茉莉酸甲酯对鲜切苹果生理生化变化的影响

胡文忠，姜爱丽，杨 宏，刘程惠，何煜波

（大连民族学院生命科学学院，生物化学工程国家民委-教育部重点实验室，辽宁大连116600）

茉莉酸甲酯对鲜切苹果生理生化变化的影响

胡文忠，姜爱丽，杨 宏，刘程惠，何煜波

（大连民族学院生命科学学院，生物化学工程国家民委-教育部重点实验室，辽宁大连116600）

为研究茉莉酸甲酯（MeJA）对鲜切苹果生理生化变化的影响，将1cm3的鲜切富士苹果分别放入100、400、1600μmol/L的茉莉酸甲酯溶液中浸泡30min，包装后放入5℃冷库中贮藏。每2d测定各类酶活性以及与成熟衰老相关的指标等的变化。结果表明，经茉莉酸甲酯处理后，鲜切苹果的APX活性降低，但LOX、PAL、CAT、PPO、POD活性增加，相对电导率和丙二醛含量降低，说明茉莉酸甲酯处理启动了鲜切富士苹果的防御反应，导致相关防御反应的关键酶活性升高，从而降低机械伤害引发的自由基对细胞膜产生的伤害。研究认为，鲜切苹果贮前经适当浓度的茉莉酸甲酯溶液浸泡，可显著延长贮藏期和保持新鲜品质。

茉莉酸甲酯，鲜切苹果，生理生化变化，酶活性

Abstract：In order to determine the effect of Jasmonic acid methyl ester（MeJA） on the physiological and biochemical reactions of fresh-cut Fuji apple，1cm3small cube pieces were measured the enzymes activity and the indexes that related to maturity and aging every 2d.After dipping in 100，400，1600μmol/L MeJA solution for 30min，fresh-cut apples were packed and stored at 5℃ ，respectively.The results indicated that MeJA treatments stimulated the activities of LOX、PAL、CAT、PPO while it inhibited the activity of APX and controlled the increase of relative electrical conductivity and the content of MDA.Exo-MeJA treatments launched the defense reaction of the fresh-cut Fuji apple，and caused the activities of the key enzymes related with defense responses increased.It suggested that as a effective method，appropriate concentration of MeJA treatments might be used before the storage of fresh-cut apple to prolong the storage period and maintain the fresh quality.

Key words：Jasmonic acid methyl ester；fresh-cut apple；physiological and biochemical changes；enzyme activity中图分类号：TS255.1 文献标识码：A 文章编号：1002-0306（2012）16-0338-05

茉莉酸类物质（Jasmonates，JAs）在自然界中广泛存在，其主要代表物质是茉莉酸（Jasmonic acid，JA）和茉莉酸甲酯（Methyle Jasmonate，MeJA），被认为是植物伤信号分子的茉莉酸在植物防御反应中的作用得到了人们的广泛关注[1-2]。大量研究结果表明，植物对机械伤害的防御反应不但发生在伤害部位（local response），而且在远距离非伤害部位也具有反应即系统应答（systemic response）。茉莉酸是与抗性密切相关的植物生长物质，它作为内源信号分子参与植物在机械伤害、病虫害等条件下的抗逆反应，并且与植物远距离非伤害部位的防御反应有关，是介导伤害反应必需和最关键的信号分子[1]。当植物受到伤害时，植物体内茉莉酸的含量显著增加，并由它“通知”未受伤部位进入“警戒状态”，进而诱导一系列与植物伤害防御有关的基因表达，如蛋白酶抑制剂（PI）、苯丙氨酸转氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）、过氧化物酶（POD）、脂氧合酶（LOX）等防御蛋白的活性水平，导致生物碱和酚酸类次生物质的积累，增加并改变挥发性信号化合物的释放，甚至形成防御结构，提高LOX活性，从而增强植物的抗性。但茉莉酸类物质在鲜切果蔬中应用和研究得很少。研究茉莉酸类物质处理对鲜切苹果生理生化变化的影响和调控，进而揭示茉莉酸类物质如何在发生大面积损伤的鲜切果蔬中发挥伤信号传导作用，对于丰富鲜切果蔬伤害应答理论具有重要的作用。

1 材料与方法

1.1 实验材料及处理方法

富士苹果 选用色泽一致、大小均匀、无病虫害和无机械损伤的富士苹果为实验材料，采后当天运至实验室，并贮藏在5℃的冷库中备用。将苹果切成1cm3的小块并分别放入100、400、1600μmol/L的茉莉酸甲酯溶液中浸泡30min，然后用0.04mm厚聚乙烯塑料薄膜包装并放入5℃冷库中贮藏。每2d测定自由基清除酶类、抗氧化酶类、防御酶类活性以及与成熟衰老相关的指标等的变化。

