不同機(jī)械傷處理對(duì)香蕉果皮活性氧代謝的影響

王 敏，殷菲朧，梁園麗，劉云芬，廖玲燕，潘中田，帥 良

·農(nóng)產(chǎn)品加工工程·

不同機(jī)械傷處理對(duì)香蕉果皮活性氧代謝的影響

王 敏1,2，殷菲朧1，梁園麗1，劉云芬1，廖玲燕1，潘中田1，帥 良1※

（1. 賀州學(xué)院食品與生物工程學(xué)院/廣西康養(yǎng)食品科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，賀州 542899；2. 大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，大連 116034）

為探究不同機(jī)械傷處理對(duì)香蕉果皮活性氧代謝的影響，該研究以“桂蕉6號(hào)”為材料，采用劃傷、穿刺、墜落3種不同機(jī)械傷處理，以未處理組為對(duì)照，測(cè)定貯藏過(guò)程中香蕉果皮活性氧代謝的變化，并進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析。結(jié)果表明，3種不同機(jī)械損傷處理均加速了香蕉果實(shí)硬度和葉綠素含量的下降；引起O2-產(chǎn)生速率和H2O2含量的積累，其中劃傷處理組的O2-產(chǎn)生速率在貯藏第8 天為對(duì)照組的2.0倍，H2O2含量為對(duì)照組的2.5倍，這可能與機(jī)械傷處理抑制了果皮組織中過(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶及抗壞血酸過(guò)氧化物酶活性有關(guān)；同時(shí)，3種不同機(jī)械損傷處理加速細(xì)胞膜脂過(guò)氧化的進(jìn)程，造成香蕉細(xì)胞膜透性及丙二醛含量的升高，其中對(duì)照、劃傷、穿刺和墜落處理組的丙二醛含量在貯藏第8 天分別是貯藏初期的3.3、3.4、5.4和7.5倍；此外，劃傷和穿刺處理均可顯著提高香蕉果皮中多酚氧化酶（Polyphenol Oxidase，PPO）活性（<0.01)。相關(guān)性聚類(lèi)熱圖分析表明，H2O2含量與香蕉果實(shí)硬度、葉綠素含量和抗壞血酸過(guò)氧化物酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)（<0.01)，與超氧化物歧化酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)（<0.05)；同時(shí)，多酚氧化酶活性與H2O2含量、丙二醛含量和細(xì)胞膜透性呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)（<0.05)。結(jié)合主成分分析可知，不同機(jī)械傷處理均可加速香蕉果皮活性氧的積累進(jìn)而導(dǎo)致香蕉果實(shí)的衰老腐敗，其中劃傷處理對(duì)香蕉果皮活性氧代謝影響最大，其次是穿刺處理，墜落處理對(duì)香蕉果皮活性氧代謝影響最小。該研究闡明了香蕉果實(shí)機(jī)械傷、活性氧和貯藏品質(zhì)三者的關(guān)系，并為香蕉采后不同機(jī)械傷控制提供理論依據(jù)。

儲(chǔ)藏；主成分分析；香蕉；機(jī)械損傷；活性氧代謝；相關(guān)性分析

0 引 言

香蕉（.）是芭蕉科（）的熱帶水果，與荔枝、木瓜和菠蘿并稱(chēng)“嶺南四大名果”[1]。香蕉果實(shí)具有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，含有多種活性化合物，如酚類(lèi)、胺類(lèi)和植物甾醇，在人體中具有潛在的免疫調(diào)節(jié)功能[2]。中國(guó)是香蕉生產(chǎn)消費(fèi)大國(guó)，2020年香蕉種植面積及產(chǎn)量位居世界第二，香蕉產(chǎn)業(yè)已成為支撐廣西、海南和云南等地區(qū)鄉(xiāng)村振興的重要產(chǎn)業(yè)[3]。然而，香蕉是典型的呼吸躍變型水果，采后作業(yè)包括田間采摘、田間運(yùn)輸、卸貨、包裝和銷(xiāo)售，在此過(guò)程中香蕉極易受到機(jī)械損傷，導(dǎo)致采后果實(shí)品質(zhì)劣變而失去商品價(jià)值[4]。

果蔬機(jī)械損傷是指果蔬在采收、包裝、運(yùn)輸和銷(xiāo)售環(huán)節(jié)中因受到跌落、劃傷、振動(dòng)、擠壓、刺傷等作用而引起的果蔬破損等傷害，也包括果蔬在加工過(guò)程中受到的鮮切等損傷[5]。研究表明，劃傷處理可以增強(qiáng)香蕉果實(shí)呼吸強(qiáng)度并促進(jìn)乙烯的生物合成，刺激-淀粉酶、-淀粉酶和葡萄糖苷酶活性，加快香蕉果實(shí)淀粉等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失，縮短了果實(shí)的儲(chǔ)藏期[6]。Fernando等[7]通過(guò)長(zhǎng)途運(yùn)輸香蕉果實(shí)試驗(yàn)，分析了運(yùn)輸振動(dòng)與香蕉機(jī)械損傷的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)香蕉果實(shí)的損傷水平與列車(chē)振動(dòng)刺激的均方根（Root-Mean- Square，RMS）加速度密切相關(guān)；運(yùn)輸過(guò)程中振動(dòng)頻率越高，水果質(zhì)量越差。Costa等[8]研究表明，墜落產(chǎn)生的沖擊損傷可以導(dǎo)致香蕉果實(shí)組織軟化，加速果實(shí)腐敗變質(zhì)。Li等[9]研究發(fā)現(xiàn)，穿刺損傷可以誘導(dǎo)香蕉磷脂酶D（Phospholipase D，PLD）活性上升，以應(yīng)對(duì)果實(shí)的傷害脅迫。

