劉亞平 林文艷 狄建兵 賀偉春 任 綱 王 偉 王 愈

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太谷 030801）

根用芥菜（Brassica junceavar. megarrhiza Tsen et Lee）為十字花科蕓薹屬植物［1］，含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和多種生物活性成分，具有抑菌、降血脂、抗衰老、提神醒腦的作用［2］，同時(shí)含有豐富的纖維素，可促進(jìn)腸道蠕動(dòng)［3］。由于根用芥菜生長的季節(jié)性較強(qiáng)，采后呼吸作用強(qiáng)，采摘和運(yùn)輸過程中容易造成機(jī)械損傷，同時(shí)在貯藏過程中極易發(fā)芽，從而加速了衰老，并造成大量營養(yǎng)物質(zhì)的損失［4］。

迄今為止，芥菜的研究主要集中在芥菜發(fā)酵［5］、菌株分離［6］等方面，對(duì)其貯藏保鮮研究較少，且貯藏方法主要集中在傳統(tǒng)方法，如埋法、地窖法及低溫貯藏等［7］。目前各種采后保鮮方法，包括低溫［8］、生化處理［9］、物理處理［10］等，已被廣泛用于延緩果蔬衰老、延長保質(zhì)期、保持果蔬品質(zhì)。然而，這些保存方法存在一些缺點(diǎn)和局限性，包括低溫保存時(shí)間短、物理處理成本高、化學(xué)保存可能產(chǎn)生潛在的危害和污染問題等［11］。1-甲基環(huán)丙烷（1-methylcyclopropene，1-MCP）是一種乙烯受體抑制劑［12］。相比于傳統(tǒng)保鮮劑，1-MCP 具有無毒、穩(wěn)定性好、易于合成、使用濃度低等優(yōu)點(diǎn)［13］，已廣泛用于一系列水果和蔬菜產(chǎn)品的采后保鮮［14］。然而，目前關(guān)于1-MCP 處理對(duì)根用芥菜貯藏品質(zhì)、發(fā)芽及抗氧化酶活性的影響機(jī)制尚不明確。本研究以晉中地區(qū)栽培較多的根用芥菜品種光頭芥為試驗(yàn)材料，研究不同濃度1-MCP 對(duì)低溫貯藏過程中根用芥菜貯藏品質(zhì)、發(fā)芽率及抗氧化作用的影響，旨在確定最佳濃度，為根用芥菜的貯藏技術(shù)和采后生理研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

根用芥菜品種：光頭芥，采摘于山西省晉中市太谷區(qū)，采后立即運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，去除莖葉，然后將根部表面土除去，選擇無機(jī)械損傷、無病蟲害，大小一致的樣品放置到預(yù)冷間預(yù)冷12 h。

1-MCP 泡騰片（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.18%），臺(tái)灣龍杏生技制藥股份有限公司；抗壞血酸、2，6-二氯靛酚鈉，江蘇奧福生物科技有限公司；草酸、三氯乙酸，分析純，天津市鼎盛化工有限公司；亞油酸、吐溫20，上海源葉生物科技有限公司；聚乙烯吡咯烷酮，烏蘭察布市珂瑪新材料有限公司；30% H2O2，南京化學(xué)試劑股份有限公司；硫代巴比妥酸，上海弘順生物科技有限公司；愈創(chuàng)木酚，濟(jì)南樂奇化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TEL-7001氣體成分檢測儀，北京陽光億事達(dá)科技有限公司；DHG-9040E 電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海松島儀器有限公司；HHS-21-6 電熱恒溫水浴鍋，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；V-1200 型可見分光光度計(jì)，上海美譜達(dá)儀器有限公司；Cary60 UV-vis 紫外分光光度計(jì)，安捷倫科技（中國）有限公司；Centrifuge 5804R高速冷凍離心機(jī)，德國艾本德股份公司；TMS-Pro 質(zhì)構(gòu)儀，南京銘奧儀器設(shè)備有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 材料及處理方法 將芥菜隨機(jī)分為4 組，每組105 個(gè)果實(shí)，對(duì)照組不做處理直接在（16±1）℃環(huán)境下密封24 h，處理組用不同濃度（1.0、1.5、2.0 μL·L-1）的1-MCP 于（16±1）℃環(huán)境下密封熏蒸處理24 h。24 h 后將對(duì)照和處理組的芥菜用0.03 mm 聚乙烯保鮮袋包裝，于溫度1 ℃、相對(duì)濕度65%條件下貯藏80 d，每20 d 取根用芥菜清洗干凈，取中心部位測定相關(guān)指標(biāo)，每個(gè)指標(biāo)重復(fù)3 次。其中每組75 個(gè)芥菜，每個(gè)處理重復(fù)25個(gè)芥菜用于評(píng)估發(fā)芽。

