貯前光照處理對伽師瓜貯藏品質及部分防御酶活性影響

瑪爾哈巴·帕爾哈提,白羽嘉，2,李 夢,李 佳,張明明,王 瑾,馮作山，*

(1.新疆農業大學食品科學與藥學學院,新疆烏魯木齊 830052；2.新疆農業大學作物學博士后流動站，新疆烏魯木齊 830052)

新疆甜瓜種質資源豐富,所產甜瓜含糖量高,品質優良,營養豐富,是國內優質甜瓜主產區[1-2]。伽師瓜是新疆甜瓜中最耐貯藏的一個品種,屬于厚皮甜瓜的一個變種。伽師瓜每年8～9月采摘,瓜農先將采后伽師瓜置于遮陰棚下光照一個月左右,再轉入地窖平放于沙土上貯藏,這種貯藏方式可將伽師瓜保存到來年2～3月,貯藏期長達5個月。光照處理是一種非加熱物理處理[3],適當地用光線照射植物體,會推遲其生理老化[4]。王仲田等[5]發現對采后甜瓜光照1個月,可提高果實的呼吸強度,加速果實產生乙烯,提高果實乙醇和乙醛的含量,促進果實早衰,增加損耗,不利于貯藏;對甜瓜短時間光照3～5 d,可減少損耗,對貯藏有益。有研究報道光照可提高植物體總葉綠素、類胡蘿卜素、番茄紅素和VC含量。除此之外,光照對誘導CAT、POD和PPO等防御酶活性有積極影響作用,從而維持活性氧代謝平衡,延緩果蔬衰老,提高果蔬貯藏品質[6]。盡管光照是當地瓜農貯藏伽師瓜的辦法,但伽師瓜光照研究鮮見報道。因此,本研究模擬伽師瓜光照環境,初步探討光照對采后伽師瓜品質的影響,以期為后期伽師瓜的生產措施制定提供一定的理論依據,促進伽師瓜生產發展。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

伽師瓜 采摘于新疆喀什地區伽師縣;80%丙酮、石英砂、碳酸鈣粉、冰醋酸、無水醋酸鈉、聚乙二醇6000、聚乙烯吡咯烷酮(K30)、曲拉通、愈創木酚、30% H2O2溶液、鄰苯二酚、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、二硫蘇糖醇 均為分析純(AR),購自天津市光復精細化工研究所。

TGL-16G型高速冷凍離心機 上海安亭科學儀器廠;TU-1810PC型紫外-可見分光光度計 北京普析通用公司;SK2200H型超聲波清洗器 上?？茖С晝x器有限公司;DZKW-S-4型電熱恒溫水浴鍋 北京市永光明醫療儀器廠;XHF-DY型高速分散器 寧波新芝生物科技股份有限公司;testo540型照度儀 德圖儀器國際貿易(上海)有限公司;FA2104N型電子天平 上海民橋精密科學儀器有限公司;FE20型pH計 梅特勒-托利多儀器有限公司;FHR-1型硬度計 日本竹村電機制作所;WZB-35型便攜式數顯折光儀 上海精密科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理 果實隨機分成2組(每組80個),正式貯藏前14 d,一組采用12/12 h光照/避光交替處理,光照強度4500 lux,另外一組 24 h避光,所有果實均在25 ℃下進行;光照結束后,將2組樣品放入7 ℃、相對濕度85%～90%冷庫避光貯藏。

分別于第0、7、14、21、28、35、42、49 d取果皮和果肉組織,液氮速凍,-80 ℃保存。各處理每次取樣6個果實,選取果實赤道周邊部位均勻取樣。

1.2.2 測定指標和方法

1.2.2.1 果實硬度 使用硬度計,圍繞果實赤道部位,在等間距的6個位置測定果實硬度,單位:kg/cm2。

1.2.2.2 果實失重率 失重率(%)=(初始重量-最終重量)/初始重量×100。

1.2.2.3 可溶性固形物 取1 g果肉組織放入研缽磨碎,于4 ℃、8000×g離心10 min,取上清液使用折光儀測定,單位為°Brix。

1.2.2.4 總葉綠素及類胡蘿卜素含量 參照朱廣廉等[7]方法并修改。稱取3 g冷凍果皮組織,加少量石英砂和碳酸鈣粉,用5 mL 80%丙酮研成勻漿,再加15 mL 80%丙酮溶液繼續研磨至組織變白,靜置3～5 min后過濾定容至50 mL。以80%丙酮為空白,在波長663、645和440 nm處分別測定吸光度值,然后按照下列公式:總葉綠素質量濃度=20.3A645-8.1A663,類胡蘿卜素質量濃度=8.73A440+2.1A663-9.1A645分別計算出總葉綠素和類胡蘿卜素質量濃度,mg/L FW,然后換算成mg/g FW。實驗重復3次。

