外源乙烯利處理對草莓果實成熟與品質的影響

于建強， 陳 悅， 李成奎， 紀方炎， 殷瑜佳， 高紅勝， 生利霞

(1.揚州大學園藝與植物保護學院，江蘇揚州 225009； 2.山東省臨沂市園林環(huán)衛(wèi)保障服務中心，山東臨沂 276000)

草莓(Fragaria×ananassaDuch.)是多年生草本植物(屬于薔薇科草莓屬)，具有果美味甜、芬芳馥郁、營養(yǎng)價值高的特點，是深受消費者喜愛的高經濟價值水果。成熟期的草莓果實大多柔軟，不耐貯運[1]，易形成集中上市，給生產者造成很大的運輸和銷售壓力，如何控制果實成熟期是影響草莓價格的重要因素。在保證果實品質的前提下，通過有效調節(jié)草莓上市時間，可獲得更高的經濟效益，因此，調控草莓果實的成熟期顯得尤為重要。

果實按照成熟機制的不同，通常被分為躍變型以及非躍變型。躍變型果實在成熟過程中通常有呼吸強度的劇烈變化，伴隨著乙烯含量的顯著增加，進一步促進果實的成熟；而非躍變型果實通常在成熟過程中呼吸強度沒有明顯變化，乙烯含量增加不顯著。草莓果實屬于后者，在成熟過程中草莓中的乙烯釋放水平改變不顯著，這為研究非躍變型果實相關發(fā)育機制提供了參考。

草莓果實的發(fā)育和成熟受外界環(huán)境條件如溫度、光照等因素的影響，同時也被內部的植物激素所調控，乙烯作為植物關鍵激素在其中扮演了重要角色[3]。在其果實不同發(fā)育階段，乙烯的產生存在特征模式，即在綠果期含量較高，白果期含量減少，至紅色成熟階段再次增加[4]。研究表明，盡管草莓果實中內源乙烯的濃度非常低[4]，但乙烯確實在草莓、葡萄等非躍變型水果的成熟過程中發(fā)揮了一定的作用[5-6]，只需在草莓中施加少量的乙烯就能觸發(fā)與成熟相關的生理反應[7]。

近年來，植物激素調控果實成熟及品質變化的相關研究被廣泛關注，為進一步探討乙烯對草莓果實成熟過程及品質的影響，本研究采用外源乙烯利處理采后不同發(fā)育時期的草莓果實，對處理后的果實相關生理品質成分進行測定分析，明確乙烯對不同發(fā)育時期草莓果實成熟和品質的影響，為進一步探究草莓果實成熟與調控的相關機制夯實基礎，進而促進草莓高效貯運保鮮技術的研究與開發(fā)，提高果實品質，提升產業(yè)經濟效益。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選用紅顏草莓，采收于2022年4月份，生長于江蘇省揚州市廣陵區(qū)現(xiàn)代產業(yè)示范園。選取無病蟲害、生長狀態(tài)一致植株上大小相近且無外部損傷的果實用于試驗(圖1)，將果梗修剪均勻保留長度約5 cm。

1.2 試驗方法

1.2.1 試材處理 分別配制乙烯利(2-氯乙基膦酸)處理液：2 mmol/L乙烯利+0.02% (體積分數(shù))吐溫+1% (體積分數(shù))乙醇；對照組處理液：0.02% (體積分數(shù)) 吐溫+1% (體積分數(shù))乙醇。草莓果實在乙烯利處理液和對照處理液中分別浸泡5 min，果實取出晾干后在光照培養(yǎng)箱中處理(為防止果實失水，將果實垂直放置于裝滿蒸餾水的10 mL離心管上，果梗插入離心管的水中)。氣候箱設置條件：光—暗周期為16 h—8 h，溫度24 ℃。分別于處理后0、48、72 h拍照觀察表型變化，并取樣測定相關指標。每個處理設置3次重復，每次重復至少使用3顆草莓果實。

1.2.2 果實硬度與可溶性固形物含量測定 在草莓果實中間部位采用艾德堡 HP-50 數(shù)顯式推拉力計測定果實硬度，并記錄數(shù)據(jù)?？扇苄怨绦挝锊捎?ATAGO Pocket PAL-1 手持折光儀測定，取草莓果實果尖部分，擠出果汁滴于手持折光儀中，記錄相關可溶性固形物含量。上述測定均保證3次重復，每次重復至少使用3顆草莓果實。

1.2.3 總酸含量測定 稱取0.5 g草莓鮮樣充分研磨，加入適量無CO2的蒸餾水，于75 ℃水浴上加熱0.5 h，冷卻后定容至20 mL。用濾紙(干燥的)緩慢過濾，收集過濾后的液體備用。分離5 mL濾液，添加酚酞指示劑(2～3滴)，氫氧化鈉標準溶液(0.1 mol/L)滴定，直到微紅色出現(xiàn)并且30 s不變色，記錄用量。