1.3.2 呼吸強(qiáng)度的測定 利用氣體成分檢測儀測定呼吸強(qiáng)度(mg·kg-1·h-1)，計(jì)算公式如下：

式中，M表示氣體相對(duì)分子質(zhì)量；N表示CO2濃度；T表示環(huán)境溫度；V 表示呼吸室體積；m 表示樣品質(zhì)量；h表示測定時(shí)間。

1.3.3 失重率和發(fā)芽率的測定 采用稱重法測定失重率［15］，每組固定初始質(zhì)量為m（g），20 d測定一次，計(jì)算公式如下：

式中，m1為貯藏中的質(zhì)量（g）。

發(fā)芽率指用游標(biāo)卡尺測量的長度大于1 mm 芽的生長情況［16］，計(jì)算公式如下：

1.3.4 硬度、木質(zhì)素和抗壞血酸含量的測定 使用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行硬度測試［17］，單位為N。

木質(zhì)素測定參照趙玉雪等［18］的硫代硫酸鈉滴定法，單位為%。

抗壞血酸含量參照曹建康［19］的研究，采用2，6-二氯靛酚滴定法測定。

1.3.5 細(xì)胞膜透性和丙二醛（malonaldehyde, MDA）含量的測定 細(xì)胞膜透性參考魏雯雯等［20］的方法，采用相對(duì)電導(dǎo)率表示根用芥菜細(xì)胞膜透性。MDA 含量參照曹建康［19］的方法測定。

1.3.6 酯氧合酶（lipoxidase, LOX）和苯丙氨酸解氨酶（phenylalnine ammonialyase，PAL）活性的測定 LOX活性測定參照柯有劍等［21］的方法；PAL 活性測定按照索萊寶試劑盒說明書進(jìn)行，單位為U·g-1。

1.3.7 過氧化氫酶（catalase, CAT）和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）活性的測定 CAT活性的測定參照Zhang 等［22］的方法，單位為U·g-1；SOD 活性測定按照索萊寶試劑盒說明書進(jìn)行，單位為U·g-1·min-1。

1.3.8 過氧化物酶（peroxidase, POD）和抗壞血酸過氧化物酶（ascorbate peroxidase, APX）活性的測定 參照曹建康等［19］的研究采用愈創(chuàng)木酚比色法測定POD 活性，單位為U·g-1·min-1；APX 活性按照索萊寶試劑盒說明書進(jìn)行測定，單位為U·g-1。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS Statistics 23 軟件，利用Duncan 法進(jìn)行多組樣本間差異顯著性分析，所有結(jié)果均用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 1-MCP對(duì)根用芥菜呼吸強(qiáng)度的影響

由圖1 可知，在低溫環(huán)境下貯藏，隨著貯藏時(shí)間的延長，芥菜的呼吸強(qiáng)度先迅速下降后緩慢上升。貯藏第20 天，各組芥菜的呼吸強(qiáng)度均達(dá)到最低值，其中1.0 μL·L-1的1-MCP 處理芥菜的呼吸強(qiáng)度最低，為4.79 mg·kg-1·h-1，與對(duì)照組（8.81 mg·kg-1·h-1）差異顯著（P<0.05），且整個(gè)貯藏期間，1-MCP處理組呼吸強(qiáng)度均顯著低于對(duì)照組（P<0.05）。表明1-MCP 處理可有效抑制芥菜的呼吸強(qiáng)度，1.0 μL·L-11-MCP 處理組的效果最佳。

