殼聚糖對(duì)切花康乃馨花瓣抗氧化特性及水分平衡的影響

楊文龍 湯菊香 張雪潔 楊 辰 單長(zhǎng)卷

（河南科技學(xué)院 新鄉(xiāng) 453003）

康乃馨為石竹科石竹屬的植物，是目前世界上應(yīng)用最普遍的切花品種之一。但康乃馨切花的瓶插壽命較短，嚴(yán)重影響了其觀賞價(jià)值。因此，如何延長(zhǎng)康乃馨切花的瓶插壽命，即觀賞期或保鮮期，成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題之一。目前，延長(zhǎng)鮮切花瓶插壽命的探索主要集中在保鮮劑的研究上[1-2]。常規(guī)的保鮮劑一般包括糖類物質(zhì)、殺菌物質(zhì)、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑及抑制或拮抗乙烯產(chǎn)生的物質(zhì)等[3]。殼聚糖是一種新型切花保鮮劑，其衍生物羧甲基殼聚糖（CMCS）已被應(yīng)用到百合等切花的保鮮上[3]。張麗芳研究表明，將CMCS添加到常規(guī)保鮮劑中得到的改良保鮮劑顯著延長(zhǎng)了百合切花的瓶插壽命[3]。但到目前為止，CMCS延長(zhǎng)切花瓶插壽命的具體生理機(jī)制尚有待進(jìn)一步揭示。因此，對(duì)此進(jìn)行研究可以闡明CMCS調(diào)控切花瓶插壽命的生理機(jī)制。

本研究以康乃馨切花為材料，研究了CMCS對(duì)其花瓣抗氧化酶活性、MDA含量、膜透性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、相對(duì)含水量和瓶插壽命的影響。通過本研究，旨在揭示CMCS延長(zhǎng)康乃馨鮮切花瓶插壽命的生理機(jī)制，從而為其在康乃馨切花保鮮中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及處理

康乃馨切花購(gòu)買于新鄉(xiāng)市花卉市場(chǎng)，選擇花朵大小和花枝長(zhǎng)度基本相同的花枝進(jìn)行處理。鮮切花均在花莖底部用鋒利的手術(shù)刀傾斜切除腐爛破損的花莖，以保證水分吸收。具體處理參照張麗芳的方法[3]，共設(shè)5個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)6次。處理1為自來(lái)水處理（CK），處理2為常規(guī)保鮮劑（自來(lái)水+2%蔗糖+200 mg/L檸檬酸+200 mg/L 8-HQ）（CP），處理3為在常規(guī)保鮮劑中加入50 mg/L CMCS（50 mg/L CMCS+CP），處理4為在常規(guī)保鮮劑中加入100 mg/L CMCS（100 mg/L CMCS+CP），處理5為在常規(guī)保鮮劑中加入150 mg/LCMCS（150 mg/LCMCS+CP）。處理?xiàng)l件如下：白天溫度為（22±2）℃，夜間溫度為（18±2）℃，相對(duì)濕度（RH）為60%±10%，光合有效輻射為300μmol/（m2·s）和12 h的光周期。處理4 d后，分別測(cè)定各處理?xiàng)l件下花瓣的相關(guān)生理指標(biāo)。待各處理?xiàng)l件下單個(gè)花枝80%的花朵萎蔫凋謝，最終計(jì)算切花瓶插壽命。

1.2 POD、CAT和SOD活性測(cè)定

POD的活性根據(jù)Scebba等的方法進(jìn)行測(cè)定[4]，以吸收值每分鐘增加0.01為一個(gè)酶活力單位。CAT活性根據(jù)Kato和Shimizu的方法進(jìn)行測(cè)定[5]，以吸收值每分鐘減少0.001為一個(gè)酶活力單位。SOD活性采用氮藍(lán)四唑光還原法，以抑制50%NBT反應(yīng)為1個(gè)酶活性單位。

1.3 APX、GR和GPX活性測(cè)定

APX的活性根據(jù)Grace和Logan的方法測(cè)定[6]，以吸收值每分鐘減少0.001為一個(gè)酶活力單位。GR和GPX活性采用南京建成生物工程研究所相應(yīng)的試劑盒進(jìn)行測(cè)定。

