低溫貯藏甜瓜的離子外滲研究

劉 芳，陳年來*，張玉鑫

(1.樂山師范學院化學與生命科學院，四川 樂山 614004；2.甘肅農業(yè)大學農學院，甘肅 蘭州 730070)

低溫貯藏甜瓜的離子外滲研究

劉 芳1,2，陳年來2,*，張玉鑫2

(1.樂山師范學院化學與生命科學院，四川 樂山 614004；2.甘肅農業(yè)大學農學院，甘肅 蘭州 730070)

研究不同貯藏溫度下甜瓜果實的細胞膜透性變化及K+、Na+和Ca2+的外滲率。結果表明，甜瓜果實在2℃和5℃貯藏條件發(fā)生冷害，其細胞膜透性增加，且溫度越低增加越大，表明對膜的傷害越嚴重。K+的外滲率隨溫度的降低而增大；Na+外滲率隨貯藏時間的延長而增加，21d后貯藏溫度越低Na+外滲率越大；Ca2+的外滲率極低，且溫度和貯藏時間對其影響不大。

甜瓜；冷害；離子外滲；K+；Na+；Ca2+

冷害是指一些生長于熱帶、亞熱帶高溫環(huán)境中的植物或植物器官，對低溫敏感，在不適當?shù)牡蜏?高于冰點溫度)產生代謝失調和細胞傷害[1]。一般以有無水浸斑作為植物是否發(fā)生冷害的外觀標志，水浸斑形成的原因在于低溫下植物細胞膜受到損傷而使其透性增加，細胞內物質外滲[2]。陳發(fā)河等[3]報道，甜椒(C a p s ic u m frutescens L.)在0～1℃貯藏，果肉細胞電解質大量外滲，膜透性增大。段學武等[4]認為，草菇(Volvaviella volvacea Sing.)冷害后細胞膜透性增加，大量的水分和內含物滲出胞外。林河通[5]和周龍[6]分別研究橄欖(Canarium album Raeusch.)和龍眼(Dimocarpus longan Lour)的低溫貯藏后認為冷害溫度下果實的膜透性提高，電解質滲漏增大，電解質滲漏在低溫下的變化可作為測定果實冷害程度的指標之一。茄子(Solanum melongena L.)[7]、黃瓜(Cucumis sativus L.)[8]、芒果(Mangifera indica L.)[9]、番茄(Lycopersicon esculentum Miller)[10]的研究也得以證明，冷害溫度下果實的電解質大量外滲，膜透性增大。Lieberman[11]在研究冷害溫度下甘薯(Ipomoea batatas Lam.)組織外滲液時發(fā)現(xiàn)，電導值的增大是由于K+外滲增加而引起的。甜瓜果實對溫度敏感，在低溫條件貯藏易發(fā)生冷害。冷害后甜瓜(Cucumis melo L.)果實離子外滲的種類、外滲率的大小及與細胞膜透性的相互關系未見文獻報道。

本實驗研究貯藏于低溫條件下甜瓜果實K+、Na+、Ca2+等離子外滲率的大小，以期能闡明甜瓜果實冷害后細胞膜受損情況和K+、Na+、Ca2+的外滲動態(tài)，為甜瓜果實的低溫貯藏提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

以“臺農2號”甜瓜果實為試驗材料，該品種早熟，果實為橢圓形或圓形，果皮乳白色，果面光滑或稍有網紋。隸屬于冬甜瓜變種(Cucumis melo L. var.inodorus)。供試果實于2004年12月30日采自甘肅省靖遠縣商業(yè)性甜瓜生產溫室，挑選大小一致、均為八成熟的果實采收并單瓜編號，裝入兩側開孔的甜瓜運輸專用紙板箱(12個/箱)于采摘當日運至蘭州冷藏。抵蘭州后分別貯藏在(2±0.5)、(5±0.5)、(8±0.5)℃ RXZ型智能人工氣候箱內。每個溫度3次重復，每次重復貯藏3箱，貯藏期為2 8 d。