1.2 测试指标及方法

对鲜切苹果生理生化指标进行测定，包括过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、过氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）、脂氧合酶（LOX）、苯丙氨酸转氨酶（PAL）以及丙二醛含量（MDA）和相对电导率，均参照曹建康的方法[3]。

1.3 数据分析

用Excel作图，实验结果取三次测定的平均值并计算标准差，以SPSS进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 贮藏期间鲜切富士苹果自由基清除酶类活性的变化

果实衰老源于活性氧的积累，由于活性氧产生和清除之间的平衡被破坏，使果实衰老加剧。CAT和SOD一样是最主要的活性氧清除剂，它能分解代谢产生的H2O2而有效地清除自由基。SOD是一种源于生命体的活性物质，能消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害物质，作为植物抗氧化系统的第一道防线，其主要功能是清除细胞中多余的超氧阴离子，防止对细胞膜系统造成伤害。SOD在生物体内的水平高低意味着衰老与死亡的直观指标；SOD的主要作用是构成生物体内重要的免疫体系，参与植物的防御反应。

图1 不同浓度的茉莉酸甲酯处理对鲜切苹果CAT活性的影响Fig.1 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the CAT activities of fresh-cut apple

从图1可以看出，贮藏期间鲜切苹果的CAT活性均呈先上升后下降趋势，但3种茉莉酸甲酯处理后CAT活性马上开始升高，直至第6d达到最大值，而对照的在2d时才开始升高。2、4、6d时3种茉莉酸甲酯处理的CAT活性显著高于对照（p＜0.05），3种茉莉酸甲酯处理中以100、400μmol/L更有利于提高CAT活性。贮藏初期茉莉酸甲酯处理引起的细胞内的CAT酶活的升高有利于清除细胞内过量的过氧化氢，从而降低细胞的伤害，但在贮藏一段时间后，组织受到伤害，修复能力下降因而CAT活性降低。

图2 不同浓度的茉莉酸甲酯处理对鲜切苹果SOD活性的影响Fig.2 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the SOD activities of fresh-cut apple

从图2可以看出，贮藏初期100μmol/L茉莉酸甲酯处理的SOD活性略高于对照，而400、1600μmol/L茉莉酸甲酯处理则会抑制SOD的活性，且1600μmol/L茉莉酸甲酯处理的SOD活性在4d时显著低于对照（p＜0.05）。但总体来看各处理间SOD活性差异不大，说明茉莉酸甲酯处理对超氧阴离子的清除能力影响不大。

2.2 贮藏期间鲜切富士苹果抗氧化酶类活性的变化

图3 不同浓度的茉莉酸甲酯处理对鲜切苹果APX活性的影响Fig.3 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the APX activities of fresh-cut apple

APX是以抗坏血酸为电子供体的专一性强的过氧化物酶，能催化抗坏血酸与H2O2发生氧化-还原反应，是植物体内清除H2O2的关键酶，APX活性的升高有利于植物体内H2O2的清除。从图3可以看出，各处理的APX活性均呈先急剧下降后上升再缓慢下降趋势，0d时3种茉莉酸甲酯处理的APX活性均极显著低于对照（p＜0.01），说明茉莉酸甲酯处理对APX有显著地抑制作用，0d时100、400μmol/L茉莉酸甲酯处理的APX活性比1600μmol/L茉莉酸甲酯处理低50%左右。与0d时相比，2d时各处理的APX活性均呈急剧下降趋势，这是由切割处理所致，而后3种茉莉酸甲酯处理的APX活性有所回升，以100、400μmol/L茉莉酸甲酯处理的回升速度较快，并在6d时显著高于对照（p＜0.05），说明经适当浓度的茉莉酸甲酯溶液处理可以提高APX活性，催化抗坏血酸与H2O2发生氧化还原反应，使抗坏血酸形成单脱氢抗坏血酸，有利于植物体内H2O2的清除，降低对细胞的伤害。

图4 不同浓度的茉莉酸甲酯处理对鲜切苹果PPO活性的影响Fig.4 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the PPO activities of fresh-cut apple

PPO是含铜的氧化酶，以游离态存在于植物细胞质或束缚于线粒体、叶绿体及其他亚细胞器中，催化各种酚与O2反应生成醌，同时也是末端氧化酶的主要部分。植物组织感病或在其他逆境条件下造成伤害时，PPO活性能显著升高，起到保卫作用。POD催化植物组织中低浓度的H2O2，氧化其他底物，用以清除H2O2，一般将其视为植物成熟衰老的指标。POD是植物在逆境条件下酶促防御系统的关键酶之一，它与SOD、CAT相互协调配合，清除过剩的自由基，使体内自由基维持在正常的动态水平，以提高植物的抗逆性。从图4可知，贮藏期间鲜切苹果的PPO活性均呈先上升后下降的趋势，6d时各处理均出现PPO活性高峰，这可能是切割对苹果组织造成伤害所致。整个贮藏过程中3种茉莉酸甲酯处理的PPO活性均高于对照，并在6、8d时差异达显著性水平（p＜0.05）。PPO活性的升高尽管能起到一定的防御作用，但PPO也是导致鲜切苹果褐变的主要酶，说明经茉莉酸甲酯处理的鲜切苹果尽管抗性有所增加，但褐变也随之增加了。贮藏结束时，1600μmol/L茉莉酸甲酯处理的鲜切富士苹果褐变最为严重且失去商品价值。

