1-MCP在果蔬应用上的研究进展

张艺馨，尚玉臣，张晓丽，孙治强

（河南农业大学园艺学院 郑州 450002）

1-甲基环丙烯(1-MCP)于20世纪90年代被美国生物学家Sylvia Blankenship发现，具有高效、无毒、化学性质稳定的特点，被多数学者认为是一种新型的乙烯效应抑制剂。各国园艺工作者对1-MCP在果蔬保鲜上的应用进行了大量研究，试验品种包括苹果、李、鳄梨、香蕉、梨、桃、油桃、杏、樱桃、猕猴桃、荔枝、芒果、柠檬、柿子、葡萄、柑橘、凤梨、草莓、番茄、葛芭、青花菜、胡萝卜、香菜等。1-MCP在多种果蔬上的保鲜效果已得到了肯定，但也存在一些问题，如其应用效果在不同果蔬上有很大差异，使用方式、浓度及时间缺乏标准，虽有一些作用机制被揭示但有时又对一些现象无法解释，也需要进一步研究。对1-MCP相关研究最新文献的归纳、整理、分析和总结对于本领域的进一步深入研究将具有重要的指导意义。

1 1-MCP的化学性质及作用机制

1.1 1-MCP的化学性质

1-MCP，化学名称为1-甲基环丙烯，分子式为C4H6，在常温环境中其处于气体的形态，沸点大约为10℃，具有无生理毒性、无气味、稳定性好、使用浓度极低、残留气味较小、抑制效应较强等特点。1-MCP是一种小型的丙烯类化合物，它结构上的一个氢原子被一个甲基所取代，整个分子呈平面结构，和氢原子相比，其甲基较大，在分子平面上更可以造成相当大的空间连接效果，因此，1-MCP有强于乙烯的双键张力和化合能[1]。1-MCP最初是用于切花、盆花等花卉的保鲜工作[2]。

1.2 1-MCP的作用机制

Sisler and Serek[3]首次提出了1-MCP的作用模式，即受体竞争学说。研究指出，1-MCP与乙烯竞争乙烯受体，同时利用其所螯合的金属原子和乙烯受体结合，从而阻断乙烯与受体的常规结合，1-MCP很难从受体中剥离脱落，可长时间使受体保持钝化，因而隔断乙烯正常代谢的进行，并且抑制乙烯诱导果实成熟后的相关反应[4]。另外，ACC合成酶（ACS）和ACC氧化酶（ACO）是乙烯合成过程中的两个关键酶，1-MCP可抑制柿、李、桃、榴莲、梨[5-9]等乙烯生物合成酶ACS、ACO基因的表达或相关mRNA的积累，从而抑制乙烯的生成。因此，综合来看，1-MCP至少可以通过上述两种机制来延缓果蔬的衰老过程，使得果蔬能够在更长时间内保鲜[10]。

2 1-MCP对果蔬生理活动的影响

2.1 1-MCP对乙烯的影响

众多调查研究表明，乙烯能够让果蔬更快的成熟，加速组织衰老。但是其作用机制以及加速组织衰老的原因至今仍未明确。近几年来，部分新型乙烯受体抑制成分被发现，这为果蔬内乙烯作用机制的探索提供了重要的辅助工作。在果蔬组织中，乙烯一般先与其体内的乙烯受体结合，随之诱发果实成熟衰老。1-MCP拥有与乙烯结构相似的位置，能够与乙烯受体进行结合，但是不易从乙烯受体中剥落，从而阻碍了果蔬组织对乙烯的反应，实现延缓其完熟与衰老的过程[4]。从目前的研究来看，1-MCP可以推迟乙烯高峰的出现时间，从而可以推迟果蔬完熟与衰老[11]。陈志远[12]等研究表示，1-MCP不仅仅可以隔断果蔬中乙烯生物合成反馈调节，同时还能够抑制外源乙烯对内源乙烯产生的诱导。对于不同果蔬，1-MCP能够不同程度的影响乙烯的释放[13]。另外，对于同一种果蔬果实的不同部位，乙烯的抑制作用不同。例如LIU Le等[14]研究发现，1-MCP通过抑制了采后‘富平尖柿’柿子果实中ACS、ACO基因的表达从而抑制内源乙烯的合成，但对柿子果实内不同部位组织抑制作用不同，以果皮组织中抑制作用最明显。

