全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2013, 49 (4): 357~361 357
收稿 2012-11-05　　修定 2013-03-25
资助 国家自然科学基金(31060228/C200301)。
* 通讯作者(E-mail: gzdxdzh@163.com; Tel: 0851-8292117)。
“花壳”病菌对辣椒防御系统的影响
郑文宇, 丁筑红*, 刘海, 邓程, 肖治柔
贵州大学生命科学学院, 贵州省农畜产品贮藏与加工重点实验室, 贵阳550025
摘要: 采用新鲜的红辣椒接种“花壳”病菌, 观察辣椒的色素变化, 并测定活性氧超氧阴离子(O2·¯ )产生速率, 过氧化氢(H2O2)
和羟自由基(·OH)含量, 过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和脂氧合酶(LOX)活性变化。结果表明, 与接种普通病菌及
对照比较, “花壳”病菌侵染25 d后辣椒的红色完全褪变为黄色或橘黄色; O2·¯产生速率和·OH含量总体呈先下降后显著上升
的变化趋势, 出现单个低峰值; H2O2含量先下降后上升, 到达峰值后又下降; CAT和POD活性变化呈先上升后下降趋势, 出
现高峰值, 而LOX活性显著升高, 无峰值出现。接种F101 (Irpex lacteus)和F121 (Cladosporium cladosporioides)病菌对辣椒
防御酶系统的影响较接种其他病菌显著。可见, “花壳”病菌对辣椒防御酶系统产生显著影响, 导致大量活性氧爆发, 细胞
酶系统抗氧化能力下降, 使其对活性氧的清除能力大大降低, 加剧了活性氧的大量积累和对细胞的损伤。
关键词: 辣椒; “花壳”病菌; 活性氧; 防御酶
Effect of Pathogens Causing Discoloration on Defensive System in Red Pepper
(Capsicum annuum L.)
ZHENG Wen-Yu, DING Zhu-Hong*, LIU Hai, DENG Cheng, XIAO Zhi-Rou
Key Laboratory of Agricultural and Animal Products Store & Processing of Guizhou Province, College of Life Sciences, Guizhou
University, Guiyang 550025, China
Abstract: In order to study the effect of pathogens causing discoloration on defensive system in red pepper
(Capsicum annuum), we detected the changes in superoxide anion (O2·¯ ) production rate, hydrogen peroxide
(H2O2) and hydroxyl radical (·OH) contents, catalase (CAT), peroxidase (POD) and lipoxygenase (LOX) activi-
ties in red pepper infected by pathogens causing discoloration. The results showed that, compared with other
pathogens and control group, the pigment in red pepper faded from red to yellow or croci after 25 d infected by
the pathogens causing discoloration; the O2·¯ production rate, H2O2 and ·OH contents decreased first and then in-
creased. While CAT and POD activities rose then dropped and LOX activity increased slowly. Among the five
strains of pathogens, F101 (Irpex lacteus) and F121 (Cladosporium cladosporioides) had stronger influences on
defensive enzyme system in red pepper than the others. Therefore, the pathogens causing discoloration could
affect the defensive enzyme system in red pepper significantly, which leads to a large accumulation of reactive
oxygen species, and a decrease in active oxygen scavenging capacity in the pepper, and even damages to cell.
