澳洲青苹果实叶绿素荧光参数与虎皮病相关性

周虹燕，任小林，田建文

（1.宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021；2.西北农林科技大学园艺学院，陕西 杨凌 712100；3.宁夏回族自治区科学技术厅，宁夏 银川 750001）

澳洲青苹果实叶绿素荧光参数与虎皮病相关性

周虹燕1，任小林2，田建文3,*

（1.宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021；2.西北农林科技大学园艺学院，陕西 杨凌 712100；3.宁夏回族自治区科学技术厅，宁夏 银川 750001）

研究在冷藏条件（（0±1）℃）和常温（22 ℃）条件下澳洲青苹果实虎皮病的发展与叶绿素荧光参数之间的关系，在贮藏过程中测量最小荧光（Fo）、最大荧光（Fm）、可变荧光（Fv）和光化学效率（Fv/Fm）等叶绿素荧光参数的变化。结果表明：在贮藏过程中对照组果实Fo、Fm和Fv/Fm明显呈下降趋势；1-甲基环丙烯（1-methylcyclopropene，1-MCP）处理对Fo和Fv/Fm的影响明显，在采后0～60 d内其变化比较平缓，采后90 d后下降速度加快，而对Fm的影响不显著；低氧（LO2）处理对Fo和Fm的影响不明显，而Fv/Fm一直呈下降趋势，当Fv/Fm小于0.7时，果实表面出现褐斑，可推断虎皮病发生在采后90 d左右。另外，1-MCP和LO2处理可显著控制澳洲青苹果实虎皮病的发生。常温（22 ℃）条件加速了对照组和1-MCP处理组果实荧光参数的变化，随着贮藏时间的延长，Fv/Fm下降，且与虎皮病发病率呈显著负相关。

苹果果实；虎皮病；叶绿素荧光参数

澳洲青苹果（Malus domestica Borkh. cv. Granny Smith）是加工与鲜食兼用的优良品种。该品种虽然耐贮性好，但果实冷藏中后期虎皮病发病率极高。苹果虎皮病是苹果冷藏中后期发生的一种严重的生理性病害，其主要症状是在果实表皮层出现褐色或黑色至深褐色的不规则凹陷病斑，类似烫伤状，故又称褐烫病，亦称晕皮或果皮褐变[1]。果实虎皮病的发展具有明显的渐进过程，发病初期果皮表面通常发生不规则的褐色斑块，病斑较小，局部果实表皮组织表现为淡褐色，呈不规则片状，主要发生在 果皮表层细胞中，一般不会深及果肉细胞。但随着冷藏时间的延长褐色斑块的区域会逐渐扩大，颜色也会随之加深为深褐色或深棕色[2]。随着病情的加重，病斑扩展连结成片状，以至于整个果实都发生褐变，甚至表现为果肉发绵、略带酒味、病果皮层易剥[3]，病果发病部位还会出现轻微凹陷、皱缩。随着病情的进一步恶化，角质层将遭到破坏而失去光泽，最终可危及果肉细胞使果实腐烂变质[4-6]。果实虎皮病症状一般只发生在果实表面，内部果肉不受危害，但果实果皮色泽会受到影响[7]。该病在货架期大量出现，严重影响果 实的外观和商品价值，因此对虎皮病的早期预测在生产上具有重要意义。

叶绿素荧光参数作为一种无损检测指标已被用作体内光合反应和各种环境胁迫的指标，在光合作用过程中，叶绿体色素分子对光能的吸收及能量的转变过程中包含着复杂的生物物理及生物化学进程，由于激发能从叶绿素b向叶绿素a的传递效率几乎达到100%[8]，所以难以检出体内叶绿素b。在室温条件下，绿色植物发出的这种荧光信号绝大部分来自叶绿体光系统Ⅱ（photosystemⅡ，PSⅡ）的天线色素蛋白复合体中的叶绿素a，荧光发射波长范围约在650～780 nm，荧光发射峰在685 nm和735 nm波长处。

叶绿素荧光主要是由植物组织PSⅡ发出的，低温胁迫或者植物组织自身的生理变化，如成熟、衰老，都能影响PSⅡ的功能，因此环境因子对植物组织的影响在一定程度上可以由叶绿素荧光的变化来反映[9]。初始荧光（Fo）是植物组织经过暗适应后再给予适当的光照测得的，反映了PSⅡ反应中心处于完全开放时的荧光强度，与叶绿素浓度有关；最大荧光（Fm）是在PSⅡ反应中心处于完全关闭时的荧光强度，反映了PSⅡ的电子传递情况；可变荧光（Fv）是黑暗中最大可变荧光强度，反映了PSⅡ系统中原初电子受体的还原情况；光化学量子产量（Fv/Fm）反映了PSⅡ中心的光能转化效率，其值一般在0.832±0.004之内变动，它是光抑制程度的一个重要指标，比值越高说明植物越健康[10]。

