壳聚糖对切花康乃馨花瓣抗氧化特性及水分平衡的影响

杨文龙 汤菊香 张雪洁 杨 辰 单长卷

（河南科技学院 新乡 453003）

康乃馨为石竹科石竹属的植物，是目前世界上应用最普遍的切花品种之一。但康乃馨切花的瓶插寿命较短，严重影响了其观赏价值。因此，如何延长康乃馨切花的瓶插寿命，即观赏期或保鲜期，成为当前研究的热点问题之一。目前，延长鲜切花瓶插寿命的探索主要集中在保鲜剂的研究上[1-2]。常规的保鲜剂一般包括糖类物质、杀菌物质、植物生长调节剂及抑制或拮抗乙烯产生的物质等[3]。壳聚糖是一种新型切花保鲜剂，其衍生物羧甲基壳聚糖（CMCS）已被应用到百合等切花的保鲜上[3]。张丽芳研究表明，将CMCS添加到常规保鲜剂中得到的改良保鲜剂显著延长了百合切花的瓶插寿命[3]。但到目前为止，CMCS延长切花瓶插寿命的具体生理机制尚有待进一步揭示。因此，对此进行研究可以阐明CMCS调控切花瓶插寿命的生理机制。

本研究以康乃馨切花为材料，研究了CMCS对其花瓣抗氧化酶活性、MDA含量、膜透性、渗透调节物质含量、相对含水量和瓶插寿命的影响。通过本研究，旨在揭示CMCS延长康乃馨鲜切花瓶插寿命的生理机制，从而为其在康乃馨切花保鲜中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及处理

康乃馨切花购买于新乡市花卉市场，选择花朵大小和花枝长度基本相同的花枝进行处理。鲜切花均在花茎底部用锋利的手术刀倾斜切除腐烂破损的花茎，以保证水分吸收。具体处理参照张丽芳的方法[3]，共设5个处理，每个处理重复6次。处理1为自来水处理（CK），处理2为常规保鲜剂（自来水+2%蔗糖+200 mg/L柠檬酸+200 mg/L 8-HQ）（CP），处理3为在常规保鲜剂中加入50 mg/L CMCS（50 mg/L CMCS+CP），处理4为在常规保鲜剂中加入100 mg/L CMCS（100 mg/L CMCS+CP），处理5为在常规保鲜剂中加入150 mg/LCMCS（150 mg/LCMCS+CP）。处理条件如下：白天温度为（22±2）℃，夜间温度为（18±2）℃，相对湿度（RH）为60%±10%，光合有效辐射为300μmol/（m2·s）和12 h的光周期。处理4 d后，分别测定各处理条件下花瓣的相关生理指标。待各处理条件下单个花枝80%的花朵萎蔫凋谢，最终计算切花瓶插寿命。

1.2 POD、CAT和SOD活性测定

POD的活性根据Scebba等的方法进行测定[4]，以吸收值每分钟增加0.01为一个酶活力单位。CAT活性根据Kato和Shimizu的方法进行测定[5]，以吸收值每分钟减少0.001为一个酶活力单位。SOD活性采用氮蓝四唑光还原法，以抑制50%NBT反应为1个酶活性单位。

1.3 APX、GR和GPX活性测定

APX的活性根据Grace和Logan的方法测定[6]，以吸收值每分钟减少0.001为一个酶活力单位。GR和GPX活性采用南京建成生物工程研究所相应的试剂盒进行测定。

1.4 MDA含量和膜透性测定

MDA含量和膜透性参照张志良等的方法测定[7]。

1.5 相对含水量的测量（RWC）

取完整花瓣，称取鲜重（FW）。然后将花瓣在蒸馏水中浸泡12 h，测定饱和鲜重（TW）。干重（DW）在80℃烘箱中烘干48 h后测定。根据以下公式计算相对含水量：相对含水量（RWC）=[（FW-DW）/（TWDW）]×100%。

1.6 可溶性糖和脯氨酸含量测定

可溶性糖和脯氨酸含量参照张志良等[7]的实验方法。

1.7 瓶插寿命的测定

以单个花枝2/3的花朵萎蔫凋谢为瓶插寿命的计数终点。

1.8 统计分析

采用SAS软件处理，在0.05水平上进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 壳聚糖对POD、CAT和SOD活性的影响

与CK相比，CP显著增加了CAT和SOD活性，使二者分别增加了10.7%和11.7%，但对POD活性无显著影响（表1）。与CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP处理分别使CAT活性显著增加了12.2%、27.7%和17.6%，分别使SOD活性显著增加了14.6%、26.8%和12.8%，但对POD活性均无显著影响。在不同浓度壳聚糖处理中，100 mg/L CMCS处理效果最佳。这说明，适当浓度的壳聚糖可以通过增强抗氧化酶CAT和SOD活性而提高其清除活性氧自由基的能力，从而维持康乃馨切花花瓣的活性氧代谢平衡，延缓衰老。

