施硒對櫻桃番茄貯藏品質(zhì)及3種活性氧代謝酶的影響

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(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所,河南鄭州 450009; 2.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院,寧夏銀川 750021)

櫻桃番茄(LycopersiconesculentumMill.)又稱圣女果、小番茄,屬茄科番茄屬,是番茄的一個品種。櫻桃番茄果實營養(yǎng)價值高,富含番茄紅素、VC等活性物質(zhì)。但其皮薄多汁的特性使其在貯藏、運輸過程中容易受到機械損傷,繼而發(fā)生霉?fàn)€變質(zhì),失去商品價值,因此亟需尋求合適的途徑,提高櫻桃番茄貯藏品質(zhì)。櫻桃番茄采后保鮮方法主要有低溫貯藏、保鮮劑處理、氣調(diào)保鮮、涂膜保鮮等[1]，但影響果實采后耐藏性最關(guān)鍵的因素是果實采收時的品質(zhì)。因此,除了開發(fā)適宜的采后貯藏技術(shù)外,更需注重采前栽培技術(shù)對櫻桃番茄果實品質(zhì)及采后貯運特性的影響。

硒是人體必需的微量元素之一,具有增強免疫力、抗氧化、防衰老等作用[2]。食用富硒的水果和蔬菜是人體獲取硒的最安全有效的途徑[3]。施加外源硒對園藝作物生長發(fā)育的影響作用成為近年來國內(nèi)外的研究熱點。大量研究證實,硒在一定濃度范圍內(nèi)能夠促進(jìn)植物的生長發(fā)育,提高水果和蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì),包括提高果蔬可溶性糖、葉綠素、VC和可溶性固形物含量等[4-7]。施硒影響園藝作物的品質(zhì)主要是通過在一定程度上影響體內(nèi)這些有機化合物水平來實現(xiàn)的。也有研究證實富硒栽培可以有效提升番茄生理品質(zhì)[2,8-9]。此外,由于硒是若干抗氧化酶的必需組分,可通過消除機體代謝產(chǎn)生的自由基,降低機體細(xì)胞損害所引起的衰老。因此,硒處理果實在采后階段的貯藏品質(zhì)也要優(yōu)于對照果實。Malorgio等[10]發(fā)現(xiàn)硒處理可以減少菊苣和生菜采后階段的乙烯生成量,降低苯丙氨酸解氨酶活性,提高綠葉蔬菜的貨架期;郭艷等[11]證實葉面噴施硒可以延緩油桃采后活性氧引起的果實衰老,減緩果實硬度下降。Pezzarossa等[12]在桃和梨果實中發(fā)現(xiàn)了同樣的規(guī)律。然而,關(guān)于施硒處理對櫻桃番茄采后貯藏特性及其對活性氧代謝相關(guān)酶活性的研究未見報道。

因此,本研究通過對櫻桃番茄進(jìn)行不同濃度硒處理,通過分析采后貯藏過程中品質(zhì)及活性氧代謝相關(guān)酶活性的變化情況,分析硒處理對提高櫻桃番茄貯藏特性的作用效果,為采取適宜的櫻桃番茄富硒栽培技術(shù)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

櫻桃番茄 品種“瑞德香”,幼苗由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供,施硒試驗于2018年5月至2018年7月在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所新鄉(xiāng)實驗基地進(jìn)行;乙烯標(biāo)準(zhǔn)品(1.03%) 國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心;SOD酶活性檢測試劑盒 北京索萊寶科技有限公司;其余試劑 均為分析純。

PAL-1迷你數(shù)顯糖度計 日本ATAGO公司;L-550離心機 湘儀離心機儀器有限公司;Jena 50紫外可見分光光度計 德國耶拿分析儀器股份公司;SHA-22水浴恒溫振蕩器 金壇精達(dá)儀器制造有限公司;GC2010氣相色譜 日本島津公司;TA-XT Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro System公司;SP62-162色差計 美國愛色麗公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 施硒處理及采后貯藏 試驗采用土壤施硒的方法,以Na2SeO3為硒源,將其配成溶液施入土中。參考番茄施硒的相關(guān)研究報道[2,9],共設(shè)4個濃度梯度:0 mg/L(CK組)、1 mg/L(1MG組)、2 mg/L(2MG組)、3 mg/L(3MG組)。每個處理3個重復(fù),每個重復(fù)20株苗,隨機排列。番茄露天種植在塑料盆中(直徑30 cm,高20 cm),每盆裝土6 kg,移栽生長一致的番茄幼苗1株/盆。基肥施入水平相同,分別于幼苗期(5月10日)、開花期(6月3日)、初果期(6月15日)和盛果期(7月10日)共4次沖施硒肥,每次每株沖施500 mL相應(yīng)濃度(0、1、2、3 mg/L)的硒肥溶液。其他時間均按照正常番茄生長所需進(jìn)行田間管理,自然光照條件,氣候溫度范圍16～36 ℃。

