)脅迫對(duì)杏果實(shí)細(xì)胞器的影響

在果實(shí)衰老過程中,伴隨著細(xì)胞膜和細(xì)胞壁發(fā)生一系列變化,細(xì)胞器也發(fā)生顯著變化,使細(xì)胞功能由強(qiáng)減弱,最后消失。在貯藏期間振動(dòng)脅迫對(duì)杏果實(shí)細(xì)胞器的影響如圖1所示。

在貯藏第0 d,對(duì)照杏果實(shí)葉綠體呈橢圓形或近似圓形,有較完整的雙層膜結(jié)構(gòu)并靠近細(xì)胞壁,有嗜鋨顆粒分散在體內(nèi),液泡占據(jù)細(xì)胞大部分面積。振動(dòng)24 h的杏果實(shí)與對(duì)照杏果實(shí)相比,細(xì)胞器無明顯差異;網(wǎng)套包裝和無網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器的變化差異也不明顯。振動(dòng)48 h網(wǎng)套包裝杏的果實(shí),大多數(shù)細(xì)胞器排列有序且基本無損,但細(xì)胞與細(xì)胞間的間隙略有增大,結(jié)構(gòu)完整的線粒體和液泡數(shù)量較多,細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含物緊貼細(xì)胞壁。振動(dòng)48 h無網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)葉綠體內(nèi)基質(zhì)片層松散導(dǎo)致嗜鋨顆粒增多且有小泡產(chǎn)生,甚至部分細(xì)胞中葉綠體內(nèi)的小泡破裂導(dǎo)致葉綠體結(jié)構(gòu)不清晰;細(xì)胞質(zhì)中有豐富的大小不一的囊泡;細(xì)胞間隙明顯增大。

在貯藏第21 d,對(duì)照杏果實(shí)葉綠體基質(zhì)片層解體,大量的嗜鋨顆粒存在,線粒體數(shù)量增多,但部分線粒體結(jié)構(gòu)被拉長(zhǎng)變得模糊,內(nèi)脊的數(shù)量減少,有小泡出現(xiàn)。振動(dòng)24 h網(wǎng)套包裝的杏果細(xì)胞內(nèi)含物基本無損且排列整齊,囊泡在細(xì)胞內(nèi)大量出現(xiàn)且部分囊泡發(fā)生膨脹;振動(dòng)24 h無網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)和振動(dòng)48 h網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)在貯藏21 d時(shí)細(xì)胞內(nèi)容物明顯減少且排列混亂,空泡現(xiàn)象出現(xiàn);葉綠體由橢圓開始趨于圓形且變大,基粒和基質(zhì)片層結(jié)構(gòu)模糊甚至消失,囊泡化現(xiàn)象產(chǎn)生。振動(dòng)48 h無網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)內(nèi)容物減少且降解呈絮狀;細(xì)胞器排列混亂;出現(xiàn)明顯的空泡化現(xiàn)象;線粒體數(shù)目明顯減少且內(nèi)部呈小泡化,線粒體結(jié)構(gòu)開始降解,模糊;胞間層開始分解形成絮狀空隙。

在貯藏第35 d振動(dòng)24 h網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)和對(duì)照杏果實(shí)細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)無明顯的變化差異。內(nèi)容物繼續(xù)減少;細(xì)胞器排列開始混亂;葉綠體內(nèi)增大且出現(xiàn)空泡現(xiàn)象;線粒體基粒片層和基質(zhì)片層結(jié)構(gòu)開始模糊;細(xì)胞間隙明顯且增大;細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的囊泡化現(xiàn)象。振動(dòng)24 h無網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)在貯藏35 d時(shí)細(xì)胞結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞,細(xì)胞內(nèi)含物質(zhì)明顯減少;細(xì)胞器降解且排列紊亂,細(xì)胞內(nèi)的區(qū)域化被破壞,變得渾濁不清;細(xì)胞內(nèi)容物降解呈絮狀沉淀物質(zhì)堆積。振動(dòng)48 h網(wǎng)套包裝的杏果實(shí)在貯藏35 d時(shí)細(xì)胞也已出現(xiàn)皺縮、變形等現(xiàn)象,細(xì)胞內(nèi)囊泡化嚴(yán)重且部分囊泡開始膨脹,葉綠體、線粒體等細(xì)胞器從清晰可見到逐漸開始變形解體,結(jié)構(gòu)變得模糊。振動(dòng)48 h無網(wǎng)套包裝杏果實(shí)細(xì)胞器嚴(yán)重解體,細(xì)胞結(jié)構(gòu)模糊,細(xì)胞質(zhì)呈現(xiàn)絮狀,細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)排列混亂并出現(xiàn)互溶現(xiàn)象。

由此可知,振動(dòng)48 h無網(wǎng)套包裝在貯藏第0 d細(xì)胞器就發(fā)生變化;在貯藏第21 d杏果實(shí)內(nèi)容物減少且降解呈絮狀,細(xì)胞器排列混亂;在貯藏第35 d細(xì)胞器嚴(yán)重解體,并出現(xiàn)互溶現(xiàn)象。其他處理杏果實(shí)與振動(dòng)48 h無網(wǎng)套包裝杏果實(shí)相比細(xì)胞器損傷偏輕。

