全 文 :园 艺 学 报 2011,38(2):281–287 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期:2010–11–24;修回日期:2011–01–17
基金项目:国家自然科学基金项目(30972060,31071621)
* 通信作者 Author for correspondence(E-mail:luozisheng@zju.edu.cn)
1–甲基环丙烯对番茄冷害的影响
解 静,罗自生*
(浙江大学食品科技系,杭州 310029)
摘 要:为探讨 1–甲基环丙烯(1-MCP)处理对番茄果实低温贮藏期间冷害和抗病性的影响,以绿
熟期的‘浙杂 205’番茄为试材,用 1 μL · L-1的 1-MCP 在 20 ℃下处理番茄果实 6 h,然后将其置于 3 ℃
冷藏 14 d 后转入 20 ℃后熟 16 d。结果发现,1-MCP 处理加重了冷藏番茄后熟期间的冷害,但是延缓了硬
度和可滴定酸度的下降,推迟了番茄红素的增加和乙烯峰的出现,诱导了多酚氧化酶和过氧化物酶活性,
同时降低了几丁质酶和 β–1,3–葡聚糖酶的活性。虽然 1 μL · L-1的 1-MCP 处理延缓了冷藏番茄果实的后
熟,却加重了番茄后熟期间冷害和病害的发生,不适合在番茄冷藏中应用。
关键词:番茄;贮藏;1-MCP;冷害;抗病性
中图分类号:S 641.2 文献标识码:A 文章编号:0513-353X(2011)02-0281-07
Effect of 1-Methylcyclopropene on Chilling Injury of Tomato Fruit
XIE Jing and LUO Zi-sheng*
(Department of Food Science and Technology,Zhejiang University,Hangzhou 310029,China)
Abstract:In order to determine the effectiveness of 1-methylcyclopropene(1-MCP)on chilling
injury and disease resistance of tomato fruit after cold storage. Green mature‘Zheza 205’tomato fruit
was treated by 1 µL · L-1 1-MCP before being stored at 3 ℃ for 14 days then ripen at 20 ℃ for 16 days.
The quality and physiology of tomato fruit were investigated. 1-MCP treatment not only promoted
chilling injury and disease index,but also increased the activities of polyphenol oxidase and peroxidase.
1-MCP treatment retarded the peak of ethylene and the increase of lycopene,maintained higher content
of titratable acidity and firmness. The activities of chitinase and β-1,3-glucanase were also inhibited by
1-MCP treatment. This study indicated that 1 µL · L-1 1-MCP delayed tomato fruit ripen,but promoted
chilling injury and disease incidence,and showed that it could not be considered for commercial use in
tomato fruit after cold storage.
Key words:tomato;storage;1-methylcyclopropene;chilling injury;disease resistance
果实冷害的发生和乙烯密切相关(Ciardi et al.,1997;Ben-Amor et al.,1999)。1–甲基环丙烯
(1-methylcyclopropene,1-MCP)是一种新型的乙烯作用抑制剂,可与果蔬组织中的乙烯受体发生
不可逆结合后阻断乙烯与受体的结合,阻止或延缓乙烯的生理作用,因而阻止了许多园艺产品中依
赖于乙烯的一些应答反应(Sisler & Serek,1997)。