2.2 1-MCP对呼吸作用的影响

1-MCP能够显著阻碍果蔬组织的呼吸作用，对果蔬的完熟与衰老起到延缓作用。1-MCP不仅仅能够显著缓解果蔬的呼吸强度，同时还可以延迟果蔬呼吸高峰的出现，降低其呼吸速率峰值，但对不同种类和品种果蔬的影响不同。香蕉[15]、苹果[16-18]、梨[19-22]、李[23]、番茄[24-25]和西葫芦[26]等果 蔬[27-30]经过1-MCP的处理，均推迟了呼吸高峰的出现，导致呼吸速率的下降。一般来说，1-MCP对于呼吸跃变型果实的处理效果比较明显且呼吸高峰前处理比较有效。例如，Feng X等[15]研究提出，在香蕉呼吸跃变前使用1-MCP进行处理，能够有效延缓香蕉的呼吸高峰。在非跃变型的果实中，1-MCP能够抑制草莓果实呼吸强度的增加；Poratr等[31]的研究表明其对柑橘的呼吸强度没有抑制作用。也有研究发现，1-MCP反而刺激了呼吸的增加，例如Jiang等[32]研究用1-MCP处理的香菜叶片在5～8 d后呼吸速率比空白对照高，促进了香菜叶片衰老。1-MCP可以有效的抑制呼吸高峰的出现，可能与其处理让果蔬中乙烯与其受体结合被抑制，进而隔断了其所诱导的呼吸反应的结果。

2.3 1-MCP对果实营养成分的影响

1-MCP对果实营养成分的影响主要包括对氨基酸、可滴定酸、可溶性固形物含量的影响。在苹果[16-18]、梨[19-22]、香蕉[15]、板栗[29]、猕猴桃[33]和西葫芦[26]等[34-36]上的研究表明，1-MCP能够延缓可滴定酸和可溶性固形物的降低，抑制淀粉的转化和分解，从而显著提高果实贮藏品质。牛歆雨等[23]的研究表明1-MCP对“脱骨”李子的可溶性固形物没有明显的影响，但却推迟了可滴定酸度的下降。李学文等[25]研究1-MCP对番茄采后生理的影响发现，1-MCP能明显的抑制果实中可滴定酸含量下降，减慢可溶性固形物含量的增加。Ahmad A[37]等人发现用1-MCP处理的番木瓜和未经处理的相比，可溶性固形物没有明显的变化。1-MCP对番石榴[38]的可溶性固形物和可滴定酸含量也没有影响。胡树凯等[39]用0.5μL·L-1的1-MCP处理烟台大樱桃，与对照相比能抑制果实硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量和维生素C含量下降，促进了可溶性蛋白质含量升高，保持果实风味，提高果实的商品率。

上述研究表明，1-MCP对园艺产品可滴定酸、可溶性固形物、氨基酸含量的影响与园艺产品的种类、品种和处理条件及处理效果均有密切的关系。

2.4 1-MCP对硬度、果蔬色泽和腐烂率的影响

1-MCP对果蔬品质的影响主要可以表现在以下几个方面：1）对果蔬硬度的影响。魏好程等[13]研究表明，果实完熟进程的主要表现之一就是软化，其对乙烯处理十分敏感。该研究认为，在果蔬完熟过程中外切与内切PG是影响软化的酶，而1-MCP能够延缓果蔬软化进程，这一情况可能与1-MCP抑制了果蔬软化的相关酶有关。钟秋平等[40]研究指出，被1-MCP处理过的油梨，其果实多聚半糖醛酸酶(PG)、多酚氧化酶(PPO)和纤维素酶活性都明显减弱，软化过程被延缓，但是最后仍然可以正常软化完熟。据报道，1-MCP 可以抑制苹果[16-18]、梨[19-22]、香蕉[15]、猕猴桃[33]和西葫芦[26]等果实的软化与后熟。2）对果蔬色泽的影响。1-MCP处理能够延缓果蔬成熟衰老，延长其色泽变化的时间[41]。Golding JB[42]等调查研究发现，如果使用1-MCP与乙烯对香蕉进行处理，在26 d时香蕉果实开始出现变化，而单独使用1-MCP处理的香蕉则在34 d时才开始转黄；单独使用乙烯处理的香蕉在第3 d时就出现转黄，而未经任何处理的香蕉则在21 d时开始转黄[42]。因此，可以看出1-MCP能够阻断乙烯对果实色泽的改变，延缓果蔬成熟衰老。3）对腐烂率的影响。1-MCP可以有效地降低果蔬的腐烂率。1-MCP可以抑制冷藏豆荚腐烂数量的增长，且1-MCP的浓度越高，冷藏豆荚腐烂数量越低[43]。