番茄果實于7月23日進(jìn)行采收,選取大小、成熟度(八成熟,依據(jù)果實色澤判定)一致、無病蟲害的果實。采摘后及時運回實驗室,散去田間熱。每個重復(fù)隨機選300個果實,每30個果實用0.03 mm PE保鮮袋(打孔)包裝成1袋,放入4 ℃冷庫預(yù)冷,24 h后將保鮮袋扎口,進(jìn)行貯藏。每隔7 d隨機取樣進(jìn)行指標(biāo)測定。

1.2.2 指標(biāo)測定

1.2.2.1 商品性狀指標(biāo)的測定 腐爛率:采用觀察法,計算腐爛果占總果數(shù)的比例,腐爛果包括局部發(fā)生長霉、腐爛或汁液外漏的果實。

果實硬度:測定部位為果實赤道部位,對稱測2個點,用質(zhì)構(gòu)儀測定果實帶皮硬度,探頭為P/2(直徑2 mm),測試速度1 mm/s,下壓深度5 mm。每個重復(fù)20個果實。

1.2.2.2 糖酸含量的測定 總酸含量參考國標(biāo)GB/T 12456-2008進(jìn)行測定,結(jié)果以檸檬酸計;可溶性糖含量參考國標(biāo)GB/T 5009.7-2016進(jìn)行測定;可溶性固形物含量(SSC)采用手持糖度計進(jìn)行測定。

1.2.2.3 乙烯釋放量 取20個果實放置于1 L密封盒中,25 ℃放置2 h,用GC方法測定乙烯,氣相色譜條件為:Al2O3/S色譜柱(30 m×0.53 mm,0.25 μm),FID檢測器,柱溫50 ℃,進(jìn)樣口溫度120 ℃,檢測器溫度200 ℃,進(jìn)樣量0.5 mL,分流比20∶1。外標(biāo)法定量,結(jié)果表示為μL/kg·h。

1.2.2.4 VC含量 參考國標(biāo)GB/T 5009.86-2016,采用2,6二氯靛酚滴定法測定。

1.2.2.5 硒含量 參考國標(biāo)GB 5009.93-2017,采用原子熒光分光光度計法測定。

1.2.2.6 酶活性的測定 過氧化氫酶(Catalase,CAT)酶活的測定采用過氧化氫法,參考Yu等[13]的方法進(jìn)行。稱取3 g櫻桃番茄果肉(液氮粉碎樣品),加入15 mL 50 mmol/L pH7.0的磷酸緩沖溶液,冰浴研磨,9000 r/min離心15 min(4 ℃),上清液為粗酶液。取0.6 mL酶液加入1 mL pH7.0磷酸緩沖液,再加入1 mL 0.03% H2O2作為反應(yīng)底物,充分混合,測定240 nm吸光值的變化,每30 s記錄一次吸光值,以每分鐘吸光值變化0.1為一個活力單位U。

過氧化物酶(Peroxidase,POD)酶活的測定采用愈創(chuàng)木酚法,參考曹森等[14]的方法略作修改。取1.5 mL酶液加入2 mL pH7.0磷酸緩沖液、0.6 mL 4 mmol/L愈瘡木酚溶液,再加入1 mL 15%的H2O2溶液迅速混合,每隔30 s測定其在460 nm處吸光值的變化,每分鐘吸光值每變化0.01為一個活力單位U。

超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)酶活的測定依據(jù)試劑盒操作方法進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每個處理設(shè)置3個重復(fù),每個實驗測定3個平行,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差來表示。采用SAS 9.2統(tǒng)計分析軟件的Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析(P<0.05為差異顯著),Microsoft Office Excel 2003進(jìn)行圖形繪制。

表1 櫻桃番茄采收時及貯藏末期果實色澤和腐爛率的變化Table 1 Color characteristics and decay rates of cherry tomato at harvest and end of storage

注:標(biāo)注同行不同字母表示處理之間存在顯著性差異(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 硒處理對櫻桃番茄采后色澤、腐爛率和硬度的影響

