热水处理对桃果实采后病害及生理变化的影响

周文娟,陈 晨,胡文忠,覃 童,王佳硕

(大连民族学院生命科学学院,辽宁大连 116600)

热水处理对桃果实采后病害及生理变化的影响

周文娟,陈 晨*,胡文忠,覃 童,王佳硕

(大连民族学院生命科学学院,辽宁大连 116600)

为研究热水处理对桃果实采后病害及生理变化的影响,采用50 ℃热水浸泡处理桃果实1 min后置于25 ℃条件下贮藏,分析贮藏期间桃果实的发病率以及抗氧化代谢相关酶,如抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、脂氧合酶(LOX),苯丙烷代谢关键酶苯丙氨酸解氨酶(PAL)以及苯丙烷代谢产物总酚、黄酮、木质素含量。实验结果表明:热处理能够有效控制接种褐腐菌(Moniliniafructicola)桃果实的发病率。热处理显著提高采后桃果实APX、POD和PAL活性(p<0.05),抑制LOX活性,同时促进总酚、黄酮、木质素积累。采后热处理通过提高桃果实的抗氧化及苯丙烷代谢能力,启动桃果实的防御反应,进而提高果实抗病性。

桃果实,热处理,采后病害,抗氧化代谢,苯丙烷代谢

桃果实味道鲜美,营养丰富,是人们最为喜欢的鲜果之一,但采后极易受到病原菌侵染,导致腐烂变质[1]。目前普遍使用化学杀菌剂控制病害发生,但化学杀菌剂的大量使用涉及到病原菌产生抗药性、药物残留、环境污染等问题,并使果实安全性受到威胁。热处理作为一种物理保鲜方法,其安全、无毒、便于操作,受到国内外学者的广泛关注。大量研究表明采后热处理可以有效控制香瓜[2]、桃[3-4]、木瓜[5]、草莓[6-7]、香蕉[8]等果实病害的发生,延长保质期。热处理对采后果蔬的病害控制机理主要有两个方面,一方面热处理直接对病原真菌具有杀伤作用,另一方面热处理能够诱导果实产生抗病性[3-4]。Spadoni等[4]研究表明采后桃果实在瞬时高温处理(60 ℃热水处理20 s)后快速做出应激应答,热处理后6 h内,其病程相关蛋白基因(CHI、GNS和PAL)与活性氧(ROS)清除相关基因表达量迅速上升。植物组织的衰老和抗病都与ROS的代谢密切相关,过量的ROS累积会引起组织细胞氧化损伤,加速果实衰老,提高植物体内抗氧化防御系统中的抗氧化物酶如抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性,可以有效清除过量ROS,从而提高果实抗病能力[9]。同时,苯丙烷代谢系统作为生成酚类物质的主要次生代谢途径,在植物抗病防御反应中发挥着重要作用[10]。本文以采后桃果实为对象,研究了热处理对其采后病害以及抗氧化和苯丙烷代谢的影响,为进一步完善热处理在采后果蔬贮藏保鲜中的作用机理及为桃果实保鲜提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

桃[Prunuspersica(L.)Batsch] 采自大连市金州区果园,供试品种为燕红,采收成熟度为八成熟,采后当天运回实验室。挑选成熟度均匀、大小基本一致、无病虫害、无机械损伤的果实为试材。褐腐菌(Moniliniafructicola) 购于中国农业微生物菌种保藏中心；聚乙烯吡咯烷酮、过氧化氢、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、愈创木酚、邻苯二酚、硼酸、四硼酸钠、β-硫基乙醇、L-苯丙氨酸、抗坏血酸、次氯酸钠 国产分析纯。

电子天平 梅特勒托利多仪器(上海)有限公司;DK-S26型电热恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司;BR4i型台式高速冷冻离心机 法国Jouan;Lambda-25型紫外可见分光光度计 美国PE;T-25型匀浆器 德国IKA;UV-2100型紫外可见分光光度计 尤尼柯上海仪器有限公司。

1.2 样品处理

采后桃果实采用2%次氯酸钠溶液中浸泡杀菌2 min,清水冲洗沥干后,用接种针在果实胴部刺4 mm(深)×3 mm(宽)的伤口,接种10 μL 浓度为1×104cfu/mL的褐腐菌(M.fructicola)孢子悬浮液。将接种后的桃果实随机分成两组,一组为热处理组:50 ℃热水浸泡处理1 min,另一组为对照组:自来水浸泡处理1 min。两组处理后风扇吹干,置于(25±2) ℃贮藏3 d,每天测定发病率。每次处理果实用20个,重复三次。未接种褐腐菌的桃果实采用同样方法处理后置于(25±2) ℃贮藏3 d,每天取果皮面下1 mm处果肉组织样品用于生理变化分析。

