果蔬采后激素生理ppt课件

第四章 果蔬采后激素生理,植物激素（plant hormone）：是植物正常代谢产物，在植物体内合成，并能从产生部位转移到作用部位，在低浓度下就能调节植物生长发育的有机物质。 主要有 生长素（IAA）；赤霉素（GA）；细胞激动素（细胞分裂素，CTK）；脱落酸（ABA）；乙烯（ETH）；油菜素内酯（ BR）,第一节 乙烯,1、乙烯的基本生理特点 具有许多生理效应，起作用的浓度很低，0.01-0.1ppm就有明显的生理作用。 对黄化幼苗“三重反应” ：矮化、增粗、叶柄偏上生长； 一般植物的根、茎、侧芽的生长有抑制作用； 加速叶片的衰老、切花的凋萎和果实的成熟。,一、乙烯对园艺产品成熟与衰老的作用,2、乙烯在园艺产品中的基本应用,乙烯（C2H4）是五大激素（IAA、BA、GA、ABA、C2H4）之一，很早就引起人们的注意 。而且仅乙烯是其中的气相激素。 生产中常用商品名称“乙烯利”（2氯乙基磷酸，又称“一试灵”）进行疏花、疏果、或生长期增加花芽数量以及采后脱色、催熟等。 2-氯乙基磷酸与溶液pH值关系：只有当4时释放C2H4，并随pH值上升C2H4的释放量增加,3、关于乙烯的研究历史与状况,公元8世纪西伯来人 对待无花果. 在中国，很早以前劳动人民就知道把柿子与梨同室. ； 1900a.，欧洲人把柠檬采后放在闭封的室内用煤油灯来薰 . 1901a，俄国人Neljubow首先表明C2H4是烟中的活跃成分 ； 1924a，Denny 也发现是灯烟中的C2H4在起作用 ；,果蔬产品内部也产生乙烯？,1934a，Gane首先发现果实内部也产生乙烯，即内源乙烯。 1935a，Crocker首先提出C2H4可以称为“成熟激素”的建议。 1952a，James & Martin 用气相色谱仪对果蔬中极微量气体成分加以辨别时发现， C2H4确实是导致园艺产品成熟的因素之一。,关于乙烯形成的前体物质研究,Liberman（1964a）,Mapson(1965a)认为亚麻酸是形成C2H4的前体；而Burg认为乙醇是其前体，后被Biale否定。 Liberman（1967a）又提出来，丙醛是C2H4合成的前体及后来提出的蛋氨酸为前体物，而Shimokawa et（1970a）提出丙烯酸是C2H4合成的前体。 扬祥发等人（19691979a）在确认Liberman蛋氨酸是形成C2H4合成前体物的理论后，建立了C2H4生物合成体系并受到公认。,二、乙烯的生物合成途径,Yang and Adams1979年最终确定植物乙烯生物合成途径，具体步骤如下：,1、蛋氨酸是乙烯合成的前体物质（ Liberman的亚麻酸降解实验） 2、S-腺苷蛋氨酸（SAM）是中间产物 现已证实蛋氨酸在ATP参与下由蛋氨酸腺苷转移酶催化而形成SAM（此酶已从酵母菌和鼠肝中得到提纯，并在植物中发现其存在） SAM为中间产物，有氧及其它条件满足，它可通过ACC合成乙烯；同时形成MTA及水解产物MTR。,（一）蛋氨酸循环（Yang cycle）,3、从MTA到SAM：,早在1969年S.F.Yang等就提出在苹果组织连续产生乙烯的过程中，蛋氨酸中的s必须循环利用。因为植物组织中蛋氨酸的浓度是很低的，假如硫不再循环而失掉的话，则会限制植物组织中的蛋氨酸到乙烯的转化。以后，Adams和Yang证实在乙烯产生的同时，蛋氨酸的CH3-S可以不断循环利用。乙烯的碳原子来源于ATP分子中的核糖，构成了蛋氨酸循环。S元素含量虽少，但因能循环反复被利用，故而不致发生亏缺。 研究证明了乙烯合成经过Met SAM MTA Met循环,1982分离得到了Acc合成酶（Acc synthase ,Acs，磷酸吡多醛羧化酶）。