已有研究表明，機(jī)械損傷會(huì)破壞紫甘藍(lán)[10]、馬鈴薯[11]、青椒[12]和梨[13]等果蔬組織細(xì)胞氧化還原動(dòng)態(tài)平衡，縮短其儲(chǔ)藏期。而目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)香蕉果實(shí)的研究主要集中在其品質(zhì)上，關(guān)于機(jī)械傷對(duì)香蕉果皮活性氧代謝的研究未見(jiàn)報(bào)道，不同機(jī)械傷對(duì)香蕉果皮活性氧代謝的差異性也不確定。因此，本試驗(yàn)人工模擬劃傷、穿刺、墜落3種不同機(jī)械傷處理采后香蕉果實(shí)，研究機(jī)械傷處理對(duì)香蕉果皮活性氧代謝的影響，以期為香蕉采后不同機(jī)械傷控制提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

主要材料：本項(xiàng)目試驗(yàn)材料香蕉品種選取廣西主栽的“桂蕉6號(hào)”，采摘自廣西賀州農(nóng)科院，采收成熟度為7～8成熟，無(wú)機(jī)械傷、無(wú)病害的香蕉果實(shí)，當(dāng)天運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。

主要試劑：咪鮮胺，江蘇輝豐生物農(nóng)業(yè)股份有限公司；乙烯利，上海華誼集團(tuán)華原化工有限公司；其余試驗(yàn)所用化學(xué)試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Centrifuge 5804R高速冷凍離心機(jī)長(zhǎng)沙湘銳離心機(jī)有限公司；TA-300W質(zhì)構(gòu)儀杭州陸恒生物科技有限公司；DDS-11A電導(dǎo)儀上海一恒科學(xué)儀器有限公司；UV-1780紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)島津儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品處理

樣品處理：選取成熟度一致、大小均一、無(wú)機(jī)械損傷、凍傷的香蕉果實(shí)，用0.1%咪鮮胺浸泡3 min進(jìn)行殺菌處理，撈出后自然晾干。再用0.1 g/L的乙烯利溶液浸泡3 min，撈出后自然晾干。

對(duì)照處理：不做任何機(jī)械傷害。

穿刺處理參考Li等[9]的方法：用直徑3 mm的滅菌竹簽對(duì)香蕉進(jìn)行穿刺傷處理，將每個(gè)香蕉從頭至尾穿兩排孔，每排孔位5個(gè)，深度5 mm作為穿刺傷。

墜落處理參考洪偉榮等[14]的方法，略作修改：將香蕉從80 cm的高處跌落作為墜落傷；

劃傷處理參考鄧紅軍等[15]的方法，略作修改：用小刀對(duì)香蕉皮進(jìn)行劃傷處理，香蕉每面劃3刀，傷口長(zhǎng)控制在3.5～4 cm，深約5 mm作為劃傷。

樣品晾干后裝進(jìn)聚乙烯袋（厚度為0.06 mm）密封，每個(gè)處理7根香蕉，設(shè)置3個(gè)對(duì)照，置于溫度為(25 ± 1) ℃、相對(duì)濕度為(80 ± 5)%條件下貯藏8 d。

取樣：劃傷處理是以劃傷線(xiàn)為中心，左右各1 cm長(zhǎng)方形區(qū)域進(jìn)行取樣；穿刺處理是以穿刺點(diǎn)為中心，2 cm×2 cm正方形區(qū)域進(jìn)行取樣；墜落處理是以墜落面2 cm×10 cm長(zhǎng)方形區(qū)域進(jìn)行取樣；對(duì)照組是以2 cm×10 cm長(zhǎng)方形區(qū)域進(jìn)行取樣。每隔2 d取樣一次，樣品經(jīng)液氮打磨成粉，存于-80 ℃低溫冰箱。

1.3.2 硬度

硬度參考Chen等[4]的方法，采用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定。質(zhì)構(gòu)儀模式為T(mén)PA，探針為直徑2 mm的圓柱形探頭P2。測(cè)試參數(shù)：測(cè)前速率1 mm/s，測(cè)試速率1 mm/s，測(cè)后速率1 mm/s，壓縮深度為10 mm。每次隨機(jī)取3根香蕉，每根香蕉在機(jī)械傷處理面選取3個(gè)點(diǎn)，結(jié)果取平均值，單位為N/cm2。

1.3.3 細(xì)胞膜透過(guò)性的測(cè)定

參考Zhang等[16]的方法，略作改動(dòng)。用打孔器（直徑8 mm）隨機(jī)取香蕉果皮圓片10片，用去離子水清洗后置于50 mL離心管中，加入30 mL蒸餾水，室溫放置搖床上震蕩1 h，用電導(dǎo)儀測(cè)定電導(dǎo)率1；然后煮沸20 min，降至室溫，再用電導(dǎo)儀測(cè)定溶液電導(dǎo)率2。相對(duì)電導(dǎo)率計(jì)算如式（1）。