2.5 1-MCP对果实病害的影响

1-MCP对果实病害的影响因果蔬种类的不同而不同。1-MCP 可以减轻菠萝[44]、油梨[45]、香蕉[46]、桃子[47]和甜柿[48]果实的冷害程度，显著降低苹果灰霉病[49-50]、苹果虎皮病[51]、五九香梨黑皮病[52]、库尔勒香梨萼端黑斑病[53]、黄冠梨褐心病[54]、菠萝黑心病[44]等的发病率。张宇[48]等的研究表明1-MCP处理推迟了冷害主要症状的的出现，有效降低甜柿果实的冷害指数，但不能完全防止冷害发生。同时也有相关研究指出，与未使用1-MCP处理的果蔬相比，甚至还会加剧冷害与腐烂状态的形成。周晓婉[49]等用1μL·L-1的1-MCP处理苹果，较对照可显著降低损伤接种苹果灰霉病的发病率，抑制病斑的扩展。1-MCP处理能够诱导果实中苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶、过氧化物酶、β-1，3-葡聚糖酶、几丁质酶活性的提高，促进总酚、类黄酮和木质素的积累，降低膜脂过氧化程度，减少丙二醛的产生，从而提高果实的抗病性。

3 影响1-MCP处理效应的因素

3.1 果蔬种类

跃变型与非跃变型的果蔬对1-MCP的处理反应是不同的[32]。如苹果[16-18]、梨[19-22]、香蕉[15]、猕猴桃[33]和西葫芦[26]等跃变型果实的衰老程度和贮藏品质都可以通过1-MCP的处理得到明显的改善；然而对于非跃变型果实来说，1-MCP对其效果远远没有跃变型的明显。之所以会呈现出如此差异，原因多是1-MCP主要抑制果蔬乙烯的合成系统Ⅱ，也就是通过不可逆的与乙烯受体进行结合，切断乙烯反馈调节的生物合成，而非跃变型果蔬没有乙烯合成系统Ⅱ。即便如此，1-MCP也有可能使乙烯的释放量得到增长，吴振先等[55]将1-MCP应用于青花菜上时，反而发现1-MCP处理过之后增加了乙烯的释放量，具体缘由还不能说清楚。1-MCP的作用效果对不同的果实品种也不同。如‘Fuji’苹果和‘Deli⁃cious’苹果经1-MCP处理后，可溶性糖含量增高，而‘Gala’苹果、‘Onagold’苹果和‘Gingergold’苹果经1-MCP处理后，果实中可溶性固形物含量却没有明显的变化[56]。

对于跃变型果实，1-MCP在果实成熟度不同的时期进行处理，处理效果有明显的差异。应在跃变前进行处理，果实进入跃变期再处理，作用很小或者无效果[57]。苏小军等[58]研究发现，香蕉用乙烯处理后再用1-MCP处理，果实的后熟仅部分受到抑制，而当果实用乙烯处理2～3 d后再用1-MCP处理，果实后熟的进程不受影响。说明果实的后熟已经进入到不可逆阶段。内源乙烯催化的后熟一旦进行到一定程度，1-MCP处理便会失去抑制效果。因此实际应用中要注意果实的采收成熟度。另外，采后不同时期进行1-MCP处理效果也不同。贾艳萍等[59]以‘富士’苹果为试材在采后不同时期进行1-MCP处理，结果表明处理效果随着处理时间的延长而降低，常温下1-MCP处理最好不超过5 d。