已有研究显示，利用叶绿素荧光技术可以检测香蕉、芒果、黄瓜、茄子和青椒等果蔬的低温伤害[11-15]。在苹果果实冷藏过程中，叶绿素荧光技术也已被用于检测低氧和高二氧化碳胁迫产生的生理伤害[16-17]；另外，研究发现随着贮藏时间的延长，‘红星’、‘金冠’和‘Rome Beauty’果实的Fo、Fm和 Fv/Fm都有所下降，这与果实在衰老过程中的果皮色泽以及果实硬度有关[18]，在果实衰老的过程中Fo、Fm和Fv/Fm的下降表明了叶绿体功能已经严重受损。此外，作为具有潜在用途的非破坏性手段，叶绿素荧光技术也被用于园艺产品的品质检测中[19]。

由于叶绿体和叶绿素分子存在于皮下组织层，果实发生虎皮病伴随着叶绿素的降解和损伤，因此推测叶绿素荧光的变化可能与苹果果实虎皮病的易感性或发展程度有一定关系。本研究旨在观察不同处理方式对澳洲青苹果实虎皮病发展及叶绿素荧光参数的变化，并分析果实叶绿素荧光参数与虎皮病发病率之间的相关关系。在贮藏前采用1-甲基环丙烯（1-methylcyclopropene，1-MCP）和低氧（LO2）处理，可有效控制苹果果实虎皮病的发生、降低澳洲青苹果实虎皮病的发病指数和发病率，从而进一步了解果实荧光参数与虎皮病发病率之间的关系，为以后预测虎皮病的发生提供无损检测依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

实验品种为澳洲青苹，2012年10月16日采自陕西省白水县试验农场，果实成熟时采收，采后当天运回西北农林科技大学园艺学院实验室，置于（0±1）℃预冷；1-MCP商业粉剂（有效成分含量为3.3%） 美国罗门哈斯中国公司；2% KOH溶液 山西三佳化工新材料有限公司。

1.2 仪器与设备

FMS-2便携调制式荧光仪 英国汉莎科学仪器公司；ESJ200-4电子天平 沈阳龙腾电子有限公司。

1.3 方法

1.3.1 果实分组及处理

挑选大小均匀、成熟度一致、无机械伤和病虫害的果实，随机分成3 组，每组285 个。分别装入普通的瓦楞纸箱，对照组（ck）贮藏在（0±1）℃、90%～95%相对湿度的冷库中；1-MCP处理组：苹果放置在250 L的气调箱中，称取0.482 1 g 1-MCP粉剂置于小烧杯中，加入10 mL 2% KOH溶液溶解，放入密封箱内，立即密闭，在20℃熏蒸处理24 h；低氧（LO2）处理组：将苹果置于箱内，并在箱内充入氮气直到氧气体积分数达到2%后密封，使箱内温度达到20℃，放置10 d。1-MCP和LO2处理结束后，取出苹果分别置入瓦楞纸箱内，放在冷库中（0±1）℃贮藏150 d，每隔30 d分别测定叶绿素荧光参数及相关品质指标，每次取苹果5个，重复3次。在冷藏60 d以后每隔15 d分别统计虎皮病的发病指数和发病率。冷藏150 d后出库置于常温（22℃）条件下放置7 d，观察果实虎皮病的发展状况，并分析对照组和1-MCP处理组果实货架期叶绿素荧光参数的变化。

1.3.2 叶绿素荧光的测定

固定测试头与果实之间的距离，在果实赤道线两侧选择2个相对的位点作为每次的测定位置。测定前果实均经过暗适应30 min（用黑色的毛巾覆盖），先照射检验光1min（约为0.15 μmol/（m2·s））测Fo，再照射饱和脉冲光0.7 s（为7 500 μmol/（m2·s））测Fm，再打开光化光120 s（为1100 μmol/（m2·s））依次测定Fv和Fv/Fm。

1.3.3 虎皮病的病情指数和发病率

每次随机取出40个果实，按式（1）计算虎皮病的病情指数、按式（2）计算发病率：

其中：正常果为0级；发病面积S≤1/4为1级；1/4＜S≤1/3为2级；1/3＜S≤1/2为3级；S＞1/2为4级。

1.4 数据分析

数据处理采用Excel和SPSS 17.0统计软件进行方差分析；P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 冷藏过程中不同处理方式对叶绿素荧光参数的影响