三乙醇胺(分析純) 上海撫佳精細化工有限公司；NaOH(分析純) 天津大陸化學試劑廠；EDTA(化學純)上海南翔有限公司。

1.2 儀器與設備

DDS-12A型數(shù)字電導儀 上海大普儀器有限公司；6410型火焰分光光度計 上海分析儀器廠；RXZ型智能人工氣候箱 寧波東南儀器有限公司。

1.3 方法

果實貯藏期間，在80%甜瓜果實出現(xiàn)水浸斑、下陷斑和褐變時取樣進行甜瓜果實電導率和離子泄露的測定。

1.3.1 相對電導率測定

用直徑1cm的打孔器自甜瓜果實果皮外部打孔，取出后切成厚約3mm圓片，稱取5g，用蒸餾水洗凈破碎細胞外滲的汁液，置入100mL小燒杯中，加50mL蒸餾水，放入真空干燥器中抽氣1h使果肉圓片完全下沉，取出燒杯，室溫放置1h，其間晃動燒杯數(shù)次。用電導儀測其初始電導率(A)，然后將樣品管在100℃沸水浴中蒸煮15min，取出后在冷水浴中降溫，降至室溫后測其總電導率(B)。以相對電導率表示果肉細胞膜的相對透性。

1.3.2 離子外滲率測定

待測液的制備同電導率測定。每個樣品3個重復。Na+、K+含量使用分光光度計測定。Ca2+采用EDTA滴定法測定。吸取待測液20mL，放入150mL三角瓶中，用水稀釋至約50mL，加入1:1三乙醇胺2mL，搖勻，再加4mol/L NaOH 2mL，搖勻放置2min待Mg(OH)2沉淀后立即加入K-R指示劑0.1～0.2g，用0.01mol/L EDTA標準溶液滴定至紫紅色突變?yōu)樗{綠色。記錄所有EDTA的毫升數(shù)為V1。

式中：M為EDTA標準溶液的濃度；V1為EDTA溶液滴定Ca2+時消耗的體積。

2 結果與分析

2.1 溫度對甜瓜果實細胞膜透性的影響

在低溫貯藏過程中，甜瓜果實細胞膜透性隨貯藏溫度的降低和貯藏時間的延長逐漸增大(圖1)。甜瓜果實在2℃和5℃貯藏12d時，出現(xiàn)典型冷害癥狀——水浸斑，此時細胞膜透性分別為51.09%和48.08%，8℃貯藏的果實未發(fā)生冷害，細胞膜透性是45.32%，各處理之間差異極顯著(P＜0.01)。貯藏28d，2℃和5℃條件果實的細胞膜相對透性分別達71.73%和69.72%，較8℃貯藏果實的分別高出15.94%和13.94%，說明冷害低溫破壞了膜的完整性，加劇了細胞內離子的外滲，膜完整性損壞程度隨時間延長和溫度降低而加重。

圖1 不同溫度條件下白蘭瓜果實,細胞膜透性,Fig.1 Change of membrane permeability of ‘Honey Dew’muskmelon with time stored at different temperatures

2.2 溫度對甜瓜果實K+、Na+、Ca2+外滲的影響

圖2 不同溫度白蘭瓜果實K+、Na+、C,a2+外滲率Fig.2 Leakage of K+, Na+ and Ca2+ of ,Honey Dew muskmelon stored at different temperatures

如圖2所示，K+的外滲率隨著貯藏期的延長和溫度的降低而增加。2℃條件果實K+的外滲率最大，貯藏期末達到1.37%；8℃貯藏果實K+的外滲率最小，貯藏期末較2℃貯藏果實的低0.325%。在整個貯藏期Na+外滲率也表現(xiàn)為逐漸增大的趨勢，貯藏12d時，3個處理Na+外滲率變化平緩，隨后2℃貯藏果實Na+外滲率迅速增加，并超過5℃和8℃的，貯藏期末是0.67%，較8℃貯藏果實的高27.00%；在21d，5℃貯藏果實Na+外滲率急劇增加，28d時Na+外滲率較21d的高57.16%。如圖2所示，Ca2+的外滲率不隨溫度和時間延長出現(xiàn)規(guī)律的變化，且其外滲率極低；2℃、28d時的外滲率僅為K+的0.079%，Na+的0.162%。

2.3 細胞膜透性與K+、Na+、Ca2+外滲率的相關性

表1 不同溫度條件下甜瓜果實細胞膜透性與Na+、K+、Ca2+外滲率的相關性Table 1 Correlation of membrane permeability and the leakage ratio of Na+, K+ and Ca2+ at different temperatures

如表1所示，3種貯藏溫度下，細胞膜透性與K+和Na+的外滲率呈直線相關性，且隨K+的變化速率大于隨Na+的變化速率。Ca2+的外滲量與細胞膜透性的相關性較低。

3 討 論

生物膜是生物體的細胞及細胞器與環(huán)境間的一個界面結構，它既能接受和傳遞環(huán)境信息，又能對環(huán)境脅迫做出反應，同時生物膜在保持生物體的正常生理生化過程的穩(wěn)定性上具有重要意義[12]。冷敏感型植物冷害的第一反應被認為是膜物理相的改變[1-2]。植物體遭受冷害時，細胞膜膜脂的物理相從液晶相變?yōu)槟z相，膜脂上的脂肪酸鏈由無序排列變?yōu)橛行蚺帕校そY構的完整性遭到破壞，產生孔道和龜裂，從而使細胞膜選擇透過性機能降低，細胞內物質大量外滲，最終破壞細胞的正常代謝[1,13]。