1.4 MDA含量和膜透性測(cè)定

MDA含量和膜透性參照張志良等的方法測(cè)定[7]。

1.5 相對(duì)含水量的測(cè)量（RWC）

取完整花瓣，稱取鮮重（FW）。然后將花瓣在蒸餾水中浸泡12 h，測(cè)定飽和鮮重（TW）。干重（DW）在80℃烘箱中烘干48 h后測(cè)定。根據(jù)以下公式計(jì)算相對(duì)含水量：相對(duì)含水量（RWC）=[（FW-DW）/（TWDW）]×100%。

1.6 可溶性糖和脯氨酸含量測(cè)定

可溶性糖和脯氨酸含量參照張志良等[7]的實(shí)驗(yàn)方法。

1.7 瓶插壽命的測(cè)定

以單個(gè)花枝2/3的花朵萎蔫凋謝為瓶插壽命的計(jì)數(shù)終點(diǎn)。

1.8 統(tǒng)計(jì)分析

采用SAS軟件處理，在0.05水平上進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 殼聚糖對(duì)POD、CAT和SOD活性的影響

與CK相比，CP顯著增加了CAT和SOD活性，使二者分別增加了10.7%和11.7%，但對(duì)POD活性無(wú)顯著影響（表1）。與CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP處理分別使CAT活性顯著增加了12.2%、27.7%和17.6%，分別使SOD活性顯著增加了14.6%、26.8%和12.8%，但對(duì)POD活性均無(wú)顯著影響。在不同濃度殼聚糖處理中，100 mg/L CMCS處理效果最佳。這說明，適當(dāng)濃度的殼聚糖可以通過增強(qiáng)抗氧化酶CAT和SOD活性而提高其清除活性氧自由基的能力，從而維持康乃馨切花花瓣的活性氧代謝平衡，延緩衰老。

表1 殼聚糖對(duì)POD、CAT和SOD活性的影響

2.2 殼聚糖對(duì)APX、GR和GPX活性的影響

與CK相比，CP顯著增加了APX、GR和GPX的活性，使三者分別增加了12.9%、15.7%和10.0%（表2）。與CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP處理分別使APX活性顯著增加了22.9%、42.2%和26.0%，分別使GR活性顯著增加了25.9%、46.3%和19.1%，分別使GPX活性顯著增加了17.1%、49.5%和23.2%。在不同濃度殼聚糖處理中，100 mg/L CMCS處理效果最佳。這說明，適當(dāng)濃度的殼聚糖亦通過增強(qiáng)抗氧化酶APX、GR和GPX活性而提高清除活性氧的能力，從而進(jìn)一步維持康乃馨切花花瓣的活性氧代謝平衡，延緩衰老。

表2 殼聚糖對(duì)APX、GR和GPX活性的影響

2.3 殼聚糖對(duì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和相對(duì)含水量的影響

與CK相比，CP顯著增加了滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖和脯氨酸的含量，使二者分別增加了15.4%和32.5%（表3）。與CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP處理分別使可溶性糖含量顯著增加了31.7%、70.2%和25.8%，分別使脯氨酸含量顯著增加了50.9%、100.9%和42.7%。由于可溶性糖和脯氨酸是2種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，因此本試驗(yàn)結(jié)果表明，殼聚糖在調(diào)節(jié)康乃馨花瓣組織滲透調(diào)節(jié)中具有重要作用。與CK相比，CP顯著增加了花瓣相對(duì)含水量，使其增加了3.6%（表3）。與CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP處理分別使花瓣相對(duì)含水量顯著增加了3.8%、7.4%和3.8%。這說明，往常規(guī)保鮮劑中加入殼聚糖能夠提高康乃馨切花花瓣組織的相對(duì)含水量，從而維持其水分平衡。在不同濃度殼聚糖處理中，100 mg/L CMCS處理效果最佳。這說明，適當(dāng)濃度的殼聚糖可以通過提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖和脯氨酸含量，從而提高花瓣組織的含水量，維持花瓣的水分平衡，進(jìn)而延緩其衰老。