從表1結(jié)果可以看出,采收時(0 d)3個硒處理組(1MG、2MG、3MG)櫻桃番茄果實的亮度L*、色彩飽和度C及色調(diào)角h與對照組(CK)之間均不存在顯著性差異,在貯藏末期3個硒處理組的L*、C和h值略高于對照組,但是差異性不顯著(P>0.05)。貯藏末期時(49 d),2MG組的果實腐爛率顯著低于對照組(P<0.05),但是其他2個濃度硒處理組與對照組之間不存在顯著性差異。3個硒處理組的L*、C和h值略高于對照組,但差異不顯著(P>0.05)。結(jié)果表明2 mg/L硒處理可以有效降低采后貯藏過程中櫻桃番茄的腐爛率,對維持櫻桃番茄的果實色澤具有一定的效果。

硬度是反映果實軟化程度的重要指標(biāo),也是影響果實耐貯性的關(guān)鍵。從圖1可以看出,采后櫻桃番茄果實硬度在貯藏過程中總體呈下降趨勢。因所測硬度為探頭受到果實給予的壓力,在貯藏末期由于果皮失水、韌性增大,穿刺所需力度增加,導(dǎo)致測定的果皮硬度有所增加,與孟成民等[15]發(fā)現(xiàn)的結(jié)果一致。圖1結(jié)果表明2～3 mg/L硒處理可提高番茄果實采收時(0 d)的果實硬度(分別為72.65和70.88 N)。在貯藏過程中,2 mg/L硒處理果實硬度顯著高于對照組(P<0.05)。郭艷等[11]發(fā)現(xiàn)葉面噴施硒可提高油桃果實硬度,并延緩貯藏過程中的果肉軟化。Pezzarossa等[12]在桃和梨中同樣證實,噴施硒肥可以減緩果實軟化速率,延長貨架期。但在貯藏14 d后,3 mg/L硒濃度處理的櫻桃番茄果實硬度快速下降(52.18～62.79 N),顯著(P<0.05)低于2 mg/L硒處理組(54.98～67.92 N)。

圖1 硒處理櫻桃番茄貯藏過程中硬度的變化Fig.1 Effects of selenium on fruit firmness of cherry tomato during storage注：圖中小寫字母表示同一貯藏時間不同組 之間差異顯著(P<0.05)；圖2～圖5同。

2.2 硒處理對櫻桃番茄采后貯藏過程中總酸、可溶性糖與SSC含量的影響

糖酸是決定果實口感的重要品質(zhì)指標(biāo),可溶性固形物是所有溶于水的化合物總稱,其含量變化是多種物質(zhì)的綜合表現(xiàn),是評價番茄品質(zhì)的重要指標(biāo)[2]。從圖2a可以看出,櫻桃番茄貯藏過程中總酸含量呈下降趨勢。硒處理番茄的總酸含量(2.99～3.11 g/kg)，在采摘時(0 d)與對照組沒有顯著差異(2.98 g/kg)(P>0.05),研究結(jié)果與Pezzarossa等[16]、張慶社等[5]的一致。圖2b、圖2c結(jié)果顯示,櫻桃番茄可溶性糖含量和SSC在貯藏過程中先增加后降低,與Ali等[17]、李雯霞等[18]、李文學(xué)等[19]的研究結(jié)果相同。貯藏前期番茄果實內(nèi)部淀粉轉(zhuǎn)化為可溶性糖,導(dǎo)致可溶性糖和SSC的增加,在貯藏后期淀粉轉(zhuǎn)化的糖元不足以補充呼吸的消耗,因而呈現(xiàn)下降的趨勢[18]。

圖2b、圖2c結(jié)果表明,施硒處理提高了櫻桃番茄采收時(0 d)的可溶性糖含量(30.24～30.67 g/kg)及SSC(5.4～5.6 °Brix)。硒可能是以脅迫的機制促進(jìn)可溶性糖的累積[9],還可能通過影響植株對礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收、累積和分布,進(jìn)而提高果實品質(zhì)。張明中[8]發(fā)現(xiàn)施硒提高了番茄中還原糖的含量,推測與硒可以促進(jìn)植株對Fe元素的吸收有關(guān)。Fe是植物光合作用電子傳遞鏈上鐵硫蛋白復(fù)合體的組成元素,促進(jìn)鐵元素的吸收,更有利于鐵硫蛋白復(fù)合體的合成,從而提高光合作用初級產(chǎn)物還原糖的積累[20]。施加亞硒酸鈉已經(jīng)被證實可顯著提高櫻桃番茄、蒜薹等[7,9,21]多種果蔬的可溶性糖含量。在貯藏過程中,除第21和49 d外,2 mg/L硒處理組櫻桃番茄果實的可溶性糖含量(30.16～36.87 g/kg)及SSC(5.4～5.8 °Brix)均高于對照組(29.42～34.27 g/kg、5.2～5.5 °Brix),表明2 mg/L硒處理的櫻桃番茄具有較好的貯藏品質(zhì)。然而,3 mg/L硒濃度的櫻桃番茄果實可溶性糖含量(28.45～31.27 g/kg)和SSC(5.0～5.4 °Brix)在貯藏21 d之后低于對照組,表明該濃度硒肥處理的果實在貯藏后期品質(zhì)下降相對嚴(yán)重。許多研究報道過量硒對植株有毒害作用,造成品質(zhì)下降[20,22]。邵旭日等[21]也發(fā)現(xiàn),當(dāng)施硒量大于7 g時,番茄果實SSC隨施硒量增加而下降。施入高濃度硒肥對番茄可溶性糖的促進(jìn)作用減弱,甚至達(dá)到抑制作用[2]。

