安瑞麗,王 斌,魏長(zhǎng)慶,杜紅鳳,唐鳳仙*,單春會(huì)*
伽師瓜屬葫蘆科(Cutrbitaceae)黃瓜屬(Cuccmis C.)瓜亞屬(Melo Jeffrey)[1],是哈密瓜的一種。伽師瓜因其肉厚質(zhì)細(xì)、味甘可口、色澤美麗誘人,深受消費(fèi)者喜愛(ài),是新疆南部地區(qū)的主栽品種。但由于其上市時(shí)間集中,采收季節(jié)溫度較高,導(dǎo)致伽師瓜品質(zhì)劣變迅速,腐爛嚴(yán)重,給采后貯運(yùn)造成巨大的損失[2]。
低溫貯藏是果蔬貯藏保鮮應(yīng)用最普遍又最為有效的方法[3]。低溫雖能顯著抑制伽師瓜采后劣變,但伽師瓜對(duì)低溫敏感,易發(fā)生冷害。Fogelman[4]和王靜[5]等發(fā)現(xiàn)貯藏前熱處理可以提高哈密瓜的耐冷性。Lim等[6]發(fā)現(xiàn)不同采收期的網(wǎng)紋哈密瓜在低溫貯藏期間發(fā)生冷害的情況不同,夏季采收的哈密瓜更容易發(fā)生冷害,溫度越低,冷害越嚴(yán)重。張婷等[7]研究發(fā)現(xiàn),逐步降溫處理能有效延緩及控制‘86-1’哈密瓜果實(shí)采后冷害的發(fā)生,使其保持較好的品質(zhì)。伽師瓜冷害主要表現(xiàn)為果實(shí)表面出現(xiàn)凹凸不平的淺褐色小斑點(diǎn),隨著冷害的加重,小斑點(diǎn)逐漸增大,顏色變深且下陷,進(jìn)而誘發(fā)腐爛[8]。因此研究伽師瓜果實(shí)采后冷害控制技術(shù),延長(zhǎng)伽師瓜保鮮期,已成為當(dāng)前伽師瓜產(chǎn)業(yè)亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。
目前,對(duì)伽師瓜采后貯運(yùn)的研究主要集中在考察不同貯藏期[9]、不同溫度[10]和過(guò)氧化氫處理[11]對(duì)其品質(zhì)和貯藏效果的影響[12],包括硬度、腐爛率和褐變指數(shù)等方面的理化指標(biāo)變化,但針對(duì)伽師瓜采后低溫貯藏過(guò)程中冷害相關(guān)的酶學(xué)特性研究報(bào)道較少。研究表明,果實(shí)中脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)、脂肪酸去飽和酶(fatty acid desaturases,F(xiàn)ADs)和三磷酸腺苷酶(adenosine triphosphatase,ATPase)在細(xì)胞膜的完整性和流動(dòng)性方面起著重要的作用,而冷害發(fā)生的初始位置就是細(xì)胞膜,但在伽師瓜冷害方面關(guān)于這3 種酶的報(bào)道幾乎沒(méi)有。
因此本實(shí)驗(yàn)以新疆伽師瓜為研究對(duì)象,探討不同貯藏溫度對(duì)果實(shí)的冷害、品質(zhì)指標(biāo)及相關(guān)酶活力的影響,為新疆哈密瓜果實(shí)貯運(yùn)保鮮提供理論依據(jù)。
供試哈密瓜品種為伽師瓜,產(chǎn)自新疆石河子121團(tuán)農(nóng)場(chǎng),采摘成熟度為八成熟,可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在11%左右。
酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)試劑盒 泉州市科諾迪生物科技有限公司。
TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro Systems公司;DDS-307電導(dǎo)率儀 上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司;Multifuge X1R高速冷凍離心機(jī) 賽默飛世爾科技(中國(guó))有限公司;多功能酶標(biāo)儀 美國(guó)伯騰儀器有限公司。
1.3.1 樣品處理與收集