图5 不同浓度的茉莉酸甲酯处理对鲜切苹果POD活性的影响Fig.5 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the POD activities of fresh-cut apple

从图5可以看出，各处理的POD活性均在第8d达到最高峰。与对照相比，100、400μmol/L茉莉酸甲酯处理的POD活性在前6d均显著高于对照（p＜0.05），而第8d时二者的峰值都低于对照，而1600μmol/L茉莉酸甲酯处理则会抑制POD活性，6、8、10d时极显著低于对照和其他两种茉莉酸甲酯处理（p＜0.01）。在氧化和非生物的胁迫下，POD活性增加是比较常见的响应，切割伤害导致的POD活性增加可能就是由于切割致使表面组织的氧化胁迫所致，适当浓度的茉莉酸甲酯处理能够引起细胞内POD活性的升高，这对于及时清除过量的过氧化氢非常重要。

2.3 贮藏期间鲜切富士苹果防御酶类活性的变化

植物体内茉莉酸类物质的合成代谢主要是通过脂氧合酶途径来完成的，LOX是其途径的关键酶之一，LOX及其脂质过氧化的产物，都参与茉莉酸、脱落酸和乙烯的生物合成，同时，LOX也与植物衰老密切相关。许多植物在遭受寒冷、伤害、紫外辐射时，植物的防御系统特别是苯丙烷类代谢被激活，PAL活性也会迅速上升，因此LOX活性可以作为植物抗逆境能力的一个生理指标。

图6 不同浓度的茉莉酸甲酯处理对鲜切苹果LOX活性的影响Fig.6 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the LOX activities of fresh-cut apple

从图6可以看出，切割后的苹果在贮藏期间LOX活性先增加后减少。LOX活性的增加可能是果实对伤害反应的响应。不同浓度的茉莉酸甲酯溶液对鲜切富士苹果中LOX活性的处理效果不同，100μmol/L茉莉酸甲酯处理的LOX活性高于对照，而400、1600μmol/L茉莉酸甲酯处理的LOX活性在整个贮藏过程中均显著低于对照（p＜0.05），其中以1600μmol/L茉莉酸甲酯处理的LOX活性最低。LOX作用的终产物茉莉酸也可能是一种伤信号，茉莉酸可以和乙烯相互作用引发一系列的生理效应，并对乙烯生理效应起到抑制作用，这可能是贮藏后期LOX活性差别的原因。前人的研究结果表明：外源诱导因子，如几丁质、水杨酸、茉莉酸甲酯等都可诱导LOX基因的表达[4]，我们的研究结果则表明，适当浓度的茉莉酸甲酯处理（100μmol/L）能增加LOX活性，说明LOX基因的表达受到诱导，这一点与前人的研究结果相吻合，而高浓度的茉莉酸甲酯处理（400、1600μmol/L）却抑制LOX基因的表达。

图7 不同浓度的茉莉酸甲酯处理对鲜切苹果PAL活性的影响Fig.7 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the PAL activities of fresh-cut apple

从图7可以看出，0d时100、400μmol/L茉莉酸甲酯处理的PAL活性显著高于对照（p＜0.05），尽管对照的PAL活性在后续的贮藏过程中有所增加，但在6d前均显著低于100、400μmol/L茉莉酸甲酯处理（p＜0.05）。而且400μmol/L茉莉酸甲酯处理最有利于提高PAL活性，整个贮藏过程中始终高于对照和其他茉莉酸甲酯处理，并在前8d差异达显著性水平（p＜0.05）。PAL活性上升能催化产生较多的植保素和木质素来修复伤害。但当茉莉酸甲酯浓度过高时（1600μmol/L），PAL活性则会受到抑制。

2.4 贮藏期间与鲜切富士苹果成熟衰老相关的指标值变化

MDA是膜脂过氧化作用的主要产物之一，其含量的增加意味着膜脂过氧化加强，膜受伤而衰老加剧。相对电导率也是反映植物膜系统状况的一个重要指标，当植物受到逆境伤害或其他损伤时，细胞膜受损，导致胞液外渗而使相对电导率增大。

图8 不同浓度的茉莉酸甲酯处理对鲜切苹果MDA含量的影响Fig.8 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the MDA content of fresh-cut apple