1.2.2.5 還原糖含量 采用3,5-二硝基水楊酸法[8]。稱取5 g冷凍果肉組織,用蒸餾水充分研磨成勻漿后定容至25 mL刻度試管。置80 ℃水浴保溫30 min,過濾浸提液,重復提取2次,合并上清液定容至100 mL,作為還原糖提取液備用。反應體系:2 mL還原糖提取液,1.5 mL 3,5-二硝基水楊酸試劑。在沸水浴中加熱5 min,冷卻后以蒸餾水定容至25 mL。以蒸餾水為空白,在540 nm 波長測定吸光度值。根據下列公式計算還原糖含量(%)。實驗重復3次。

式中:C:從標準曲線查得的葡萄糖毫克數,mg;V:樣品提取液總體積,mL;N:樣品提取液稀釋倍數;VS:測定時所取樣品提取液體積,mL;W:樣品重量,g。

1.2.2.6 過氧化氫酶(CAT)活性 參照Ren等[9]方法并修改。分別稱取10 g冷凍果肉組織和5 g冷凍果皮組織,分別加入15 mL和25 mL提取緩沖液(100 mmol/L pH7.5 磷酸緩沖液,5 mmol/L 二硫蘇糖醇,5%(w/v)聚乙烯吡咯烷酮K30),充分研磨成勻漿后,于4 ℃、8000×g下離心30 min,上清液即為CAT酶提取液。酶促反應體系:2.9 mL 20 mmol/L H2O2,100 μL粗酶液。以蒸餾水為空白,立即在波長240 nm處測定吸光度值,然后每隔30 s測定一次,連續測定3 min。以每克鮮重樣品每分鐘吸光度值減少0.01為1個CAT酶活性單位(U/g FW)。實驗重復3次。

1.2.2.7 過氧化物酶(POD)活性 采用愈創木酚法[10]。稱取10 g冷凍果肉組織和5 g冷凍果皮組織,分別加入10和20 mL提取緩沖液(50 mmol/L pH5.5 醋酸緩沖液,1 mmol/L聚乙二醇6000,4%(w/v)聚乙烯吡咯烷酮K30,1%曲拉通),充分研磨成勻漿后,于4 ℃、8000×g下離心30 min,上清液即為POD酶提取液。酶促反應體系:3 mL 25 mmol/L愈創木酚溶液,0.5 mL酶提取液,200 μL 0.5 mol/L H2O2溶液。以蒸餾水為空白,立即在波長470 nm處測定吸光度值,然后每隔1 min 測定一次,連續測定6 min。以每克鮮重樣品每分鐘吸光度值增加1時為1個POD酶活性單位(U/g FW)。實驗重復3次。

1.2.2.8 多酚氧化酶(PPO)活性 參照曹建康等[11]方法并修改。稱取10 g冷凍果肉組織和5 g冷凍果皮組織,分別加入10和20 mL提取緩沖液(100 mmol/L pH5.5 醋酸緩沖液,1 mmol/L聚乙二醇6000,4%(w/v)聚乙烯吡咯烷酮K30,1%曲拉通),充分研磨成勻漿后,于4 ℃、8000×g下離心30 min,上清液即為PPO酶提取液。酶促反應體系:4 mL 50 mmol/L,pH5.5醋酸緩沖液,1 mL 50 mmol/L鄰苯二酚溶液,100 μL 酶提取液。以蒸餾水為參比空白,立即在波長420 nm處測定吸光度值,然后每隔1 min測定一次,連續測定6 min。以每克鮮重樣品每分鐘吸光度變化值增加1時為1個PPO酶活性單位(U/g FW)。實驗重復3次。

