薛鵬宇,殷菲朧,劉云芬,劉純友,廖玲燕,*,帥 良,*
(1.廣西科技大學生物與化學工程學院,廣西 柳州 545006;2.賀州學院食品與生物工程學院,廣西康養(yǎng)食品科學與技術(shù)重點實驗室,廣西 賀州 542899)
龍眼(Dimocarpus longanLour.)是無患子科龍眼屬植物,原產(chǎn)于我國南方,性溫味甘,具有豐富的營養(yǎng)價值和保健功效,素有“南方小人參”之美譽[1]。龍眼果實是典型的非呼吸躍變型果實,成熟于高溫盛夏,果實所含水分高,采后極易發(fā)生果皮褐變,極大影響了采后龍眼果實的外觀品質(zhì)以及經(jīng)濟效益[2]。一般認為果皮褐變是由于果皮失水、病蟲害、多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)作用、衰老以及逆境脅迫等因素引起的[3]。龍眼果皮褐變多為酶促褐變,酚類物質(zhì)在PPO和過氧化物酶(peroxidase,POD)的作用下,被氧化成醌類物質(zhì),醌類物質(zhì)聚集形成褐色色素,從而引起果皮組織的褐變,而果皮褐變是采后龍眼果實發(fā)生品質(zhì)劣變的主要表現(xiàn)形式。因此,探索能夠有效緩解采后龍眼果皮褐變、延長其貯藏壽命的保鮮技術(shù)顯得非常重要。
茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)作為一類新型的植物激素,是天然存在于植物體內(nèi)的內(nèi)源生長調(diào)節(jié)物質(zhì)[4-5]。外源MeJA可以誘導與抗氧化相關(guān)的酶活力,通過調(diào)節(jié)防御反應(yīng)來緩解氧化應(yīng)激;另一方面,MeJA參與植物體內(nèi)信號轉(zhuǎn)導,調(diào)節(jié)抗病相關(guān)基因的表達,誘導防御性化合物的合成?,F(xiàn)有研究表明,MeJA已被廣泛用于果蔬保鮮,對于提高荔枝[6]、獼猴桃[7-8]、藍莓[9]、葡萄[10]、桃[11]、梨[12]等果實的抗病性、耐冷性以及耐貯性有著積極的作用,但有關(guān)MeJA處理對采后果蔬褐變影響的研究鮮有報道,特別是MeJA處理對采后龍眼果實果皮褐變的影響。本實驗以‘儲良’龍眼果實為試材,研究MeJA處理對采后龍眼果皮褐變的影響,旨在為延緩龍眼采后果皮褐變、延長其貯藏期提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
‘儲良’龍眼(約八至九成熟)采摘自廣西壯族自治區(qū)賀州市農(nóng)業(yè)科學院,采摘后2 h內(nèi)運回實驗室,挑選無病害、蟲傷、機械損傷且色澤、大小、成熟度一致的健康果實進行實驗。
咪酰胺 上海滬聯(lián)生物藥業(yè)有限公司;茉莉酸甲酯北京索萊寶科技有限公司;福林-酚試劑、L-苯丙氨酸上海源葉生物科技有限公司;碳酸鈉、氯化鋁 天津市大茂化學試劑廠;乙酸、乙酸鈉 天津市致遠化學試劑有限公司;沒食子酸、蘆丁標準品和8 種酚類物質(zhì)(表沒食子兒茶素、表沒食子兒茶素沒食子酸酯、表兒茶素、表兒茶素沒食子酸酯、兒茶素沒食子酸酯、沒食子兒茶素、沒食子兒茶素沒食子酸酯、兒茶素)標準品 上海麥克林生化科技股份有限公司;鄰苯二酚、愈創(chuàng)木酚上海阿拉丁生化科技股份有限公司;過氧化氫 西隴科學股份有限公司;硼酸、硼砂、無水乙醇 上海國藥集團化學試劑有限公司。
DDS-307電導率儀 上海儀電雷磁有限公司;HWS-12電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科儀器有限公司;TG18-WS臺式高速冷凍離心機 長沙湘銳離心機有限公司;UV-1600PC紫外-可見分光光度計 上海美譜達儀器有限公司;LC-2030C 3D高效液相色譜儀 日本島津公司。
1.3.1 龍眼的處理方法