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近年来发现,1-MCP 处理能减轻菠萝(Selvarajah et al.,2001)、鳄梨(Hershkovitza et al.,2005)
和甜柿(张宇 等,2010)等果实贮藏期间冷害的发生,却加重柑橘(Porat et al.,1999)和香蕉(Jiang
et al.,2004)冷害的发生,而 1-MCP 对‘Tahiti’莱姆果实(Kluge et al.,2003)的冷害无影响。
1-MCP 处理对不同果实冷害影响的报道不尽一致,甚至对不同成熟度的同一种果实的影响也不
一致(杨虎清 等,2008)。
番茄是典型的呼吸跃变型果实,对乙烯作用极为敏感。目前国内外关于 1-MCP 对番茄冷害和抗
病性的研究很少。本试验旨在探讨 1-MCP 处理对番茄果实冷害和抗病性的影响及其作用机制,以期
为 1-MCP 在番茄等冷敏型果实贮藏保鲜方面提供理论和应用依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料及其处理
试验果实为绿熟期的‘浙杂205’番茄,2008年6月采于杭州市浙江省农业科学院实验农场。采
后当天运回实验室。
挑选大小均匀,成熟度相对一致,无病虫害、无机械伤的果实随机分为2组,每组240个。每组
分成3个重复小组,每个重复小组80个果实。一组用于1-MCP的处理,其浓度在预备试验筛选的基
础上选取1 μL · L-1,将果实放入密闭的桶中,在20 ℃下用1-MCP粉剂(EthylBlock,有效成分为
0.14%)熏蒸6 h。另一组以相同时间空气处理的为对照。
将处理后的番茄果实置于清洁塑料筐中,于3 ℃冰箱中冷藏14 d,然后转入20 ℃下后熟16 d,
后熟期间每隔4 d取样测定有关指标。
1.2 测定方法
冷害指数(Chilling injury index,简称CII):观察果实外部伤害(包括霉变、灰暗、水渍状,
斑点等)面积与果实总面积的比值(P),冷害程度分为5级,0:没有损伤;1级:轻度损伤(L)
(P ≤ 5%);2级:中度损伤(M)(5% < P ≤ 25%);3级:严重损伤(S)(25% < P ≤ 50%);
4级:非常严重损伤(V)(P > 50%)。冷害指数按下式计算:CII =(1 × L + 2 × M + 3 × S + 4 × V)/4 × T;
其中L,M,S,V表示不同冷害程度的果实数,T表示处理的总果数。
感病率(Disease rate)DR(%)= M/T × 100。M:发生病害的果数。
硬度:用TA-XT2i型质构仪测番茄果实最大直径处果肉硬度,测试深度为15 mm,探头直径为5
mm,取最大值,每次测10个果实,取平均值。
乙烯释放量:用气相色谱仪(山东鲁南瑞虹化工仪器有限公司SP-6800A型)测定番茄果实的乙
烯释放量。测定条件为:氢火焰检测器,GDX-502填充柱,柱温为80 ℃,进样温度为80 ℃,检测器
温度为120 ℃。
可滴定酸含量:采用 GB12293-90 测定。
番茄红素含量:采用Sadler等(1990)的方法加以修改,称取5.0 g左右样品加入30 mL提取液于
研钵中研成匀浆,将匀浆转入到大的玻璃管中,然后加入15 mL蒸馏水,并用手振荡10 s,静置5 min
等待分层。从上层液体中取2 ~ 3 mL在503 nm处测定OD值。番茄红素含量的计算公式为:番茄红素
含量(µg · g-1)= [(OD/172)× 536.9 × 30]/m。m:样品质量。
酶的提取和活性测定:多酚氧化酶、过氧化物酶、几丁质酶和β–1,3–葡聚糖酶的提取和活性
测定参照曹建康等(2007)的方法。多酚氧化酶活性以每分钟、每克鲜样OD值每变化0.01所需的酶
2 期 解 静等:1–甲基环丙烯对番茄冷害的影响 283
量为一个酶活单位。过氧化物酶活性以每分钟每克鲜重OD值每变化所需的酶量为一个酶活单位。几
丁质酶活性以每秒每克样品分解几丁质产生1 nmol的N–乙酰葡萄糖胺为一个活性单位。Β–1,3–葡
聚糖酶活性以每秒每克样品分解昆布多糖产生1 nmol葡萄糖为一个活性单位。
数据统计分析采用DPS数据处理系统,在0.05水平进行最小显著差数法(Least significant
difference,LSD)测验。用Excel软件作图。
2 结果与分析
2.1 1-MCP 对番茄冷害指数和感病率的影响
番茄果实在3 ℃下冷藏14 d期间无明显冷害症状,当移到20 ℃下后熟时,冷害症状逐渐表现
出来,表现为果皮颜色不均匀,果肉局部褐变或水浸状,果实霉变(尤其果柄部位)和腐烂率增
加等。
由图1,A可以看出,随着在20 ℃下后熟时间的增加,果实冷害指数迅速升高,1-MCP处理番茄
的冷害指数高于对照,后熟末期对照果实的冷害指数为1-MCP处理组的73%,二者间差异达显著水