1.3.4 丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量的測(cè)定

參考Wang等[17]的方法，采用硫代巴比妥酸法（Thiobarbituric Acid，TBA）比色法，并略作改動(dòng)。稱(chēng)取1.0 g香蕉果皮粉加入8 mL濃度10%三氯乙酸預(yù)冷溶液旋渦振蕩30 s，冰水浴靜止提取10 min，4 ℃下12 000 r/min離心20 min。取上清液2 mL，加入2 mL的TBA溶液置于沸水浴中加熱20 min，取出后迅速降溫。5 000 r/min離心后取上清液，測(cè)定其532、600和450 nm處吸光度，重復(fù)3次。MDA含量計(jì)算公式（2）

式中代表提取液總體積，mL；V代表測(cè)定時(shí)所取樣品提取液體積，mL；代表樣品質(zhì)量，g。

1.3.5 葉綠素含量測(cè)定

參考Satekge等[18]的方法，略作修改。稱(chēng)取1.0 g香蕉果皮置于研缽中，加入3 mL 80%丙酮溶液研磨成勻漿，再加入8 mL 80%丙酮溶液繼續(xù)研磨至組織變白后過(guò)濾。用80%丙酮溶液定容至50 mL，在645和663 nm處測(cè)定其吸光度，重復(fù)3次。葉綠素含量計(jì)算公式為

1.3.6 多酚氧化酶（Polyphenol Oxidase，PPO）和過(guò)氧化物酶（Peroxidase，POD）活性的測(cè)定

多酚氧化酶（PPO）活性測(cè)定方法參考林河通等[19]的方法，略作修改。稱(chēng)取1.0 g香蕉果皮粉加入8 mL 0.1 mol/L，PH性 5.5乙酸-乙酸鈉緩沖液（含1%曲拉通 X-100、1 mmol/L 甲氧基聚乙二醇和4 log/L聚乙烯吡咯烷酮）旋渦振蕩30 s，冰水浴靜止提取10 min，4 ℃下12 000 r/min離心30 min，收集上清液。

PPO活性反應(yīng)體系：0.1 mL上清液加入2.9 mL 0.1 mol/L鄰苯二酚溶液，在420 nm處測(cè)定吸光度，以每分鐘吸光值變化 0.001 為一個(gè)酶活力單位。

POD活性反應(yīng)體系：0.2 mL上清液加入2.8 mL 25 mmol/L愈創(chuàng)木酚溶液和0.1 mL 0.5 mol/L H2O2溶液，在470 nm處測(cè)定吸光度，以每分鐘吸光值變化0.01為一個(gè)活性單位。

1.3.7 超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）、過(guò)氧化氫酶（Catalase，CAT）和抗壞血酸過(guò)氧化物酶（Ascorbate Peroxidase，APX）活性的測(cè)定

SOD活性的測(cè)定參考Chen等[20]的方法，采用氮藍(lán)四唑光還原法。CAT活性的測(cè)定參考Lin[21]等的方法。APX活性的測(cè)定參考Nakano等[22]的方法。

1.3.8 超氧陰離子（O2-)產(chǎn)生速率和過(guò)氧化氫（H2O2）含量的測(cè)定

O2-產(chǎn)生速率和H2O2含量的測(cè)定參考Wang[23]等的方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS19.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析、顯著性分析和主成分分析，Origin 2021和TBtools軟件繪圖。試驗(yàn)結(jié)果取3次測(cè)定平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同機(jī)械傷處理對(duì)香蕉果實(shí)硬度、綠葉素含量和果實(shí)外觀的影響

果實(shí)硬度是判斷香蕉果實(shí)采后成熟和衰老的重要指標(biāo)之一[7]。如圖1a所示，隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理組的香蕉果實(shí)硬度均呈下降趨勢(shì)。在儲(chǔ)藏第4、6 天，劃傷處理組的香蕉果實(shí)硬度顯著低于對(duì)照組（<0.05)。

葉綠素含量是判斷果蔬成熟度的重要標(biāo)志之一[24]，隨著香蕉果實(shí)的成熟衰老，其果皮中葉綠素含量會(huì)被降解，逐漸顯現(xiàn)出商品黃色。如圖1b所示，在整個(gè)貯藏期間，不同機(jī)械傷處理組和對(duì)照組的香蕉果皮中葉綠素含量整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且在貯藏中后期經(jīng)機(jī)械傷處理組的葉綠素含量顯著低于對(duì)照組（<0.05)。由此可知，劃傷處理能顯著加速香蕉果皮的葉綠素降解。

圖1c展示了對(duì)照和不同機(jī)械傷處理對(duì)香蕉果實(shí)外觀變化的的影響，由圖可知不同機(jī)械傷處理均能加速香蕉果實(shí)的成熟衰老。

a. 果實(shí)硬度a. Fruit hardnessb. 葉綠素含量b. Chlorophyll contentc. 果實(shí)外觀c. Fruit appearance

注：不同小寫(xiě)字母表示在相同貨架期處理間差異顯著（< 0.05），下同。

Note: Different lowercase letters indicate significant differences between treatments with the same shelf life (< 0.05), the same below.