將果實浸泡于500 mg/L咪鮮胺溶液中殺菌5 min,晾干后將龍眼果實隨機分為兩組:1)MeJA處理:浸泡于10、50、100 μmol/L MeJA溶液(去離子無菌水配制)中5 min,分別記為MeJA10、MeJA50、MeJA100;2)對照(CK)組:浸泡于去離子水無菌水中5 min。隨后分別將CK組和處理組龍眼果實取出晾干,裝入聚丙烯托盤(17.5 cm×13 cm×2 cm)中,并用單層保鮮膜密封包裝,每個托盤裝40 個龍眼,每組5 盤,于(20±1)℃、85%相對濕度的環(huán)境下貯藏8 d,每2 d隨機取1 盤龍眼觀察果皮褐變情況并進行相關(guān)指標測定。將10 個龍眼果實果皮置于液氮中速凍,然后用研磨機研磨成粉末備用。
1.3.2 MeJA處理濃度的篩選
1.3.2.1 果皮褐變指數(shù)和果肉自溶指數(shù)測定
參考林河通等[13]的方法測定果皮褐變指數(shù)。每次隨機取10 個果實,按照果皮內(nèi)表面褐變面積把果皮褐變程度分為6 級:1級:褐變面積比例為0;2級:褐變面積比例<1/4;3級:1/4≤褐變面積比例<1/2;4級:1/2≤褐變面積比例<3/4;5級:褐變面積比例≥3/4;6級:全部褐變。按式(1)計算果皮褐變指數(shù)。
參考文獻[14]的方法測定龍眼果肉自溶指數(shù)。
1.3.2.2 果皮細胞膜透性測定
果皮細胞膜透性測定按照文獻[14]的方法并略有修改。從10 個果實中取果皮圓片(每個直徑5 mm,共2 g)置于試管中,加入30 mL蒸餾水,放入搖床振蕩2 h后測量電導率,然后在沸水浴20 min,待冷卻至室溫,再次測定電導率。按式(2)計算果皮細胞膜透性。
根據(jù)果皮褐變指數(shù)和果皮細胞膜透性測定結(jié)果,篩選出MeJA最佳處理濃度,并應(yīng)用此濃度處理的龍眼果實測定后續(xù)指標。
1.3.3 果皮總酚和類黃酮含量測定
參照文獻[15]的方法測定總酚和類黃酮含量,略加修改。稱取1 g果皮粉末置于試管中,加入6 mL體積分數(shù)80%乙醇溶液,冰浴靜置提取10 min,10 000 r/min、4 ℃離心20 min,取上清液用于總酚和類黃酮含量測定。
總酚含量測定:反應(yīng)體系包括0.5 mL上清液,0.1 mL福林-酚試劑,0.2 mL質(zhì)量分數(shù)20% Na2CO3溶液和4.2 mL蒸餾水。測定反應(yīng)液在756 nm波長處吸光度。以沒食子酸為標準品作標準曲線,根據(jù)標準曲線方程計算龍眼果皮總酚含量,單位為mg/g。
類黃酮含量測定:反應(yīng)體系包括0.5 mL上清液,0.5 mL質(zhì)量分數(shù)5% AlCl3溶液和4 mL乙酸-乙酸鈉緩沖液(0.1 mol/L、pH 5.5)。測定反應(yīng)液在400 nm波長處吸光度。以蘆丁為標準品作標準曲線,根據(jù)標準曲線方程計算龍眼果皮類黃酮含量,單位為mg/g。
1.3.4 果皮多酚氧化酶和過氧化物酶活力測定
參照文獻[16]的方法并稍作修改。稱取1 g果皮粉末置于試管中,加入8 mL 0.1 mol/L、pH 5.5乙酸-乙酸鈉緩沖液,冰浴靜置提取10 min,10 000 r/min、4 ℃離心20 min,取上清液用于PPO和POD活力測定。
PPO活力測定:酶反應(yīng)體系為0.1 mL上清液加入2.9 mL 50 mmol/L鄰苯二酚溶液中,迅速混合以啟動反應(yīng)。測定420 nm波長處光密度值OD420nm,以1 min內(nèi)OD420nm變化0.001為1 個酶活力單位(U),PPO活力單位為U/mg。
POD活力測定:酶反應(yīng)體系為0.2 mL上清液加入2.8 mL 25 mmol/L愈創(chuàng)木酚溶液,隨后加入0.2 mL 0.5 mol/L H2O2溶液,迅速混合以啟動反應(yīng)。測定470 nm波長處光密度值OD470nm,以1 min內(nèi)OD470nm變化0.1為1 個酶活力單位(U),POD活力單位為U/mg。
1.3.5 果皮苯丙氨酸解氨酶活力測定
按照文獻[15]的方法,略有修改。稱取1 g果皮粉末置于試管,加入8 mL 0.1 mol/L、pH 8.8預冷硼酸-硼砂緩沖液,冰浴靜置提取10 min,12 000 r/min、4 ℃離心20 min,取上清液用于苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine mmonialyase,PAL)活力測定。