大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為中晚熟哈密瓜發(fā)生冷害的溫度低于3 ℃,伽師瓜屬于哈密瓜的一種,因此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)溫度分別為21.0(對(duì)照組)、3.0 ℃和0.5 ℃。選擇大小均勻、無(wú)病蟲(chóng)害和機(jī)械損傷的伽師瓜,分別放置在3 個(gè)不同溫度的冷庫(kù)中,相對(duì)濕度控制在75%~85%之間。每個(gè)溫度放置41 個(gè)瓜,其中20 個(gè)瓜用作理化指標(biāo)(腐爛率、質(zhì)量損失率和冷害指數(shù))檢測(cè),每次測(cè)完放回原處;另外的21 個(gè)瓜,用于測(cè)定其他指標(biāo)。所有指標(biāo)測(cè)定均是每6 d取一次樣,每次取3 個(gè)瓜作為平行,樣品迅速放入液氮中速凍并轉(zhuǎn)移至-80 ℃冰箱中,備用。
1.3.2 腐爛率的測(cè)定
腐爛率按照公式(1)進(jìn)行計(jì)算。
1.3.3 質(zhì)量損失率的測(cè)定
采用稱質(zhì)量法測(cè)定質(zhì)量損失率。果實(shí)質(zhì)量損失率計(jì)算公式如式(2)所示。
式中:m1表示初始質(zhì)量/g;m2表示所測(cè)時(shí)間點(diǎn)的質(zhì)量/g。
1.3.4 冷害指數(shù)的測(cè)定
伽師瓜果實(shí)的冷害癥狀包括表皮出現(xiàn)小斑點(diǎn),凹陷、褐變[13]。果實(shí)冷害指數(shù)(chilling injury index,CII)按果實(shí)表面的凹陷及斑點(diǎn)面積大小分級(jí)。根據(jù)Meng Xianghong等[14]的方法測(cè)定,略有改動(dòng)。使用以下標(biāo)準(zhǔn)分級(jí),0級(jí):未出現(xiàn)冷害癥狀;1級(jí):冷害面積小于等于25%;2級(jí):冷害面積在25%~50%之間;3級(jí):冷害面積在50%~75%之間;4級(jí):冷害面積大于等于75%。計(jì)算公式如式(3)所示。
式中:n為最高冷害級(jí)數(shù);N為果實(shí)總個(gè)數(shù)。
1.3.5 硬度的測(cè)定
參考徐偉欣[15]的方法略作修改。將伽師瓜縱切取其中一半,再橫切成薄片狀,厚度約為1.5 cm,然后用1.6 cm直徑的打孔器進(jìn)行打孔,之后修飾成厚度約為1 cm的圓柱體,用質(zhì)構(gòu)儀在穿刺模式下測(cè)定其硬度,每個(gè)瓜設(shè)5 個(gè)重復(fù),求平均值。
1.3.6 相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定
參照陳娟等[16]的方法略有改動(dòng)。用直徑8 mm的打孔器對(duì)準(zhǔn)健康伽師瓜果實(shí)中間的位置打孔,取約3 mm厚的薄片2 g,用濾紙吸取多余的水分后放入燒杯中,加入40 mL蒸餾水,在20~25 ℃恒溫下放置30 min后,測(cè)電導(dǎo)率(P1)。然后煮沸15 min,冷卻至室溫,測(cè)其電導(dǎo)率(P2)。重復(fù)測(cè)定3 次,取平均值。計(jì)算公式如式(4)所示。
1.3.7 FADs、LOX、ATPase活力的測(cè)定
FADs、LOX、ATPase活力的測(cè)定方法參考文獻(xiàn)[17-19],均采用ELISA試劑盒進(jìn)行測(cè)定。
利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),Origin 8.5軟件作圖,SPSS 17.0軟件的方差分析法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn),P<0.05表示差異顯著。
圖1 不同貯藏溫度對(duì)伽師瓜腐爛率的影響Fig. 1 Effects of different storage temperatures on decay incidence in Jiashi melon