圖1 不同機(jī)械傷處理對(duì)香蕉果實(shí)硬度、綠葉素含量和果實(shí)外觀的影響

Fig.1 Effects of different mechanical injury treatments on fruit hardness, chlorophyll content and fruit appearance of banana

2.2 不同機(jī)械傷處理對(duì)香蕉細(xì)胞膜透性和丙二醛（MDA）含量的影響

細(xì)胞膜透性和MDA含量可以衡量果實(shí)細(xì)胞膜的完整性，反應(yīng)機(jī)械傷處理對(duì)香蕉果皮組織膜脂過(guò)氧化的情況[25]。如圖2a所示，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，不同機(jī)械傷處理組和對(duì)照組香蕉細(xì)胞膜透性的變化一致，整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。在整個(gè)貯藏期間，不同機(jī)械傷處理組的細(xì)胞膜透性均高于對(duì)照組，在儲(chǔ)藏6 d后，穿刺和劃傷處理組的細(xì)胞膜透性顯著高于對(duì)照組（<0.05)，而墜落處理組的細(xì)胞膜透性與對(duì)照組無(wú)顯著性差異（>0.05）。由此可知，不同機(jī)械傷處理均可引起香蕉果皮細(xì)胞膜透性顯著升高（<0.05)，其中劃傷處理對(duì)香蕉果皮細(xì)胞膜透性影響最大。

如圖2b所示，香蕉果皮的MDA含量和細(xì)胞膜透性變化趨勢(shì)基本一致。在整個(gè)貯藏期間，對(duì)照和墜落處理組香蕉果皮的MDA含量呈緩慢上升趨勢(shì)，而劃傷和穿刺處理組的MDA含量在貯藏第4 天急劇升高達(dá)到6.78和7.12mol/g。在貯藏第8 天，對(duì)照、墜落、穿刺和劃傷處理組的MDA含量分別是貯藏初期的3.3、3.4、5.4和7.5倍。由此可知，不同機(jī)械傷均可引起香蕉果皮MDA含量的大量積累，劃傷處理對(duì)香蕉果皮MDA含量影響最大。

2.3 不同機(jī)械傷處理對(duì)香蕉果皮活性氧含量的影響

超氧陰離子自由基（O2-）和H2O2含量是在遭受外界逆境脅迫下，果蔬生理代謝失衡產(chǎn)生的活性氧，是評(píng)價(jià)采后果蔬活性氧代謝的重要指標(biāo)[26]。如圖2c所示，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，香蕉果皮中H2O2含量呈上升趨勢(shì)。在整個(gè)貯藏期間，劃傷處理組的H2O2含量顯著高于對(duì)照組（<0.05)，而穿刺和墜落處理組的H2O2含量與對(duì)照組無(wú)顯著性差異（>0.05）。在貯藏第8 天，劃傷處理組的H2O2含量達(dá)到最高值，為67.9 mmol/g，分別是對(duì)照、墜落和穿刺處理組的2.0、1.8和2.5倍。由此可知，劃傷處理可以顯著提高香蕉果皮中H2O2含量的積累（<0.05）。

如圖2d所示，各處理組的香蕉果皮中O2-產(chǎn)生速率隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而升高。在整個(gè)貯藏期間，劃傷和穿刺處理組的O2-產(chǎn)生速率顯著高于對(duì)照組和墜落處理組（<0.05)，且劃傷和穿刺處理組的O2-產(chǎn)生速率也呈現(xiàn)顯著差異性（<0.05)。由此可知，劃傷和穿刺處理均可顯著提高香蕉果皮中O2-產(chǎn)生速率，其中劃傷處理對(duì)香蕉果皮中O2-產(chǎn)生速率影響最大，第8天為對(duì)照組的2.5倍。

2.4 不同機(jī)械傷處理對(duì)香蕉果皮PPO活性的影響

PPO是酶促褐變途徑中的關(guān)鍵酶，能催化酚類(lèi)化合物轉(zhuǎn)化為鄰苯二酚，在有氧的條件下又將其氧化成醌類(lèi)化合物，以抵抗病原菌的侵害[27]。如圖3所示，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，劃傷和穿刺處理組的香蕉果皮中PPO活性整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而對(duì)照和墜落處理組的PPO活性則趨于平穩(wěn)。在整個(gè)貯藏期間，劃傷和穿刺處理組的PPO活性顯著高于對(duì)照和墜落處理組（<0.05)，由此可知，與墜落處理組相比，劃傷和穿刺處理均可顯著影響香蕉果皮中PPO活性的變化（<0.05)。

2.5 不同機(jī)械傷處理對(duì)香蕉果皮抗氧化酶活性的影響

SOD、CAT、APX和POD均是植物組織中重要的抗氧化酶，在維持ROS動(dòng)態(tài)平衡中發(fā)揮重要作用[28]。其中SOD可以催化超氧陰離子生成歧化產(chǎn)物H2O2，H2O2在CAT的存在迅速還原成H2O和O2；而APX參與抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)抗壞血酸來(lái)清除過(guò)量的H2O2；POD則可以水解H2O2，起到保護(hù)細(xì)胞的作用[29]。

a. 細(xì)胞膜透性a. Cell membrane permeabilityb. MDA含量b. MDA contentc. H2O2含量c. H2O2 contentd. O2-產(chǎn)生速率d. O2- production rate

