油菜素内酯对豇豆冷害的控制

范林林,高丽朴,王　清,吕佳煜,史君彦,夏春丽,左进华

(北京市农林科学院蔬菜研究中心,果蔬农产品保鲜与加工北京市重点实验室,农业部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室,农业部都市农业(北方)重点实验室,北京 100097)



油菜素内酯对豇豆冷害的控制

范林林,高丽朴,王清,吕佳煜,史君彦,夏春丽,左进华*

(北京市农林科学院蔬菜研究中心,果蔬农产品保鲜与加工北京市重点实验室,农业部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室,农业部都市农业(北方)重点实验室,北京 100097)

为研究油菜素内酯(Brassinolide,BR)处理对豇豆冷害现象的控制,将豇豆分别用0.5、1、2、4、8 μmol/L BR溶液浸泡10 min后沥干，用0.03 mm厚度的PE保鲜膜包装后置于4 ℃冷库中贮藏,每2 d测定豇豆的感官评分和冷害率,通过此研究发现1 μmol/L BR处理效果最佳;然后将豇豆用1 μmol/L BR溶液浸泡10 min后沥干、用0.03 mm厚度的PE保鲜膜包装后置于4 ℃冷库中贮藏,每2 d测定与成熟衰老相关生理生化指标。结果表明,与对照组相比,1 μmol/L BR处理能够延缓失重率、相对电导率、丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量的上升,抑制可溶性固形物(TSS)含量的下降,提高过氧化氢酶(catalase,CAT)、过氧化物酶(peroxidase,POD)活性,抑制多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)和脂氧合酶(lipoxygenase,CAT)活性,保鲜效果显著(p<0.05)。

豇豆,油菜素内酯,冷害

豇豆在我国是较为重要的豆类农作物,大部分地区都有栽培。豇豆因其色泽嫩绿、肉荚肥厚、清脆爽口,富含脂肪、蛋白质、维生素以及矿物质等优点,因此受到广大人们群众的喜爱。然而,由于豇豆多在高温季节(春、夏)采收,采收时间较为集中,豇豆豆荚会出现衰老、变黄变软、失水皱缩和腐烂等现象,因而导致其损耗严重,难以满足市场的广大需求。除此之外,豇豆产量大,生产季节性强,使得市场供应的淡旺季矛盾较为突出,生产旺季供过于求。低温是保鲜蔬菜一种比较有效的措施,但过低的温度却会造成蔬菜的冷害现象,尤其对于豇豆,其冷害还会引发豇豆严重的锈斑,因此需研制出抑制豇豆冷害的保鲜技术[1-4]。

油菜素内酯(Brassinolide,BR)是一种天然的植物激素,广泛存在于植物的种子、花粉、叶、茎等器官中。研究表明,BR具有改善植物生理代谢,提高产量和品质的作用;除此之外,BR还能调节植物生长发育的许多过程[5-7]。近年来有关BR的应用报道也很多,尤其是提高果蔬在低温贮藏过程中的抗冷害性的报道,然而并无研究BR对豇豆抗冷害性的影响,本文研究了不同浓度的BR处理对豇豆冷害现象的控制,筛选出最佳处理浓度,为其在生产实践中广泛应用提供理论依据。

表1　外观指数评定标准Table 1　Appearance index evaluation criteria

表2　不同处理对豇豆保鲜效果的感官评分表Table 2　Sensory score of preservative effect of cowpea of different treatments

注:同一列中不同小写字母表示差异达到p<0.05显著水平。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

豇豆(品种:青豇80,产地:北京顺义);油菜素内酯,分析纯,北京科创欣达科技有限公司;100 cm×100 cm型0.03 mm厚度的PE保鲜袋北京科创欣达科技有限公司。

UV-1800紫外分光光度计上海精密科学仪器有限公司;TGL-16G-A高速冷冻离心机广州晟龙实验仪器有限公司;HH-6型数显恒温水浴锅国华电器有限公司;DDSJ-308A电导率仪上海精密科学仪器有限公司;2WAJ阿贝折光仪上海申光仪器仪表有限公司。

1.2实验方法

实验一:将第一批豇豆分别在0.5、1、2、4、8 μmol/L BR溶液中浸泡10 min,在常温下沥干之后装入0.03 mm PE保鲜袋中,置于4 ℃冷库中贮藏10 d,每袋装约3 kg豇豆,从0 d开始每天观察其感官品质及冷害现象,对照除用蒸馏水浸泡,其他处理相同。

实验二:将第二批豇豆在1 μmol/L BR溶液中浸泡10 min,在常温下沥干之后装入0.03 mm PE保鲜袋中,置于4 ℃冷库中贮藏,每袋装约3 kg豇豆,从0 d开始每2 d测定一次各项生理生化指标,对照除用蒸馏水浸泡,其他处理相同。