平(P < 0.05),这表明1-MCP处理会加重番茄冷害的发生。
由图1,B可以看出,感病率的变化与冷害指数的变化趋势基本一致。冷藏番茄果实随着在20 ℃
下后熟时间的增加,果实的感病率急剧上升,1-MCP处理组的感病率高于对照组,后熟16 d时,1-MCP
处理组的感病率为对照的2.1倍,二者间差异达显著水平(P < 0.05),表明1-MCP处理加剧了番茄病
害的发生,不适合在冷藏番茄上应用。
图 1 1-MCP处理对冷藏番茄冷害指数和感病率的影响
Fig. 1 Effects of 1-MCP treatment on chilling injury index and
disease rate of tomato after cold storage
2.2 1-MCP 对番茄贮藏期可滴定酸和番茄红素含量的影响
番茄果实中的有机酸是其酸味的主要来源,对番茄品质有着重要影响。
由图2,A可以看出,冷藏后番茄果实后熟期间可滴定酸含量持续下降,1-MCP处理延缓了番茄
果实后熟期间可滴定酸含量的下降。
冷藏番茄果实后熟期间番茄红素含量都急剧增加(图2,B),对照处理果实后熟8 d时的番茄红
素含量为后熟初期的11.8倍(P < 0.05),之后维持在较稳定的水平;1-MCP处理明显抑制了后熟前
期番茄红素的增加,后熟8 d时的番茄红素含量为对照的32%(P < 0.05),但在后熟末期,对照和处
理组的番茄红素含量已无明显差异(P > 0.05)。
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图 2 1-MCP处理对冷藏番茄可滴定酸和番茄红素含量的影响
Fig. 2 Effects of 1-MCP treatment on contents of titratable acidity and lycopene of tomato after cold storage
2.3 1-MCP 对番茄硬度和乙烯释放量的影响
由图3,A可以看出,冷藏后的番茄果实后熟期间硬度逐渐下降,后熟16 d时下降了59%;1-MCP
处理延缓后熟期间前8 d番茄硬度的下降(P < 0.05),之后迅速下降,到后熟末期与对照已无显著差
异(P > 0.05)。
从图3,B可以看出,冷藏番茄果实后熟期间乙烯释放量均呈现先升高后下降的峰型变化。对照
组番茄的乙烯释放量在后熟8 d时达到最大值,随后缓慢地下降,而1-MCP处理的番茄在后熟12 d才
达到最大值,说明1-MCP推迟了番茄乙烯峰的出现。
值得注意的是,1-MCP处理虽然延缓了乙烯峰值的出现,但却增加了乙烯峰值,1-MCP处理组
的乙烯峰值比对照组高9%(P < 0.05),这在‘Ettinger’鳄梨上(Hershkovitza et al.,2005)也有类
似的报道。
图 3 1-MCP处理对冷藏番茄果实硬度和乙烯释放量的影响
Fig. 3 Effects of 1-MCP treatment on firmness and ethylene production of tomato after cold storage
2.4 1-MCP 对番茄多酚氧化酶和过氧化物酶活性的影响
由图4,A可以看出,冷藏番茄果实在20 ℃下后熟期间多酚氧化酶活性先升高后降低,后熟12 d
时,对照果实多酚氧化酶活性达到最大值,1-MCP处理不仅提早了多酚氧化酶活性峰值出现,而且
促进了峰值,是对照组的2.37倍(P < 0.05)。
由图4,B可以看出,过氧化物酶活性的变化趋势与多酚氧化酶活性峰型变化类似,后熟8 d
2 期 解 静等:1–甲基环丙烯对番茄冷害的影响 285
时对照和1-MCP处理同期达到最大值,但1-MCP处理组果实的过氧化物酶活性始终显著高于同
期的对照果实过氧化物酶活性(P < 0.05),表明1-MCP处理增加了番茄果实的过氧化物酶活性,
Reuck等(2009)也发现,0.5 ~ 1 μL · L-1的1-MCP处理也增加了荔枝多酚氧化酶和过氧化物酶
的活性。
图 4 1-MCP处理对番茄多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)活性的影响
Fig. 4 Effects of 1-MCP treatment on activities of polyphenol oxidase and
peroxidase of tomato after cold storage
2.5 1-MCP 对番茄几丁质酶和 β–1,3–葡聚糖酶活性的影响
由图5,A可知,冷藏番茄果实后熟期间几丁质酶活性迅速上升,而1-MCP处理抑制了几丁质
酶活性的增加,后熟16 d时,1-MCP处理组果实的几丁质酶活性仅为对照组的56%,二者间差异达
显著水平(P < 0.05)。