酶反應(yīng)體系為0.2 mL上清液加入2.8 mL 50 mmol/L、pH 8.8硼酸-硼砂緩沖液(含20 mmol/LL-苯丙氨酸溶液)混合以啟動反應(yīng),將反應(yīng)液置于37 ℃水浴1 h。測定290 nm波長處光密度值OD290nm,以每小時OD290nm變化0.01為1 個酶活力單位(U),PAL活力單位為U/g。
1.3.6 果皮酚類物質(zhì)質(zhì)量濃度測定
稱取1 g果皮粉末加入20 mL體積分數(shù)68%乙醇溶液均質(zhì)后置于60 ℃培養(yǎng)箱保溫2 h,然后12 000 r/min、4 ℃離心10 min,取15 mL上清液于50 mL離心管進行真空冷凍干燥,將凍干后的粉末用10 mL甲醇溶解,然后12 000 r/min、4 ℃離心10 min,收集上清液經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后備用。
采用高效液相色譜儀測定酚類物質(zhì)質(zhì)量濃度,色譜條件為:Shim-packTMGIST C18色譜柱(150 mm×4.6 mm,3 μm),柱溫40 ℃,流動相A為質(zhì)量分數(shù)0.2%磷酸水溶液,流動相B為甲醇-乙腈溶液(體積比15∶5)。梯度洗脫程序:0~10 min,20%流動相B;10.01~20 min,35%流動相B;20.01~25 min,70%流動相B;25.01~30 min,20%流動相B。流速為0.8 mL/min,采用光電二極管陣列檢測器,檢測波長為242 nm(沒食子兒茶素、表兒茶素沒食子酸酯)和272 nm(其他6 種酚類物質(zhì)),以各酚類物質(zhì)標準品峰面積繪制標準曲線,采用外標法計算酚類物質(zhì)質(zhì)量濃度,單位為g/L。
1.3.7 超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率和H2O2含量測定
超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率按照文獻[16]的方法測定,單位為nmol/(g·min);H2O2含量測定參考文獻[18]的方法進行,單位為μmol/g。
1.3.8 抗氧化酶活力測定
超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和過氧化氫酶(catalase,CAT)活力測定參考文獻[17],將抑制50%的氮藍四唑光還原反應(yīng)時所需的SOD量作為1 個酶活力單位(U),以每分鐘還原1 nmol H2O2所需的CAT量作為1 個酶活力單位(U),SOD和CAT活力單位均為U/mg。
1.3.9 1 ,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除率測定
1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical,DPPH)自由基清除率的測定參照文獻[18]。
以上指標的測定均重復3 次,結(jié)果以平均值±標準差表示。使用Origin 2021軟件作圖,采用SPSS 26軟件進行統(tǒng)計分析、單因素方差分析和Pearson相關(guān)性分析,采用鄧肯多重檢驗進行顯著性分析,P<0.05表示差異顯著。
由圖1A可知,隨貯藏時間的延長采后龍眼果實褐變指數(shù)不斷上升。CK和MeJA處理組果皮褐變指數(shù)在貯藏0~4 d內(nèi)緩慢上升,之后褐變程度加重,褐變指數(shù)迅速上升,其中CK組貯藏至第8天時褐變指數(shù)達4.97,而經(jīng)100 μmol/L MeJA處理的果實果皮褐變指數(shù)在第8天時達2.57,僅為CK組的51.7%。在整個貯藏期間,CK組龍眼果皮褐變指數(shù)高于MeJA處理組,其中10 μmol/L MeJA處理與CK只有在第6、8天差異達到顯著水平(P<0.05),而50、100 μmol/L MeJA處理的褐變指數(shù)在整個貯藏期間均顯著低于CK組(P<0.05)。
