硝普钠对藠头鳞茎贮藏期间碳氮代谢及关键酶活性的影响

张永福， 郭丽红， 任 禛， 靳 松， 姚丽媛

(昆明学院农学院，云南省高校特色生物资源开发与利用重点实验室，云南 昆明 650214)

硝普钠对藠头鳞茎贮藏期间碳氮代谢及关键酶活性的影响

张永福， 郭丽红， 任 禛， 靳 松， 姚丽媛

(昆明学院农学院，云南省高校特色生物资源开发与利用重点实验室，云南 昆明 650214)

本研究以开远甜藠头为材料，测定了不同浓度硝普钠处理后藠头糖含量、碳代谢关键酶和氮代谢关键酶等各项指标。结果表明，贮藏期间，藠头鳞茎淀粉、总氮含量逐渐下降，可溶性糖、还原糖、蔗糖和蛋白质含量逐渐上升，游离氨基酸含量呈先上升后下降的趋势，硝普钠处理增大了变化幅度；淀粉酶、硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性呈先上升后下降的趋势，蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)活性呈下降趋势，谷氨酸合成酶(GOGAT)活性呈上升趋势；硝普钠处理后使其活性增强，延缓了其下降幅度；此外，硝普钠处理还增加了贮藏期间藠头鳞茎的总碳含量，影响了碳氮比，有效抑制了贮藏期间芽的生长，缓解腐烂和鲜重的降低。可见，硝普钠处理可促进藠头鳞茎贮藏期间淀粉的转化和糖的积累，延缓氮的分解，促进蛋白质的积累，提高外观品质，其中以浓度为0.50 mmol·L-1处理效果最佳。

藠头；硝普钠；贮藏；碳氮代谢；酶活性

藠头(AlliumchinenseG. Don)属百合科葱属宿根性多年生草本植物，原产于中国，在江南和西南地区普遍栽培。成熟藠头鳞茎富含多种营养物质，是烹调佐料和佐餐佳品，亦可制成腌制品，味道鲜美。此外，它还具有降血脂、抑制肿瘤、抑菌消炎、抗动脉硬化和血小板聚集等作用，有较好的药用价值和市场开发前景[1]。但在实际栽培中，受栽培季节和地区的限制，新鲜藠头的供应期短，且藠头鳞茎在贮藏和销售过程中经常出现发芽变质及腐烂现象，严重影响其食用、药用和加工品质，因此进行藠头采后贮藏保鲜方面的研究尤为重要。硝普钠是一种新型保鲜剂，可有效延缓果蔬衰老，它通过调控ACC氧化酶和ACC合成酶活性而有效抑制内源乙烯的生物合成[2]，并对植物组织衰老过程中保护酶系统的酶活性进行调节，延缓组织衰老[3]。碳氮代谢是植物最基本的生理代谢过程，其代谢强度和动态变化直接影响着果蔬贮藏中糖类的形成、转化及蛋白质的合成、分解等，对藠头鳞茎的贮藏品质影响较大。因此，研究硝普钠对藠头鳞茎贮藏期间碳氮代谢物质及其相关酶活性的变化，对促进碳氮物质的积累与消耗，提高贮藏品质具有重要意义。范林林等[4]发现，外源硝普钠处理可延缓茄子贮藏中可溶性蛋白质、维生素C含量的下降。张少颖[5]还发现，外源硝普钠可延缓绿芦笋可溶性固形物含量的变化。此外，硝普钠处理可使青花贮藏过程中可溶性固形物含量保持在一定水平[6]。说明硝普钠对果蔬贮藏期间的碳氮代谢具有一定的调控作用，但该方面的研究至今还未见报道。本研究以开远甜藠头为试验材料，采用不同浓度的硝普钠进行浸泡处理后贮藏，研究硝普钠对藠头碳氮代谢及相关酶活性的影响，为硝普钠作为保鲜剂应用于果蔬采后贮藏保鲜提供理论依据。

1 材料与方法

1.1材料

选用云南省开远市生产的甜藠头作为试验材料。于2015年9月采挖后带回实验室后进行试验。把杂物及受损伤、有病虫害的剔除，选择质量为15 g左右，色泽白嫩，外形圆润者进行药剂处理，每个处理重复3次。