圖2 硒處理櫻桃番茄貯藏過程中總酸(a)、 可溶性糖(b)和SSC(c)含量的變化Fig.2 Effects of selenium on contents of total acid(a), soluble sugar(b)and SSC(c)of cherry tomato during storage

2.3 硒處理對櫻桃番茄采后貯藏過程中乙烯釋放量的影響

從圖3乙烯釋放量的結(jié)果中發(fā)現(xiàn),在貯藏14和21 d,3 mg/L硒處理組的乙烯釋放量(8.07、10.09 μL/kg·h)顯著(P<0.05)高于2 mg/L硒處理的櫻桃番茄(4.52、8.01 μL/kg·h)。櫻桃番茄屬于呼吸躍變型果實,采后生命力旺盛,有典型的呼吸高峰及乙烯釋放高峰[14]。從圖3中可以看出,乙烯釋放量在貯藏過程中先升高后降低,在21 d時出現(xiàn)一個高峰。1～2 mg/L硒處理櫻桃番茄果實在貯藏7～21 d的乙烯釋放量(4.52～10.22 μL/kg·h)顯著低于對照組(6.46～12.63 μL/kg·h)(P<0.05)。在硒處理的番茄[16,23]、生菜[10]中也得到相同的結(jié)果,乙烯釋放量顯著(P<0.05)低于對照組。由于貯藏21 d之后的對照組果實衰老進(jìn)程加快,因此乙烯釋放量低于硒處理組果實。適量濃度的硒可以促進(jìn)植株生長,提高品質(zhì),但過量硒對植株有毒害作用[24-26]。較低濃度硒具有抗氧化和抗衰老活性,直接或間接干擾乙烯生物合成[16]。而高濃度的硒肥在對果實品質(zhì)造成負(fù)面影響的同時,會上調(diào)一些乙烯合成基因的表達(dá)(如ACC合成酶)[27]。高濃度硒肥引起了抗逆反應(yīng),促使乙烯或其他激素和信號分子生成[4]。

圖3 硒處理櫻桃番茄貯藏過程中乙烯釋放量的變化Fig.3 Effects of selenium on ethylene evolution of cherry tomato during storage

2.4 硒處理對櫻桃番茄采后貯藏過程中VC和硒含量的影響

VC含量是衡量果實衰老程度和營養(yǎng)價值的重要指標(biāo)。圖4a結(jié)果表明,采收時(0 d)硒處理組的櫻桃番茄果實VC含量(37.89～39.64 mg/100 g)均顯著高于對照組(35.61 mg/100 g)(P<0.05)。在貯藏過程中,櫻桃番茄果實中VC含量先緩慢升高,在貯藏后期逐漸減少,這與李雯霞等[18]、曹森等[14]的研究相一致。原因在于隨著果實的成熟,VC被氧化分解,失去生理活性,后期果實衰老進(jìn)程加快,增加了VC含量的損失。2 mg/L硒處理的番茄果實VC含量(34.68～42.36 mg/100 g)在整個貯藏過程中均顯著高于對照組(29.96～37.59 mg/100 g)(P<0.05)。適當(dāng)濃度硒處理可提高植物組織中VC的含量[7]。施硒也可以提高不同品種番茄果實中的VC含量[2,8]。這可能是由于硒可以促進(jìn)番茄對鐵離子的吸收,從而影響電子傳遞鏈,促進(jìn)VC的代謝,增加了VC的含量[28]。3 mg/L硒處理番茄果實VC含量在采收時(38.66 mg/100 g)及貯藏過程中(32.83～38.95 mg/100 g)始終低于2 mg/L處理組,結(jié)果與韓亞文等[2]發(fā)現(xiàn)的類似,硒濃度過高,降低了果實中VC含量的增加量。本研究中硒處理的櫻桃番茄果實中硒含量在0.18～0.32 mg/kg(圖4b),低于張明中[8]、劉華山[9]報道的數(shù)值,原因可能在于所用品種及硒處理方式有一定的差異。同時發(fā)現(xiàn)在貯藏前后,果實中硒含量沒有發(fā)生顯著的變化(P>0.05)。