細胞膜完整性破壞會導致酚類與PPO接觸,導致果皮褐變,而細胞膜完整性可以用細胞膜透性大小表示[13]。由圖1B可知,隨貯藏時間的延長,采后龍眼果實細胞膜透性不斷增大。CK組細胞膜透性在0~8 d持續(xù)增大,貯藏至第8天細胞膜透性達49.58%。而MeJA處理組細胞膜透性在整個貯藏期內(nèi)總體也呈現(xiàn)上升的趨勢,100 μmol/L MeJA處理組在第8天達到最高值30.31%,僅為CK組的61.1%。統(tǒng)計分析表明,在整個貯藏期間,除第2天外,CK組細胞膜透性均高于MeJA處理組,且兩者差異在第4~8天達到顯著水平(P<0.05)。
由圖1C可知,采后龍眼果肉自溶指數(shù)在整個貯藏期間不斷增大,在貯藏前期(0~4 d)不同處理間沒有明顯差異,貯藏中后期(4~8 d)果肉自溶指數(shù)快速上升,不同處理間差異逐漸顯著。其中低濃度(10 μmol/L)MeJA10處理組與CK組之間并無顯著差異(P>0.05),而高濃度(50、100 μmol/L)MeJA處理龍眼果肉自溶指數(shù)在貯藏中后期顯著低于CK(P<0.05)。
圖1 MeJA處理對采后龍眼果實果皮褐變指數(shù)(A)、果皮細胞膜透性(B)以及果肉自溶指數(shù)(C)的影響Fig.1 Effect of MeJA treatment on pericarp browning index (A),cell membrane permeability (B) and pulp breakdown index (C) of harvested longan fruit
綜上所述,不同濃度MeJA處理均能抑制果皮褐變指數(shù)、細胞膜透性以及果肉自溶指數(shù)的上升,且抑制效果與MeJA處理濃度成正比,MeJA濃度越高,對采后龍眼的外觀、食用品質(zhì)的保持效果越好。因此選取100 μmol/L MeJA溶液處理龍眼進行后續(xù)指標分析。
由圖2A可知,隨著貯藏時間的延長,CK組果實總酚含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,在第6天總酚含量達到最大值,而MeJA處理組總酚含量隨著貯藏時間的延長不斷上升。CK組總酚含量在0~4 d變化不大,4~6 d迅速上升達到最高值,隨后迅速下降。而MeJA處理組在0~4 d略有上升,4~8 d快速上升至最高點。在整個貯藏期間,MeJA處理組總酚含量均高于CK組,且在第8天兩組差異極顯著(P<0.01)。由此可知,MeJA處理可以有效提高龍眼果皮中酚類物質(zhì)的含量。
由圖2B可知,隨著貯藏時間的延長,龍眼果皮類黃酮含量總體呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。CK組類黃酮含量在0~4 d快速下降,4~8 d快速上升,而MeJA處理組類黃酮含量在0~6 d快速下降,6~8 d又迅速上升。除第6天外,MeJA處理組類黃酮含量均高于CK組,且兩者差異分別在第2、4天達到顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)水平。由此可知,MeJA處理能夠有效延緩果皮中類黃酮含量的下降,保持較高的類黃酮含量。
圖2 MeJA處理對采后龍眼果實果皮總酚(A)以及類黃酮(B)含量的影響Fig.2 Effect of MeJA treatment on the contents of total phenols (A) and flavonoids (B) in pericarp of harvested longan fruit
從圖3A可以看出,在整個貯藏期間,PPO活力整體呈現(xiàn)上升的趨勢。CK組果皮PPO活力在貯藏0~2 d內(nèi)略有上升,2~4 d快速上升,之后極速上升。而MeJA處理組的果皮PPO活力在貯藏4~8 d內(nèi)均低于CK組,尤其在第4天,MeJA處理組極顯著低于CK組(P<0.01)。由此可知,MeJA處理能夠有效降低采后龍眼果皮PPO活力,減少酚類物質(zhì)的氧化。
由圖3B可知,兩組果皮POD活力變化趨勢不同。CK組果皮POD活力整體呈現(xiàn)下降的趨勢,在貯藏0~2 d幾乎沒有變化,2~8 d POD活力逐漸下降。而MeJA處理組果實果皮POD活力變化雖有波動,但總體呈現(xiàn)上升的趨勢。進一步比較發(fā)現(xiàn),除第2天外,在整個貯藏期間,經(jīng)MeJA處理的果皮POD活力均高于CK組果實,且在貯藏第4、6、8天差異達極顯著水平(P<0.01)。由此可知,MeJA處理能夠有效提高采后龍眼果實果皮POD的活力。