如图8所示，各样品的MDA含量均呈先上升后下降趋势。0d时3种茉莉酸甲酯处理的MDA含量均显著低于对照（p＜0.05），4d后3种茉莉酸甲酯处理的MDA含量也显著低于对照（p＜0.05），说明茉莉酸甲酯处理能有效抑制膜脂过氧化作用的发生。贮藏初期各处理MDA含量的逐步上升可能是由切割处理后组织的衰老所致，果蔬在受到机械伤害后，组织内的活性氧含量会增加，但同时会有许多清除活性氧机制被启动，其中抗氧化酶类在清除活性氧、抑制膜脂过氧化、维持膜系统的稳定性中起重要作用。因而MDA会表现为先上升后下降。

从图9可以看出，尽管各处理的相对电导率在贮藏期间均呈上升趋势，但茉莉酸甲酯处理能有效抑制相对电导率上升的速率，整个贮藏过程中3种茉莉酸甲酯处理的相对电导率始终低于对照，并在0、4、6、8、10d时差异达显著性水平（p＜0.05）。3种茉莉酸甲酯处理中以1600μmol/L更有利于相对电导率的抑制，6d后1600μmol/L茉莉酸甲酯处理的相对电导率显著低于对照和其他处理（p＜0.05）。经茉莉酸甲酯处理后相对电导率上升速率受到抑制，说明茉莉酸甲酯处理可有效降低细胞膜的受伤害程度。这与前人的研究结果[5-6]，外源茉莉酸甲酯处理能降低香蕉[4]和黄瓜[5]的细胞膜电解质渗出率一致。

图9 不同浓度的茉莉酸甲酯处理对鲜切苹果相对电导率的影响Fig.9 Effect of different concentration of asmonic acid methyl ester treatments on the relative conductivities of fresh-cut apple

3 讨论

茉莉酸甲酯是茉莉属素馨花中香精油的有气味化合物，它在其他植物中亦有广泛分布。作为细胞信号转导系统中的一种重要物质，茉莉酸甲酯广泛参与了植物防御信号的转导与放大过程[7]。它在植物细胞中起信号传导的作用，引起细胞抗逆反应产物的表达，对多种次生代谢产物的合成具有诱导作用，被认为是非常有效的诱导子。

实验结果表明，经茉莉酸甲酯处理后鲜切苹果的POD和CAT的活性提高了，使得细胞内的H2O2能够及时被清除，从而降低细胞膜的受伤程度。这与前人的研究结果一致，Su等[8]发现在悬浮培养的红豆杉细胞中添加茉莉酸甲酯，可显著提高细胞的POD、CAT活性、H2O2含量。Liu等[9]发现高浓度的茉莉酸甲酯对小麦根的生长有明显的抑制作用，而且小麦根中POD活性提高，POD的表达量增强。茉莉酸甲酯处理也可明显诱导普通野生稻叶片POD、CAT的表达，增加其保护酶系的活性，进而增强植株抵抗不良环境的能力[10]。Cao等[11]发现茉莉酸甲酯处理能有效减轻枇杷的冷害症状，并有助于细胞壁的修复。本实验结果表明，茉莉酸甲酯处理能有效提高PPO活性，PPO活性升高增加鲜切组织的防御能力，而茉莉酸甲酯处理对SOD活性影响不大，可能是由于SOD对伤害和茉莉酸甲酯诱导的响应不敏感。适当浓度的茉莉酸甲酯还在一定程度上增加了LOX活性，这表明外源茉莉酸甲酯的添加可能启动或加强了细胞内的信号转导，增强了次生代谢物的合成能力。

4 结论

茉莉酸甲酯处理启动了鲜切富士苹果的防御反应，导致抗性相关酶活性的升高，从而可以增强对鲜切处理造成的机械伤害的修复与抵抗能力，并可使细胞内的H2O2及时被清除，从而降低机械伤害引发的自由基对细胞膜产生的伤害，进而通过伤害刺激信号转导诱发与防御反应有关的次生代谢物的合成。茉莉酸甲酯可能通过影响活性氧代谢和酚类物质代谢来降低鲜切苹果在贮藏期间冷害及衰老的发生，以获得延长鲜切苹果贮藏期和保持新鲜品质的目的，后续研究中我们将注重深入的机理研究。

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Effect of Jasmonic acid methyl ester treatment on the physiological and biochemical reactions of fresh-cut apple

HU Wen-zhong，JIANG Ai-li，YANG Hong，LIU Cheng-hui，HE Yu-bo
（College of Life Science，Dalian Nationalities University，Key Laboratory of Biochemical Engineering，The State Ethnic Affairs Commission-Ministry of Education，Dalian 116600，China）

2011－11－07

胡文忠（1959-），男，博士，教授，研究方向：食品科学。

国家自然科学基金项目（30972038，31172009）；国家科技支撑计划项目（2012BAD38B05）。