1.3 酶活性的测定

APX和CAT活性测定参考Ren等[11]的方法;POD和PPO活性的测定参考Jiang等[12]的方法。LOX活性的测定参考闫媛媛等[13]的方法;PAL活性的测定参考Yan等[14]的方法。

1.4 总酚、黄酮和木质素的测定

总酚、黄酮的测定参照曹建康等[15]的方法;木质素含量的测定参考姜爱丽等[16]的方法。

1.5 数据处理

采用SPSS 18.0进行数据处理分析,用邓肯氏多重比较方法进行差异显著性检验,p<0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 热处理对采后桃果实贮藏期间褐腐病的控制效果

如图1所示,在贮藏过程中空白对照组桃果实被褐腐菌侵染后发病较快,贮藏1 d后开始发病,3 d后发病率达到100%,而热水处理后桃果实贮藏2 d后开始发病,贮藏3 d后,发病率仅为54%。

图1 热处理对采后桃果实褐腐病的控制效果Fig.1 Effects of heat treatments on control of brown rot in peach fruits

2.2 热处理对采后桃果实APX活性的影响

APX作为以抗坏血酸为电子供体的过氧化物酶,通过催化抗坏血酸与活性氧H2O2发生氧化还原反应,清除植物体内的H2O2,提高果蔬的抗氧化能力[9]。如图2A所示,对照组桃果实在贮藏期间0～2 d内，APX活性呈先上升后下降的趋势,第3 d又略有上升。桃果实经过热处理1 d后APX活性与对照组无显著差异(p>0.05),但2 d后APX活性显著高于对照组(p<0.05),桃果实在热处理2 d和3 d后其APX活性分别为对照组的1.97倍和1.16倍。

2.3 热处理对采后桃果实CAT活性的影响

CAT能催化植物体内积累的H2O2分解为水和分子氧,从而减少H2O2对果蔬组织可能造成的氧化伤害。如图2B所示,随着贮藏时间延长,热处理和对照组桃果实的CAT活性均呈现下降趋势,且二者CAT活性无显著差异(p>0.05)。而肖红梅等[17]和芮怀瑾等[18]研究表明热处理能够提高番茄和枇杷的CAT活性,这可能与热处理的果实不同有关。

2.4 热处理对采后桃果实POD活性的影响

POD是果蔬体内的一种重要氧化还原酶,催化过氧化氢、氧化酚类物质产生醌类化合物,且与CAT、SOD协同作用,清除过量的自由基,从而降低细胞氧化损伤,通常将其视为果蔬抗氧化代谢的重要指标[19]。由图2C所示,桃果实在贮藏过程中POD活性随着时间延长呈下降趋势,热处理桃果实在最初的1 d,POD活性与对照组无显著差异(p>0.05),随后其POD活性逐渐升高,热处理2 d和3 d后的桃果实POD活性分别为对照组1.69倍和1.57倍。由此可见,采后热处理可以有效提高桃果实POD活性,提高其抗氧化能力,进而增强桃果实的抗病能力。这与热处理提高黄花梨活性氧代谢的研究结果类似[20]。

图2 热处理对采后桃果实APX(A)、CAT(B)、POD(C)和LOX(D)活性的影响Fig.2 Effect of heat treatment on the APX(A),CAT(B),POD(C)and LOX(D)activities of peach fruits

2.5 热处理对采后桃果实LOX活性的影响

LOX与果蔬细胞脂质的过氧化作用密切相关,它通过破坏细胞质膜而引起机体衰老,此外,LOX催化产生的自由基、过氧化物质等会对生物体造成氧化损伤[21],因此,通过降低果蔬贮藏期间LOX活性,可以延缓其衰老进程。如图2D所示,对照组桃果实随着贮藏时间的延长呈先上升后下降的趋势,在储藏2 d时,达到最大值。桃果实热处理后LOX活性呈现先下降后上升再下降的趋势,与对照组相比,热处理可以有效降低桃果实贮藏期间LOX活性,减轻桃果实的膜脂过氧化程度,进而推迟果实衰老,延长贮藏期。

2.6 热处理对采后桃果实PAL活性的影响

苯丙烷类代谢活性增强是植物诱导抗性后的典型反应,PAL是果蔬苯丙烷代谢的第一限速酶,其活性的高低与植物抗病性的强弱密切相关,被认为是植物主要防御酶之一[10]。如图3所示,对照组桃果实PAL活性随贮藏时间延长呈现先上升后下降再上升的趋势,而热处理桃果实PAL活性随着贮藏时间的延长逐渐上升,热处理桃果实在贮藏2 d和3 d时PAL活性显著高于对照组(p<0.05),热处理可以有效提高桃果实PAL活性,增强其苯丙烷代谢,进而诱导桃果实产生抗病能力。

图3 热处理对采后桃果实PAL活性的影响Fig.3 Effect of heat treatment on the PAL activity of postharvest peach fruits

