外源乙烯对鲜切甘薯伤害生理效应的影响

郑亚男，胡文忠 ，姜爱丽，毕 阳

(1.甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃兰州 730070;2.大连民族学院生命科学学院，辽宁大连 116600)

外源乙烯对鲜切甘薯伤害生理效应的影响

郑亚男1，胡文忠2，*，姜爱丽2，毕 阳1

(1.甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃兰州 730070;2.大连民族学院生命科学学院，辽宁大连 116600)

采用新鲜甘薯为实验材料，经切割处理后，在4℃条件下，将鲜切甘薯在浓度为100、1000、10000μL/L的乙烯环境中密闭处理4℃，24h后进行贮藏。贮藏期间分析测定了鲜切甘薯颜色、失重率、呼吸强度、MDA(丙二醛)含量、LOX(脂氧合酶)和PPO(多酚氧化酶)活性等生理生化指标。结果发现:与对照相比，不同浓度的乙烯处理均可保持鲜切甘薯的色泽和失重率。低浓度的外源乙烯可抑制MDA含量的增加，外源乙烯对LOX的作用与其对MDA的作用一致。高浓度的外源乙烯可提高贮藏前期鲜切甘薯PPO活性，低浓度外源乙烯则提高了贮藏后期鲜切甘薯PPO活性，高浓度的外源乙烯处理可能通过增加了内源乙烯的合成，进而加速了呼吸代谢和衰老的速率。综合考虑，100μL/L的外源乙烯处理提高了鲜切甘薯的品质和抗性。

鲜切，甘薯，外源乙烯，贮藏

甘薯是一种多用途作物，可作为粮食和工业原料。国内外大量研究表明，甘薯在解决21世纪全球粮食、能源、自然资源和环境问题方面将会起到越来越重要的作用［1］。果蔬在鲜切加工时使果蔬表面瞬间同时承受挤压、摩擦和剪切等作用，果蔬的变形主要以塑性变形为主，并且鲜切果蔬的受伤面积大，对果蔬细胞的破坏作用也较大，由此会引发一系列更为显著的生理生化变化。为此，人们除了关注果蔬机械伤害所产生的一系列生理生化异常变化，如水分丧失、呼吸消耗加剧、风味品质下降以外，更加关注鲜切果蔬对机械伤害的适应性能力、伤害防御反应与应答［2］，以及这些反应对鲜切果蔬品质的影响与调控。乙烯作为一种植物自然代谢产生的两个碳原子的气体分子，对植物的代谢调节可贯穿其整个生活周期，是调节园艺产品成熟、衰老最重要的植物激素。切割伤害诱发产生的乙烯在生物学系统中充当了一个信号分子的角色，具有遇激而增，传信应变的性质与作用。甘薯属于呼吸跃变型果实，鲜切甘薯对乙烯的敏感性至今未见系统的研究。因此，本实验研究了外源乙烯处理后对鲜切甘薯的生理生化和呼吸代谢的变化的影响，以期为外源乙烯作为防御激活因子在果蔬鲜切中的应用提供理论依据，还可用于指导生产实践，具有一定的应用价值和学术意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

甘薯［Ipomoea batatas(L)Lam］ 购于超市，挑选无病虫害、机械伤、大小和成熟度基本一致的甘薯为实验材料。实验前，先将果实贮藏在4℃条件下预冷8h，然后进行实验。用蒸馏水将果实洗净，并用滤纸擦干。然后用不锈钢刀去皮并切成1cm×1cm×1cm的方块。将切好的甘薯随机分组以便进行下一步的处理。将切块密闭于真空干燥器中，向干燥器内注入折算好体积数的纯乙烯气体，分为4组处理:第 1、2、3 组加入的乙烯浓度分别为 100、1000、10000μL/L，第4组为对照，只做密闭处理，密封时间均为24h后，分别放入保鲜盒用保鲜膜封装，每盒约50g，放置于4℃条件下贮藏，每隔1d测定各项指标，其中第0d在切后1h取样测定;乙烯、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、乙醇、抗坏血酸、亚油酸、过氧化氢、邻苯二酚、愈创木酚、三氯乙酸、2－硫代巴比妥酸、聚乙烯吡咯烷酮等 均为分析纯。