1.3测定指标和方法

感官评定标准:由经过专业培训的8人组成品评组,每人评判BR处理和对照组豇豆的保鲜效果,按样品的萎蔫、色泽、硬度及外观进行整体分级,共9分,分成三等,1～4分表示不可接受,4～6分表示一般,6～9分表示商品价值乐意接受(见表1)[8]。

失重率计算公式如下:

失重率(%)=贮藏前质量(g)-贮藏后质量(g)/贮藏前质量(g)×100

可溶性固形物:取鲜样汁液,手持糖度计测定。

相对电导率:取2.0 g样品,加入20 mL蒸馏水,用DDSJ-308A电导率仪测定,其值记为A1;隔10 min再进行一次测定,其值记为A2;煮沸10 min冷却后再进行一次测定,其值记为A3。

相对电导率(%)=(A2-A1)/(A3-A1)×100。

丙二醛(MDA):取2.0 g样品,10.0 mL、100 g/L的TCA作为提取液,于4 ℃、12000×g离心20 min,参照曹建康的方法[9]测定。

PPO、LOX、POD、CAT酶活性:分别取2.0 g样品,加入各自对应的酶提取液,于4 ℃、12000×g离心20 min,均参照曹建康的方法[9]进行测定。

1.4数据分析

采用Origin8.5作图,以IBM SPSS Statistics 19进行显著性分析。

2　结果与分析

2.1BR处理对豇豆感官评分的影响

由表2可知,各实验组豇豆的感官评分随着贮藏时间的延长逐渐下降,在整个贮藏期间,1 μmol/L BR处理组豇豆的感官评分明显高于其他实验组,且下降速度较为缓慢;在贮藏期第0～8 d,0.5、1、2、4 μmol/L BR处理均能够维持豇豆的感官品质,但8 μmol/L BR处理却加速了豇豆外观品质的劣变;在贮藏期第10 d时,8 μmol/L BR处理组豇豆的感官评分仅为2,对照组豇豆的感官评分为3.29,而1 μmol/L BR处理组豇豆的感官评分为6.37。1 μmol/L BR处理显著降低了豇豆感官评分下降的速度(p<0.05),表明1 μmol/L BR处理可有效抑制豇豆在贮藏期间成熟衰老的进程,为豇豆保鲜的最适浓度。

2.2BR处理对豇豆冷害率的影响

由图1可知,随着贮藏时间的延长,各实验组豇豆的冷害率呈现逐渐上升的趋势,其中1 μmol/L BR处理组豇豆的冷害率始终处于最低水平,与其他实验组呈现显著性差异(p<0.05),对照组、4、8 μmol/L BR处理组豇豆的冷害率始终高于其他三个实验组,上升速度非常迅速,而0.5、1、2 μmol/L BR处理组豇豆的冷害率上升速度非常缓慢,说明0.5、1、2 μmol/L BR处理能够有效抑制豇豆冷害率的上升;而在整个贮藏期间,1 μmol/L BR处理组豇豆的冷害率始终显著低于0.5、2 μmol/L BR处理组(p<0.05)。在贮藏期第10 d时,1 μmol/L BR处理组豇豆的冷害率为对照组的23.11%,仅为8 μmol/L BR处理组的18.31%,呈现显著性差异(p<0.05)。综上所述,1 μmol/L BR处理表现效果最佳,为抑制豇豆冷害率的最适浓度。

图1　BR处理对豇豆冷害率的影响Fig.1　Effect of BR treatment on chilling injury index of cowpea

2.3BR处理对豇豆失重率的影响

失重率是衡量豇豆在贮藏过程中其品质变化的一项重要指标,豇豆受低温胁迫时首先表现为失水萎蔫,因此豇豆的失重率大小与其抗冷性的强弱有密切关系[10]。由图2可知,对照组和1 μmol/L BR处理组豇豆的失重率随着贮藏时间的延长呈现上升的趋势,其中对照组在整个贮藏期上升较为迅速,1 μmol/L BR组豇豆的失重率上升速度较为缓慢,其中在贮藏期第4～6 d上升速度较快。在贮藏期第8 d时,对照组豇豆的失重率是1 μmol/L BR组的1.42倍,呈现显著性差异(p<0.05),原因是BR可能参与豇豆对低温适应性调节,低温下细胞膜结构和功能具有一定保护作用,从而提高豇豆的耐冷性,更好的防止豇豆水分的散失。