圖3 MeJA處理對采后龍眼果實果皮PPO(A)和POD(B)活力的影響Fig.3 Effect of MeJA treatment on PPO (A) and POD (B) activity in pericarp of harvested longan fruit
如圖4所示,在整個貯藏期內(nèi),果皮PAL活力整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,但兩組間變化幅度存在差異。兩組果實果皮PAL活力均在0~4 d快速上升,4~8 d急劇下降。兩組果皮PAL活力都在第4天達到峰值,CK組為26.61 U/g,MeJA處理組為30.08 U/g,MeJA處理組PAL活力比CK組約高13%,且在貯藏第4、6天,MeJA處理組PAL活力極顯著高于CK組(P<0.01),這說明MeJA處理能夠提高龍眼果皮PAL活力。
圖4 MeJA處理對采后龍眼果實果皮PAL活力的影響Fig.4 Effect of MeJA treatment on PAL activity in pericarp of harvested longan fruit
龍眼果實果皮中8 種酚類物質(zhì)分別為表沒食子兒茶素(圖5A)、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(圖5B)、表兒茶素(圖5C)、表兒茶素沒食子酸酯(圖5D)、兒茶素沒食子酸酯(圖5E)、沒食子兒茶素(圖5F)、沒食子兒茶素沒食子酸酯(圖5G)和兒茶素(圖5H)。在整個貯藏期間,CK組酚類物質(zhì)質(zhì)量濃度總體呈現(xiàn)下降的趨勢,而MeJA處理組則是先上升后下降。在貯藏前期(0~2 d)CK組與MeJA處理組中的8 種酚類物質(zhì)質(zhì)量濃度差別不大,但在貯藏中期(4~6 d),MeJA處理組酚類物質(zhì)質(zhì)量濃度均高于CK組,兩者差異達到極顯著水平(P<0.01)。由此可知,MeJA處理能夠有效提高采后龍眼果皮中酚類物質(zhì)質(zhì)量濃度,這也與總酚含量測定結(jié)果(圖2A)相印證。
圖5 MeJA處理對采后龍眼果實果皮中酚類物質(zhì)質(zhì)量濃度的影響Fig.5 Effect of MeJA treatment on phenol content in pericarp of harvested longan fruit
由從圖6可知,采后龍眼果實果皮中超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率和H2O2含量總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。在整個貯藏期間,MeJA處理組超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率和H2O2含量均低于CK組。在貯藏的第6天,兩組超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率差異達到顯著水平(P<0.05),而兩組H2O2含量分別在第2天和第8天達到顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)差異水平。由此可知,MeJA處理能夠有效降低采后龍眼果實中超氧陰離子自由基和H2O2水平,減少體內(nèi)多余活性氧的積累。
圖6 MeJA處理對采后龍眼果實果皮超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率(A)和H2O2含量(B)的影響Fig.6 Effect of MeJA treatment on superoxide anion production rate (A) and H2O2 content (B) in pericarp of harvested longan fruit