叶绿素荧光参数Fo、Fm和Fv/Fm受1-MCP、LO2处理和贮藏时间的影响，在整个贮藏过程中随着贮藏时间的延长而逐渐降低，但与对照组相比，处理组都保持在相对较高的水平（图1）。

对照组果实的叶绿素荧光参数明显呈下降趋势，但是Fo在贮藏60 d以后下降速率加快，由113.44下降到96.52，而Fm在贮藏30 d时下降了63%左右；同时Fv/Fm也随着贮藏时间的延长而逐渐降低，当果实贮藏到90 d时，Fv/Fm由0.76下降为0.70，90 d以后其下降程度明显加快。因此，虎皮病现象的出现在贮藏90 d左右，这与Song等[20]通过测定不同贮藏条件下‘红星’苹果的Fv/Fm结果一致。

1-MCP处理影响Fo和Fv/Fm，与对照组相比，Fo和Fv/Fm都相对较高；而Fm在贮藏期的前30 d低于对照组，可能与果实自身的氧化代谢和果实表皮叶绿素的降解有关，但贮藏60 d以后1-MCP处理组的Fm显著高于对照组。由此可见，1-MCP处理延缓了Fo和Fv/Fm的下降，可以控制澳洲青苹果实虎皮病。

图1 不同处理方式对澳洲青苹果实叶绿素荧光参数的影响Fig.1 Effects of different treatments on chlorophyll fluorescence parameters during apple fruit storage

LO2处理组对Fo和Fm的影响不明显，但是对Fv/Fm有一定的影响，Fv/Fm一直呈下降趋势，高于对照组，并且在90 d以后下降速度加快，这说明LO2处理延缓了Fv/Fm的下降，可以控制澳洲青苹果实虎皮病。

综上所述，澳洲青苹果实贮藏过程中果实叶绿素荧光参数随贮藏时间的延长而缓慢降低，并且1-MCP和LO2处理均可延缓叶绿素荧光参数的下降。

2.2 冷藏过程中不同处理方式对澳洲青苹果实虎皮病病情指数和发病率的影响

图2 不同处理方式对澳洲青苹果实虎皮病病情指数和发病率的影响Fig.2 Effects of different treatments on the disease index and incidence of superficial scald in Granny Smith apple

如图2所示，澳洲青苹果实在贮藏90 d左右开始出现虎皮病，随着贮藏期的延长，对照组病果个数和褐变面积逐渐增加，病情指数和发病率都急剧升高，贮藏150 d时（出库），苹果果实病情指数和发病率分别为0.108和20%；1-MCP处理组在贮藏期间一直没有发生病变（病情指数为0），在出库后第2天才出现极个别的轻微病果，而且发病面积基本无变化，苹果果实病情指数和发病率分别为0.025和2.5%；LO2处理果实从贮藏135d开始有轻微的病果出现，在出库后的第2～7天病果果实的个数和褐变面积都稍有变化，其病情指数和发病率分别为0.075和7.5%，表明1-MCP处理和LO2处理对控制苹果果实虎皮病的发生有极显著的效果（P＜0.01），并且1-MCP处理的效果优于LO2。

2.3 叶绿素荧光参数与苹果果实虎皮病发病率相关性的分析

对照组果实的Fv/Fm与果实虎皮病发病率的变化呈显著负相关，Fo、Fm与果实虎皮病的相关性不显著（表1），而1-MCP和LO2处理以后，叶绿素荧光参数与果实虎皮病发病率的相关性均不显著，这表明虎皮病的发生对叶绿素荧光参数Fv/Fm产生显著影响。

表1 对照组叶绿素荧光参数与虎皮病发病率的相关性分析Table1 Correlations between chlorophyll fluorescence parameters and superficial scald incidence under control treatment

2.4 常温条件下货架期对照组和1-MCP处理组果实叶绿素荧光参数的变化

货架期对照组果实虎皮病的发展很迅速，由出库时的20%增加至32.5%，与此同时Fo、Fm和Fv/Fm随着货架期时间的延长也显著下降（P＜0.05）；然而，1-MCP处理组的果实虎皮病在第2天左右才出现，到第7天均保持在相对平稳的水平，1-MCP处理对Fo和Fm也有一定的影响，Fo由第0天的117下降至第7天的86，Fm由第2天的306下降至第7天的235，但对Fv/Fm的影响不明显。

表2 对照组和1-MCP处理组果实叶绿素荧光参数的变化Table2 Changes in chlorophyll fluorescence parameters in Granny Smith apple in the control and 1-MCP treatment groups during postharvest storage at 22 ℃