Key words: red pepper (Capsicum annuum); pathogens causing discoloration; reactive oxygen species; defen-
sive enzyme
辣椒采后自然干制过程中, 常出现辣椒果肉
红色部分减褪呈黄白色, 俗称“花壳”、“花皮”、
“虎皮”现象, 严重时干辣椒整果红色消褪, 呈干燥
状黄白色, 甚至肉质消失呈较透明薄片, 完全丧失
商品价值(乔存金和李红梅2010; 杨咏鹃2009)。对
常见果蔬褪色的研究发现, 褪色是由于组织内抗
氧化酶活性下降, 其清除活性氧等功能减弱, 活性
氧积累, 引发膜脂质过氧化作用, 从而破坏细胞膜
结构的完整性, 对细胞产生伤害, 进一步影响植物
的呼吸作用, 加速植物的衰老和颜色褪变(林河通
等2002)。孙明心等(2001)、李桂舫等(2008)认为,
病菌侵染及采后继续危害是导致辣椒“花壳”的主
要原因, 并发现Acremonium sp.和Fusarium sp.混合
侵染可引起采前辣椒红色素丧失。我们前期的研
究发现, 引起辣椒采后“花壳”的侵染病菌与报道的
采前侵染病菌存在差异, 5株“花壳”病菌是导致辣
椒采后产生“花壳”的主导病原菌(刘海等2013), 但
“花壳”过程中辣椒氧化防御体系所发生的变化尚
植物生理学报358
未见系统研究和报道。本试验研究“花壳”辣椒抗
病反应系统的变化特征, 旨在丰富辣椒采后病理
的基础理论, 为进一步研究“花壳”发生的内在机制
以及辣椒采后干制“花壳”的防控提供有价值的理
论依据。
材料与方法
1 材料
贵阳市花溪区‘平板椒’品种辣椒(Capsicum
annuum L.)购于本地市场, 运回实验室, 挑选无机
械损伤、霉变、病虫害, 大小均匀, 成熟度一致的
辣椒作为试材。
供试“花壳”病菌株: 细菌组, B3 (Bacillus sub-
tilis, 枯草芽孢杆菌)、B5 (Lysinibacillus sphaericus,
球形赖氨酸杆菌); 真菌组, F3 (Phanerochaete sordida,
污原毛平革菌)、F101 (Irpex lacteus, 白囊耙齿菌)、
F121 (Cladosporium cladosporioides, 枝孢样枝孢
霉)。普通病菌株: B60和F2 (未鉴定)。以上菌株
由本实验从“花壳”辣椒中分离(鉴定)并培养保存。
2 方法
2.1 病菌接种处理
除去新鲜辣椒的果梗, 用无菌水冲洗, 75%酒
精表面消毒, 最后用无菌水清洗数遍。辣椒分成2
组: (1)对照用微型注射器的无菌针头注入0.5 mL
无菌生理盐水; (2)处理用培养后的病菌菌体悬浮
液(用无菌生理盐水配制, 浓度为104 CFU·mL-1) 0.5
mL注入组织。两组辣椒分别置于灭菌的培养皿
内, 每个培养皿用0.015 mm厚的聚乙烯薄膜袋密
封包装, 在(28±1) ℃、相对湿度80%下贮藏。贮藏
期间, 定期取样, 观察辣椒颜色变化情况并测定生
理生化指标。
2.2 超氧阴离子(O2·¯ )产生速率、过氧化氢(H2O2)
和羟基自由基(·OH)含量的测定
O2·¯产生速率测定参照王爱国和罗广华(1990)
的方法。H2O2含量测定参照曹建康等(2007)的方
法。·OH含量测定参照王爱国和罗广华(1993)的方
法并稍加改进: 取5.0 g鲜辣椒, 加入10 mL提取液
(50 mmo1·L-1 Na2HPO4-NaH2PO4缓冲液, pH 7.0),
研磨后经纱布过滤, 滤液在10 000×g离心10 min。
取上清液1 mL置于试管中, 加入1 mL反应缓冲液
(25 mmo1·L-1 Na2HPO4-NaH2PO4缓冲液, pH 7.0, 含
2.5 mmo1·L-1 2-脱氧核糖), 35 ℃温育1 h后, 再加入