该酶可溶性、存在于细胞质中，辅基是磷酸吡多醛； Acs对底物SAM的磺酰中心和蛋氨酸的半体的-碳具有立体专一性，并且是C2H4生物合成的限速酶。该酶（ Acs ）具有“自杀性”，即高浓度SAM对Acs活性有抑制作用，Acs在多数的情况下抑制C2H4的形成速度。,（二）1-氨基环丙烷羧酸(ACC)的生成,SAM,ACS,乙烯,ACC,MTA,蛋氨酸循环,上世纪6070a年间是关于前体物质研究与确定形成模式阶段，79a开发了ACC简便测定方法,（三）乙烯的生成（ACC-乙烯）,上世纪90年代，提纯了乙烯合成酶ACO（EFE）酶，并发现该酶同样具有立体专一性，也是多基因家族。 该酶可能与细胞膜结合，ACC转化为乙烯的反应需要膜结构的完整，凡是影响膜功能的试剂、金属离子都会影响乙烯的合成，如钴离子。,S-腺苷蛋氨酸,5-甲硫基腺苷,5-甲硫基核糖,5-甲硫基核糖-1-磷酸,-酮基-甲硫基丁酸,二、乙烯生物合成的调节,虽然植物所有组织都能产生乙烯，合成乙烯的能力，一方面受植物内在各发育阶段及其代谢调节，另一方面也受环境条件影响。,（一）自身因素的调节,1、ACS和ACO对乙烯生成起重要的调节作用 跃变型果实在跃变前ACS活性与ACC含量低，乙烯生成量很低；跃变时，ACC与乙烯含量大幅增加，ACS和ACO活性增加。乙烯的生成最初主要依赖于ACS的增加。,2、发育因素的调节 非跃变型果实只存在乙烯生成系统 跃变型果实存在乙烯生成系统和，果实未成熟，组织内起作用的是乙烯生成系统，内源乙烯含量很低。 果实成熟时，乙烯生成系统所产生的乙烯自我催化乙烯生成系统，大量产生乙烯。 自我催化启动了ACS和ACO的正调节，ACS和ACO活性增加受组织发育调节，引发乙烯含量增加。,3、乙烯自身调节 乙烯生成系统的自我催化作用：果实在成熟过程中乙烯不断作用而诱导乙烯大量生成。 乙烯生成系统的自我抑制作用：,乙烯对乙烯生物合成的作用具有两重性：既能自我增值，又能自我抑制。 自我增值(亦即自身催化)：跃变型果蔬成熟过程中乙烯大量生成就是自我催化的结果。 自我抑制：,（二）环境因素的调节,1、温度,图2.4.6 温度与乙烯释放量相关性示意（Maxie et al.1974a.， 巴梨),果实的种类与品种间的C2H4产生量不同，其产量与温度关联，低温下仍然产生C2H4,用2040处理巴梨，发现仅初期呼吸率很高，而后急剧下降并病变，高温下乙烯的产生也很慢,2、气体成分： O25%，限制ACO和ACS活性，减少乙烯生成。 3、其它激素 IAA：刺激许多植物组织产生乙烯（主要是诱导ACS的形成）。 GA：抑制乙烯的产生和作用。 CTK：在幼龄组织中增加乙烯的生成；抑制某些跃变前果实中乙烯的生成。 ABA：可诱导乙烯的生成。,果实在各个阶段的生长、呼吸和激素的消长模式见图。 生长发育初期，细胞分裂为主要活动，IAA，GA 处于最高水平，ETH很低，ABA 很高，起刹车的作用，调节和对抗高浓度激素过多的促生长作用。 当细胞膨大时，GA 增加，达高峰后下降。随着果实的成熟，IAA，GA，CTK趋于下降，ET，ABA开始上升，成为高峰型果实呼吸强度提高的先导 生长素除能延缓果实衰老外，也能刺激许多植物组织产生乙烯。过去人们认为的生长素对植物生长所产生的影响，如偏上生长，诱导开花、抑制生长、诱导生根和向地性等，目前都归结为是生长素诱导了乙烯生成而起作用。现已证明IAA刺激乙烯生成的机理，主要是诱导了ACC合成酶的形成。,激动素,4、胁迫因素： 物理因素：机械损伤、电离辐射、高温、冷冻害、干旱、水涝。 化学因素：除莠剂、金属离子、臭氧、污染 生物因素：病原菌侵染、昆虫 侵染 一般情况，胁迫因素可以促进乙烯的生成。