計算樣品總酸量：

式中：x為樣品中總酸的質量濃度(以檸檬酸計)，g/L；c為 0.1(氫氧化鈉標準溶液濃度)，mol/L；V1為樣品中氫氧化鈉溶液的使用量，mL；V0為空白對照中氫氧化鈉溶液的使用量，mL；V2為5(分離濾液的體積)，mL；70為檸檬酸摩爾質量，g/mol。

1.2.4 揮發(fā)性物質測定 迅速對剛收的果實進行相關處理，48 h后即刻使用氣相色譜檢測其中的揮發(fā)性組分。在進樣口，固相微萃取頭以250 ℃老化40 min后，草莓勻漿后準確稱量10 g，再加入3 g NaCl以及2 μL 3-壬酮(濃度0.01%，作為內標)進行混勻，統(tǒng)一灌入10 mL加樣瓶，加蓋固定，將萃取頭伸入加樣瓶(停留在上方的空留部分)，水浴 30 min (溫度為40 ℃，主要起吸附作用)。水浴后將萃取頭拔出再伸入DSQ聯(lián)用儀(氣相色譜-質譜)，240 ℃條件下解析1.5 min，GC-MS(氣相色譜-質譜聯(lián)用儀)測定并分析結果(進行2次重復)。

色譜分析相關要求：He用作載氣，流動速度為1 mL/min；升溫過程大致分為4個階段，先在40 ℃穩(wěn)定2 min，然后按照4 ℃/min的速率提高溫度，到120 ℃后再以10 ℃/min的速率進行升溫，最后直至溫度為240 ℃穩(wěn)定6 min。質譜相關要求：氣相色譜-質譜聯(lián)用儀接口處溫度設置為240 ℃；離子源設置條件為200 ℃(工作溫度)，EI(電離方式)，70 eV(電子能量)；33～450 amu作為質量范圍。

揮發(fā)性物質鑒定及含量計算：根據(jù)草莓果實揮發(fā)性有機化合物的總離子流圖，檢索NISTlibrary和Wileylibrary質譜庫，篩選匹配度高于800(正反均可)的結果，將其進行解析(使用人工圖譜)，通過查閱文獻資料最終確定相關成分。

揮發(fā)性物質的含量(ng/g)=[特征峰面積/內參標定物峰面積×內參標定物濃度(ng/μL)×2 (μL)]/樣品質量(g)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Bio-Rad PrimePCR軟件對獲得的表達數(shù)據(jù)進行分析處理，將FaActin基因的表達水平用作內參，使用2-ΔΔCT法進行計算。3次重復的平均值作為最終結果。利用Origin 2019軟件繪制柱狀圖。

2 結果與分析

2.1 對草莓果實外觀表型的影響

由圖2可以看出，處理48 h后，綠果期處理組草莓果實已經開始轉色，而CK組未有明顯變化；白果期處理組草莓果實已經完成轉色，CK組著色程度明顯低于處理組；轉色期處理組果實也已經完成轉色，而CK組花托部明顯還未著色完全；全紅期處理組與CK果實未有差異。處理后72 h，綠果期處理組草莓果實已經完全轉色為全紅，CK組果實花托部位已經轉色但果尖部位還未著色；白果期處理組果實著色程度加深，CK組完成轉色，但著色不均一；轉色期處理組果實與CK組對比未有顯著差異；全紅期處理組果實著色加深，出現(xiàn)過熟衰老表型，而CK組未有明顯變化。可以看出，外源乙烯利處理能促進草莓果實的提前著色。

2.2 對草莓果實硬度的影響

由圖3可以看出，隨著處理時間的延長，不同發(fā)育時期的果實處理組與CK組的果實硬度均呈下降趨勢。但處理組果實硬度值變化明顯大于CK組，其中綠果期處理從0 h到72 h果實硬度從 28.583 kg/cm2下降到 8.080 kg/cm2，硬度值下降近72%。而CK組從24.990 kg/cm2僅下降至21.533 kg/cm2。白果期處理組硬度值從 15.020 kg/cm2下降至3.733 kg/cm2，下降75%，而CK組硬度值從15.393 kg/cm2降至7.063 kg/cm2。轉色期處理組硬度值從5.730 kg/cm2下降到 2.420 kg/cm2，CK組硬度值從5.863 kg/cm2降至4.056 kg/cm2。全紅期處理組與CK組果實硬度值隨處理時間變化不明顯。由此可以看出，外源施加乙烯利加速了草莓果實的軟化，特別是對綠果期和白果期草莓果實的促進效果更顯著，果實硬度分別下降了72%和75%左右。

2.3 對可溶性固形物含量的影響

通過收集外源乙烯利處理的不同發(fā)育時期的草莓果實，測定其中的可溶性固形物含量(圖4)。結果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，綠果期、白果期和轉色期處理組的草莓果實可溶性固形物含量分別從處理前(0 h)的7.41%、7.26%和8.34%上升到處理后(48 h)的 8.14%、8.56%和9.86%，而CK組變化不顯著。但在全紅期，處理組的可溶性固形物含量不斷下降，從處理前(0 h)的12.67%減少到處理后(72 h)的 10.03%，CK組則從處理前(0 h)的12.88%減少到處理后(72 h)的11.13%，下降幅度明顯低于處理組。