1 mL 1%硫代巴比妥酸和1 mL冰醋酸, 充分混匀,
于沸水浴中30 min, 冷却后, 测定吸光度值A532。结
果以吸光值表示。
2.3 脂氧合酶(lipoxygenase, LOX)活性和抗氧化
酶活性的测定
LOX活性的测定参照陈昆松等(2003)的方法;
过氧化物酶(peroxidase, POD)活性的测定采用愈
创木酚氧化法(曹建康等2007); 过氧化氢酶(cata-
lase, CAT)活性的测定采用H2O2紫外吸收法(曹建
康等2007)。
2.4 数据处理
各指标测定均重复3次, 用Excel 2003绘图, 采
用SPSS10.0 for Windows统计软件进行统计分析和
Duncan’s (邓肯氏)多重差异比较, P<0.05为差异具
有显著性。
实验结果
1 接种不同菌株辣椒的色泽变化
将新鲜、健康的红辣椒分别接种5株“花壳”
病菌(B3、B5、F3、F101和F121)和2株普通病菌
(B60和F2), 5 d后, 接种“花壳”病菌的辣椒有病害
症状, 其中接种细菌B3和B5的出现橘黄色斑块, 并
向周围扩散; 接种真菌的初始颜色变化不明显, 但
在接种后8 d开始出现较大面积的橘黄色斑块。25
d后, 接种“花壳”病菌的辣椒大部分明显由红色褪
为黄色或橘黄色; 接种普通病菌的颜色变化小, 为
橙红色; 对照组颜色几乎无变化(图1)。由此可见,
5株“花壳”病菌均导致辣椒采后产生“花壳”现象,
普通病菌对辣椒“花壳”致变作用较小。
2 “花壳”病菌对辣椒O2·¯产生速率的影响
处理组辣椒中O2·¯ 产生速率总体呈上升趋势,
前期增加较快, 而后平缓甚至稍有下降, 但后期又
图1 不同菌株处理的辣椒色泽变化
Fig.1 Change in color of red pepper infected
by different pathogens
郑文宇等: “花壳”病菌对辣椒防御系统的影响 359
迅速上升, 相对于对照组均维持在较高水平, 接种
“花壳”病菌的比接种普通病菌的整体水平高, 而接
种“花壳”细菌和真菌对O2·¯产生速率的增加没有显
著差异(P>0.05) (图2)。“花壳”病菌中, 接种F101的
对O2·¯产生速率的影响最为明显, 在整个贮藏期间
O2·¯ 产生速率变化幅度最大。接种B3、B5和F3病
菌5 d后, O2·¯产生速率与对照差异显著(P<0.05), 而
接种F101的与对照差异极显著(P<0.01)。25 d后,
除接种B3的O2·¯产生速率与对照差异显著(P<0.05)
外, 其余均差异极显著(P<0.01)。上述结果表明,
“花壳”病菌侵染显著影响辣椒O2·¯ 产生速率, 不同
菌株对其影响有差异, 前期接种“花壳”真菌的较细
菌的影响小, 但后期影响强烈。 果表明, “花壳”病菌侵染后, H2O2含量变化明显, 不
同菌株侵染对辣椒中H2O2含量变化影响不同, 其
中真菌F3、F101和F121的影响较为突出。
4 “花壳”病菌对辣椒·OH含量的影响
图4显示, 对照的·OH含量变化波动较小, 总体
水平显著低于处理(P<0.05); 接种“花壳”病菌的·OH
含量变化幅度较大, 且均高于对照(P<0.05), 而接
种普通病菌的仅略高于对照, 变化幅度较低。接
种“花壳”细菌和真菌对·OH含量的影响差异显著
(P<0.05)。不同“花壳”病菌中 , 接种B3和F121
的·OH含量变化出现较大波动, 分别在10和15 d后
出现低峰值, 吸光值为0.943±0.166和1.091±0.153,
而接种其他“花壳”病菌的·OH含量变化基本一致,
均呈不断上升趋势。在整个贮藏期间, 真菌F121
对 ·OH含量变化的影响与对照差异极显著 (P<
0.01)。可见, “花壳”病菌侵染显著促进辣椒中·OH
含量增加, 不同菌株侵染的辣椒中·OH含量变化不