Lambda－25型紫外可见分光光度计 美国PE;T－25型匀浆机 德国IKA公司;UV－2100型紫外可见分光光度计 尤尼柯上海仪器有限公司;电子天平 梅特勒－托利多仪器上海有限公司;BR4i型台式高速冷冻离心机 法国Jouan;Sim－F140型制冰机日本三洋;CR400/CR410型色差计 日本KonicaMinolta。

1.2 实验方法

1.2.1 颜色的测定 鲜切甘薯块从贮藏环境中取出后在室温下平衡1h，然后在20℃条件下进行颜色的测定。L*、a*、b*值:采用CR400/CR410型色差计进行测定，参照 Holcroft等的方法［3］，对甘薯切块的亮度L*值、颜色饱和度C*值比较分析。

1.2.2 失重率 采用称量法，重复三次。

1.2.3 呼吸强度的测定 将5g样品放入已知体积的玻璃密封容器中，在其贮藏温度下放置2h，用1mL注射器从中取出0.5mL气体进行CO2测定，从而推测出呼吸强度，呼吸强度用 mL CO2kg－1·h－1表示。测定呼吸强度的色谱条件:1.8mm×0.25mm填充柱，热传导检测器(TCD)，载气为氦气，流速3mL/min，进样口和检测器温度均为120℃，柱温保持在35℃。

1.2.4 MDA含量的测定 含量的测定参照Heath和Pacontroler的方法［4］:取1g样品，加入含有 0.1g 聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)的20mL 0.2mol/L的磷酸盐缓冲液(pH6.4)，冰浴匀浆，4℃下10000×g离心30min，取上清液为酶的粗提液。将1.5mL粗酶提取液加入2.5mL0.5%的硫代巴比妥酸(TBA，用15%的三氯乙酸配成)溶液中，混匀后在沸水浴中煮沸18min，迅速用自来水冷却并在10000×g离心10min。取上清液在532nm和600nm波长下分别测定光密度值，并按下式计算MDA含量:

式中:A:反应液总量(4mL);V:提取液总量;a:测定提取液量(1.5mL);W:材料重(g);1.55×10－1为MDA的微摩尔消光系数。

1.2.5 LOX活性测定 参照 Cherif的方法［5］，LOX采用与MDA相同的提取液，2.7mL 0.2mol/L的磷酸缓冲液中加入0.2mL 0.5%的亚油酸钠溶液(含0.25%的吐温20)，然后加入0.1mL酶液，5s后扫描混合物在234nm下吸光度的变化，酶活性以ΔOD234nm/(min·g FW)表示。

1.2.6 PPO活性的测定 参照Galeazzi等的方法［6］并加以改进:PPO采用与MDA相同的提取液，将0.5mL粗酶提取液加入3mL 0.5mol/L的邻苯二酚溶液(用0.2mol/L pH=6.4的磷酸盐缓冲液配成)中。反应温度为25℃，加酶液后5s开始扫描30s内398nm处吸光度值变化，酶活性以ΔOD398/(min·g FW)表示。

1.2.7 数据处理 结果以平均值±SD(n=3)表示，采用SPSS 11.7软件进行方差分析(LSD法)。

2 结果与分析

2.1 颜色的变化

色泽是消费者购买产品时最主要的选择标准之一，具有良好色泽的产品更受消费者欢迎。L*值表示切块的亮度，是在贮藏过程中由于酶促褐变或色素聚集引起表层变暗的一个指标性参数，L*值越低，褐变越严重。鲜切甘薯的L*值变化见图1，对照组的颜色均低于外源乙烯各处理组，在3个乙烯处理浓度条件下L*值都随贮藏时间延长而下降，鲜切甘薯的褐变随时间的延长而严重，且乙烯浓度越高，L*值下降越快，第8d，100μL/L乙烯处理显著高于对照、1000μL/L和 10000μL/L乙烯处理(p＜0.05)。C*值代表颜色饱和度，是反映色彩接近自然色光的程度，越接近自然色，纯度越高，反之越低。由图1可见，在整个贮藏期间C*逐渐减小，后期趋于稳定。而且由图1还发现，对照组鲜切甘薯变化较大，有可能因为没有外源乙烯的参与，失水较多造成的。综上分析，在贮藏前期100μL/L的外源乙烯能更好地保持切块原有的颜色，对褐变也有较好的抑制效果，说明外源乙烯对鲜切甘薯的颜色影响较大。