1.2方法

试验设置3个处理，T1为0.25 mmol·L-1硝普钠处理液，T2为0.50 mmol·L-1硝普钠处理液，T3为1.00 mmol·L-1硝普钠处理液及对照(CK)，处理液的浓度由预试验确定。每个处理称取1.0 kg藠头鳞茎，重复3次。把挑选出来的藠头鳞茎分别完全浸泡在各处理液中，对照(CK)用蒸馏水浸泡，振荡2 h，使样品充分与处理液接触。样品浸泡后捞出晾干表面水分，放入自封袋包装，每袋放150 g藠头鳞茎，然后置于10 ℃恒温箱中进行贮藏，共储藏60 d。从鳞茎贮藏当天起每隔11 d将各处理分别随机取20个鳞茎，测定碳氮营养及相关酶活性，共测定6次。

1.3测定指标

淀粉酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定；蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性和蔗糖合成酶(SS)活性按南京建成生物工程研究所生产的试剂盒说明书测定，以产生1 mmol·g-1·min-1蔗糖为1个酶活单位(U)；硝酸还原酶(NR)活性用磺胺比色法测定[7]；谷氨酰胺合成酶(GS)活性和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性按照文献[8]的方法测定。

藠头鳞茎于105 ℃烘箱中烘干粉碎后过200目标准筛，用于测定淀粉、可溶性糖、还原糖、蔗糖、总氮、可溶性蛋白质及游离氨基酸的含量。淀粉含量的测定参照文献[9]的方法；可溶性糖含量采用苯酚-硫酸比色法测定，还原糖含量采用3，5-二硝基比色法测定，蔗糖含量采用间苯二酚比色法测定，可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G250显色法测定，游离氨基酸含量采用水合茚三酮比色法测定[7]。鳞茎非结构性糖和淀粉中碳元素含量根据糖和淀粉分子中碳元素的比例进行换算而得。

鳞茎失重率、发芽率、芽长、腐烂指数测定方法为贮藏结束时从各处理、各重复中分别取80个鳞茎，进行统计。失重率 =(鳞茎贮藏前质量-鳞茎贮藏后质量)/ 鳞茎贮藏前质量×100%；发芽率=(发芽种子数/供检测种子数)×100%；腐烂指数参照文献[10]的方法统计。

1.4数据处理

所有数据重复测定3次，取平均值。分别采用SPSS 22.0软件进行Duncan氏差异显著性(P<0.05)分析和采用Excel 2010软件作图。

2 结果与分析

2.1硝普钠对藠头鳞茎贮藏期间碳代谢的影响

2.1.1 硝普钠对藠头鳞茎贮藏期间碳转化和积累的影响 糖和淀粉的含量可分别作为碳转化和积累的重要指标。从图1可看出，藠头贮藏期间，淀粉含量逐渐下降，而可溶性糖、还原糖和蔗糖含量逐渐上升。在贮藏的第60天时，淀粉含量下降幅度最大的是T2，下降了67.83%，最小的是CK，下降了42.91%，此时T1、T2和T3分别比CK低16.42%、43.66%和43.09%(图1-A)。可溶性糖含量上升幅度最大的是T2，上升了245.60%，最小的是CK，上升了105.56%，此时T1、T2和T3分别比CK高60.07%、68.13%和37.13%(图1-B)。还原糖上升幅度最大的是T2，上升了300.59%，最小的是CK，上升了142.75%，此时T1、T2和T3分别比CK高34.77%、72.59%和46.12%(图1-C)。蔗糖含量上升幅度最大的是T2，上升了290.91%，最小的是CK，上升了134.63%，此时T1、T2和T3分别比CK高52.58%、66.61%和33.57%(图1-D)。说明硝普钠处理可促进淀粉的转化和糖的积累，其中0.50 mmol·L-1硝普钠处理液效果最佳。

图1 硝普钠对藠头鳞茎贮藏期间糖及淀粉含量的影响Fig.1 Effect of sodium nitroprusside on the contents of sugar and starch in rokkyo bulbs during storage