圖3 不同機(jī)械傷處理香蕉Polyphenol Oxidase（PPO）活性的影響

如圖4a所示，在整個(gè)貯藏期間，對(duì)照組香蕉果皮的SOD活性呈先下降后上升的趨勢(shì)，而不同機(jī)械傷處理組的SOD活性整體呈下降趨勢(shì)。機(jī)械傷處理顯著抑制了香蕉果皮的SOD活性（<0.05)，在第貯藏4 d劃傷處理組的SOD活性達(dá)到最低值，僅為1.001 U/g。在貯藏第8 天，對(duì)照組的SOD活性為5.35 U/g，顯著高于機(jī)械傷處理組（<0.05)，機(jī)械傷處理組的SOD活性排序依次為劃傷組、墜落組、穿刺組。

如圖4b所示，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，香蕉果皮的CAT活性呈現(xiàn)先上升后下降再上升的趨勢(shì)，對(duì)照組的CAT活性顯著高于不同機(jī)械傷處理組（<0.05)。在貯藏第6 天，對(duì)照組和機(jī)械傷處理組的CAT活性達(dá)到最低值，其中，劃傷處理的CAT活性最低，顯著低于對(duì)照組和其他機(jī)械傷處理組（<0.05)。

如圖4c所示，對(duì)照組香蕉果皮的APX活性呈先下降后上升趨勢(shì)，而機(jī)械傷處理組的APX活性則呈下降趨勢(shì)。在整個(gè)貯藏期間，對(duì)照組的APX活性顯著高于機(jī)械傷處理組（<0.05)；且在不同機(jī)械傷處理中，墜落處理組的APX活性顯著高于劃傷和穿刺處理組（<0.05)。機(jī)械傷處理能顯著抑制香蕉果皮中APX的活性（<0.05)，在貯藏第8 天，劃傷處理組的APX活性達(dá)到最低值，僅為40.8 U/g。

如圖4d所示，在整個(gè)貯藏期間，對(duì)照組的POD活性顯著高于劃傷處理組（<0.05)，對(duì)照組的POD活性整體呈上升趨勢(shì)，而不同機(jī)械傷處理組的POD活性則呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。在貯藏第8 天，對(duì)照組的POD活性為123.84 U/g，劃傷處理組的POD活性最低，為94.72 U/g，對(duì)照組的POD活性是劃傷處理組的1.3倍。

綜上可知，不同機(jī)械傷處理均在一定程度上抑制了香蕉果皮的抗氧化酶活性，其中，劃傷處理對(duì)香蕉果皮抗氧化酶活性的影響最大。

a. SOD活性a. SOD activityb. CAT活性b. CAT activityc. APX活性c. APX activityd. POD活性d. POD activity

2.6 相關(guān)性聚類(lèi)熱圖分析

相關(guān)性聚類(lèi)熱圖分析表明，O2-產(chǎn)生速率、H2O2含量、MDA含量和細(xì)胞膜透性指標(biāo)與硬度、葉綠素含量、SOD活性和APX活性指標(biāo)間相互呈負(fù)相關(guān)。其中，H2O2含量與香蕉果實(shí)硬度、葉綠素含量和APX活性呈極顯著負(fù)相關(guān)（<0.01)，相關(guān)性系數(shù)為-0.67、-0.87、-0.66，與SOD活性呈顯著負(fù)相關(guān)（<0.05)，相關(guān)性系數(shù)為-0.52，這與隨著ROS的積累，果實(shí)硬度、葉綠素含量等貯藏品質(zhì)逐漸下降一致。這也表明ROS的富集可能會(huì)影響果實(shí)軟化和葉綠素降解，且在本實(shí)驗(yàn)中CAT、SOD、APX和POD并未響應(yīng)機(jī)械傷所帶來(lái)的活性氧脅迫。通過(guò)相關(guān)性聚類(lèi)熱圖分析還可以發(fā)現(xiàn)，貯藏時(shí)間、O2-產(chǎn)生速率、H2O2含量、PPO活性、MDA含量和細(xì)胞膜透性指標(biāo)間相互呈正相關(guān)，這與隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，不同處理組O2-產(chǎn)生速率、H2O2含量、MDA含量和細(xì)胞膜透性逐漸上升一致。值得注意的是，PPO活性與H2O2含量、MDA含量和細(xì)胞膜透性呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)（<0.05)，相關(guān)性系數(shù)分別為0.61、0.82、0.60，這表明PPO可能通過(guò)響應(yīng)ROS脅迫，間接參與了機(jī)械傷脅迫。

注：紅色和藍(lán)色分別表示研究參數(shù)之間的正相關(guān)和負(fù)相關(guān)；*代表在P<0.05水平上顯著相關(guān)，**代表在P<0.01 水平上極顯著相關(guān)。