在胁迫因素影响下，在植物活组织中产生的胁迫乙烯具有时间效应，一般在胁迫发生后1030分钟开始产生乙烯，以后数小时内乙烯产生达到高峰。但随着胁迫条件的解除，而恢复正常水平。因此胁迫条件下生成的乙烯，可看成是植物对不良条件刺激的一种反应。 5、钙：一般情况下可以抑制乙烯的产生。,6、光对乙烯合成的调节,光可抑制乙烯的合成。如果把一个叶片放在光下，一个放在暗处，就会发现暗处叶片乙烯产生多、衰老快。Goeschl等(1967)对梨和豌豆幼苗短期用红光照射，可抑制乙烯的产生，进而用远红光照射则可解除这种抑制。认为这种现象与光敏色素有关。 绿色植物光抑制乙烯产生主要作用于ACC-乙烯的转化阶段，因这作用可被光合作用电子传递抑制剂(DCMU)所抑制，因而与光系统有关。,影响乙烯产生的因素,图2-3生长期果实呼吸强度变化及贮藏温度对果实呼吸强度的影响 图中竖线代表标准偏差（n = 3） 图中Y代表幼果期；E代表膨大期；C代表转色期；M代表成熟期,图2-4生长期果实乙烯释放量的变化及贮藏温度对乙烯释放量的影响 图中竖线代表标准偏差（n = 3） 图中Y代表幼果期；E代表膨大期；C代表转色期；M代表成熟期,三、乙烯的生理作用,1、与果蔬成熟衰老的关系,乙烯(Ethylene,ETH)（CH2=CH2）是各种植物激素中分子结构最简单的一种。 果蔬进入成熟阶段以后，不断产生和释放乙烯，当乙烯含量达到一定水平时就启动果蔬的成熟过程，促进果蔬成熟。因此乙烯被称为“成熟激素”或“催熟激素”。 应用外源乙烯可诱导果蔬产生大量的内源乙烯，从而加速果蔬的后熟过程，这就是人工催熟果蔬的理论依据。,2、C2H4与呼吸作用的关系,对多数呼吸高峰型果蔬来说，乙烯高峰出现的时间与呼吸高峰出现的时间一致，或在呼吸高峰之前。 凡能控制乙烯生成的措施，都可以抑制呼吸作用和延缓果蔬的后熟。 对呼吸高峰型果蔬来说，在果蔬呼吸跃变发生之前，尚未大量合成乙烯时，施用外源乙烯，低浓度的乙烯即可使呼吸高峰提前出现，果蔬提前后熟，呼吸跃变之后施用乙烯，则没有作用。 对非呼吸高峰型果蔬来说，在果蔬收获后的任何时候，乙烯都能促使呼吸强度上升，呼吸强度上升的幅度随乙烯浓度的提高而增大，从而加快果蔬的衰老。,3、园艺产品对C2H4的作用存在敏感性,A、乙烯对园艺产品作用阀值上存在差异,表2.4.1 几个果实不同发育成熟度时期的乙烯产量与作用阀值(C2H4 mg/kg.),B、园艺产品的内源C2H4的生成量上有区别,表2.4.2 几种跃变和非跃变型果实的乙烯产量,通常认为跃变型园艺产品内源乙烯为2类，即系和系，系乙烯量少但起到诱因，导致系乙烯大量产生；非跃变型果实只产生系乙烯，并促生ABA导致成熟,C、跃变与非跃变产品与外源C2H4处理浓度有关联,图2.4.2 跃变型果实对乙烯的反应 图2.4.3 非跃变型果实对乙烯的反应,4、乙烯与抗病性,植物受到病原菌侵染后，其乙烯释放量明显增加，是植物防御反应的报警信号物质，并参与防御反应，诱导抗性蛋白的合成。,5、乙烯使叶绿素降解，导致水解酶活性的上升,乙烯可以使叶绿素降解，使组织黄花，这显然对叶菜类是不利的 在20时，110mg/kg乙烯处理茄子，可使其储藏寿命减少2530%，并使种子发褐，质地变软。 18下使用30mg/kg、50mg/kg、60mg/kg的乙烯处理西瓜，第3d.，硬度便下降，果胶酶、纤维素酶、多酚氧化酶、过氧化物酶活性增加。,使用100 mg/kg的乙烯处理石刁柏，1h.后，就可使过氧化物酶的含量增加；使磷酸吡多醛酶活化，促进木素合成加强，增加了菜体韧性，品质下降。 莴苣在5下，用0.1 mg/kg浓度的乙烯处理，58d.