表3 殼聚糖對(duì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和相對(duì)含水量的影響

2.4 殼聚糖對(duì)膜脂過氧化指標(biāo)和瓶插壽命的影響

與CK相比，CP顯著降低了膜脂過氧化指標(biāo)MDA含量和膜透性，使二者分別降低了12.3%和12.8%（表4）。與CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP處理分別使MDA含量顯著降低了12.5%、23.4%和10.9%，分別使膜透性顯著降低了14.0%、28.7%和17.2%。這說明，殼聚糖可以緩解活性氧自由基對(duì)康乃馨花瓣造成的膜脂過氧化作用，從而延緩衰老。與CK相比，CP顯著增加了康乃馨切花的瓶插壽命，使其增加了14.3%（表4）。與CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP處理分別使康乃馨切花的瓶插壽命顯著增加了20.0%、46.3%和27.5%。這說明，往常規(guī)保鮮劑中加入殼聚糖能夠提高康乃馨切花的瓶插壽命。

表4 殼聚糖對(duì)MDA含量、膜透性和瓶插壽命的影響

3 結(jié)論與討論

切花活性氧代謝失衡會(huì)導(dǎo)致其自身的衰老，從而縮短了其保鮮期和瓶插壽命。因此，研究切花活性氧代謝平衡的調(diào)控對(duì)延長(zhǎng)其瓶插壽命具有重要意義。已有研究表明，殼聚糖可以通過緩解百合、牡丹等切花的膜脂過氧化作用而延長(zhǎng)其瓶插壽命[3,8]。但前人的研究主要集中在保鮮效果上，對(duì)保鮮機(jī)制尤其是對(duì)維持活性氧代謝平衡的抗氧化酶的研究甚少，尚不能從抗氧化角度揭示殼聚糖的保鮮機(jī)制。本研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖可以通過增強(qiáng)抗氧化酶CAT、SOD、APX、GR和GPX的活性而提高其清除活性氧自由基的能力，從而緩解活性氧代謝失衡造成的膜脂過氧化，最終維持活性氧代謝平衡。在本研究中涉及的抗氧化酶APX和GR是抗壞血酸—谷胱甘肽循環(huán)代謝中的2個(gè)主要酶，研究結(jié)果表明，殼聚糖可以通過調(diào)節(jié)APX和GR活性從而維持活性氧代謝平衡，緩解膜脂過氧化作用?？箟难帷入赘孰难h(huán)代謝是植物體清除活性氧過氧化氫的重要途徑，但本研究并未對(duì)該循環(huán)代謝中其他酶的活性進(jìn)行研究，因此，進(jìn)一步研究殼聚糖對(duì)該循環(huán)代謝其他酶活性的影響，能夠全面揭示殼聚糖調(diào)控抗壞血酸—谷胱甘肽循環(huán)代謝的生理機(jī)制。

大量研究表明，切花花瓣含水量與其瓶插壽命具有密切關(guān)系[9]。本研究結(jié)果表明，殼聚糖可以顯著提高康乃馨切花花瓣的相對(duì)含水量。這說明，殼聚糖可以通過提高康乃馨切花花瓣的含水量從而在延長(zhǎng)其瓶插壽命中發(fā)揮作用。本研究還表明，在常規(guī)保鮮劑中添加殼聚糖可以顯著提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖和脯氨酸的含量。這說明，殼聚糖可以通過調(diào)節(jié)相關(guān)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量而調(diào)控康乃馨切花花瓣自身的水分平衡。相關(guān)研究表明，殼聚糖可以通過提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性蛋白的含量而維持水分平衡[3]。和前人的研究結(jié)果相比，本研究的結(jié)果則進(jìn)一步揭示了殼聚糖調(diào)控切花水分平衡的生理機(jī)制。

綜上所述，在常規(guī)保鮮劑中添加殼聚糖可以從抗氧化和滲透調(diào)節(jié)2個(gè)方面調(diào)控康乃馨切花的瓶插壽命。