2.7 主成分分析

對(duì)不同機(jī)械傷處理香蕉貯藏過(guò)程中果皮活性氧代謝指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后進(jìn)行主成分分析，第1、2、3主成分特征值分別為6.25、1.71、1.31，第1、2、3主成分貢獻(xiàn)率分別為56.82%、15.546%、11.977%，前3個(gè)主成分特征值均大于1，且積累貢獻(xiàn)率達(dá)到84.343%，由此可知前3個(gè)主成分可以說(shuō)明不同機(jī)械傷處理的香蕉在貯藏期間果皮活性氧代謝等指標(biāo)的有關(guān)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，完全符合主成分分析的要求。因此取前3個(gè)主成分FAC（1～3）進(jìn)行分析，得出式（4）～（6），其中FAC1、FAC2、FAC3分別代表第1、2、3主成分得分；1～11為標(biāo)準(zhǔn)化變量，且依次代表果實(shí)硬度、葉綠素含量、細(xì)胞膜透過(guò)性、MDA含量、O2-產(chǎn)生速率、H2O2含量、PPO、POD、SOD、CAT和APX。

由因子載荷圖6可知，細(xì)胞膜透過(guò)性、MDA含量、O2-產(chǎn)生速率和H2O2含量聚集在 PC1（56.82%）正軸上，果實(shí)硬度、葉綠素含量、POD、SOD、CAT和APX聚集在PC1（56.82%）負(fù)軸上，表明PC1（56.82%）越大，ROS積累量和膜脂過(guò)氧化程度越高，故定義PC1為氧化損傷指標(biāo)；POD、SOD、CAT和APX聚集在PC2（15.564%）正軸上，果實(shí)硬度和葉綠素含量聚集在 PC2（15.564%）負(fù)軸上，表明PC2（15.564%）越高，抗氧化能力越高，故定義PC2為抗氧化指標(biāo)；同時(shí)CAT和POD聚集在PC3（11.977%）正軸上，表明 PC3（11.977%）越高，抗氧化能力越高，因此PC3（11.977%）也定義為抗氧化指標(biāo)。

圖6 不同機(jī)械傷處理香蕉在儲(chǔ)藏過(guò)程中各指標(biāo)主成分分析因子載荷圖

由因子得分圖7可知，各處理組的得分沿PC1（56.82%）從負(fù)軸到正軸，這與PC1定義為氧化損傷指標(biāo)相吻合。意味著隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，香蕉果皮組織中細(xì)胞膜透過(guò)性、MDA含量、O2-產(chǎn)生速率和H2O2含量上升，其果皮組織中的ROS積累和膜脂過(guò)氧化程度加劇，嚴(yán)重破壞了細(xì)胞氧化還原動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致香蕉果實(shí)衰老腐敗。結(jié)合圖6因子載荷圖和因子得分情況可知，在貯藏第8 天，對(duì)照組的氧化損傷程度較輕，ROS含量和膜脂過(guò)氧化程度較低；不同機(jī)械傷處理組的氧化損傷較嚴(yán)重，ROS含量和膜脂過(guò)氧化程度較高。其中，劃傷處理對(duì)香蕉果皮活性氧代謝的影響最大，其次是穿刺處理，墜落處理對(duì)香蕉果皮活性氧代謝的影響最小。

3 討 論

香蕉采摘和運(yùn)輸過(guò)程中，極易遭到機(jī)械損傷，不僅影響美觀也會(huì)作為病原中心進(jìn)一步感染正常果實(shí)，造成二次侵染，給果實(shí)的貯運(yùn)帶來(lái)巨大的損失[5]。為了能減少機(jī)械傷帶來(lái)的損害，陸丹等人通過(guò)抹花、疏果、墊把及套袋等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)可以有效減少香蕉機(jī)械傷的發(fā)生，顯著提高香蕉產(chǎn)品質(zhì)量和商品檔次[30]。但目前關(guān)于香蕉機(jī)械傷的研究主要集中于控制機(jī)械傷的發(fā)生，而從機(jī)理層面卻鮮有報(bào)道。因此本實(shí)驗(yàn)分別采用劃傷、穿刺和墜落3種不同的處理方法來(lái)探究機(jī)械傷對(duì)采后香蕉貯藏品質(zhì)和活性氧代謝的影響，以期來(lái)解析機(jī)械傷、活性氧和貯藏品質(zhì)三者的關(guān)系及可能機(jī)理。

在本研究中，機(jī)械傷處理加速香蕉果實(shí)硬度的下降，這與機(jī)械傷處理導(dǎo)致番茄[31]、獼猴桃[32]軟化研究結(jié)果一致。機(jī)械損傷和果實(shí)硬度之間的關(guān)系還不太清楚，但Lu等[33]認(rèn)為機(jī)械損傷促進(jìn)了細(xì)胞壁降解酶活性的上升，導(dǎo)致細(xì)胞壁降解；同時(shí)，機(jī)械傷誘導(dǎo)了乙烯的大量生成造成果蔬軟化。葉綠素的降解標(biāo)志著香蕉果實(shí)的成熟衰老。隨著果實(shí)衰老進(jìn)程的進(jìn)展，葉綠素會(huì)降解成無(wú)色產(chǎn)物，從而使果皮褪綠。在貯藏第6、8 d，劃傷處理組的果皮葉綠素含量顯著低于對(duì)照組（<0.05），機(jī)械傷處理加速了香蕉果皮葉綠素的降解，主要是因?yàn)闄C(jī)械傷破壞了果皮組織細(xì)胞膜的穩(wěn)定性并抑制了其抗氧化活性，這與機(jī)械傷處理的青椒[12]結(jié)果一致。