圖1 1-MCP 對(duì)根用芥菜呼吸強(qiáng)度的影響Fig.1 Effect of 1-MCP on respiratory intensity of root mustard

2.2 1-MCP對(duì)根用芥菜失重率和發(fā)芽率的影響

由圖2-A可知，隨著貯藏時(shí)間的延長，芥菜的失重率逐漸增加。整個(gè)貯藏期間，對(duì)照組的失重率均顯著高于各處理組（P<0.05），其中1.0 μL·L-11-MCP 處理組優(yōu)于其他兩處理組。由圖2-B 可知，貯藏40～80 d 1-MCP處理顯著抑制了芥菜的發(fā)芽率（P<0.05）。貯藏第80 天時(shí)，對(duì)照組發(fā)芽率分別是1.0、1.5、2.0 μL·L-11-MCP 處理組的4.6、3.2、2.8 倍。其中，1.0 μL·L-11-MCP處理組發(fā)芽率顯著低于1.5、2.0 μL·L-11-MCP處理組（P<0.05）。表明1-MCP 處理對(duì)芥菜的失重率和發(fā)芽率有明顯的抑制作用，其中1.0 μL·L-11-MCP 處理組抑制效果最好。

圖2 1-MCP 對(duì)根用芥菜失重率 （A） 和發(fā)芽率 （B） 的影響Fig.2 Effect of 1-MCP on weight loss （A） and germination rate （B） of root mustard

2.3 1-MCP 對(duì)根用芥菜硬度、木質(zhì)素和抗壞血酸含量的影響

由圖3-A 可知，在貯藏過程中芥菜硬度整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。其中0～60 d，芥菜硬度呈先下降后上升的趨勢(shì)，在第40 天達(dá)到最低值，此時(shí)對(duì)照組硬度顯著低于1.0、1.5 μL·L-11-MCP處理組（P<0.05）。由圖3-B可知，芥菜的木質(zhì)素含量在貯藏過程中呈上升趨勢(shì)，整個(gè)貯藏期1.0 μL·L-11-MCP 處理組木質(zhì)素含量顯著低于對(duì)照組（P<0.05）。抗壞血酸是果蔬機(jī)體內(nèi)重要的營養(yǎng)成分之一，其含量也是反映果蔬貯藏情況的重要參考［23］。由圖3-C 可知，在貯藏期間，芥菜的抗壞血酸含量呈下降趨勢(shì)，其中0～20 d，對(duì)照芥菜的抗壞血酸損失最多，與鮮樣相比損失率高達(dá)30.4%，而1.0、1.5、2.0 μL·L-11-MCP處理組的損失率分別為13.0%、18.8%、22.2%。整個(gè)貯藏期間，各處理組與對(duì)照組均存在顯著差異（P<0.05），其中1.0 μL·L-11-MCP 處理組抗壞血酸含量顯著高于其他兩處理組（P<0.05）。表明1-MCP處理可以有效維持芥菜抗壞血酸含量。

圖3 1-MCP對(duì)根用芥菜硬度（A）、木質(zhì)素（B）和抗壞血酸含量（C）的影響Fig.3 Effect of 1-MCP on hardness （A），lignin （B） and ascorbic acid content （C） of root mustard