2.4 對總酸含量的影響

由圖5可知，綠果期處理組和對照組中草莓果實的總酸含量均隨著時間呈先上升再下降的趨勢。外源乙烯利處理組的白果期、轉色期和全紅期草莓果實總酸含量則隨處理時間的增加均呈下降趨勢，其中轉色期與全紅期下降顯著，分別從處理前(0 h)的10.03 ng/g和8.38 ng/g減少為處理后(72 h)的7.42 ng/g和6.31 ng/g，與之相比，CK組總酸含量雖然也在減少但未有顯著差異?？梢娡庠匆蚁├幚砜蓪е虏葺麑嵖偹岷拷档?，在轉色期與全熟期發(fā)揮的作用更加明顯。

2.5 對果實揮發(fā)性物質及含量的影響

處理48 h后，對各時期草莓果實揮發(fā)性物質進行定性和定量檢測。結果表明，CK組各時期共檢測出38種揮發(fā)性物質，其中酯類20種、醇類12種、醛類2種、酸1種、酮類3種；處理組各時期共檢測出35種揮發(fā)性物質，其中酯類19種、醇類11種、醛類2種、酸1種、酮類2種(表1)。其中綠果期、白果期、轉色期揮發(fā)性物質種類與含量較少，揮發(fā)性物質的釋放主要集中在全紅期。綠果期果實揮發(fā)性物質以醇類為主，隨著果實發(fā)育成熟，酯類物質的成分和總量逐漸增加。

從表1可以看出，與對照相比，綠果期和白果期果實在外源乙烯利處理后其揮發(fā)性物質的成分和總量變化差異不大，而轉色期和全紅期則呈現(xiàn)顯著的差異，轉色期處理組果實揮發(fā)性物質總含量為 64.09 ng/g，對照組為99.13 ng/g，處理組較對照組降低了35.3%；全紅期處理組的揮發(fā)性物質總含量為269.99 ng/g，明顯低于對照組的359.39 ng/g，并且香氣物質較對照組缺少了丁酸乙酯。

3 討論

乙烯作為一類植物體內普遍存在的關鍵激素，參與調節(jié)成熟過程中果實品質形成[8]，按照果實成熟衰老過程中乙烯釋放水平和呼吸作用變化的不同，果實被劃分為呼吸躍變型以及非呼吸躍變型[9]。草莓果實是代表性的非呼吸躍變型，它在成熟衰老過程中釋放的乙烯水平較躍變型果實差距巨大。前人認為乙烯在調控非呼吸躍變型果實成熟衰老中的作用有限，但也有研究表明，乙烯參與了非呼吸躍變型果實的成熟調控，如使用外源乙烯處理柑橘，促進相關類胡蘿卜素的積累[10]；葡萄果實發(fā)育至成熟期前，存在內源乙烯合成瞬間增加的過程，該內源乙烯被認為促進了之后果實的迅速膨大和花青苷的大量積累以及果肉中中總酸含量的下降[5]。

表1 外源乙烯利處理對草莓果實揮發(fā)性物質及含量的影響 ng/g

本試驗使用外源乙烯利處理采后不同發(fā)育時期的紅顏草莓果實，檢測了處理0、48、72 h不同時間段草莓果實的外觀表型、果實硬度、可溶性固形物含量、總酸和揮發(fā)性香氣物質的變化，發(fā)現(xiàn)外源乙烯利處理能夠顯著加快草莓果實的轉色及色澤加深進程，果實硬度與總酸含量隨著處理時間的延長不斷下降，這與Wilkinson等的研究結果[11]一致。

外源乙烯利處理后，綠果期、白果期和轉色期草莓中的可溶性固形物含量明顯高于未處理的對照組，而在全紅期則低于對照組。這可能是由于全紅期草莓果實已經處于完全成熟狀態(tài)，可溶性固形物含量在此時期已達到頂峰，外源乙烯利處理導致草莓果實提前進入衰老階段，并進一步加速了衰老進程，促使糖等內源物質加速消耗，最終導致處理組草莓果實中可溶性固形物含量的降低。

與對照組相比，綠果期和白果期果實在外源乙烯利處理后其揮發(fā)性物質的種類和總量變化差異不大，而轉色期和全紅期則呈現(xiàn)顯著的差異，即處理組果實中揮發(fā)性物質總含量明顯低于對照組，并且全紅期中香氣物質較對照組少1種?？傮w上表現(xiàn)為外源乙烯利處理加速草莓果實成熟進程，促進果實著色，但卻改變了果實中香氣物質的種類和含量，降低了其香氣品質。這可能與果實中色香代謝的競爭有關，由于果實色素類物質和香氣物質的代謝路徑有交集，二者存在代謝底物分配及流向的競爭，正是由于外源乙烯利處理促使代謝底物流向色素積累方向，促進了草莓果實著色，而向香氣合成路徑的分配量減少，最終導致果實香氣物質合成受阻，但具體尚待后續(xù)進一步試驗驗證。