同, 其中B3、F101和F121的影响较为明显。
图2 “花壳”病菌侵染对辣椒O2·¯产生速率的影响
Fig.2 Effect of pathogens causing discoloration on
O2·¯ production rate in red pepper
3 “花壳”病菌对辣椒H2O2含量的影响
从总体趋势看, 处理组H2O2含量变化在接种
初期和中期呈先上升后下降再上升趋势, 与O2·¯产
生速率变化趋势相似, 但后期部分处理H2O2含量
有所下降; 对照的H2O2含量在整个贮藏期间均有
所上升, 但变化较为平缓。接种普通病菌的初期
H2O2含量变化较大, 后期变化缓慢且含量低。接
种“花壳”细菌和真菌对H2O2含量的影响有较大差
异, 后者的H2O2含量初期变化平缓, 后期波动剧烈
(图3)。接种“花壳”病菌5 d后, H2O2含量达到第一
波峰值, 处于较高水平, 除B3外, 接种其他病菌的
H2O2含量均明显高于对照(P<0.01)。接种真菌
F3、F101和F121后15 d左右(侵染中期), H2O2含量
变化无显著差异(P>0.05), 其中接种F101的H2O2含
量从染菌开始一直上升, 20 d后达到峰值, 为(21.46±
1.42) μmol·g-1 (FW), 且高于其他“花壳”病菌组。结
图3 “花壳”病菌侵染对辣椒H2O2含量的影响
Fig.3 Effect of pathogens causing discoloration on
H2O2 contents in red pepper
图4 “花壳”病菌侵染对辣椒·OH含量的影响
Fig.4 Effect of pathogens causing discoloration
on ·OH contents in red pepper
植物生理学报360
5 “花壳”病菌对辣椒CAT、POD、LOX活性的影响
由图5-A可见, 接种“花壳”病菌的CAT活性变
化与对照有明显差异, 在病菌侵染早期呈上升趋
势且明显高于对照, 接种10 d后开始下降; 对照在
贮藏初期上升缓慢, 而后几乎不再变化, 处于平稳
状态; 接种普通病菌B60和F2的CAT活性呈缓慢上
升趋势, 15~20 d小幅下降。在侵染初期, 不同“花
壳”病菌对辣椒中CAT活性变化的影响有差异; 接
种B3、B5、F3和F101后5 d的CAT活性变化与对
照和接种普通病菌的存在极显著差异(P<0.01); 接
种“花壳”病菌25 d后的CAT活性均明显低于对照
和接种普通病菌的(P<0.01)。接种真菌F101的
CAT活性变化幅度较大。结果表明, “花壳”病菌侵
染显著降低辣椒中的CAT活性。
由图5-B可见, 接种“花壳”病菌的POD活性变
化趋势与CAT的变化相似, 接种不同病菌的差异较
大, 其中真菌F101对POD活性影响最大。5株“花
壳”病菌侵染早期, POD活性迅速上升, 10 d后均达
到高峰值 , 分别为(102.62±15.31)、(118.58±
12.18)、(105.66±10.10)、(146.63±11.98)、(130.10±
13.73) ∆OD470·min
-1·g-1 (FW), 而后均开始起伏下降;
对照的POD活性在贮藏期间有所上升但变化平
缓。接种普通病菌B60和F2的POD活性在贮藏前
期呈缓慢上升趋势, 而后趋于平稳, 后期略有下
降。接种除F121外的“花壳”病菌, 5 d后POD活性
与对照和接种普通病菌的无显著差异(P>0.05), 25
d后明显低于对照和接种普通病菌的(P<0.05), 与
CAT活性变化趋势一致; 接种F121与接种其他菌
株相比, 5 d后对POD活性的影响有显著差异(P<
0.05), 20 d后有极显著差异(P<0.01)。可见, “花壳”
病菌侵染显著降低辣椒中的POD活性。