由圖7可知,兩組SOD活力呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,MeJA處理組SOD活力始終高于CK組;而對于CAT活力,MeJA處理組隨著貯藏時間延長不斷上升,CK組則在貯藏前6 d逐漸上升,隨后逐漸下降,整個貯藏期間MeJA處理組CAT活力始終高于CK組,這與SOD活力測定結(jié)果相同。統(tǒng)計分析表明,在第2天和第6天,CK組和MeJA處理組間SOD活力存在顯著差異(P<0.05),而在整個貯藏期間處理組CAT活力均極顯著高于CK組(P<0.01)。由此可知,MeJA處理可以有效提高SOD和CAT活力,清除龍眼果實中多余活性氧,增強抗氧化能力。
圖7 MeJA處理對采后龍眼果實果皮抗氧化酶活力的影響Fig.7 Effect of MeJA treatment on antioxidant enzymes activity in pericarp of harvested longan fruit
由圖8可知,DPPD自由基清除率整體呈現(xiàn)下降趨勢,MeJA處理組DPPH自由基清除率始終高于CK組,兩者差異分別在第2天和第6天達到顯著和極顯著水平。由此可知,MeJA處理可以通過增強DPPD自由基清除能力從而提高采后龍眼果實的抗氧化能力。
相關(guān)性分析結(jié)果表明,CK組和MeJA處理組果皮褐變指數(shù)均與PPO活力呈顯著正相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)分別為0.906(表1)、0.963(表2),這表明采后龍眼果皮PPO活力越高,果皮褐變程度越高。由表1可知,CK組果皮POD活力與褐變指數(shù)、細胞膜透性分別呈顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)負相關(guān),且相關(guān)系數(shù)分別為-0.921和-0.924,這表明果皮中POD活力越高,果皮褐變指數(shù)和細胞膜透性越低,說明POD可能通過加強果皮的抗氧化能力,減少膜氧化損傷,延緩了采后龍眼果皮褐變。龍眼果實采后果皮PAL活力與褐變指數(shù)、細胞膜透性呈負相關(guān)(表1、2),這說明隨著PAL活力的升高,采后龍眼果皮防衛(wèi)系統(tǒng)激活,苯丙烷代謝增強,從而有效保持了細胞膜結(jié)構(gòu)完整性,延緩了果皮褐變。此外,有研究表明龍眼果實采后果皮褐變與PPO、POD、PAL密切相關(guān),且三者中PPO與龍眼果實采后果皮褐變相關(guān)性最大[19],這與本實驗結(jié)果一致。本實驗相關(guān)性分析結(jié)果表明CK組和MeJA處理組龍眼果皮褐變指數(shù)均與PPO活力呈顯著正相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)分別為0.906和0.963。
表1 CK組龍眼果皮褐變相關(guān)因素的相關(guān)性分析結(jié)果Table 1 Correlation analysis of pericarp browning-related characteristics in control longan fruit
表2 MeJA組龍眼果皮褐變相關(guān)因素的相關(guān)性分析結(jié)果Table 2 Correlation analysis of pericarp browning-related characteristics in MeJA treated longan fruit
CK組和MeJA處理組龍眼果實采后果皮褐變指數(shù)均與細胞膜透性呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),相關(guān)系數(shù)分別為0.960(表1)、0.935(表2),這表明采后龍眼果皮褐變程度越深,細胞膜透性就越大,膜完整性逐漸下降。CK組超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率、H2O2含量分別與褐變指數(shù)、細胞膜透性呈正相關(guān)(表1),說明可以通過減少活性氧(reactive oxygen species,ROS)的產(chǎn)生,從而降低膜脂質(zhì)過氧化程度,延緩果皮褐變。此外,CK組超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率與POD活力呈顯著負相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)為-0.887,這驗證了POD參與ROS的清除,延緩采后龍眼果皮褐變這一假設(shè)。DPPH自由基清除率與褐變指數(shù)呈負相關(guān)(表1、2),其中CK組相關(guān)性達到了顯著水平(P<0.05),相關(guān)系數(shù)為-0.889。