本實驗結果表明，甜瓜果實遭受冷害后，其細胞膜透性增加，且溫度越低增加程度越大，表明對膜的傷害越嚴重。K+的外滲率隨溫度的降低而增大，這是由于溫度越低，細胞膜的完整性破壞越嚴重，進而加大了細胞內K+大量外滲。細胞膜透性的增大與K+的外滲率呈顯著正相關，在2℃和5℃條件相關系數(shù)分別為0.807和0.930。Lieberman[11]也認為冷害溫度下甘薯電導值得增大是由于K+外滲的增加而引起的。

本實驗中Na+外滲率隨貯藏時間的延長而增加，從21d開始貯藏溫度越低Na+外滲率越大，且Na+外滲率與細胞膜透性的增加呈現(xiàn)顯著正相關，在2℃和5℃條件下相關系數(shù)分別為0.835和0.802。這與Lieberman[11]在甘薯上的結果不一致，Lieberman[11]認為在甘薯的冷害組織和非冷害組織Na+外滲量是一樣的。這種結果上的差異可能與試驗材料不同有關。2℃ 28d時外滲率僅為K+的0.079%。在結冰傷害后的洋蔥表皮細胞上，Plata[14]測得Ca2+的外滲量僅為K+量的0.1%，可以進一步認為，冷害或凍害對細胞造成傷害后，Ca2+的外滲率極低。且本實驗中Ca2+的外滲率不隨貯藏溫度和時間發(fā)生規(guī)律性變化。

以生物膜結構功能的變化來研究植物抗冷機理研究正處于快速發(fā)展階段，目前的研究已經證明了生物膜結構和膜結合酶活力與抗冷性有關，ATPase是一種轉運細胞膜內外多種離子(K+、Na+、Ca2+等)的酶，一般位于細胞膜上，被稱為膜結合功能性蛋白質。質膜上的ATP酶的失活，可能是低溫傷害的原初反應部位[12]。Plata[14]認為質膜上的ATP酶的主動運輸功能的喪失，可能是造成K+外滲的主要原因。

因此，在甜瓜貯藏中宜從如何提高或維持細胞膜物理相的穩(wěn)定為出發(fā)點，合理采用間歇升溫、氣調貯藏、熱處理等采后處理措施，增加果實的抗逆性，延長保鮮期。限于本實驗僅研究細胞膜透性和K+、Na+和Ca2+的外滲率相關性，其他一些離子(Mg2+、Al3+等)在冷害發(fā)生時外滲率如何變化以及與細胞膜透性的關系尚有待于進一步的研究。

4 結 論

4.1 甜瓜果實在2℃和5℃貯藏條件下發(fā)生冷害，其細胞膜透性增加，且溫度越低增加越大，表明對膜的傷害越嚴重。

4.2 K+的外滲率隨溫度的降低和貯藏時間的延長增大；Na+外滲率隨貯藏時間的延長而增加，21d后貯藏溫度越低Na+外滲率越大；Ca2+的外滲率極低，且溫度和貯藏時間對其影響不大。

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Ions Leakage of‘ Honey Dew’Muskmelon during Cold Storage

LIU Fang1,2，CHEN Nian-lai2,*， ZHANG Yu-xin2
(1. College of Chemistry and Life Science, Leshan Normal University, Leshan 614004, China；
2. College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

Membrane permeability, leakage of K+, Na+and Ca2+of‘Honey Dew’muskmelon stored at different temperatures were investigated. Results indicated that low temperature storage promoted membrane permeability. The leakage of K+increased with the decrease of temperature, and the leakage of Na+increased with the increase of storage time and the decrease of temperature after 21d. The leakage amount of Ca2+was at a low level, and not affected by storage temperature or time.

chilling injury；ions leakage；K+；Na+；Ca2+

S609.3；TS255.4

A

1002-6630(2011)10-0271-03

2010-06-28

澳大利亞國際農業(yè)研究中心項目(PHT/1998/152)

劉芳(1978—)，女，講師，碩士，研究方向為植物貯藏生理。E-mail：liufang9028@163.com

*通信作者：陳年來(1962—)，男，教授，博士，研究方向為植物生理。E-mail：chennl@gsau.edu.cn