2.1.2 硝普钠对藠头鳞茎贮藏期间碳代谢关键酶活性的影响 藠头鳞茎的淀粉酶活性在贮藏期间呈现先上升后下降的趋势(图2)，且CK低于其他处理，T1、T2和T3的峰值出现在贮藏的第24天，此时3个处理分别比CK高47.37%、80.26%和28.95%，到贮藏第60天时，T1、T2和T3的淀粉酶活性分别比CK高28.26%、43.48%和34.78%(图2-A)。蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)活性在整个贮藏期间均呈下降趋势，其中SPS活性到贮藏的第60天时分别下降了69.67%、57.90%、81.92%和84.44%，SS活性分别下降了64.70%、56.38%、68.22%和80.36%；此时，T1、T2和T3的SPS活性分别比CK高94.90%、170.51%和16.19%，SS活性分别比CK高64.70%、56.38%和61.90%(图2-B、图2-C)。0.50 mmol·L-1硝普钠处理液对藠头鳞茎的SPS和SS活性影响较大。

图2 硝普钠对藠头鳞茎贮藏期间碳代谢关键酶活性的影响Fig.2 Effect of sodium nitroprusside on the activities of key enzymes of carbonmetabolism in rokkyo bulbs during storage

2.2硝普钠对藠头鳞茎贮藏期间氮代谢的影响

2.2.1 硝普钠对藠头鳞茎贮藏期间总氮、蛋白质和氨基酸含量的影响 蛋白质是氮代谢的终产物，氨基酸是合成蛋白质的主要原料，也是蛋白质降解的主要产物。从图3可看出，各处理的总氮含量在贮藏期间呈下降趋势，到处理的第60天时，下降幅度最大的是CK，下降了69.37%，下降幅度最小的是T2，下降了42.23%；此时，T1、T2和T3分别比CK高54.45%、88.59%和22.10%(图3-A)。各处理蛋白质含量呈上升趋势，到处理的第60天时，上升幅度最大的是T2，上升了198.33%，上升幅度最小的是CK，上升了88.12%；此时，T1、T2和T3分别比CK高13.73%、58.58%和35.88%(图3-B)。各处理的游离氨基酸含量呈先上升后下降的趋势，T1、T2和T3的峰值在贮藏的第24天，此时上升幅度最大的T2上升了1 113.32%，上升幅度最小的CK则上升了681.95%；到贮藏的第60天时，T1、T2和T3分别比CK低38.87%、19.04%和11.07%(图3-C)。可见，硝普钠处理能够延缓氮的分解，促进蛋白质的积累，其中以0.50 mmol·L-1硝普钠处理液效果最好，但在贮藏后期却加速了游离氨基酸的损失。

图3 硝普钠对藠头鳞茎贮藏期间总氮(A)、蛋白质(B)和氨基酸(C)含量的影响Fig.3 Effect of sodium nitroprusside on the contents of total nitrogen (A), protein (B) andamino acid (C) in rokkyo bulbs during storage

2.2.2 硝普钠对藠头鳞茎贮藏期间氮代谢关键酶活性的影响 由图4可看出，不同浓度的硝普钠处理后，藠头鳞茎的硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶活性(GS)呈先上升后下降的趋势。NR活性的峰值在处理的第48天，此时T2的上升幅度最大，上升了217.85%，CK的上升幅度最小，上升了78.72%；到处理的第60天时，T1比CK低16.11%，T2、T3则分别比CK高19.06%和31.74%(图4-A)。GS活性的峰值在处理的第36天，此时上升幅度最大的是T2，上升了456.52%，上升幅度最小的是CK，上升了213.04%；到处理的第60天时，T1、T2和T3分别比CK高16.98%、71.70%和56.60%(图4-B)。谷氨酸合成酶(GOGAT)活性在处理的前48天处于稳定增长的趋势，且T2均处于较高水平，从第48天到第60天除T2下降外，其余3个处理均处于停滞状态，此时T1、T2和T3的酶活性分别比CK高14.70%、39.28%和59.30%(图4-C)。可见，0.50 mmol·L-1硝普钠处理液对提高藠头鳞茎氮代谢发挥了积极作用。

图4 硝普钠对藠头鳞茎贮藏期间氮代谢关键酶活性的影响Fig.4 Effect of sodium nitroprusside on the activities of key enzymes of nitrogenmetabolism in rokkyo bulbs during storage