表1 壳聚糖对POD、CAT和SOD活性的影响

2.2 壳聚糖对APX、GR和GPX活性的影响

与CK相比，CP显著增加了APX、GR和GPX的活性，使三者分别增加了12.9%、15.7%和10.0%（表2）。与CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP处理分别使APX活性显著增加了22.9%、42.2%和26.0%，分别使GR活性显著增加了25.9%、46.3%和19.1%，分别使GPX活性显著增加了17.1%、49.5%和23.2%。在不同浓度壳聚糖处理中，100 mg/L CMCS处理效果最佳。这说明，适当浓度的壳聚糖亦通过增强抗氧化酶APX、GR和GPX活性而提高清除活性氧的能力，从而进一步维持康乃馨切花花瓣的活性氧代谢平衡，延缓衰老。

表2 壳聚糖对APX、GR和GPX活性的影响

2.3 壳聚糖对渗透调节物质含量和相对含水量的影响

与CK相比，CP显著增加了渗透调节物质可溶性糖和脯氨酸的含量，使二者分别增加了15.4%和32.5%（表3）。与CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP处理分别使可溶性糖含量显著增加了31.7%、70.2%和25.8%，分别使脯氨酸含量显著增加了50.9%、100.9%和42.7%。由于可溶性糖和脯氨酸是2种重要的渗透调节物质，因此本试验结果表明，壳聚糖在调节康乃馨花瓣组织渗透调节中具有重要作用。与CK相比，CP显著增加了花瓣相对含水量，使其增加了3.6%（表3）。与CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP处理分别使花瓣相对含水量显著增加了3.8%、7.4%和3.8%。这说明，往常规保鲜剂中加入壳聚糖能够提高康乃馨切花花瓣组织的相对含水量，从而维持其水分平衡。在不同浓度壳聚糖处理中，100 mg/L CMCS处理效果最佳。这说明，适当浓度的壳聚糖可以通过提高渗透调节物质可溶性糖和脯氨酸含量，从而提高花瓣组织的含水量，维持花瓣的水分平衡，进而延缓其衰老。

表3 壳聚糖对渗透调节物质含量和相对含水量的影响

2.4 壳聚糖对膜脂过氧化指标和瓶插寿命的影响

与CK相比，CP显著降低了膜脂过氧化指标MDA含量和膜透性，使二者分别降低了12.3%和12.8%（表4）。与CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP处理分别使MDA含量显著降低了12.5%、23.4%和10.9%，分别使膜透性显著降低了14.0%、28.7%和17.2%。这说明，壳聚糖可以缓解活性氧自由基对康乃馨花瓣造成的膜脂过氧化作用，从而延缓衰老。与CK相比，CP显著增加了康乃馨切花的瓶插寿命，使其增加了14.3%（表4）。与CP相比，50 mg/L CMCS+CP、100 mg/L CMCS+CP和150 mg/L CMCS+CP处理分别使康乃馨切花的瓶插寿命显著增加了20.0%、46.3%和27.5%。这说明，往常规保鲜剂中加入壳聚糖能够提高康乃馨切花的瓶插寿命。

表4 壳聚糖对MDA含量、膜透性和瓶插寿命的影响

3 结论与讨论

切花活性氧代谢失衡会导致其自身的衰老，从而缩短了其保鲜期和瓶插寿命。因此，研究切花活性氧代谢平衡的调控对延长其瓶插寿命具有重要意义。已有研究表明，壳聚糖可以通过缓解百合、牡丹等切花的膜脂过氧化作用而延长其瓶插寿命[3,8]。但前人的研究主要集中在保鲜效果上，对保鲜机制尤其是对维持活性氧代谢平衡的抗氧化酶的研究甚少，尚不能从抗氧化角度揭示壳聚糖的保鲜机制。本研究发现，壳聚糖可以通过增强抗氧化酶CAT、SOD、APX、GR和GPX的活性而提高其清除活性氧自由基的能力，从而缓解活性氧代谢失衡造成的膜脂过氧化，最终维持活性氧代谢平衡。在本研究中涉及的抗氧化酶APX和GR是抗坏血酸—谷胱甘肽循环代谢中的2个主要酶，研究结果表明，壳聚糖可以通过调节APX和GR活性从而维持活性氧代谢平衡，缓解膜脂过氧化作用。抗坏血酸—谷胱甘肽循环代谢是植物体清除活性氧过氧化氢的重要途径，但本研究并未对该循环代谢中其他酶的活性进行研究，因此，进一步研究壳聚糖对该循环代谢其他酶活性的影响，能够全面揭示壳聚糖调控抗坏血酸—谷胱甘肽循环代谢的生理机制。

大量研究表明，切花花瓣含水量与其瓶插寿命具有密切关系[9]。本研究结果表明，壳聚糖可以显著提高康乃馨切花花瓣的相对含水量。这说明，壳聚糖可以通过提高康乃馨切花花瓣的含水量从而在延长其瓶插寿命中发挥作用。本研究还表明，在常规保鲜剂中添加壳聚糖可以显著提高渗透调节物质可溶性糖和脯氨酸的含量。这说明，壳聚糖可以通过调节相关渗透调节物质的含量而调控康乃馨切花花瓣自身的水分平衡。相关研究表明，壳聚糖可以通过提高渗透调节物质可溶性蛋白的含量而维持水分平衡[3]。和前人的研究结果相比，本研究的结果则进一步揭示了壳聚糖调控切花水分平衡的生理机制。

综上所述，在常规保鲜剂中添加壳聚糖可以从抗氧化和渗透调节2个方面调控康乃馨切花的瓶插寿命。