1.3 數據處理

使用SPSS 20.0軟件進行差異性顯著分析,利用Origin 8.5軟件進行數據處理及繪圖。

2 結果與分析

2.1 光照對伽師瓜果實硬度的影響

如圖1所示,伽師瓜隨著貯藏時間延長,果實硬度持續下降。第49 d時,光照和避光果實硬度較起始分別下降了12.04%和10.20%。光照與避光果實硬度從第7 d后開始出現顯著差異(p<0.05)。結果表明,光照加快伽師瓜果實硬度下降。對“霞多麗”葡萄進行不同程度光照同樣出現果實硬度下降現象,且重度光照較輕度光照硬度低[12],這與本研究結果相似。

圖1 光照對伽師瓜果實硬度的影響Fig.1 Effect of illumination on fruit firmness of Jiashi melon

2.2 光照對伽師瓜果實失重率的影響

如圖2所示,隨著貯藏時間延長,果實失重率顯著升高(p<0.05),且光照失重率高于避光。到貯藏結束時(第49 d),光照與避光果實失重率分別上升到6.06%和5.73%。此外,有研究表明,不同品種甜瓜在相同光照強度下失重率不同[13]。另外,果實失重率與光照強度呈相關性,研究發現生菜在高光照(2500 lux)、低光照(500 lux)和黑暗環境中的失重率分別為1.74%、1.35%和1.05%[14]。由此得出,光照加快伽師瓜果實失重率上升。

圖2 光照對伽師瓜果實失重率的影響Fig.2 Effect of illumination on weight loss rate of Jiashi melon

2.3 光照對伽師瓜可溶性固形物含量的影響

如圖3所示,光照和避光可溶性固形物含量隨著貯藏時間延長均顯著下降,但光照可溶性固形物含量始終高于避光。經過49 d貯藏,光照和避光可溶性固形物含量分別下降了25.13%和36.36%。光照與避光可溶性固形物含量變化之間存在顯著差異(p<0.05)。結果表明,光照可有效維持伽師瓜貯藏期間營養物質含量,保持品質。然而,紅光、太陽光、UV-C等間歇定時照射均不影響番茄果實貯藏過程中可溶性固形物的含量,且可溶性固形物含量在貯藏過程中變化較小[15]。因此,這可能與研究對象、光源類型和光照時間等因素有關。

圖3 光照對伽師瓜可溶性固形物含量的影響Fig.3 Effect of illumination on total soluble solid of Jiashi melon

2.4 光照對伽師瓜果皮色素含量的影響

如圖4所示,隨著貯藏時間增加,光照與避光果皮總葉綠素含量(圖4A)及類胡蘿卜素含量(圖4B)均呈先增加后減少趨勢。光照果皮色素含量高于避光,且光照與避光兩種色素含量變化均存在顯著差異(p<0.05)。結果表明,光照可有效維持果皮色素含量。充足的光照促進伽師瓜果皮總葉綠素含量積累,使伽師瓜果皮顏色一直保持墨綠。

圖4 光照對伽師瓜果皮色素含量的影響Fig.4 Effect of illumination on pigment content of Jiashi melon

2.5 光照對伽師瓜還原糖含量的影響

如圖5所示,光照還原糖含量始終高于避光。貯藏前處理階段,光照顯著提高了還原糖含量,并在第14 d出現最大值。后期貯藏階段,光照還原糖含量開始下降,但仍保持較高含量。第49 d,光照還原糖含量較第0 d上升了65.0%。對于避光,還原糖含量僅在貯藏前處理階段略微上升,隨后持續降低。第49 d較第0 d降低了33.8%。光照與避光果實之間還原糖含量變化差異顯著(p<0.05)。糖分含量是衡量伽師瓜品質的主要依據,結果表明,光照對伽師瓜還原糖含量有重要影響作用。同樣在不同品種甜瓜果實中,中度光照下果實還原糖含量均顯著高于微弱光照[16]。

圖5 光照對伽師瓜還原糖含量的影響Fig.5 Effect of illumination on reducing sugar content of Jiashi melon