酶促褐變是采后果蔬發(fā)生褐變的主要類型,酚氧化酶將酚類物質(zhì)氧化為醌,接著醌類聚合形成褐色色素,引起植物組織褐變[20]。PPO是采后果蔬發(fā)生酶促褐變的關(guān)鍵酶,有氧條件下PPO催化酚類物質(zhì)變?yōu)榧t褐色,再進一步與氨基酸氧化縮合形成黑褐色褐變產(chǎn)物[21]。POD在植物體內(nèi)具有兩重作用,一方面POD能清除H2O2和脂過氧化物,清除活性氧,維持植物體內(nèi)活性氧代謝平衡;另一方面,在H2O2存在條件下,POD可以氧化酚類以及類黃酮,導致植物組織褐變[22]。PAL與酚類物質(zhì)合成密不可分,它是催化苯丙烷代謝第1步反應(yīng)的酶,也是苯丙烷代謝途徑的關(guān)鍵酶和限速酶。PAL可以催化苯丙氨酸形成許多次級代謝產(chǎn)物,而這些代謝產(chǎn)物在植物生長發(fā)育、抗病性以及抗逆性中起著重要的作用[23]。Li Canying[24]、Mustafa[25]、寇莉萍[26]等分別在對生姜、楊桃以及石榴的研究中發(fā)現(xiàn),生姜、楊桃以及石榴中較高的POD活力可能是由于POD參與了ROS的清除,減輕了過量活性氧對采后果實的毒害作用,增強果實抗病性。王英珍等[27]研究報道,MeJA浸泡處理能提高梨果實PAL活力,激活抗病防御系統(tǒng),增強果實抗病性。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),與CK組相比,MeJA處理組龍眼果皮顯著抑制褐變指數(shù)以及細胞膜透性的上升(圖1),并保持較高的總酚、類黃酮含量(圖2)以及酚類物質(zhì)質(zhì)量濃度(圖5);此外,MeJA處理組還能保持較高的龍眼果皮POD(圖3B)和PAL活力(圖4)以及較低的PPO活力(圖3A)。因此推測,MeJA處理可能通過降低PPO活力,增強POD、PAL活力,加速生成酚類、黃酮等苯丙烷次級代謝產(chǎn)物,增強果實抗逆性,減少ROS在果實中的積累,有效減輕膜系統(tǒng)的氧化損傷,進而抑制龍眼果皮褐變。
果實褐變與細胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性密切相關(guān)[13],而貯藏時間內(nèi)ROS的快速積累以及造成的膜脂質(zhì)過氧化會導致細胞結(jié)構(gòu)的破壞[14]。果蔬采后伴隨著衰老,褐變逐漸形成,果實體內(nèi)多余活性氧會快速積累,而相應(yīng)的活性氧清除酶活力會逐漸下降,膜脂過氧化標志產(chǎn)物丙二醛含量增加,最終會導致細胞膜透性增大,細胞膜結(jié)構(gòu)的完整性遭到破壞[14]。而采后果實果皮褐變通常是酶促褐變,由于細胞膜結(jié)構(gòu)被破壞,使得處于細胞器中的酚類氧化酶,如PPO,與處于液泡中的酚類物質(zhì)等直接接觸,發(fā)生酶促反應(yīng),最終形成褐色色素的結(jié)果[28]。超氧陰離子自由基和H2O2是采后果蔬中最常見的ROS,其水平是評價植物體內(nèi)ROS水平的關(guān)鍵因素[29]??寡趸竿ㄟ^控制ROS產(chǎn)生清除系統(tǒng)維持植物體內(nèi)氧化還原穩(wěn)態(tài),調(diào)節(jié)膜脂過氧化和衰老進程[30]。SOD、CAT是抗氧化酶中重要的ROS清除酶[31],抗氧化酶的高活力可以減少采后果蔬的氧化損傷,延緩衰老,延長貯藏保鮮期[32]。DPPH自由基清除率可用來確定采后龍眼果實的總抗氧化能力。此前有研究發(fā)現(xiàn),MeJA可以通過增加非酶抗氧化物質(zhì)(抗壞血酸、谷胱甘肽)含量和增強抗氧化酶(SOD、CAT、POD)的活力來抑制菠蘿[33]和茄子果實[34]的褐變。