2.2 失重率的变化

果蔬切割后，由于失水、物质代谢等原因会使其重量减少。由图2可见，在贮藏期间各处理的鲜切甘薯的失重率均呈上升趋势，对照组贮藏末期失重率达到1.39%，显著高于低浓度外源乙烯处理组。而在外源乙烯处理组中，10000μL/L的鲜切甘薯的失重率最高达到1.50%，显著高于对照和其他处理(p＜0.05);100μL/L的鲜切甘薯失重率最低为1.25%。结果表明，低浓度的外源乙烯能够降低鲜切甘薯失重率，高浓度的外源乙烯会加快鲜切甘薯的失水。

2.3 呼吸强度的变化

图1 外源乙烯处理对鲜切甘薯的L*和C*的影响Fig.1 Effect of exogenous ethylene treatments on L*and C*of fresh－cut sweet potaoes

图2 外源乙烯处理对鲜切甘薯失重率的影响Fig.2 Effect of exogenous ethylene treatments on weight lost of fresh－cut sweet potaoes

呼吸作用是造成果实品质下降的重要原因之一。在相同条件下，呼吸作用越强，果实中糖、酸作为呼吸基质被消耗越多，品质下降越快。机械损伤会导致果蔬组织呼吸速率显著增加，并随着衰老过程而进一步加强。鲜切甘薯的呼吸强度在贮藏过程中均呈上升趋势(图3)，但100μL/L和1000μL/L的鲜切甘薯能有效抑制呼吸强度上升的速度，两种处理的呼吸强度在6～10d低于对照和10000μL/L的鲜切甘薯。而10000μL/L的鲜切甘薯加速了果实呼吸代谢速率，表现为第1d时呼吸强度的急剧上升，显著高于对照和其他处理(p＜0.05)。

图3 外源乙烯处理对鲜切甘薯呼吸强度的影响Fig.3 Effect of exogenous ethylene treatments on respiration rate of fresh－cut sweet potaoes

2.4 MDA含量的变化

植物在逆境条件下或成熟过程中，会发生膜脂的氧化作用。丙二醛(MDA)是膜脂过氧化产物之一，其浓度表示脂质过氧化强度和膜系统伤害程度，故为逆境生理指标［7］。从图4中可以看出，在贮藏过程中鲜切甘薯的MDA含量均是先上升后下降的过程，分别在2、8d时，100μL/L的鲜切甘薯显著低于对照和其他处理(p＜0.05)。在贮藏末期，10000μL/L的鲜切甘薯显著高于对照(p＜0.05)，高浓度乙烯会加剧膜脂过氧化作用。

图4 外源乙烯处理对鲜切甘薯MDA含量的影响Fig.4 Effect of exogenous ethylene treatments on MDA content of fresh－cut sweet potaoes

2.5 LOX活性的变化

脂氧合酶(LOX)在植物中普遍存在，其作用的底物主要为来自细胞质膜的多元不饱和脂肪酸，如亚油酸、甲基亚油酸、亚麻酸及花生四烯酸等。LOX与果蔬细胞脂质的过氧化作用、后熟衰老过程的启动和逆境胁迫、伤诱导、病原侵染信号的产生和识别等有密切关系［8］。由图5可见，经切割加工后的甘薯在贮藏期间LOX活性先增加后减少。在贮藏第2d，10000μL/L的鲜切甘薯显著高于对照和其他处理(p＜0.05)，可能与膜脂过氧化作用加剧有关。100μL/L乙烯处理抑制鲜切甘薯的LOX活性。

图5 外源乙烯处理对鲜切甘薯LOX活性的影响Fig.5 Effect of exogenous ethylene treatments on LOX activity of fresh－cut sweet potaoes