2.6 光照對伽師瓜CAT酶活性的影響

CAT酶可通過清理植物自身在光合作用或呼吸代謝等途徑中所產生的H2O2,來減少果蔬組織造成的氧化傷害[17]。由圖6可知,光照CAT酶活性大于避光,果皮的CAT酶活性顯著高于果肉(p<0.05)。對于果肉,光照CAT酶活性在貯藏前處理階段略微下降,進入后期貯藏階段呈先升高后降低趨勢,而避光CAT酶活性在貯藏前處理階段下降后又在后期貯藏階段持續上升(圖6A);對于果皮,光照和避光CAT酶活性均呈先上升后下降趨勢(圖6B)。研究報道,光照可以誘導CAT活性的上升,這有利于活性氧的清除,從而維持活性氧代謝的平衡,延緩果蔬貯藏期間的衰老[6]。

圖6 光照對伽師瓜果肉(A)、果皮(B)CAT酶活性的影響Fig.6 Effects of illumination on CAT enzymatic activity in sarcocaro(A)and pericarp(B)of Jiashi melon

2.7 光照對伽師瓜POD酶活性的影響

POD的主要作用是清除果蔬生理代謝過程中所產生的H2O2和因此產生的有機過氧化物,在受到貯藏環境變化、外界刺激、病原菌侵染等作用時,果蔬組織中POD酶活性會做出相應的應答反應[18]。由圖7可知,隨著貯藏時間延長,果肉POD酶活性與果皮POD酶活性均呈先增加后減少趨勢,光照POD酶活性大于避光,果皮的POD酶活性顯著高于果肉(p<0.05)。光照與避光果肉分別在第35和42 d達到POD酶活性峰值,光照活性是避光的1.51倍(圖7A);光照與避光果皮分別在第35和28 d達到POD酶活性峰值,光照活性是避光的1.24倍(圖7B)。有研究表明,光照甜瓜隨貯藏時間延長POD酶活性降低的原因與組織內CO2增加,氧的減少還有乙醛和乙醇在果實中的累積有關[19]。

圖7 光照對伽師瓜果肉(A)、果皮(B)POD酶活性的影響Fig.7 Effects of illumination on POD enzymatic activity in sarcocaro(A)and pericarp(B)of Jiashi melon

2.8 光照對伽師瓜PPO酶活性的影響

在后熟衰老過程或在采后貯藏加工過程中,PPO酶活性參與果蔬自身抵御外界干擾過程[20]。由圖8可知,果肉與果皮PPO酶活性均隨貯藏天數增加而升高,但是,光照PPO酶活性大于避光,果皮PPO酶活性顯著高于果肉(p<0.05)。到貯藏結束時,光照與避光果肉和果皮均在第49 d達到PPO酶活性最大值,光照分別是避光的1.44倍(圖8A)和1.22倍(圖8B)。同樣的結果在蘋果果皮組織中也有發現[21]。

圖8 光照對伽師瓜果肉(A)、果皮(B)PPO酶活性的影響Fig.8 Effects of illumination on PPO enzymatic activity in sarcocaro(A)and pericarp(B)of Jiashi melon

3 結論

光照處理使伽師瓜果實硬度下降;增加了果實失重率,但是,光照較好保持了伽師瓜果肉可溶性固形物、還原糖含量,保持伽師瓜貯藏品質;光照處理促使伽師瓜果皮保持較高色素含量;同時,貯藏前光照處理還刺激了果實中CAT、POD和PPO酶活性,且果皮酶活性高于果肉。

作為環境因子中的一個重要因素,光不僅可以影響植物品質,而且參與植物防御機制,提高植物抵御外界干擾能力[22]。相關研究表明,光照會加快芹菜[23]、蘿卜[24]、西蘭花[25]等果實軟化,增加失重率,嚴重時出現萎蔫現象,加快衰老,這與果實的后熟軟化和蒸騰作用有關,本研究結果與上述報道基本一致。任何植物的生長都離不開光照,甜瓜作為喜光植物,在采摘后仍進行微弱的光合作用,不斷積累營養物質和光合色素[26]。在光照條件下,植物的生理特性會發生相應變化,CAT、POD和PPO是植物次生物質生成過程中的關鍵酶,也是酶促防御系統的重要保護酶[27-29]。在本研究中,其活性改變預示著果實對光照刺激的化學防御體系正在發生改變。