對(duì)不同溫度下20 個(gè)伽師瓜中腐爛的伽師瓜進(jìn)行計(jì)數(shù),求得腐爛率。如圖1所示,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),伽師瓜腐爛率呈上升趨勢(shì)。在0~12 d,只有對(duì)照組伽師瓜出現(xiàn)輕微的腐爛,直至第24天,3.0 ℃貯藏的伽師瓜出現(xiàn)輕微腐爛,整個(gè)貯藏過(guò)程中0.5 ℃伽師瓜未發(fā)生腐爛。尤其是貯藏后期伽師瓜腐爛速率加快,與對(duì)照組相比,0.5 ℃和3.0 ℃處理組伽師瓜的腐爛率相對(duì)較低。腐爛率直接反映果蔬在低溫貯藏條件下的保鮮效果。3.0 ℃處理組和對(duì)照組的伽師瓜在貯藏后期腐爛率上升,可能是由于溫度較高時(shí)伽師瓜代謝旺盛引起的,而0.5 ℃有效地抑制了伽師瓜新陳代謝過(guò)程。
圖2 不同貯藏溫度對(duì)伽師瓜質(zhì)量損失率的影響Fig. 2 Effects of different storage temperatures on weight loss percentage in Jiashi melon
如圖2所示,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),伽師瓜質(zhì)量損失率呈上升趨勢(shì)。0.5 ℃和3.0 ℃貯藏的伽師瓜質(zhì)量損失率緩慢上升,后期基本保持在6%左右,而對(duì)照組質(zhì)量損失率迅速增加,最終達(dá)到12.86%,兩個(gè)低溫處理組與對(duì)照組之間存在顯著性差異(P<0.05)。研究表明,水分損失是果實(shí)冷害發(fā)生的先兆,減少果實(shí)水分損失會(huì)減少冷害的發(fā)生[20]。21.0 ℃貯藏時(shí)伽師瓜質(zhì)量損失率迅速上升可能是因?yàn)楦邷貢r(shí)果實(shí)呼吸作用較強(qiáng),質(zhì)量損耗較快所致。
圖3 不同貯藏溫度對(duì)伽師瓜果實(shí)冷害指數(shù)的影響Fig. 3 Effects of different storage temperatures on chilling injury index in Jiashi melon
冷害指數(shù)能直觀地反映伽師瓜冷害程度大小[21]。根據(jù)果實(shí)表面凹陷和出現(xiàn)斑點(diǎn)的面積對(duì)其冷害程度進(jìn)行分級(jí),計(jì)算冷害指數(shù)。如圖3所示,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),伽師瓜冷害指數(shù)呈上升趨勢(shì),可能是因?yàn)楣叩睦浜Τ潭仍跍囟扰c時(shí)間上具有累積效應(yīng)。貯藏初期,伽師瓜基本沒(méi)有出現(xiàn)冷害,冷害指數(shù)無(wú)明顯變化。在第12天之后,果實(shí)表面出現(xiàn)凹凸不平的淺褐色小斑點(diǎn),冷害指數(shù)均快速上升,明顯高于對(duì)照組,這與張婷等[8]報(bào)道的結(jié)果基本一致。兩個(gè)處理組與對(duì)照組相比,差異顯著(P<0.05),而0.5 ℃與3.0 ℃貯藏的伽師瓜相比,冷害指數(shù)明顯較低,可能是因?yàn)?.5 ℃更利于伽師瓜的貯藏。對(duì)照組的伽師瓜沒(méi)有出現(xiàn)冷害,但果實(shí)質(zhì)量損失率較大,腐爛嚴(yán)重。
圖4 不同貯藏溫度對(duì)伽師瓜果實(shí)硬度的影響Fig. 4 Effects of different storage temperatures on hardness of Jiashi melon