2.3硝普钠对藠头鳞茎贮藏期间碳含量和碳氮比的影响

碳、氮含量是藠头鳞茎的重要营养指标，碳氮比则反映鳞茎主要营养物质的偏向。图5所示，硝普钠处理明显延缓了贮藏期间藠头鳞茎的碳损失，到贮藏的第60天时，T1和T2的碳含量分别上升了1.47%和6.43%，T3和CK则分别下降了19.86%和34.70%；此时T1、T2和T3分别比CK高55.40%、63.00%和22.73%(图5-A)。碳氮比在整个贮藏期间均呈上升的趋势，到贮藏的第60天时，T1的上升幅度最大，上升了171.20%，T3的上升幅度最小，上升了54.93%；此时，T1比CK高27.04%，T3比CK低27.43%(图5-B)。显然，硝普钠处理提高了藠头鳞茎的碳含量，其中以0.50 mmol·L-1硝普钠处理液效果最好，此外硝普钠也对藠头鳞茎的碳氮比产生较大影响。

图5 硝普钠对藠头鳞茎贮藏期间碳含量(A)和碳氮比(B)的影响Fig.5 Effect of sodium nitroprusside on carbon content (A) and carbon-nitrogenratio (B) in rokkyo bulbs during storage

2.4硝普钠对藠头鳞茎的贮藏后外观品质的影响

由表1可看出，硝普钠处理对藠头鳞茎贮藏期间的失重率、发芽率、芽长和发芽指数均产生较大影响。贮藏第60天出库时，CK的失重率显著大于其余3个处理；T2的发芽率最大，T3最小，但各处理间差异均不显著；T1、T2和T3的芽长分别比CK短56.23%、50.11%和34.06%，差异显著；T1、T2和T3的腐烂指数分别比CK小49.24%、63.33%和52.40%，差异显著。显然，硝普钠能够提高藠头鳞茎贮藏后的外观品质，其中以0.50 mmol·L-1硝普钠处理液效果最好。

表1 硝普钠对藠头鳞茎贮藏后外观品质的影响Table 1 Effect of sodium nitroprusside on the appearance quality of rokkyo bulbs after storage

注：表中同一列数据后不同字母表示在P<0.05水平上差异显著。

Note: Data in the same column with different letters mean significant difference atP<0.05.

3 结论与讨论

碳氮代谢是植物最基本的代谢过程，其代谢变化直接影响着碳水化合物的形成、转化及蛋白质的合成与分解[11]。研究表明，外源硝普钠处理均能明显影响作物的碳氮代谢[12]，但有关硝普钠在藠头贮藏保鲜中的应用还未见报道。本研究结果表明，藠头鳞茎在贮藏期间，淀粉含量逐渐下降，可溶性糖、还原糖、蔗糖含量逐渐升高，硝普钠处理后，下降或上升的幅度均明显大于CK，这与已报道的硝普钠处理可减缓绿芦笋[5]和青花[6]贮藏期间可溶性固形物含量的下降幅度的结果不一致。本研究还发现，藠头鳞茎贮藏期间的淀粉酶活性呈先升高后降低的趋势，原因是贮藏前期藠头鳞茎的淀粉含量较高，淀粉酶活性高有利于淀粉的分解，但经过一段时间以后，淀粉含量下降到一个较低水平，此时淀粉酶的活性也随之下降；硝普钠处理后使淀粉酶的上升幅度增大，加快淀粉的分解速率。SPS和SS是促使作物蔗糖进入各种代谢途径的关键酶，一般认为SS主要起分解蔗糖的作用[13]，SPS可催化蔗糖的合成，其活性与淀粉积累呈负相关，与蔗糖形成呈正相关。藠头鳞茎贮藏期间，SPS和SS的活性呈逐渐下降的趋势，说明随着贮藏时间的延长淀粉的分解与蔗糖形成的速率均在减慢，碳代谢过程减缓，但硝普钠处理有效延缓了这两种酶活性的降低，一定程度上抑制了碳代谢的降幅，其中以0.50 mmol·L-1效果最佳，因为0.25 mmol·L-1和1.00 mmol·L-1处理后的碳代谢关键酶活性及可溶性糖、还原糖和蔗糖含量均低于0.50 mmol·L-1处理。