ROS的積累與果實(shí)衰老和膜脂過(guò)氧化密切相關(guān)，ROS是植物正常代謝的產(chǎn)物，若果蔬清除自由基的能力下降或大量積累則會(huì)對(duì)果蔬細(xì)胞膜產(chǎn)生傷害，加速果蔬的衰老[34]。ROS以不飽和膜脂脂肪酸側(cè)鏈為靶標(biāo)，啟動(dòng)氧化連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化[35]。細(xì)胞膜透過(guò)性和MDA含量是細(xì)胞膜脂過(guò)氧化的重要指標(biāo)，它們的變化反應(yīng)細(xì)胞膜受氧化損傷的程度。在本研究中，采后香蕉果實(shí)仍作為一個(gè)活體進(jìn)行活性氧代謝，機(jī)械損傷顯著提高香蕉果皮超氧陰離子產(chǎn)生速率和H2O2含量（<0.05），嚴(yán)重破壞了香蕉果實(shí)的組織結(jié)構(gòu)和抗逆系統(tǒng)，引起香蕉果實(shí)細(xì)胞膜透性增大，加劇果皮膜脂過(guò)氧化，MDA含量上升。這在鮮切紫甘藍(lán)[10]、馬鈴薯[11]和機(jī)械傷獼猴桃[32]中也有類(lèi)似發(fā)現(xiàn)。

以往大量的研究表明，抗氧化酶體系可以響應(yīng)各種生物和非生物脅迫以及時(shí)清除ROS，進(jìn)而維持體內(nèi)ROS的動(dòng)態(tài)平衡，減少ROS帶來(lái)的損傷[34]。但是本試驗(yàn)中，POD、SOD、CAT和APX等抗氧化酶在受到機(jī)械傷脅迫后，酶活性并沒(méi)有顯著提升，反而低于對(duì)照組，究其原因可能是劃傷、穿刺和墜落3種處理均是短期非持續(xù)作用于香蕉，其中劃傷處理組的過(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶和抗壞血酸過(guò)氧化物酶活性在儲(chǔ)藏第8天僅為對(duì)照組的81.33%、37.47%、57.3%和18.09%；3種不同機(jī)械傷處理均可降低果實(shí)抗氧化能力，造成活性氧大量積累，破壞其細(xì)胞氧化還原動(dòng)態(tài)平衡。因此POD、SOD、CAT和APX等抗氧化酶也可能僅僅在前期（處理后數(shù)小時(shí)內(nèi)）響應(yīng)了機(jī)械傷帶來(lái)的脅迫，后期（2 d以后）由于機(jī)械傷造成細(xì)胞死亡、蛋白質(zhì)變形等原因?qū)е旅富钚韵陆?，這與楊曼等人在刺梨結(jié)果一致[13]。因此基于本試驗(yàn)和Wu等在百合花研究[36]來(lái)看，研究香蕉ROS對(duì)機(jī)械傷的脅迫反應(yīng)最佳時(shí)間不晚于2 d。

通過(guò)相關(guān)性聚類(lèi)熱圖發(fā)現(xiàn)，H2O2含量與PPO活性呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)（<0.05)，而與APX和SOD活性呈顯著負(fù)相關(guān)（<0.05)，這表明PPO可能通過(guò)響應(yīng)ROS脅迫，間接參與了機(jī)械傷脅迫，而CAT、SOD、APX和POD并未響應(yīng)機(jī)械傷所帶來(lái)的ROS脅迫。結(jié)合不同機(jī)械傷處理對(duì)香蕉果皮PPO活性的影響結(jié)果來(lái)看，可能是劃傷和穿刺均會(huì)造成果皮出現(xiàn)傷口，進(jìn)而利于了病原菌侵染，而PPO活性的高表達(dá)可能是香蕉對(duì)于病原菌侵染脅迫而做出了一種脅迫響應(yīng)[37]，這也就解釋了為什么墜落并沒(méi)有引起PPO活性的上升。

本試驗(yàn)為了進(jìn)一步探究劃傷、穿刺和墜落3種處理方法對(duì)香蕉貯藏品質(zhì)影響的大小及差異性，對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行了主成分分析，發(fā)現(xiàn)劃傷處理對(duì)香蕉果皮活性氧代謝影響最大，其次是穿刺處理，墜落處理對(duì)香蕉果皮活性氧代謝影響最小。這為以后香蕉機(jī)械傷探究提供了理論基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

1)穿刺、劃傷、墜落3種不同機(jī)械傷處理均可加速香蕉果實(shí)硬度和葉綠素含量下降，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，造成細(xì)胞膜透性和丙二醛含量上升，加速香蕉果實(shí)品質(zhì)劣變；同時(shí)，穿刺、劃傷、墜落3種不同機(jī)械傷處理均可顯著抑制香蕉果皮過(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶和抗壞血酸過(guò)氧化物酶等抗氧化酶活性（<0.05)，其中劃傷處理組的過(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶和抗壞血酸過(guò)氧化物酶活性在儲(chǔ)藏第8天僅為對(duì)照組的81.33%、37.47%、57.3%和18.09%；3種不同機(jī)械傷處理均可降低果實(shí)抗氧化能力，造成活性氧大量積累，破壞其細(xì)胞氧化還原動(dòng)態(tài)平衡。