就会导致维管束变红。,表2.4.6 常见花卉品种（种类）的乙烯伤害症状,在批发市场的“去轴落疏”,15时，用5mg/kg乙烯处理南瓜，瓜皮硬度明显下降。空气中的乙烯浓度达0.210mg/kg时，南瓜瓜体很快失绿使器官易于脱离。,1下，用10100mg/kg处理甘蓝，5周失绿、脱帮，孢子甘蓝在用4mg/kg会发生黄化。,6、乙烯促进果蔬风味的变化,乙烯处理跃变型果实，一般能使风味变好，如250mg/kg的乙烯处理杏； 用1000 mg/m3的乙烯处理柿子脱涩，风味变好；或采用250500mg/kg的乙烯利喷果4d6d.也可脱涩。,用1000 mg/m3乙烯处理西洋梨、在RH：80%85%，1821的条件下23d., 风味变好；,乙烯能诱导胡萝卜中香豆素的合成，使之味苦；乙烯能使甘薯变软，风味变差，储藏性下降。,关于乙烯促进果实成熟的机理，目前尚未完全清楚。 主要的假说有： 乙烯在果实内具有流动性 乙烯能改变膜的透性 乙烯诱导代谢过程，促进了酶的活性。 促进核酸和蛋白质的合成。,四、乙烯作用的机理,1 、乙烯与酶的关系,促进苯丙氨酸解氨酶增加，促进花青色素的合成，促进着色。 乙烯能激发种子里的-淀粉酶的释放。 在芒果果实里，乙烯刺激跃变前期过氧化物酶、淀粉酶的合成、果胶酯酶（PE.）、纤维素酶（CX）、多聚半乳糖醛酸酶（PG）的增加，这主要是乙烯钝化了水解酶的抑制剂。 外源乙烯减小葡萄果粒与果梗的抗拉力，尤其在高浓度时（Morris,J.R.etc al.1982a.）。,2 、乙烯与细胞膜系统的关系,细胞膜的主要成分蛋白质占25.4%，类脂6070%等，而乙烯恰为脂溶性物质，其在油脂中的溶解度比水中大14倍；,茄子 电导率测定评价膜透性,乙烯的产生或刺激产生的乙烯，或外源乙烯的施入，均能增加园艺产品水解酶的合成，改变膜的透性，使K+离子的透性增大。,3 、乙烯与蛋白质、核酸的关系,乙烯能促进RNA，尤其是梨的成熟专一蛋白质的合成，而在果实成熟时需要这种专一蛋白质的合成。,五、控制C2H4在果蔬贮藏中的应用,无论是内源乙烯还是外施乙烯都能加速果蔬的成熟、衰老和降低耐藏性。为了延长果蔬的贮藏寿命，使产品保持新鲜，控制内源乙烯的合成或清除贮藏环境中的乙烯气体便显得十分重要。人为调节乙烯的生物合成已成为现实。另外一方面，为了市场销售的需要，应用乙烯或乙烯利进行果蔬催熟，也是调控乙烯的一项常见措施。,（1）控制成熟度或采收期 （2）防止机械损伤 （3）低温贮藏 （4）乙烯吸收剂的应用 （5）乙烯抑制剂的应用 （6）乙烯催熟剂的应用,（1）控制温度 低温下乙烯仍然能产生，但低温能适当降低乙烯的作用效果（敏感性）。苹果在0下， C2H4 10mg/kg.8个月的品质基本不变。 M.M.阿里等认为， 桃和油桃的乙烯释放量随储藏温度上升及储期的延长而增加。Fla3-4油桃和 Florida gold桃在2储藏条件下的乙烯释放量（150 ul/kg/hr.）比6下要低36倍，油桃在1015时乙烯释放量最大。,（2）通风（脱除储境中乙烯的一些办法）,尽管通风又增加了氧的含量，但其造成的损失比乙烯自我催熟造成的损失要小的多。定期的通风能减少储境的乙烯及其它有害气体成分。,（3）采用KMnO4氧化乙烯,载体（要求化学性质稳定、多孔、质轻），诸如珍珠岩、蛭石、活性氧化铝（大连化工所、美国“Purafil”产品的载体）、碎砖块等物质，浸透在饱和的KMnO4 溶液里，取出凉干包装使用。 或经过循环泵使储境中的乙烯被KMnO4氧化。 KMnO4氧化乙烯。,Knee博士（1981a.）用浸入200 ml饱和KMnO4 的20g云母作为载体，对96120个苹果储藏，40d.后才检测到C2H4的积累。