如圖4所示,伽師瓜在貯藏前硬度最高,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),硬度不斷下降。這是由于果膠物質(zhì)在貯藏過(guò)程中不斷被果膠酶水解造成的。果膠酶活力越低,果膠物質(zhì)水解速率越慢,果實(shí)軟化速率也越慢[22]。在整個(gè)貯藏過(guò)程中,0.5 ℃貯藏的伽師瓜硬度下降較為平緩,3.0 ℃貯藏下降較快,從貯藏前152.75 g下降至貯藏結(jié)束時(shí)的123.49 g,下降了19.16%,且0.5 ℃處理組伽師瓜果實(shí)的硬度在貯藏過(guò)程中始終高于3.0 ℃處理組;可能是因?yàn)橘煿显?.0 ℃時(shí)發(fā)生的冷害更嚴(yán)重,水分散失較多,所以硬度較低。而對(duì)照組前期硬度下降平緩,后期下降較快,可能與貯藏后期果實(shí)腐爛有關(guān)。差異顯著性分析結(jié)果表明,不同貯藏溫度下伽師瓜果實(shí)硬度存在顯著性差異(P<0.05)。
圖5 不同貯藏溫度對(duì)伽師瓜果實(shí)相對(duì)電導(dǎo)率的影響Fig. 5 Effects of different storage temperatures on relative conductivity of Jiashi melon
如圖5所示,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),伽師瓜相對(duì)電導(dǎo)率呈上升趨勢(shì)。0~12 d,冷害現(xiàn)象不明顯,0.5 ℃和3.0 ℃貯藏的伽師瓜的相對(duì)電導(dǎo)率基本保持在70%左右,貯藏18 d后,兩組的相對(duì)電導(dǎo)率逐漸增大;可能是因?yàn)槔涿舾行椭参镌诘蜏孛{迫下易發(fā)生冷害,導(dǎo)致細(xì)胞膜發(fā)生相變,膜通透性增大,大量離子發(fā)生滲漏,從而使相對(duì)電導(dǎo)率增大[23]。3.0 ℃貯藏條件下伽師瓜的相對(duì)電導(dǎo)率高于0.5 ℃,可能是因?yàn)?.5 ℃處理組出現(xiàn)冷害的時(shí)間較晚,且沒(méi)有3.0 ℃處理組伽師瓜的嚴(yán)重。對(duì)照組伽師瓜的相對(duì)電導(dǎo)率在后期上升可能是因?yàn)槠湓诤笃诟癄€加重,衰老加速,細(xì)胞膜受損嚴(yán)重。
圖6 不同貯藏溫度對(duì)伽師瓜果實(shí)FADs活力的影響Fig. 6 Effects of different storage temperatures on FADs activity of Jiashi melon
如圖6所示,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),伽師瓜中FADs活力呈先上升后下降的趨勢(shì)。貯藏前期,冷害現(xiàn)象不明顯,伽師瓜果實(shí)FADs活力變化較小。貯藏至18 d,果實(shí)中FADs活力達(dá)到峰值,0.5 ℃處理組伽師瓜果實(shí)的FADs活力高于3.0 ℃處理組,與前面0.5 ℃處理組果實(shí)的冷害指數(shù)低于3.0 ℃的剛好相反。因?yàn)镕ADs催化不飽和脂肪酸的生物合成,影響植物生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程,參與生物和非生物脅迫,是參與細(xì)胞適應(yīng)冷應(yīng)激的關(guān)鍵酶,F(xiàn)ADs活力越高,果蔬耐冷性越強(qiáng),相對(duì)應(yīng)的冷害指數(shù)越低[24]。
圖7 不同貯藏溫度對(duì)伽師瓜果實(shí)LOX活力的影響Fig. 7 Effects of different storage temperatures on LOX activity of Jiashi melon