2）通過(guò)相關(guān)性聚類(lèi)熱圖分析表明，H2O2含量與香蕉果實(shí)硬度、葉綠素含量和抗壞血酸過(guò)氧化物酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)（<0.01)，與超氧化物歧化酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)（<0.05)；同時(shí)，多酚氧化酶活性與H2O2含量、丙二醛含量和細(xì)胞膜透性呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)（<0.05)。

3）通過(guò)主成分分析發(fā)現(xiàn)，不同機(jī)械傷處理均可加速香蕉果皮活性氧的積累進(jìn)而導(dǎo)致香蕉果實(shí)的衰老腐敗，其中劃傷處理對(duì)香蕉果皮活性氧代謝影響最大，其次是穿刺處理，墜落處理對(duì)香蕉果皮活性氧代謝影響最小。

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Effects of different mechanical injury treatments on the metabolism of reactive oxygen species in banana peel

Wang Min1,2, Yin Feilong1,Liang Yuanli1, Liu Yunfen1, Liao Lingyan1, Pan Zhongtian1, Shuai Liang1※

(1.,,,542899,; 2.,,116034,)

During harvesting and transportation, bananas are highly susceptible to mechanical damage, which will not only affect the aesthetics, but also act as a pathogen center to further infect normal fruits, leading to secondary infection and causing great losses to the storage and transportation of fruits. At present, the research on mechanical damage of banana mainly focuses on controlling the occurrence of mechanical damage, but there are fewer reports from the mechanism level. Therefore, in this experiment, three different mechanical damage treatments, including scratch, puncture and fall, were used, with untreated as the control group, and stored at (25 ± 1)°C and (80 ± 5)% RH for 8 d, with samples taken at 2 d intervals. Fruit hardness, chlorophyll content, cell membrane permeability, malondialdehyde content, reactive oxygen species content and antioxidant enzyme activities were measured to analyze the relationship between mechanical damage, reactive oxygen species and storage quality and their possible mechanisms. The results showed that the three different mechanical damage treatments accelerated the decrease of banana fruit hardness and chlorophyll content compared with the control; it inhibited the activities of Peroxidase (POD), Superoxide Dismutase (SOD), Catalase (CAT) and Ascorbate Peroxidase (APX) in banana peel, led to the accumulation of reactive oxygen species O2-and H2O2, accelerated the process of cell membrane lipid peroxidation, increased the permeability of banana cell membrane and Malondialdehyde (MDA) content, and then accelerated the deterioration of banana storage quality. The correlation clustering heat map analysis showed that O2-production rate, H2O2content, MDA content and cell membrane permeability indexes were negatively correlated with each other and hardness, chlorophyll content, SOD activity and APX activity indexes. Among them, H2O2content was negatively correlated with hardness, chlorophyll content and APX activity (< 0.01) and with SOD activity (< 0.05), which was consistent with the gradual decrease of storage quality such as hardness and chlorophyll content with the accumulation of ROS. It was speculated that ROS enrichment might affect fruit softening and chlorophyll degradation, and that CAT, SOD, APX, and POD did not respond to reactive oxygen stress caused by mechanical injury in this experiment. The correlation cluster heat map analysis also revealed that storage time, O2-production rate, H2O2content, polyphenol oxidase activity, MDA content and cell membrane permeability were positively correlated with each other, which was consistent with the gradual increase of O2-production rate, H2O2content, MDA content and cell membrane permeability in different treatment groups with the increase of storage time. Notably, polyphenol oxidase activity showed a highly significant positive correlation (< 0.05) with H2O2content, MDA content and cell membrane permeability, indicating that polyphenol oxidase may be indirectly involved in mechanical injury stress by responding to reactive oxygen stress. Combined with the principal component analysis, different mechanical injury treatments could accelerate the accumulation of reactive oxygen species in banana peel, which in turn led to the decay and spoilage of banana fruit. Among them, scratch treatment had the greatest effect on banana peel reactive oxygen metabolism, followed by puncture treatment, and falling treatment had the least effect on banana peel reactive oxygen metabolism.

storage; principal component analysis; banana; mechanical damage; active oxygen metabolism; correlation analysis

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.16.031

S635.3

A

1002-6819(2022)-16-0284-09

王敏，殷菲朧，梁園麗，等. 不同機(jī)械傷處理對(duì)香蕉果皮活性氧代謝的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2022，38(16)：284-292.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.16.031 http://www.tcsae.org

Wang Min, Yin Feilong, Liang Yuanli, et al. Effects of different mechanical injury treatments on the metabolism of reactive oxygen species in banana peel[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(16): 284-292. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.16.031 http://www.tcsae.org

2022-07-09

2022-08-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31860457）；廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2020GXNSFAA297153）；廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目（2021KY0705）

王敏，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工。Email：1031080926@qq.com

帥良，教授，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工。Email：shuailiang1212@163.com