Luo Tao等[16]研究發(fā)現(xiàn),利用褪黑素處理采后龍眼果實,能夠通過增強SOD、CAT活力加速清除ROS,從而有效降低龍眼果皮細胞膜的破壞程度,從而延緩果皮褐變,維持龍眼果實的外觀品質(zhì),這與本實驗中MeJA處理所得到的效果一致。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),與CK組相比,MeJA處理組龍眼果皮能夠保持較低的超氧陰離子自由基和H2O2含量(圖6)以及較高DPPH自由基清除率(圖8);此外,MeJA處理組還能保持較高的龍眼果皮SOD和CAT活力(圖4)。因此推測,MeJA處理可能通過增強SOD、CAT活力,加速清除超氧陰離子自由基和H2O2,增強果實ROS清除能力和抗氧化能力,提高果實的抗氧化水平,使細胞膜結(jié)構(gòu)和功能免受ROS毒害,進而抑制龍眼果皮褐變。
MeJA是天然存在于植物體內(nèi)的內(nèi)源生長調(diào)節(jié)物質(zhì)[35]。外源MeJA可作為誘導因子進入細胞中,通過誘導果蔬特異性關(guān)鍵酶的基因表達,誘導抗氧化酶、抗病相關(guān)酶活力,促進抗病物質(zhì)積累,改善能量代謝增強果蔬抗氧化能力果實[36],提高果蔬的耐冷能力和抗病性,改善果蔬采后感官品質(zhì)和耐貯性[37-39]。通過分析果皮褐變與酚類物質(zhì)代謝相關(guān)指標之間的聯(lián)系,進一步確定MeJA處理后延緩采后龍眼果實褐變機理。如表1、2所示,果皮褐變與細胞膜透性和PPO活力呈顯著正相關(guān),這說明采后龍眼果皮褐變主要與細胞膜結(jié)構(gòu)完整性和PPO酶促反應(yīng)有關(guān)。本研究結(jié)果顯示,100 μmol/L MeJA處理5 min可顯著抑制采后龍眼果實果皮褐變指數(shù)、細胞膜透性以及果肉自溶指數(shù)的上升(圖1),抑制PPO的活力增加(圖3),提高POD、PAL活力(圖3、4),保持較高的總酚、類黃酮以及酚類物質(zhì)質(zhì)量濃度(圖2、5)。由以上結(jié)果可知,MeJA處理能提高PAL活力,促進酚類物質(zhì)合成,增強采后龍眼果實組織抗逆能力,這與巴良杰[40]和許晴晴[9]等對于李果實和藍莓的研究結(jié)果一致;此外,MeJA處理能夠有效降低PPO活力,減少酚類物質(zhì)的氧化,維持較高的總酚、類黃酮含量,而馬大文等[41]研究發(fā)現(xiàn)MeJA熏蒸可以提高總酚的含量,較好保持樹莓果實品質(zhì);另一方面,MeJA處理促進了POD、SOD和CAT活力的上升(圖3B、7),加速清除龍眼果皮中的超氧陰離子自由基和H2O2(圖6),減少氧化損傷,Serna-Escolano等[42]對檸檬的研究也發(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)果;同時MeJA處理可以有效抑制細胞膜透性上升,較好地維持細胞膜結(jié)構(gòu)完整性,避免褐變酚類底物與氧化酶(PPO、POD)接觸,從而延緩龍眼采后果實果皮褐變。MeJA處理延緩采后龍眼果皮褐變的可能機理如圖9所示。
圖9 MeJA處理延緩采后龍眼果皮褐變的可能機理Fig.9 Possible mechanism by which MeJA treatment can delay postharvest longan fruit peel browning
不同濃度MeJA處理都對龍眼果皮褐變有一定的抑制效果,且濃度越高抑制效果越好。100 μmol/L MeJA處理5 min可有效延緩采后龍眼果實果皮褐變指數(shù)和果肉自溶指數(shù)的上升,降低果皮PPO活力,提高果皮POD、PAL活力,保持較高的果皮總酚、類黃酮以及酚類物質(zhì)質(zhì)量濃度;此外,MeJA處理可以有效降低超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率和H2O2含量,提高SOD、CAT活力以及DPPH自由基清除能力。因此認為,100 μmol/L MeJA處理5 min可有效降低采后龍眼果實果皮酚類物質(zhì)代謝,增強抗氧化能力,從而延緩采后龍眼果實果皮褐變的發(fā)生,延長其貯藏時間。