圖4 硒處理櫻桃番茄貯藏過程中VC含量(a) 及貯藏前后硒含量(b)的變化Fig.4 Effects of selenium on VC(a)and selenium(b) contents of cherry tomato during storage

2.5 硒處理對櫻桃番茄采后貯藏過程中活性氧代謝相關(guān)酶活性的影響

果實的采后軟化進(jìn)程與活性氧代謝關(guān)系密切,相關(guān)酶活性影響著果實的貯藏特性。SOD是目前已知的唯一清除O2-的酶類,其主要作用是將O2-歧化生成無毒的O2和毒性較低的H2O2;CAT和POD是植物體內(nèi)負(fù)責(zé)擔(dān)負(fù)清除H2O2的主要酶類,將H2O2變?yōu)镠2O[8]。櫻桃番茄貯藏過程中POD(圖5a)、CAT(圖5b)和SOD(圖5c)酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢,與潘磊慶等[29]、曹森等[14]的研究結(jié)果一致?？赡苁且驗楣麑嵅珊筚A藏初期機體受到脅迫時增強了這些代謝酶的活性,對機體起到保護(hù)作用,但隨著貯藏時間的延長,脅迫達(dá)到一定程度時,酶活性逐漸減弱,機體瀕臨死亡[29]。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)2 mg/L硒處理的番茄果實,在采收時(0 d,40.01 U/g)及貯藏過程中(42.20～64.24 U/g),均具有較高的POD酶活活性,而硒處理對CAT酶活沒有明顯作用。對于SOD酶活,采收時(0 d)不同處理之間不存在顯著性差異,但在貯藏14～42 d,2 mg/L硒處理番茄果實SOD酶活(85.51～186.39 U/g)顯著高于對照組(50.33～123.90 U/g)(P<0.05)。劉華山[9]發(fā)現(xiàn)硒處理對生菜生長后期的SOD酶活性有不同程度的促進(jìn)作用,推測是對不利環(huán)境的一種抗逆性反應(yīng)。張明中[8]研究發(fā)現(xiàn)施硒增加了番茄葉片中SOD和POD活性。尚慶茂等[6]研究發(fā)現(xiàn)硒處理提高植株P(guān)OD活性,但對SOD和CAT表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)。結(jié)果之間的不一致可能是不同植物機體對硒的代謝有所差異所引起的。此外,本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)在貯藏42和49 d時,3 mg/L硒濃度番茄果實的酶活性(CAT 3.10、3.01 U/g;POD 27.12、20.96 U/g;SOD 85.48、109.32 U/g)均低于對照組(CAT 3.52、3.23 U/g;POD 35.26、32.15 U/g;SOD 123.90、116.37 U/g)。高濃度硒處理抑制SOD酶活性,可能是由于促進(jìn)了植株體內(nèi)還原性物質(zhì)的產(chǎn)生,導(dǎo)致抗氧化體系中SOD酶活性下降,或者是促進(jìn)了含硒蛋白(如GSH-Px)替代性的取代SOD酶而發(fā)揮抗氧化功能[9]。

圖5 硒處理櫻桃番茄貯藏過程中POD(a)、 CAT(b)和SOD(c)酶活的變化Fig.5 Effects of selenium on activities of POD(a), CAT(b)and SOD(c)of cherry tomato during storage

3 結(jié)論

通過適宜的采前栽培方式可以提升果實品質(zhì),進(jìn)而提高采后貯藏品質(zhì)。采用適當(dāng)濃度硒(2 mg/L)處理后,采收時櫻桃番茄的果實硬度、SSC、VC含量和POD酶活性明顯優(yōu)于對照果實。并且在果實采后的貯藏過程中,2 mg/L硒處理櫻桃番茄保持著較好的果實品質(zhì),維持活性氧代謝酶活性在較高水平,延緩了果實采后的衰老進(jìn)程。而高濃度硒處理(3 mg/L)對番茄果實品質(zhì)造成了一定的負(fù)效應(yīng)。目前關(guān)于施硒對采后貯藏過程中果實細(xì)胞膜性能相關(guān)指標(biāo)的影響情況尚不清楚,需要展開進(jìn)一步的研究。