3.2 作用时间、浓度和温度

大量研究[60-68]结果表明，1-MCP对乙烯的处理效应与处理时间、浓度和温度息息相关，适宜处理时间为12～24 h，适宜处理体积分数为25～1 000 nL·L-1，适宜处理温度为 20～25 ℃。Feng X等[60]的研究表明，采用适宜浓度的1-MCP处理果蔬能有效地延缓衰老过程，过高或过低的浓度其作用效果都不明显，这可能与1-MCP达到一定浓度时已使受体结合位点达到饱和有关。一般情况下，1-MCP作用时间与浓度成反比，即浓度愈低，所需时间愈长；反之，高浓度处理花费的时间短，且在适当的浓度范围内，1-MCP的处理浓度与效果成正比关系，浓度太高则或许致使果实腐烂程度的加重，草莓经 0.2～0.7 μmol·L-1浓度 1-MCP 处理后的储藏时间要比经2.2μmol·L-1浓度1-MCP处理后的储藏时间长[61]，原因或许是高浓度的1-MCP刺激了某些不良代谢系统发挥作用或者刺激了某些有益的代谢系统作用降低，从而影响组织本身的自然防御系统；一定浓度处理下，温度高些则处理时间可以短些，这可能是因为低温下乙烯受体蛋白构象发生了改变，或者是低温导致1-MCP气体与受体的结合能力降低或渗入植物组织的能力下降，所以当增加1-MCP的处理浓度时，可以弥补低温处理的不足。但是三者的最适对应关系在应用时需要进行反复的试验，以获取最可靠的数据。

3.3 处理和包装的方式

1-MCP的物理状态和处理方式影响其作用的效果。当1-MCP处于气体或液体形态时使用不是十分便捷，因此人们总是使用被固化的1-MCP片剂或者粉末，当其与水接触后即会释放出1-MCP气体。目前使用最广泛的两种形式是直接喷施和密封条件下熏蒸。直接喷施的作用效果不如密闭条件下熏蒸，因为1-MCP的易挥发性，使1-MCP的药效无法全部发挥。密闭熏蒸法在采后贮藏保鲜方面广泛运用。适宜浓度的1-MCP熏蒸苹果[69]、桃[68]、青花菜[70]、香蕉[71]等，都可以达到显著提高果蔬贮藏品质的作用。但是密闭熏蒸操作繁琐，需要在操作前将果蔬搬运至密闭空间或密封性较好的帐、袋或其他容器内，工作量大，而且搬运过程易造成果蔬机械损伤。另外，1-MCP结合其他方式进行处理能达到更好效果，例如结合PE包装、低温和打蜡处理等。研究表明，1-MCP结合PE包装在三华 李[72]、‘贵长’猕猴桃[73]、黄金梨[74]和‘富士’苹果[75]的采后贮藏中能有效抑制果实的呼吸速率、延缓衰老，保持果实的商品性并延长贮藏时间。

4 总结与展望

总的来说，虽然1-MCP在果蔬应用上的研究已经获得了十分显著的进展，但是仍然存在一些问题尚待解决。例如，1-MCP对乙烯的确切作用机制，1-MCP使用不当对果蔬的负面影响等等。目前国内对1-MCP的研究还处于起步阶段，研究的范围主要是应用效果，其作用机制等方面的理论研究还比较少。在应用研究方面，由于1-MCP的作用效果受到处理浓度和时间、采收成熟度、果蔬种类以及处理温度等多种因素影响，国内在贮藏保鲜领域还缺乏统一的应用标准。因此，对1-MCP的研究的展望，应从以下3个方面进行：第一，全面系统地研究1-MCP对各类园艺产品的最佳使用浓度、时间和处理方法，建立起符合生产实际的1-MCP应用技术标准或体系；第二，应用研究和理论研究相结合，从生理、生化和分子水平揭示其作用机制；第三，进一步开展1-MCP在蔬果幼苗期作用效果的研究，包括对花芽分化及各种生理指标影响的研究。相信在不久的以后，对1-MCP在果蔬应用上的研究将会更加成熟。