冷藏番茄后熟期间β–1,3–葡聚糖活性呈先上升后下降的变化趋势(图5,B),后熟8 d时对照
组番茄和1-MCP处理的番茄β–1,3–葡聚糖活性同时达到最大值,但对照组的峰值是1-MCP处理组
的1.3倍。
图 5 1-MCP处理对冷藏番茄几丁质酶和β–1,3–葡聚糖酶活性的影响
Fig. 5 Effects of 1-MCP treatment on activities of chitinase and β-1,3-glucanase of tomato after cold storage
3 讨论
冷害是植物在零上低温贮藏时发生的一种生理病害,番茄是一种冷敏型的呼吸跃变型果实,其
冷害的发生和乙烯密切相关(Ciardi et al.,1997)。1-MCP是一种乙烯作用抑制剂,能有效地抑制
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植物对内源或外源乙烯的敏感性(Sisler & Serek,1997)。1-MCP对采后冷害的影响因物种或品种
不同而异,1-MCP处理可加重‘Shamouti’柑橘冷害的发生(Porat et al.,1999),但却抑制‘Nova’
和‘Ortanique’柑橘冷害的发生(Salvador et al.,2006),而1-MCP对‘Tahiti’莱姆果实的冷害无
影响(Kluge et al.,2003)。本研究中发现1 μL · L-1的1-MCP处理加重冷藏番茄冷害的发生。1-MCP
对同一品种不同成熟度的果实的冷害影响不同,杨虎清等(2008)报道,1-MCP处理加剧了桃果实
转白期冷害的发生程度,而对成熟期桃果实的冷害没有显著影响。上述结果表明,乙烯及其受体抑
制剂1-MCP和果实的冷害密切相关,但其调控机理非常复杂。
果蔬受到低温伤害时,细胞膜系统损伤,引起酶与底物接触而导致组织褐变(Paliyath &
Droillard,1992)。多酚氧化酶和过氧化物酶是催化酶促褐变反应的主要酶类,多酚氧化酶在有氧
的条件下催化酚形成醌;过氧化物酶在H2O2存在条件下能迅速氧化多酚物质,从而引起褐变
(Mayer,1987;Boonsiri et al.,2007)。本研究中发现,冷藏番茄后熟期间多酚氧化酶和过氧化物
酶活性先增加后减小,促进果实的褐变。Stewart等(2001)发现冷害菠萝多酚氧化酶活性的增加
与诱导多酚氧化酶mRNA大量表达密切相关。1-MCP处理抑制了鳄梨(Hershkovitza et al.,2005)
多酚氧化酶和过氧化物酶的活性。本研究中发现1 μL · L-1的1-MCP处理却促进了番茄多酚氧化酶和
过氧化物酶活性的增加,促进果实的褐变。Zoffoli 等(2002)则发现,0.5 g · m-3 1-MCP处理可显
著减少‘September sun’桃果肉褐变,而1.5 g · m-3处理则显著增加其褐变。因此认为,1-MCP对果
实褐变的调控可能与1-MCP处理的浓度有关。有关降低番茄多酚氧化酶和过氧化物酶活性、抑制番
茄果实褐变的有效1-MCP处理浓度及其作用机理需要进一步研究。
几丁质酶和β–1,3–葡聚糖酶等病程相关蛋白与植物抗病性有密切关系。当植物在遭到病菌侵
染时,常常是通过植物体内几丁质酶和β–1,3–葡聚糖酶活性的提高来增强细胞壁的保卫反应,从
而起到抗病的作用(Veronese et al.,2003;Edreva,2005)。提高番茄几丁质酶和β–1,3–葡聚糖酶
mRNA的表达丰度,也可以提高果实对冷害低温的忍受能力(Ding et al.,2002)。Kesari等(2010)
研究发现,1-MCP处理抑制了香蕉病程相关蛋白MaPR1a基因的表达。本研究中也发现1 μL · L-1的
1-MCP处理抑制了冷藏番茄几丁质酶和β–1,3–葡聚糖酶活性,加剧了果实的病害发生几率,表明
1-MCP处理使番茄对病害的抵抗力减弱。李娜(2006)则发现1-MCP处理虽然促进杨梅果实的腐烂,
但对杨梅果实的几丁质酶和β–1,3–葡聚糖酶活性无显著影响。Porat等(1999)和Jiang等(2004)
认为,适当浓度的乙烯在果实对病原菌的抗性中起到一定的作用,而1-MCP可能阻碍了机体防御病
害侵染正常所需的对乙烯的响应,使得果实对病菌更为敏感,导致感病指数增加。
本研究中发现,虽然1 μL · L-1的1-MCP处理对改善番茄的一些品质有着积极的作用,如延缓果
实硬度和可滴定酸含量的降低,推迟番茄红素含量的增加和乙烯峰的出现。但1 μL · L-1的1-MCP处
理却加剧了冷藏番茄冷害和病害的发生,提高酶促褐变的进程,表明1 μL · L-1的1-MCP处理对冷藏
番茄贮藏也有不利的一面。
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