如圖7所示,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),伽師瓜中LOX活力總體呈上升趨勢(shì)。貯藏前期,低溫可以延緩果實(shí)衰老,LOX活力相對(duì)較低。貯藏后期,冷害加重,膜脂過(guò)氧化加劇,細(xì)胞膜受損嚴(yán)重,導(dǎo)致0.5 ℃和3.0 ℃貯藏的伽師瓜果實(shí)的LOX活力大幅度增加,且0.5 ℃處理組伽師瓜果實(shí)的LOX活力低于3.0 ℃,差異顯著(P<0.05)??赡苁且?yàn)長(zhǎng)OX活力的高低反映了果蔬在冷脅迫下膜脂過(guò)氧化程度,LOX活力越高,膜脂過(guò)氧化程度越嚴(yán)重,果實(shí)細(xì)胞膜透性越大,冷害越嚴(yán)重[25]。貯藏后期,對(duì)照組伽師瓜果實(shí)的LOX活力高于其他兩個(gè)處理組,是因?yàn)槌叵鹿麑?shí)質(zhì)量損失較多,軟化衰老較快,導(dǎo)致細(xì)胞膜受損,故LOX活力較高。
圖8 不同貯藏溫度對(duì)伽師瓜果實(shí)ATPase活力的影響Fig. 8 Effects of different storage temperatures on ATPase activity of Jiashi melon
如圖8所示,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),伽師瓜中ATPase活力呈先上升后下降趨勢(shì)。在0~12 d,伽師瓜果實(shí)出現(xiàn)輕微的冷害,ATPase活力變化較小。12~30 d,ATPase活力隨著低溫?fù)p傷的加重而逐漸上升,第30天,伽師瓜果實(shí)ATPase活力達(dá)到峰值,其中0.5 ℃處理組ATPase活力最高,3.0 ℃處理組次之,對(duì)照組最低,分別為90.82、83.91、76.60 U/mL。貯藏后期,與對(duì)照組相比,其他兩組伽師瓜果實(shí)的ATPase活力明顯較高,0.5 ℃處理組較3.0 ℃處理組的ATPase活力高,差異顯著(P<0.05)??赡苁且?yàn)榈蜏刭A藏期間為維持呼吸等代謝活力ATP的消耗增大,使得ATPase活力增強(qiáng),后期ATPase活力下降是因?yàn)殡S著果實(shí)貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),后熟衰老使得ATP的合成減少,所以ATPase活力也降低。
果蔬通過(guò)低溫貯藏降低呼吸速率和抑制真菌的生長(zhǎng)來(lái)延長(zhǎng)采后貯藏期,保持其品質(zhì)。但熱帶和亞熱帶果蔬對(duì)低溫敏感,易發(fā)生冷害,對(duì)果蔬產(chǎn)生不良影響,如不正常的軟化、凹陷和褐變,本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果與上述報(bào)道基本一致。此外,隨著低溫貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),冷害程度進(jìn)一步加劇,使得果蔬品質(zhì)下降。本實(shí)驗(yàn)中,0.5 ℃和3.0 ℃貯藏的伽師瓜與對(duì)照組相比,品質(zhì)保持得較好,冷害指數(shù)和相對(duì)電導(dǎo)率明顯低于對(duì)照組,但0.5 ℃條件下貯藏的伽師瓜品質(zhì)更好。說(shuō)明低溫可以有效地延長(zhǎng)伽師瓜的貯藏期。
相關(guān)研究表明,果實(shí)發(fā)生冷害主要與細(xì)胞膜的完整性和流動(dòng)性密切相關(guān)。當(dāng)果蔬處于冷脅迫下時(shí),除果蔬體內(nèi)存在的抗氧化酶防御體系發(fā)揮作用外,還有一些酶通過(guò)改變其活力大小來(lái)提高果蔬的抗寒性,如FADs、LOX和ATPase。冷害使植物細(xì)胞膜由液晶相過(guò)渡到凝膠相,細(xì)胞膜的流動(dòng)性降低,離子滲漏,最終使得細(xì)胞死亡,發(fā)生冷害[26]。不飽和脂肪酸在調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性使植物適應(yīng)不同的逆境條件方面起著重要的作用,而FADs是不飽和脂肪酸合成途徑的關(guān)鍵酶,是一組負(fù)責(zé)增加膜不飽和度的酶。