,（4） 1-MCP（1-甲基环丙烯）, 乙烯阻断剂,在20世纪90年代中期，Sisler博士发现如1-甲基环丙烯（1-methlcyclopropene,1-MCP.）; 2，5-降冰片二烯（2，5-norbornadiene，2，5-NBD）、重氮环戊二烯（diazocyclopentadiene，DACP）、3，3-二甲基环丙烯（3，3-di methylcyclopropene 3，3-DMCP）和环丙烯（cyclopropene，CP）等。它们均可阻断乙烯与受体的结合，进而抑制乙烯对果实的催熟作用。在乙烯与受体结合之前就能抢先占居乙烯作用位点而封阻乙烯的生物作用途径。其中1-MCP效果尤为突出。 自从1-MCP被美国允许在果实和蔬菜上使用以来，加快了对1-MCP在园艺产品中的应用研究,（5）利用原子氧来氧化乙烯也是一个有效的办法,Scatl(1973a.)发明一种乙烯脱除装置,我国也生产臭氧发生器（WLX3#）。 此外，O3 + C2H4 CH3CHO + H2O + CO2。 + O3 CHWCOOH + O2。 +O H2O + CO2,（6）碳分子筛,吉林石化研究院和中国船舶总公司研制制氮机或气调机利用的碳分子筛是用精煤粉通过精练、成孔、成型和活化等工艺制成，具有发达微孔的非极性吸附物质。 碳分子筛可根据气体分子的直径与其向微孔中扩散的速度差异将O2、CO2、C2H4与氮分子分开。 设备运转时，高压的储境气体通过碳分子筛时，直径较小的O2、CO2、C2H4 分子先进入分子筛的孔穴中，而直径较大的N2气体则被聚集送入储境来降低O2、CO2、C2H4。当塔内的吸附饱和后，则另一塔启动吸附，原塔中吸附的O2、CO2、C2H4 则被真空泵减压脱除。这实际也是气调储藏的降氧制氮机的工作原理。这种设备无须燃料，适合基层使用。,（7）冷光媒氧化法,TiO2+hrh+ e- 公式 h+ H2O.OH H+ 公式 (h+ OH- .OH) e- O2 O2- 公式 (O2- H+ H2O ),（8） 利用中空纤维膜系统排除贮境乙烯,思考题,1.乙烯在植物内源5大激素中的形态特点如何？ 2. 乙烯与其他4大内源激素的关系如何？ 3.乙烯用于采后可促进成熟，生产中常用的产乙烯的商品名是什么？ 4.简述乙烯的发展史？ 5.乙烯与呼吸作用的关系如何评价？ 6.园艺产品对乙烯存在敏感性体现在哪几个方面？ 7.越变与非越变园艺产品对乙烯的反应特点有何区别？ 8低温下不产生乙烯吗？ 9.乙烯发生作用的条件因素有哪些？ 10.画出乙烯生物合成模式及作用控制点，简述各阶段促控物质。 11.控制乙烯有哪些实用办法？,1. 为什么说延缓果蔬成熟衰老进程对延长果蔬贮藏寿命是很重要的？ 2. 试述果蔬的呼吸作用对于采后生理和贮藏保鲜的意义。跃变型与非跃变型果实在采后生理上有什么区别？在贮藏实践上有哪些措施可调控果蔬采后的呼吸作用。 3. 试述乙烯对果蔬成熟衰老的影响。 4. 试述乙烯生物合成的主要步骤及其有关的影响因素。 5. 为什么说温度是影响果蔬水分蒸发的主要因素？ 6. 为什么说机械损伤是影响果蔬贮藏寿命的致命伤？ 7. 为什么休眠现象对某些蔬菜（如马铃薯）贮藏有利？,思考题：,成熟与衰老是生活有机体生命过程中的两个阶段。供食用的园艺产品有些是成熟的产品，如各种水果和部分蔬菜，有些则是不成熟或幼嫩的，如大部分蔬菜。所以讨论成熟问题是对前者面言。,第五章 果蔬成熟与衰老生理,第一节 成熟与衰老的概念,1、成熟(maturation)：果实发育的过程，从开花受精后，完成细胞、组织，器官分化发育的最后阶段通常称为成熟或生理成熟。 即：果实达到生理学和园艺学成熟度的一个发育阶段。 