图2　BR处理对豇豆失重率的影响Fig.2　Effect of BR treatment on weight loss of cowpea

2.4BR处理对豇豆可溶性固形物含量的影响

从图3可以看出,随着贮藏时间的延长,对照组和1 μmol/L BR处理组豇豆的TSS含量总体均呈现下降趋势,各实验组豇豆的TSS含量在贮藏期第0～4 d下降速度较为迅速。1 μmol/L BR处理在一定程度上延缓了豇豆贮藏期间TSS含量的减少,其TSS含量均高于对照组。在贮藏期第10 d时,对照组豇豆的TSS含量为5.2%,此时1 μmol/L BR处理组TSS含量为5.6%,差异性显著(p<0.05)。说明1 μmol/L BR处理能有效抑制贮藏期间豇豆成熟衰老的进程,更好地保持了豇豆的贮藏品质。

图3　BR处理对豇豆可溶性固形物含量的影响Fig.3　Effect of BR treatment on TSS content of cowpea

2.5BR处理对豇豆相对电导率的影响

相对电导率越高,说明豇豆细胞膜完整性遭到破坏的程度越大[11]。从图4中可以看出,对照组和1 μmol/L BR处理组豇豆的相对电导率随着贮藏时间的延长呈现逐渐下降的趋势,而对照组豇豆的相对电导率在整个贮藏期间始终显著高于处理组(p<0.05)。由此可知,对照组豇豆的细胞膜破坏较为严重,1 μmol/L BR处理豇豆的细胞膜破坏较小,表明1 μmol/L BR处理能较好地减轻豇豆细胞膜的受害程度。

图4　BR处理对豇豆相对电导率的影响Fig.4　Effect of BR treatment on relative conductivity of cowpea

2.6BR处理对豇豆丙二醛含量的影响

MDA含量可作为衡量膜脂过氧化程度的标志物[12]。从图5可以看出,随着贮藏时间的延长,对照组和1 μmol/L BR处理组豇豆的MDA含量均呈先上升后下降趋势,在贮藏期第6 d时达到峰值,对照组豇豆的MDA含量变化幅度尤为明显,MDA含量的增加意味着膜脂过氧化加强,说明豇豆衰老加剧,但同时会有许多清除活性氧机制被启动,其中抗氧化酶类(POD、CAT、SOD等)在清除活性氧、抑制膜脂过氧化、维持膜系统稳定性中起重要作用,因而MDA含量会表现为先上升后下降。与对照组相比,1 μmol/L BR处理显著降低了豇豆MDA含量(p<0.05),抑制了MDA的积累,在整个贮藏期内,1 μmol/L BR处理豇豆的MDA含量明显低于对照组。贮藏第6 d时,对照组豇豆的MDA含量为4.0 nmol/g,1 μmol/L BR处理豇豆的MDA含量仅为3.5 nmol/g,为对照组豇豆的87.5%。上述结果表明,1 μmol/L BR处理能够有效延缓由低温胁迫引起的豇豆的衰老,对豇豆膜脂过氧化作用具有一定的抑制作用,因此能够减少豇豆贮藏期间MDA含量[13]。

图5　BR处理对豇豆MDA含量的影响Fig.5　Effect of BR treatment on MDA content of cowpea

2.7BR处理对豇豆多酚氧化酶(PPO)活性的影响

PPO是引起果蔬酶促褐变的主要酶类,其作用在于催化多酚物质氧化生成黑色素[14]。图6为豇豆贮藏期间PPO活性变化情况,由图6可以看出,随着贮藏时间的延长,对照组和1 μmol/L BR处理组豇豆的PPO活性呈现先上升后下降的趋势,在贮藏至第6 d时,各实验组豇豆的PPO活性达到峰值。其中在整个贮藏期间,1 μmol/L BR处理组豇豆的PPO酶活性一直低于对照组,说明1 μmol/L BR处理可以有效的抑制豇豆的PPO酶活性,从而抑制了豇豆的酶促褐变。

图6　BR处理对豇豆PPO酶活性的影响Fig.6　Effect of BR treatment on PPO activity of cowpea

2.8BR处理对豇豆脂氧合酶(LOX)活性的影响

LOX是一种非血红素铁的蛋白质,引起果蔬后熟衰老的一类重要的酶[15]。图7反映了豇豆贮藏过程中LOX酶活性的变化。随着贮藏时间的延长,对照组和1 μmol/L BR处理组豇豆的LOX酶活性呈现先上升后下降的趋势,在贮藏期第6 d时达到峰值,此时,1 μmol/L BR处理组豇豆的LOX酶活性是对照组的55.76%,呈现显著性差异(p<0.05)。在贮藏期第0～2 d时,各实验组豇豆的LOX酶活性基本一致,无显著性差异(p>0.05),之后对照组豇豆的LOX酶活性开始直线上升,而1 μmol/L BR处理组较为平缓;LOX酶活性的增加可能是豇豆对低温胁迫的反应,而适当浓度的BR处理可以调节这种低温胁迫伤害,故使1 μmol/L BR处理组的LOX酶活性变化较为平缓。在整个贮藏期间,1 μmol/L BR处理组的LOX酶活性始终低于对照组,说明1 μmol/L BR处理能较好的抑制豇豆的LOX酶活性。