2.4 1-MCP 對(duì)根用芥菜細(xì)胞膜透性和MDA 含量的影響

植物組織的相對(duì)電導(dǎo)率反映了細(xì)胞膜的損傷程度。由圖4-A可知，隨著貯藏時(shí)間的延長，芥菜的相對(duì)電導(dǎo)率整體呈增加趨勢(shì)。與鮮樣相比，貯藏第80 天時(shí)，芥菜的相對(duì)電導(dǎo)率分別上升了3.9、0.7、1.1、1.8個(gè)百分點(diǎn)。與對(duì)照相比，1-MCP 處理顯著抑制了芥菜相對(duì)電導(dǎo)率（P<0.05），而各1-MCP處理組之間差異不顯著（P>0.05）。由圖4-B 可知，貯藏過程中，各組芥菜MDA含量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。貯藏第60天時(shí)，各組芥菜MDA 含量達(dá)到高峰，其中1.0 μL·L-1和1.5 μL·L-1處理組的MDA 含量較低，為0.083、0.084 μmol·g-1，顯著低于對(duì)照組（0.11 μmol·g-1） （P<0.05）。表明1-MCP處理可以緩解芥菜細(xì)胞膜損傷。

圖4 1-MCP對(duì)根用芥菜相對(duì)電導(dǎo)率 （A）和丙二醛含量（B）的影響Fig.4 Effect of 1-MCP on relative electrical （A） and MDA content （B） of root mustard

2.5 1-MCP對(duì)根用芥菜氧化酶活性的影響

2.5.1 LOX 和PAL 活性 LOX 是引起果蔬采后衰老的酶之一，能反映果蔬貯藏的衰老進(jìn)程［24］。由圖5-A可知，采后貯藏期芥菜LOX 活性整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，0～40 d，對(duì)照組LOX 活性快速上升，40 d 后緩慢上升，而1-MCP 處理組在整個(gè)貯藏期間均緩慢上升，但整體顯著低于對(duì)照組（P<0.05）。PAL參與木質(zhì)素的合成和積累，隨著PAL 活性的增加，木質(zhì)素含量增加［25］。由圖5-B 可知，芥菜PAL活性呈先上升后下降的趨勢(shì)，貯藏第20 天時(shí)，各組芥菜PAL 活性達(dá)到峰值，其中對(duì)照組PAL 活性最高，為11.71 U·g-1，其次是2.0 μL·L-1（10.41 U·g-1）、1.5 μL·L-1（10.36 U·g-1）1-MCP 處理組，1.0 μL·L-11-MCP 處理組的PAL 活性最低，為9.84 U·g-1。直到貯藏結(jié)束，各處理組芥菜PAL始終低于對(duì)照組，且與對(duì)照組之間差異顯著（P<0.05）。

圖5 1-MCP對(duì)根用芥菜脂氧合酶活性 （A） 和苯丙氨酸解氨酶活性（B）的影響Fig.5 Effect of 1-MCP on LOX activity （A） and PAL activity （B） of root mustard

2.5.2 CAT 和SOD 活性 CAT 可促使H2O2分解為氧和水，從而使細(xì)胞免遭H2O2的毒害，是生物防御體系的關(guān)鍵酶之一［26］。由圖6-A 可知，對(duì)照組和1-MCP 處理組芥菜CAT 活性變化趨勢(shì)一致，均隨貯藏時(shí)間延長呈下降趨勢(shì)。在貯藏第20 和第80天時(shí)，1.5 μL·L-1和2.0 μL·L-11-MCP 處理組CAT 活性顯著高于對(duì)照組，在貯藏40～60 d，兩組CAT 活性高于對(duì)照組，但差異不顯著（P>0.05），而1.0 μL·L-11-MCP 組整個(gè)貯藏期芥菜CAT 活性始終顯著高于對(duì)照（P<0.05）。SOD 是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶，可催化O2-生成無毒害的H2O和O2，防止細(xì)胞的脂膜過氧化及內(nèi)容物的滲漏，延緩衰老［27］。由圖6-B 可知，隨著貯藏時(shí)間的延長，芥菜的SOD 活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，整個(gè)貯藏期間1-MCP 處理組SOD 活性均顯著高于對(duì)照組（P<0.05），其中1.0 μL·L-11-MCP 處理組的SOD 活性始終顯著高于其他兩處理組（P<0.05）。

圖6 1-MCP對(duì)根用芥菜過氧化氫酶活性（A）和超氧化物歧化酶活性（B）的影響Fig.6 Effect of 1-MCP on CAT activity （A） and SOD activity （B） of root mustard