植物氮代谢包括硝态氮的还原、同化及有机含氮化合物的转化、合成等过程。硝态氮被植物吸收后，大多被同化而进入氨基酸，进而合成蛋白质，少量进入核酸等含氮物质的代谢过程。植物氮素同化的主要途径是由硝酸盐还原为铵后直接参与氨基酸的合成与转化，在这个过程中，NR、GS、GOGAT等参与了催化和调节。有研究报道，硝普钠处理抑制果蔬贮藏中可溶性蛋白质含量的下降[4-6]。本试验发现，藠头鳞茎贮藏期间，总氮含量逐渐下降，可溶性蛋白质含量和GOGAT活性逐渐上升，游离氨基酸含量、NR及GS活性则呈先上升后下降的趋势，说明在贮藏的过程中，氮元素一方面会转化进入蛋白质，另一方面会发生损失；氨基酸含量在贮藏前期上升是由于NR、GS和GOGAT的活性上升导致的，而后期下降很可能是因为藠头鳞茎中的硝态氮等原料不足及酶活性降低，导致生成氨基酸的能力减弱，而之前生成的氨基酸又被用于蛋白质的合成所致；硝普钠处理后减缓了总氮的下降，加快了蛋白质的上升，而NR、GS及GOGAT的活性均保持在显著高于CK的水平。可见，硝普钠处理能够促进藠头贮藏期间氮的同化和转化代谢。

碳氮营养是果蔬的重要营养指标，糖类、蛋白质和氨基酸等是果蔬提供给人类最重要的营养物质。碳氮代谢决定着碳氮营养的类型，而碳氮比则影响着两种营养元素的比例。本研究发现，0.25 mmol·L-1硝普钠处理后能够提高藠头鳞茎的碳氮比，且在贮藏期间碳氮比大幅度上升，而1.00 mmol·L-1硝普钠处理却降低了碳氮比。此外，硝普钠处理还有效抑制藠头鳞茎贮藏期间芽的生长，缓解其腐烂及鲜重的降低，这与前人的研究结果一致[14-15]。原因可能是硝普钠进入藠头后调控其碳氮代谢，减缓了碳氮营养从大分子转化为小分子物质的速率，并抑制藠头鳞茎中的水分蒸发，降低促进芽萌发和生长的酶活性；外源硝普钠还具有一定的灭菌作用，降低菌类对藠头鳞茎的危害，减少鳞茎腐烂的发生。

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(责任编辑：朱秀英)

Effectsofsodiumnitroprussiateonthemetabolitesandkeyenzymeactivitiesofcarbon-nitrogenmetabolisminrokkyobulbsduringstorage

ZHANG Yongfu, GUO Lihong, REN Zhen, JIN Song, YAO Liyuan

(School of Agronomy, Kunming College, Key Laboratory of Special Biological Resource Development and Utilization of Universities in Yunnan Province, Kunming 650214, China)

In this study, Kaiyuan sweet rokkyo bulbs were used as material to determine the sugar content, enzyme activity in carbon and nitrogen metabolism and so on in different concentration of sodium nitroprusside. The results showed that during storage, the contents of starch and total nitrogen decreased, but the contents of soluble sugar, reducing sugar, sucrose and protein increased gradually; free amino acids content increased firstly and then decreased; sodium nitroprusside treatment increased the extent of increasing or decreasing. The activities of amylase, nitrate reductase (NR) and glutamine synthetase (GS) first increased and then decreased; sucrose phosphate synthase (SPS) and sucrose synthase (SS) activity decreased; glutamate synthase (GOGAT) activity increased; sodium nitroprusside treatment increased the activities of these enzymes, and delayed the decline. In addition, sodium nitroprusside treatment also increased the total carbon content, effected the ratio of carbon and nitrogen, effectively inhibited the growth of shoots during storage, and eased decay and fresh weight loss. Generally, sodium nitroprusside with 0.50 mmol·L-1is more effective to promote the conversion of starch and sugar accumulation, delay nitrogen decomposition, promote the accumulation of protein, and improve the appearance quality of rokkyo bulbs.

rokkyo; sodium nitroprusside; storage; carbon and nitrogen metabolism; enzyme activity

2016-01-05

国家自然科学基金项目(31660559)；昆明学院科学研究项目(XJZZ1604)；云南省高校特色生物资源开发与利用重点实验室开放基金项目(GXKJ201615)。

张永福(1981-)，男，云南弥勒人，副教授，博士，主要从事园艺植物抗性生理方面的研究。

1000-2340(2017)05-0699-06

TS 205

A