图7　BR处理对豇豆LOX酶活性的影响Fig.7　Effect of BR treatment on LOX of cowpea

2.9BR处理对豇豆过氧化氢酶(CAT)活性的影响

CAT是血红蛋白酶的一种,能催化采后豇豆机体内积累的过氧化氢(H2O2)分解为分子氧和水,减少H2O2对豇豆组织造成的氧化伤害[16]。从图8可以看出对照组和1 μmol/L BR处理组豇豆的CAT酶活性均呈现先上升后下降趋势,并在贮藏期第6 d达到峰值,而1 μmol/L BR处理组豇豆的CAT酶活性显著高于对照组(p<0.05),贮藏初期1 μmol/L BR处理引起的细胞内的CAT酶活性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。在贮藏期第8 d时,1 μmol/L BR处理组豇豆的CAT酶活性比对照组高出46%,在整个贮藏期间,1 μmol/L BR处理组豇豆的CAT酶活性始终高于对照组,由此说明1 μmol/L BR处理组可以有效提高豇豆在防御冷害过程中的抗氧化能力。

图8　BR处理对豇豆CAT酶活性的影响Fig.8　Effect of BR treatment on CAT activity of cowpea

2.10BR处理对豇豆过氧化物酶(POD)活性的影响

POD是一种非常重要的氧化还原酶类,其活性的变化是果实后熟衰老的一种指标[17]。从图9可以看出,对照组和1 μmol/L BR处理组豇豆的POD酶性均呈现先上升后下降趋势,并在贮藏期第6 d时达到峰值,而1 μmol/L BR处理组豇豆的POD酶活性显著高于对照组(p<0.05),在氧化和非生物胁迫下,POD活性增加是比较常见的响应,1 μmol/L BR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。在贮藏期第6 d时,1 μmol/L BR处理组豇豆的POD酶活性比对照组高出31.5%,由此说明1 μmol/L BR处理可以有效提高豇豆在防御冷害过程中的抗氧化能力。

图9　BR处理对豇豆POD酶活性的影响Fig.9　Effect of BR treatment on POD of cowpea

3　结论

实验结果表明:豇豆经过0.5、1、2、4、8 μmol/L BR溶液中浸泡10 min,在4 ℃冷库中10 d贮藏期内,1 μmol/L BR处理能够有效维持豇豆的外观品质,抑制豇豆冷害率的上升,为处理豇豆的最适浓度。

相比于对照组,1 μmol/L BR处理能够有效防止豇豆的水分流失和营养物质的降解,减少相对电导率、MDA含量的增加,保持其细胞膜完整性,抑制PPO、LOX酶活性,提高POD、CAT酶活性,从而提高其抗氧化能力。因此,1 μmol/L BR处理豇豆能较好地控制豇豆的冷害现象,从而延长其货架寿命。

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Effect of treatment with BR on chilling injury of postharvest cowpea

FAN Lin-lin,GAO Li-pu,WANG Qing,LV Jia-yu,SHI Jun-yan,XIA Chun-li,ZUO Jin-hua*

(Beijing Vegetable Research Center,Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences;Beijing Key Laboratory of Fruits and Vegetable Storage and Processing;Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops(North China),Ministry of Agriculture;Key Laboratory of Urban Agriculture(North),Ministry of Agriculture,Beijing 100097,China)

The effect of BR on chilling injury of postharvest cowpea was investigated. Cowpea fruits were packed by 0.03 mm thickness of PE film and stored at 4 ℃ after dipping in 0.5,1,2,4 and 8 μmol/L BR solution for 10 min. Sensory score and chilling injury index were measured every 2 d during the storage. This result showed that the BR with 1 μmol/L exhibited the best preservation. In the second experiment,Cowpea fruits treated with 1 μmol/L BR were further applied to measure indexes related to maturity and aging every 2 d during the storage. In contrast to the control treatment,the BR with 1 μmol/L significantly inhibited the increase on weight loss,relative conductivity,MDA content and reduced the decrease on the content of TSS. The activity antioxidant enzymes,including CAT and POD were induced,and PPO,LOX was inhibited by 1 μmol/L BR treatment.

cowpea;brassinolide;chilling injury

2015-12-16

范林林(1990-)，女，硕士研究生，主要从事农产品贮藏加工与食品资源开发等方面研究，E-mail：fanlinlin0418@163.com。

左进华(1982-)，男，博士，助理研究员，主要从事农产品贮藏与加工，E-mail：zuojinhua@126.com。

国家大宗蔬菜产业体系建设项目(CARS-25)；西北非耕地园艺作物生态高效生产技术研究与示范(201203095)；北京市农林科学院青年基金(201404)。

TS255

A

1002-0306(2016)15-0339-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.15.058