醋酸對(duì)草莓果實(shí)成熟影響及其生理機(jī)制

陸藝飛，沈元月

(農(nóng)業(yè)應(yīng)用新技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/北京農(nóng)學(xué)院 植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 102206)

根據(jù)成熟期間呼吸強(qiáng)度和乙烯高峰的有無，肉質(zhì)果實(shí)的成熟可分為呼吸躍變型和非呼吸躍變型。呼吸躍變型果實(shí)的成熟已確定受乙烯(Ethylene, Eth)的嚴(yán)格調(diào)控[1]。以草莓果實(shí)為試驗(yàn)材料，非呼吸躍變型果實(shí)的成熟受多種激素的調(diào)控，涉及了脫落酸(Abscisic acid, ABA)[2]、油菜素內(nèi)脂(Brassinosteroids, BR)[3]、茉莉酸(Jasmonic acid, JA)[4]、乙烯[5]、吲哚乙酸(Indole-3-acetic acid, IAA)[6]、赤霉素(gibberellin, GA)[7]和多胺(Polyamines, PAs)[8]。 因此，非呼吸躍變型果實(shí)成熟調(diào)控的生理機(jī)制十分復(fù)雜[9]。

草莓已成為研究非呼吸躍變型果實(shí)成熟的模式材料[2]。草莓果實(shí)成熟期間發(fā)生了一系列復(fù)雜的生理變化，主要表現(xiàn)在糖含量不斷增加、果肉變軟、花色苷含量上升和酸度降低[2, 3]。值得關(guān)注的是，果實(shí)中的蔗糖，不僅作為一種營養(yǎng)物質(zhì)，而且還作為一種信號(hào)物質(zhì)參與草莓的果實(shí)成熟調(diào)控[2, 10]。草莓果實(shí)中的酸主要為有機(jī)酸[11]。在草莓果實(shí)成熟過程中，顏色發(fā)生了從綠果-白果-紅果的轉(zhuǎn)變；隨著果實(shí)膨大退綠，果實(shí)pH值逐漸降低，至白果降到低谷；此后隨著果實(shí)著色逐漸增加，至全紅達(dá)到峰值[3]。因此，推測(cè)，有機(jī)酸可能與草莓果實(shí)的成熟有一定的關(guān)系?？紤]到食品安全，本試驗(yàn)選擇醋酸處理果實(shí)，以研究其對(duì)草莓果實(shí)成熟的影響，最終為非呼吸躍變型果實(shí)成熟調(diào)控的機(jī)制及開發(fā)調(diào)控技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

草莓品種為‘甜查理’(Fragaria×ananassaDuch)，取自北京市昌平區(qū)北京農(nóng)學(xué)院東大地盆栽草莓，草莓生長(zhǎng)狀況良好。根據(jù)報(bào)道[9]，將草莓果實(shí)發(fā)育期劃分為7個(gè)時(shí)期：小綠(花后7 d)、大綠(花后14 d)、淺綠(花后19 d)、純白(花后23 d)、始紅(花后25 d)、片紅(花后27 d)、全紅(花后30 d)。每時(shí)期分別取發(fā)育一致的果實(shí)12個(gè)，液氮速凍并超低溫冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 處理方法

用0.5%醋酸噴施處理草莓植株上的大綠果實(shí)，每隔1 d 噴1次，共處理4次，以清水為對(duì)照。每組處理分別隨機(jī)選取生長(zhǎng)健壯、發(fā)育一致的果實(shí)6個(gè)(n= 6)，設(shè)3次重復(fù)。

1.3 果實(shí)pH值分析

從-80 ℃冰箱中取出果肉，混合研磨后取0.5 g，加入10 mL去離子水，勻漿后轉(zhuǎn)入50 mL 三角瓶并室溫條件下放置2 h。通過pH計(jì)DELTA 320測(cè)pH 值。每次取3個(gè)果實(shí)的果肉， 3次重復(fù)。

1.4 激素分析

從-80 ℃冰箱中取出果肉，混合研磨后取0.5 g。樣品送中國農(nóng)業(yè)大學(xué), 用酶聯(lián)免疫法分別測(cè)定果實(shí)中的ABA、IAA、IPA(Indole-3-propionic Acid，吲哚丙酸)、ZR(zeatin nucleoside，玉米素)、BR含量、GA3/GA4、Me-JA的含量。每次取3個(gè)果，3次重復(fù)。

采用 Excel 2016 和 SPSS 16.0 軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)用Duncan氏新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 果實(shí)草莓果實(shí)發(fā)育過程中pH值得變化

將草莓果實(shí)7個(gè)時(shí)期 (圖1)發(fā)育過程中pH值分析表明，從小綠果到白果期pH值逐漸降低，至白果期降到最低；此后，從白果到全紅期逐漸升高，至成熟期達(dá)到最高。這些結(jié)果表明，pH值與果實(shí)的成熟存在密切的關(guān)系。

SG：小綠；LG：大綠；DG：淺綠；Wt：純白；IR：始紅；PR：片紅；FR：全紅圖1 草莓果實(shí)發(fā)育期間pH變化趨勢(shì)SG: Small green; LG: Large green; DG: de-green; Wt: White; IR: Initial red; PR: Partial red; FR: full redFig.1 Changes of pH values in strawberry fruit

2.2 醋酸處理對(duì)草莓果實(shí)成熟的影響

圖2為0.5%醋酸溶液處理草莓大綠果的效果。結(jié)果表明，處理后17 d，對(duì)照水處理的果實(shí)全部成熟，顏色深紅；而醋酸處理的果實(shí)還處于片紅期，可延遲草莓果實(shí)4 d成熟。表明醋酸處理可抑制草莓果實(shí)的成熟。

圖2 醋酸處理對(duì)草莓果實(shí)成熟的影響Fig.2 Effects of exogenous acetic acid on strawberry fruit ripening.