2.5.3 POD 和APX 活性 POD 具有清除細(xì)胞內(nèi)過氧化物的作用，可將過氧化氫分解為對(duì)細(xì)胞無傷害的水和氧氣，同時(shí)也是植物酶性保護(hù)系統(tǒng)的主要成分之一［28］。由圖7-A 可知，在貯藏期間，芥菜POD 活性整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。在貯藏20 d時(shí)，各組芥菜POD 活性達(dá)到峰值，之后呈下降趨勢(shì)，其中1.0 μL·L-11-MCP 處理組活性最高，為259.75 U·g-1；其次是1.5 μL·L-11-MCP 處理組，為208.98 U·g-1，最低的是對(duì)照組，為118.48 U·g-1。整個(gè)貯藏期，1.0 μL·L-11-MCP 處理組POD 活性顯著高于其他處理組（P<0.05）。APX 是清除活性氧的重要抗氧化酶之一，也是抗壞血酸代謝的關(guān)鍵酶之一［29］，可以延緩果蔬衰老。由圖7-B 可知，芥菜的APX 活性整體呈下降趨勢(shì)。0～20 d，各組APX 活性快速下降，與對(duì)照組相比，處理組變化幅度較緩。之后，對(duì)照組APX 活性變化趨于平緩，而處理組呈上升趨勢(shì)。整個(gè)貯藏期1-MCP 處理組APX 活性顯著高于對(duì)照組（P<0.05），其中1.0 μL·L-11-MCP處理組APX活性最高。

圖7 1-MCP對(duì)根用芥菜過氧化物酶活性 （A）和抗壞血酸過氧化物酶活性（B）的影響Fig.7 Effect of 1-MCP on POD activity （A） and APX activity （B） of root mustard

2.6 基于PCA 對(duì)不同濃度根用芥菜貯藏品質(zhì)和抗氧化的區(qū)分

為了更大限度地區(qū)分組間差異，分別選取了貯藏初期（0 d）、中期（40 d）和末期（80 d）3個(gè)有代表性、間隔較遠(yuǎn)的貯藏時(shí)間進(jìn)行主成分分析。圖8 為對(duì)照和1-MCP處理組在不同貯藏時(shí)間下芥菜貯藏品質(zhì)和抗氧化主成分分析（principal components analysis，PCA）得分圖，其中第1主成分的貢獻(xiàn)為57.4%，第2主成分的貢獻(xiàn)為31.4%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為88.8%。對(duì)照組分布在橫坐標(biāo)正半軸，而鮮樣和1-MCP 處理組分布在橫坐標(biāo)的負(fù)半軸，表明對(duì)照組和處理組分離效果較好，差異性較大。

圖8 不同濃度1-MCP處理根用芥菜的PCA得分Fig.8 PCA of root mustard treated with different concentrations of 1-MCP

3 討論

根用芥菜屬于根菜類蔬菜，其水分含量較高、呼吸代謝旺盛，在貯藏期間容易失水和發(fā)芽，加速衰老進(jìn)程，降低其商品價(jià)值［17］。據(jù)報(bào)道，蔬菜發(fā)芽與乙烯含量有關(guān)，乙烯可以促進(jìn)發(fā)芽［30］。1-MCP 是一種乙烯受體抑制劑［31］，已廣泛應(yīng)用于一系列的果蔬的采后貯藏［32］。萌發(fā)是一個(gè)伴隨著呼吸作用增強(qiáng)的復(fù)雜生理過程［33-35］。本研究中，采后芥菜呼吸強(qiáng)度旺盛，隨著田間熱散去，呼吸強(qiáng)度減弱，但隨著貯藏時(shí)間的延長，根用芥菜呼吸強(qiáng)度增加，這可能是由芥菜發(fā)芽所致。經(jīng)1-MCP 處理的光頭芥呼吸強(qiáng)度和發(fā)芽率顯著低于對(duì)照組，其中1.0 μL·L-11-MCP處理最低，這與Luo等［36］和苑寧等［37］的研究結(jié)果一致。失重率和硬度是判斷果蔬品質(zhì)最直觀的指標(biāo)，而果實(shí)軟化是因?yàn)樵z酶將原果膠分解為果膠［38］。本研究發(fā)現(xiàn)，1-MCP 處理組的根用芥菜失重率和硬度顯著低于對(duì)照組。此外，前人對(duì)鮮切山藥［37］和蘋果［39］的研究表明，1-MCP可以通過降低多醛酸和中性糖的增溶作用來限制細(xì)胞壁水解活性，維持果實(shí)細(xì)胞壁果膠含量和硬度，延緩其軟化過程，這些結(jié)果也證實(shí)了本研究的結(jié)論。