3 討論

超微結(jié)構(gòu)的變化是果實(shí)發(fā)育成熟到衰老過程和生理代謝狀態(tài)的重要特征[11]。振動(dòng)脅迫在導(dǎo)致果蔬組織破損強(qiáng)度以下的情況下,就能夠誘導(dǎo)果實(shí)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和組織內(nèi)部發(fā)生多種生理化學(xué)變化及細(xì)胞膜滲透加強(qiáng)等,降低其固有的抗病性,進(jìn)而促進(jìn)果蔬的后熟、衰老變質(zhì)和腐爛[12-13]。

雖然目前對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)在衰老中的變化做了一些研究,但除了對(duì)細(xì)胞壁的研究結(jié)論較為一致,其他部分的認(rèn)識(shí)還較為有限,不同研究材料所得結(jié)論有所不同。一般認(rèn)為內(nèi)部細(xì)胞器和細(xì)胞壁幾乎同時(shí)進(jìn)入衰老,其中葉綠體崩潰時(shí)間較早,而線粒體較晚,細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)最后喪失,整個(gè)細(xì)胞生命活動(dòng)宣告結(jié)束。本研究中,振動(dòng)48 h無網(wǎng)套包裝杏果實(shí)在貯藏的第21 d中膠層逐漸降解消失,細(xì)胞壁開始出現(xiàn)變形,出現(xiàn)輕微質(zhì)壁分離現(xiàn)象,變形時(shí)間,強(qiáng)度明顯高于對(duì)照和有網(wǎng)套包裝。判斷植物細(xì)胞活性時(shí)葉綠體結(jié)構(gòu)的正常與否也是一個(gè)重要的依據(jù),本實(shí)驗(yàn)中振動(dòng) 48 h無網(wǎng)套包裝杏果實(shí)葉綠體在貯藏當(dāng)天雙層膜結(jié)構(gòu)開始產(chǎn)生小泡,甚至破裂導(dǎo)致不清晰,葉綠體基質(zhì)內(nèi)片層隨之輕微松散,游離在葉綠體內(nèi)的嗜鋨顆粒數(shù)量明顯增多。在貯藏第21 d時(shí),葉綠體已嚴(yán)重變形、降解,降解程度明顯強(qiáng)于有網(wǎng)套包裝,而對(duì)照杏果實(shí)葉綠體保持完好。線粒體較不敏感,所以衰老退化變化發(fā)生的較晚[14]。在本實(shí)驗(yàn)中,線粒體也是最后發(fā)生變化的細(xì)胞器,但是線粒體結(jié)構(gòu)變化及數(shù)目減少的時(shí)間早于對(duì)照杏。本研究表明,細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)及相關(guān)細(xì)胞器的衰老變化與菠蘿[15]、葡萄[16]、獼猴桃[17]、番茄[18]、紅富士[19]、油桃[20]等發(fā)育過程中細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)變化一致,但振動(dòng)脅迫能明顯加快細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化,并且主要細(xì)胞器的衰老變化順序基本符合植物衰老超微結(jié)構(gòu)的一般性概念。

4 結(jié)論

振動(dòng)脅迫能夠加快杏果實(shí)細(xì)胞的損傷程度,但網(wǎng)套包裝能較無網(wǎng)套包裝更好的減緩振動(dòng)脅迫對(duì)杏果實(shí)細(xì)胞的損傷,保持杏果實(shí)細(xì)胞壁和葉綠體、線粒體、液泡等細(xì)胞器結(jié)構(gòu)的完整,從而保持杏果實(shí)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性。

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Effectofsimulatingtransportationvibrationstressonthecellultrastructureofapricotfruits

LILi-hua,CHENGXi,ZHUXuan*

(College of Food Science and Pharmacy,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China)

The effect of simulating transportation vibration stress on the cell ultrastructure of “Saimaiti” apricot fruits was researched in this paper. Xinjiang “Saimaiti” apricot fruits as experimental materials,the transportation process by car was simulated.The effects of different vibration time and different packaging methods on the ultrastructure were studied. The results showed that the vibration stress accelerated the destruction of the cell wall and the cell organelles of apricot fruits during the storage. At the same time,the net shell packaging could better maintain the cell wall and chloroplast,mitochondria,vacuoles and other organelles structure. It suggested that the foam-net package could reduce the damage of the fruit cells by vibration stress,and the integrity of the cell structure of apricot fruit could be better maintained.

vibration stress;simulating transportation;apricot fruits;cell ultrastructure

2017-01-10

李麗花(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：果蔬貯藏與保鮮，E-mail：932555275@qq.com。

*通訊作者:朱璇(1971-)，女，博士，教授，研究方向：果蔬貯藏與保鮮，E-mail：13999877961@126.com。

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303075)；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31460414)。

TS255.3

:A

:1002-0306(2017)16-0280-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.16.053