2.3 醋酸處理對(duì)果實(shí)中內(nèi)源激素水平影響分析

圖3 為處理果實(shí)中內(nèi)源激素水平的分析，其中包括生長(zhǎng)素類IAA和IPA、赤霉素類GA3和GA4、細(xì)胞分裂素ZR、茉莉酸甲酯MeJA、脫落酸ABA和油菜素內(nèi)酯BR。從圖3可以看出，醋酸處理后的成熟果實(shí)/片紅中各激素含量(ng/g FW)分別為23.03/49.65 (IAA)、4.21/6.61 (IPA)、5.47/5.65 (GA3)、4.31/5.40 (GA4)、6.32/10.44 (ZR)、13.79/16.65 (MeJA)、25.40/83.29 (ABA)和2.69/2.98 (BR)，依次增加了227.82% (ABA)、115.50% (IAA)、64.97% (ZR)、56.91% (IPA)、25.18% (GA4)、20.74% (MeJA)、10.57% (BR)和3.34% (GA3)。同對(duì)照相比，除了GA3差異不顯著外，其余激素變化差異顯著。含量及增長(zhǎng)率最高的為ABA，其次是IAA。以上結(jié)果表明，醋酸處理能顯著促進(jìn)激素的積累，尤其ABA和IAA。

結(jié)果值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n = 3)，*P<0.05圖3 醋酸處理對(duì)果實(shí)中內(nèi)源激素水平影響分析Each data represents the mean ± SE (n = 3), *P<0.05Fig.3 Effects of acetic acid treatment on the contents of endogenous hormones in strawberry fruit

3 討 論

呼吸躍變型果實(shí)的成熟主要受乙烯調(diào)控[1]，而非呼吸躍變型果實(shí)成熟調(diào)控受多種激素的調(diào)控[9]。草莓已成為研究非呼吸躍變型果實(shí)成熟的模式材料[2]。本研究發(fā)現(xiàn)，醋酸處理不僅抑制草莓果實(shí)的成熟(圖2)，而且顯著促進(jìn)了多種激素的積累，如IAA、IPA、GA4、ZR、MeJA、ABA和BR，尤其ABA和IAA成倍數(shù)增加(圖3)，暗示了二者是草莓果實(shí)成熟的主導(dǎo)激素。

早期的研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)育中草莓果實(shí)IAA合成主要在種子，隨著果實(shí)的成熟而逐漸降低；因此除去種子能促進(jìn)草莓果實(shí)的成熟，而外施IAA則抑制成熟，證明了果實(shí)發(fā)育后期逐漸降低的IAA有利于成熟，而高水平的IAA則抑制成熟[12, 13]。在另一非呼吸躍變型葡萄果實(shí)中，施用生長(zhǎng)素類物質(zhì)BTOA (benzothiazole-2- oxyacetic acid) 顯著抑制果實(shí)的成熟并同時(shí)促進(jìn)了ABA的積累[14]。在草莓上也研究發(fā)現(xiàn)，ABA及ABA促釋放劑二甲基亞砜都加速草莓果實(shí)的成熟，而ABA合成抑制劑氟啶酮(fluridone)抑制了果實(shí)的成熟[9]。此后一系列分子生物學(xué)證據(jù)進(jìn)一步證實(shí)了ABA是調(diào)控草莓果實(shí)成熟的關(guān)鍵激素[2, 3]。研究發(fā)現(xiàn)，醋酸處理不僅促進(jìn)草莓果實(shí)中ABA的積累，而且同時(shí)促進(jìn)了IAA的積累(圖3)。所以推測(cè)，醋酸處理抑制草莓果實(shí)的成熟可能與促進(jìn)高水平IAA積累密切相關(guān)，而高水平的ABA可能是反饋調(diào)控所致；或者認(rèn)為，IAA/ABA比值是草莓果實(shí)成熟的關(guān)鍵因素。另外，本試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)了GA4、ZR、MeJA和BR參與草莓果實(shí)的成熟調(diào)控(圖3)。這一結(jié)果與以前的報(bào)道一致[3,4, 7]。

總之，本研究通過醋酸處理草莓果實(shí)試驗(yàn)，不僅證實(shí)了醋酸顯著抑制果實(shí)的成熟，而且進(jìn)一步證實(shí)了IAA和ABA是草莓果實(shí)成熟的關(guān)鍵調(diào)控激素，同時(shí)也為開發(fā)果實(shí)成熟調(diào)控技術(shù)提供新的思路。