2.6 PPO活性的变化

多酚氧化酶(PPO)是植物中重要的氧化酶，是催化多酚类物质氧化的主要酶［9］。由图6可见，PPO活性在整个处理过程中有两个高峰，第一个高峰出现在处理后第1d，之后PPO活性有小幅下降，处理后第8d，PPO活性迅速升高并达到第二个高峰，第二个峰值远高于第一个峰值。在贮藏前期，10000μL/L鲜切甘薯的PPO活性高于对照和其他处理;而在贮藏后期第8d，100μL/L鲜切甘薯的PPO活性显著高于对照和其他处理(p＜0.05)。

图6 外源乙烯处理对鲜切甘薯PPO活性的影响Fig.6 Effect of exogenous ethylene treatments on PPO activity of fresh－cut sweet potaoes

3 讨论

10000μL/L乙烯处理提高了果实呼吸强度，其他两组乙烯处理均降低了果实呼吸强度。外源乙烯处理均减缓了鲜切甘薯失重率的下降速度，且在一定程度上影响鲜切甘薯的色泽。

在很大程度上逆境对植物的伤害是通过活性氧进行的，大量的活性氧进攻生物膜，造成膜脂过氧化，产生MDA。本研究结果表明，外源乙烯处理鲜切甘薯的MDA含量呈升高趋势，并在第2d达到最大值随后下降，表明对照和外源乙烯均在一定程度上引起鲜切甘薯的膜脂过氧化，其中，100μL/L在贮藏期间低于对照，后期趋于稳定。植物组织膜脂过氧化的启动需要LOX，LOX及其过氧化产物直接参与组织的衰老进程［10］。由此看来，外源乙烯可以通过抑制LOX活性来控制鲜切甘薯的膜脂过氧化。研究表明，100μL/L乙烯处理抑制鲜切甘薯的LOX活性。由此可见，鲜切甘薯LOX活性的变化与MDA含量的变化存在相关性。

PPO在常态下与酚类底物被细胞区域化分隔而不发生反应，植物细胞受到病原菌浸染或衰老等逆境胁迫时，PPO酶活性被激发，酚类物质形成O－醌，降低蛋白的营养，成抗营养机制的保护性屏蔽，抵御病原菌入侵［11］。由于细胞结构解体，细胞的分室作用被破坏，O－醌引起组织发生酶促褐变反应，从而降低果蔬感官品质和货架寿命。本研究还表明，在贮藏初期，100μL/L外源乙烯可以在一定程度抑制PPO活性，防止固有PPO的溶解性增加或保持其束缚状态从而提高鲜切甘薯的贮藏品质;在贮藏后期，PPO活性增加，尽管鲜切甘薯抗性增强，但加速了鲜切甘薯的酶促褐变的发生。

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Effect of exogenous ethylene on the wounding physiological reaction for fresh－cut sweet potato

ZHENG Ya－nan1，HU Wen－zhong2，*，JIANG Ai－li2，BI Yang1
(1.College of Food Science and Engineering，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China;2.College of Life Science，Dalian Nationalities University，Dalian 116600，China)

The changes in physio－biochemistry of fresh－cut sweet potato were investigated，fresh－cut sweet potato were exposed to concentrations of ethylene of 100，1000，10000μL/L at 4℃ for 24h and then transferred to air condition for storage.The color of fresh－ cut sweet potato，color changes，weight loss，respiration rate，MDA content，LOX，PPO activities and other physiological and biochemical indicators was determined during storage.The results showed that different concentrations of ethylene could maintain fresh－cut sweet potato color and weight loss，compared with the control.Low concentrations of exogenous ethylene inhibited the increase of MDA content.The effects of exogenous ethylene on LOX and MDA were similar.The treatment of exogenous ethylene with 10000μL/L concentration could increase the PPO activity in the early storage period，while exogenous ethylene with 100μL/Lconcentration could increase the PPO activity in the late period.Nevertheless，10000μL/L ethylene treatment might be through increased the biosynthesis of endogenous ethylene and accelerated the metabolism rate and senescence process.Considering the comprehensive effects of 100μL/L ethylene treatments promoted the resistance ability and storability of fresh－cut sweet potato.

fresh－cut;sweet potato;exogenous ethylene;storage

TS255.3

A

1002－0306(2012)15－0346－04

2011－12－05 *通讯联系人

郑亚男(1986－)，女，硕士研究生，研究方向:采后生物学。

国家自然科学基金项目(30972038，31172009)。