MDA 作為膜脂過氧化的重要產(chǎn)物，可以一步破壞生物膜，而LOX 是引起膜脂過氧化的關(guān)鍵酶，在降解過程中產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS），其中LOX活性的升高會(huì)促使MDA積累，加速果實(shí)衰老和成熟［40］。李輝等［41］研究表明，1-MCP 可以抑制LOX活性，進(jìn)而減少M(fèi)DA 的積累。本研究發(fā)現(xiàn)，芥菜MDA含量和LOX 活性呈上升趨勢(shì)，這是因?yàn)榻娌似鞴匐S著貯藏時(shí)間的延長不斷衰老，造成細(xì)胞膜脂過氧化。與對(duì)照組相比，1-MCP 能夠抑制芥菜LOX 活性、減少M(fèi)DA 的積累，其中1.0 μL·L-11-MCP 處理組優(yōu)于其他1-MCP 處理組。ROS 的積累會(huì)引起細(xì)胞氧化損傷，最終導(dǎo)致植物衰老。同時(shí)在種子發(fā)芽期間，ROS 參與緩解休眠和種子萌發(fā)，抑制ROS 的產(chǎn)生可以延緩發(fā)芽［42］。CAT、SOD、POD和APX等抗氧化酶是清除植物體內(nèi)ROS 的關(guān)鍵酶，其中SOD 可以將O2-轉(zhuǎn)化為H2O2，H2O2可以進(jìn)一步通過POD、CAT 和APX 分解為H2O 和O2［43］。據(jù)報(bào)道，1-MCP 處理可以增加果蔬CAT、SOD、POD 和APX 活性，抑制ROS 的產(chǎn)生，從而延緩果蔬衰老，抑制發(fā)芽，延長貯藏期［32，44-45］。本研究發(fā)現(xiàn)，芥菜CAT 和APX 活性整體隨貯藏時(shí)間的延長而不斷下降，可能是由于芥菜衰老導(dǎo)致過氧化氫不斷積累，當(dāng)積累量達(dá)到一定程度未及時(shí)清除，就可能抑制CAT 和APX的活性。貯藏期間芥菜POD 和SOD 活性呈上升趨勢(shì)，這可能是由于采后芥菜活性氧失衡，不斷產(chǎn)生超氧陰離子自由基，從而誘導(dǎo)POD 和SOD 活性增加。與對(duì)照相比，1-MCP 處理芥菜CAT、SOD、POD 和APX 的活性處于較高水平，降低了發(fā)芽率，表明1-MCP 可以通過增加ROS 代謝酶的活性來減少ROS 的積累，降低芥菜塊莖的發(fā)芽率，從而延緩其衰老。

4 結(jié)論

本研究利用1.0、1.5、2.0 μL·L-11-MCP 處理根用芥菜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比，1-MCP 處理降低了芥菜失重率、木質(zhì)素含量，抑制了呼吸強(qiáng)度，保持了較高的硬度和抗壞血酸含量，同時(shí)抑制了LOX 和PAL 活性，減少了細(xì)胞滲透率和MDA 含量的積累，提高了CAT、SOD、POD 和APX 活性，降低了芥菜的發(fā)芽率，從而延緩了其衰老，其中1 μL·L-11-MCP的效果最佳。