2.7 热处理对采后桃果实总酚、黄酮及木质素含量的影响

总酚、黄酮及木质素是植物苯丙烷代谢的产物,是果蔬体内重要的抗菌物质,同时,总酚和黄酮也是植物体内重要的抗氧化物质,能够延缓果蔬贮藏过程中的氧化损伤,而木质素沉积在细胞壁的不同部位能够增强植物组织的机械强度,增强对病原物侵染的抵抗能力[16]。热处理对桃果实黄酮含量的影响较为显著,如图4B所示,在室温贮藏过程中,热处理桃果实的黄酮含量变化趋势与对照组相同,且明显高于对照组。由此可见,热处理促进了桃果实黄酮类物质的合成,这与Ummarat等[8]的研究一致。热处理对桃果实总酚含量的影响如图4A所示,桃果实热处理1 d后,总酚含量显著低于对照组(p<0.05),这可能是由于部分多酚用于合成木质素被消耗,而随后又有大量多酚物质合成,因此在热处理2 d和3 d后,桃果实中的总酚含量显著高于对照组(p<0.05)。如图4C所示,热处理组和对照组桃果实在贮藏前2 d木质素的含量无显著差异(p>0.05),只有热处理3 d后桃果实的木质素含量高于对照组,是对照组的1.68倍。热处理桃果实贮藏后期木质素的沉积导致细胞壁的木质化,从而能够有效抵抗病原物的侵染。

图4 热处理对采后桃果实总酚(A)、黄酮(B)和木质素(C)含量的影响Fig.4 Effect of heat treatment on the total phenolics(A), flavonoids(B)and lignin(C)contents of postharvest peach fruits

3 结论

根据衰老自由基理论,细胞的衰老与细胞膜脂的过氧化有关,而细胞膜质的过氧化是由过量活性氧的积累引发的,植物体内抗氧化防御系统中的抗氧化酶如APX、CAT、POD等可清除活性氧,减轻植物氧化损伤,从而延缓其衰老[22]。苯丙烷代谢在植物防御过程中起到重要作用,代谢相关酶和产物的变化与植物抗性密切相关[16]。本研究结果显示采后热处理能够有效控制接种褐腐菌(Moniliniafructicola)桃果实的发病率。同时,热处理能够诱导桃果实内抗氧化酶APX和POD活性增强,并且抑制LOX活性,从而有效提高果实组织内抗氧化能力,降低过氧化物引起的膜功能和结构的破坏,延缓桃果实的衰老进程,进而增强桃果实的抗病能力。此外,热处理提高了桃果实中参与植物苯丙烷代谢关键酶PAL的活性,显著提高果实苯丙烷代谢产物总酚、黄酮和木质素含量,增强桃果实的抗菌能力,进而有效抵御病原微生物的入侵,降低果实腐烂,延长保质期。综上所述,采后热处理可以通过提高桃果实的抗氧化和苯丙烷代谢的能力,增强果实的抗病性。

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Effects of heat water treatment on the postharvest disease and physiological changes of peach fruits

ZHOU Wen-juan,CHEN Chen*,HU Wen-zhong,QIN Tong,WANG Jia-shuo

(College of Life Science,Dalian Nationalities University,Dalian 116600,China)

In order to determine the effect of heat water treatment on the postharvest disease and physiological changes of peach fruits,peach fruits were dipped in 50 ℃ hot water for 1 min and then stored at 25 ℃. During the storage,disease incidence of fruits were investigated and the activities of antioxidant metabolic system enzymes(APX,CAT,POD and LOX)and phenylpropanes metabolic system enzymes(PAL)were analyzed. Meanwhile,the contents of phenylproanoid metabolites(total phenolics,flavonoids and lignin)were measured. The results showed that disease incidence of fruits inoculated withMoniliniafructicolawere inhibited effectively in heat treated sample. Heat treatment could effectively induce the APX,POD and PAL activities and inhibit the LOX activity. Meanwhile,the level of total phenolics,flavonoids and lignin were enhanced in peach fruits. These findings suggested that postharvest heat treatment stimulate the process of antioxidant,phenylproanoid metabolism and started defense reaction of peach fruits.

peach fruits;heat treatment;postharvest disease;antioxidant metabolism;phenylproanoid metabolism

2016-10-08

周文娟(1994-)，女，本科，研究方向：食品加工与质量安全控制，E-mail：15140627549@163.com。

*通讯作者:陈晨(1986-)，女，博士，讲师，研究方向：采后生物学与技术，E-mail：chenchen@dlnu.edu.cn。

国家重点研发计划项目(2016YFD0400903)；国家自然科学基金项目(31601517，31471923)；中央高校自主科研基金青年项目(DC201502020405)；大连民族学院大学生创新创业训练计划项目(XB201603069, XB201603060)。

TS255.3

A

1002-0306(2017)07-0311-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.07.052