由图5-C可见, 随着贮藏时间的延长, 辣椒中
LOX活性呈缓慢增加趋势 , 接种“花壳”病菌的
LOX活性增加较快, 其中接种F101和F121的15 d后
LOX活性均有下降, 但总体仍呈上升趋势。接种
普通病菌B60和F2的LOX活性在整个贮藏期间呈
上升趋势, 但变化水平明显低于接种“花壳”病菌
的。接种“花壳”病菌5和10 d后的LOX活性极显著
高于对照和接种普通病菌的(P<0.01), 20 d后仍显
著高于对照(P<0.05)。其中, 接种F121病菌5 d后对
LOX活性的影响显著(P<0.05)。可见, “花壳”病菌
侵染显著提高辣椒中的LOX活性。
讨　　论
辣椒采后出现“花壳”, 严重影响辣椒外观品
质和商品价值。本研究表明, “花壳”病菌侵染能在
短时间内使辣椒颜色褪变而产生“花壳”。其中,
B3为腐生菌, 可能在辣椒受其他“花壳”病菌侵染
并产生伤害和坏死后, 发生继发性感染, 进而对辣
椒色泽产生进一步破坏。
“花壳”病菌使辣椒O2·¯产生速率和H2O2含量在
0~5 d内显著增加, 并在贮藏期间处于较高水平, 可
能与“花壳”病菌侵染早期产生大量活性氧以抵御
图5 “花壳”病菌侵染对辣椒CAT、POD、LOX活性的影响
Fig.5 Effect of pathogens causing discoloration on
CAT, POD and LOX activities in red pepper
郑文宇等: “花壳”病菌对辣椒防御系统的影响 361
病原菌的侵染有关(Mandal等2008; Desikan等
2001); 普通病菌侵染后活性氧含量明显低于“花
壳”病菌侵染的。因此, “花壳”病菌侵染早期, 辣椒
活性氧的大量产生可能是对“花壳”病菌侵染的抗
病应激反应。
植物在病原物侵染或诱发物处理后产生的O2·¯
和H2O2可通过一系列反应转化为 ·OH (陈贵华
2009), 而活性氧能杀死细胞, 其中·OH的氧化能力
最强(Imlay和Linn 1988)。“花壳”病菌侵染后·OH
含量不断起伏增加, 可能是受到H2O2含量和O2·¯产
生速率变化的影响, 从而间接影响到辣椒中·OH的
形成和含量变化。
当植物处于逆境胁迫或病原菌侵染时, 活性
氧代谢失调和积累导致细胞膜过氧化, 膜结构及
膜系统功能遭破坏(Boonsiri等2007)。CAT和POD
是植物体内重要的活性氧清除酶 (左进华等
2010)。病原菌侵染可在短期内诱导植株活性氧清
除酶活性升高从而降低H2O2和O2·¯等活性氧的积累
(Mandal等2008; 陶宗娅等2005; 李浩然2012)。由
本试验结果可见, CAT和POD活性在“花壳”病菌侵
染后快速升高是对病菌侵染产生大量活性氧的应
激反应, 有利于进一步清除活性氧; 在中后期CAT
和POD活性显著降低, 而O2·¯产生速率和H2O2含量
却较快升高, 可能是由于后期CAT和POD活性下降
使其对活性氧清除能力降低, 导致活性氧积累, 从
而对细胞膜结构的破坏和组织细胞的损伤。而普通
病菌对防御体系的影响相对较弱, 作用效果较慢。
辣椒色素不稳定, 当细胞受损时, 辣椒色素可
发生(自)氧化作用而褪色(丁筑红等2010; 吴明光
1994)。本试验表明, “花壳”病菌侵染会导致辣椒
色素褪变, 引起辣椒中活性氧爆发, 而辣椒细胞酶
系统抗氧化能力的逐渐丧失使活性氧清除能力大
大降低, 加剧了活性氧的大量积累; 同时引起膜脂
发生过氧化作用(LOX活性增强), 引发辣椒细胞结
构的破坏和损伤(郭绍东和李合生1995)。而辣椒
色素可能在猝发的活性氧作用和受损时外界条件
的影响下发生降解、氧化或转化, 最终导致辣椒
果实颜色变化产生“花壳”现象, 相关机制还有待进
一步证实。
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