3 讨 论

影响果实贮藏过程中叶绿素荧光参数变化的因素主要有2 个：一是单位叶绿素光合反应能力的丧失，导致PSⅡ活性降低[21]；二是叶绿素含量的下降，这都影响叶绿素的荧光水平[22]。在本实验中，苹果果实贮藏初期，Fo、Fm和Fv/Fm都呈下降趋势，贮藏90 d以后，果实开始有虎皮病的出现，并且其下降速率加快；1-MCP和LO2处理可以控制虎皮病的发生以及缓解叶绿素荧光参数的下降，由此推断，叶绿素的降解可以引起叶绿素荧光参数的下降，也可以认为，是由于果实成熟过程中叶绿体结构的解体导致荧光参数的下降。

叶绿素荧光技术可以检测水果在贮藏过程中的生理变化、预测冷害和早衰，以帮助人们选择最佳的贮藏保鲜条件。如林世青等[23]在检测香蕉果实在不同温度贮藏条件下的后熟过程时发现，不同温度条件下香蕉果皮叶绿素荧光的变化与果实外观的变化密切相关，从而筛选出香蕉冷藏保鲜的最适温度为12 ℃。de Ell等[24]测定不同贮藏条件下红星苹果的叶绿素荧光发现Fo、Fm和Fv/Fm与果实的硬度密切相关。

一般认为，胁迫条件下Fv/Fm会明显下降。在苹果果实贮藏过程中，果实虎皮病的发生与Fv/Fm之间表现出显著负相关，表明虎皮病的出现是导致Fv/Fm下降的直接原因，而1-MCP和LO2处理控制虎皮病发生的同时也延缓了叶绿素荧光参数的下降，所以处理组果实Fv/Fm变化不显著。Song等[20]发现苹果果实在贮藏初期Fv/Fm变化不大，但贮藏后期Fv/Fm显著下降，并当Fv/Fm小于0.7时，果实表面就会出现褐斑，随后果实表现出明显的虎皮病症状。

本研究初步证明苹果果实叶绿素荧光参数与虎皮病的发生率存在一定的相关性。但是苹果果实叶绿素荧光参数还受到品种、温度、组织老化的程度、环境胁迫等多种因素的影响。因此，利用叶绿素荧光参数来预测果实虎皮病的发展状况还需要更进一步的深入研究。

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Correlation of Chlorophyll Fluorescence Parameters with Superficial Scald Development in Granny Smith Apple

ZHOU Hong-yan1, REN Xiao-lin2, TIAN Jian-wen3,*
(1. Agricultural College, Ningxia University, Yinchuan 750021, China; 2. College of Horticulture, Northwest A & F University, Yangling 712100, China; 3. Science and Technology Department of Ningxia, Yinchuan 750001, China)

The relationship between chlorophyll fluorescence parameters and the development of superficial scald in Granny Smith apples was studied during postharvest storage at cold (0 ± 1) ℃ or ambient (22 ℃) temperature. Minimal fl uorescence (Fo), maximal fl uorescence (Fm), variable fl uorescence (Fv) and photochemical effi ciency (Fv/Fm) were measured during storage periods. The results showed that Fo, Fmand Fv/Fmdeclined clearly in control fruits over days, and 1-methylcyclopropene (1-MCP) treatment had an effect on Foand Fv/Fm, both of which displayed relatively gentle changes during the fi rst 60 d of storage, and declined rapidly from the 90thd onwards, while no signifi cant effect on Fmwas observed. Low-oxygen treatment had no obvious effect on Foor Fm, but resulted in a continuous decrease in Fv/Fm, which at a level less than 0.7 indicated the appearance of brown spots on the fruit surface. Thus, we inferred that superfi cial scald occurred at about 90 d postharvest and could be signifi cantly prevented from occurring by 1-MCP and low-oxygen treatment. Postharvest sto rage at ambient temperature accelerated the rate of change in fl uorescence parameters in control and 1-MCP treatment groups, and Fv/Fmdeclined with increasing storage time, which was signifi cantly negatively correlated with the incidence of superfi cial scald.

apple fruit; superfi cial scald; chlorophyll fl uorescence parameters

S662.1

A

1002-6630（2014）10-0258-05

10.7506/spkx1002-6630-201410048

2013-08-31

国家现代农业（苹果）产业技术体系建设专项（Z225020701）

周虹燕（1985—），女，硕士研究生，研究方向为果蔬贮藏与保鲜。E-mail：z_hy1987@163.com

*通信作者：田建文（1965—），男，教授，博士，研究方向为果品贮藏与加工。E-mail：tjw6789@126.com