植物應(yīng)對(duì)低溫時(shí),F(xiàn)ADs活力增強(qiáng);不飽和度越高,植物抗寒性越強(qiáng)[27];也有相關(guān)證據(jù)表明FADs是通過(guò)調(diào)節(jié)不飽和脂肪酸水平來(lái)增大細(xì)胞膜的流動(dòng)性,從而提高植物的耐冷性[28];因此,F(xiàn)ADs活力越高,果蔬抗寒性越高。本研究中,貯藏后期0.5 ℃處理組伽師瓜果實(shí)的FADs活力始終高于3.0 ℃處理組,且貯藏末期低溫處理組好果率明顯高于對(duì)照組。
LOX作為脂氧合酶生物合成路徑的第一個(gè)酶,在植物發(fā)育的不同階段有調(diào)控功能[29],其與果蔬細(xì)胞脂質(zhì)過(guò)氧化、后熟衰老過(guò)程的啟動(dòng)和逆境脅迫信號(hào)的產(chǎn)生和識(shí)別有密切關(guān)系[30],其代謝產(chǎn)物中的活性氧和氧自由基對(duì)細(xì)胞膜有破壞作用[31]。伽師瓜果實(shí)在貯藏后期LOX活力大幅度增加,此時(shí)也是果實(shí)的快速衰老期,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),逐漸達(dá)到峰值,說(shuō)明此酶與果蔬軟化衰老的啟動(dòng)有關(guān),而冷害是衰老的一種體現(xiàn)。剛采收的伽師瓜果實(shí)LOX活力較高,這可能與采收時(shí)的氣溫有關(guān),隨果溫的下降,酶活力降低。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),對(duì)照組伽師瓜果實(shí)進(jìn)入快速軟化衰老階段,LOX活力逐漸增大。而0.5 ℃和3.0 ℃貯藏的伽師瓜因?yàn)槔浜Φ募又?,LOX活力隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大,且0.5 ℃伽師瓜果實(shí)LOX活力始終低于其他兩組;說(shuō)明低溫處理可以有效抑制LOX活力,延緩果實(shí)衰老,延長(zhǎng)貯藏期[32]。
相關(guān)研究表明,高水平的三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)和能量消耗有利于維持膜的完整性,進(jìn)而提高芒果果實(shí)在低溫冷藏期間的耐冷性[33]。并且提高與能量相關(guān)的代謝酶(包括ATPase、琥珀酸脫氫酶、細(xì)胞色素c氧化酶)的活力,使得ATP含量增高,降低了山竹發(fā)生冷害的幾率[34]。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),冷害加劇,ATPase活力整體呈先上升后下降的趨勢(shì)。貯藏后期,與對(duì)照組相比,低溫處理組ATPase活力更高,尤其是0.5 ℃處理組,其保持了較好的品質(zhì)。由此可推測(cè)低溫貯藏期間果實(shí)為維持呼吸等代謝活動(dòng)大量消耗ATP,ATPase活力顯著增強(qiáng),活力增強(qiáng)幅度與溫度有關(guān),溫度越低增幅越大;說(shuō)明果蔬在低溫脅迫下通過(guò)提高ATPase活力增強(qiáng)對(duì)逆境的抗性,從而延緩果蔬的衰老,延長(zhǎng)貯藏期,這與王艷娜[35]和Kawamura[36]等的研究結(jié)果一致。因此保持較高水平的代謝酶活力去提供充足的能量是冷脅迫下細(xì)胞存活的關(guān)鍵。
綜上所述,低溫貯藏可以緩解伽師瓜果實(shí)的衰老速率,使其保持較好的好果率,延長(zhǎng)其貯藏期,根據(jù)酶活力的變化,推測(cè)FADS、ATPase和LOX的活力變化可能與伽師瓜抗寒性相關(guān)。
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