2、完熟（ripening）：指果实表现出特有的风味、香气、质地和色泽，达到最佳食用的阶段。 3、成熟过程：果实停止生长之后进行的一系列生物化学变化，即从“maturation”向“ripening”转化的过程。,一、成熟与衰老的几个概念,4、衰老(senescence)：随着生理学或园艺学成熟度增加而导致组织死亡的过程。即植物器官或整个植株体在生命的最后阶段。 食用的植物根、茎、叶、花及其变态器官没有成熟问题，但有组织衰老问题。衰老的植物组织细胞失去补偿和修复能力，胞间物质局部崩溃，细胞彼此松离。细胞的物质间代谢和交换减少，膜脂发生过氧化作用，膜的透性增加，最终导致细胞崩溃及整个细胞死亡的过程。,第二节 果实成熟衰老过程中的生理生化变化,表皮是果蔬最外一层组织，细胞形状扁平，排列紧密，无细胞间隙，其外壁常角质化，形成角质层。表皮上分布有气孔或皮孔。有的还分化出表皮毛覆盖了外表。 角质层的厚薄随果蔬的种类而异，苹果、洋葱等的角质膜都很发达，通常角质膜的发育随年龄而变化，一般幼嫩果蔬的角质膜不及成熟的发达。,一、 组织结构的变化,1、表皮组织结构的变化,薄壁组织也叫基本组织，它决定果蔬可食部分的品质，生理方面担负吸收、同化、贮藏通气，传递等功能。 一般说，随着成熟的进行，果蔬组织细胞间隙增大，但一些多汁浆果类在成熟或衰老过程中，细胞中胶层解体，细胞间隙充满液体水膜，间隙度可能变小。,2、内部薄壁组织的变化,（1）细胞壁结构的变化： 随果实软化，细胞壁变薄，细胞发生质壁分离。 细胞结构的解体：细胞器空胞化，胞壁中胶层液化，纤维分解断裂，直至果肉组织崩解浆化。,3、成熟与衰老期间细胞结构的变化,（2）亚细胞结构的变化： 在果蔬成熟与衰老的生理生化变化方面已积累了大量的材料，认为植物细胞衰老的第一个可见征象是 核糖体数目减少以及叶绿体破坏; 以后的变化顺序为内质网和高尔基体消失，液胞膜在微器官完全解体之前崩溃; 线粒体可以保持到衰老晚期; 细胞核和质膜最后被破坏，质膜的崩溃宣告细胞死亡。这种变化顺序在许多植物和组织中带有普遍性。,二、果蔬成熟衰老过程中的生理变化,1、果实成熟衰老过程中呼吸作用的变化 非跃变型果实，呼吸作用呈下降趋势。 跃变型果实，成熟时出现呼吸高峰，衰老阶段迅速下降。,2、果实成熟衰老过程中相关酶的变化,（1）LOX：活性上升，膜脂质过氧化作用增强。 催化产生自由基、过氧化物、丙二醛等对机体活性物质DNA、RNA、酶等造成伤害。 通过活性氧，刺激膜脂过氧化，导致膜破坏，引起植物机体的成熟与衰老。 可能参与乙烯的合成。,（2）保护酶系统的变化 SOD：清除超氧阴离子发生歧化反应。 CAT：清除过氧化氢。 POD：,过去对果实成熟过程的理解主要是物质降解，细胞及组织的解体近年来的研究证明成熟期间还存在许多物质的合成，主要表现为同类物质的合成与降解的平衡，特别是蛋白质和酶的合成是成熟必需的生理准备。,三、成熟衰老中的生化变化,蛋白质在植物体内的生理功能是多种多样的，核蛋白与生物的遗传变异密切相关。果蔬的成熟特性，耐藏性、抗病性是由它的遗传特性所决定。在成熟过程中各种生物化学变化，几乎都由酶所催化，酶本身就是蛋白质。,1、蛋白质的合成与降解,果蔬成熟过程中，蛋白质不断分解和合成。 合成了许多与衰老有关的酶。 PE、PG、纤维素与半纤维素酶。 叶绿素酶 各种水解酶：酯酶 氧化酶 PPO、抗环血酸氧化酶 过氧化物酶POD 淀粉酶,RNA合成增加，产生新的mRNA类型，积累新的蛋白质种类，奠定果实成熟的物质转化基础。 DNA合成减少。,2、核酸代谢与成熟的关系,磷脂和蛋白质是构成生物膜的主要化学成分。磷脂约占细胞和亚细胞器膜构成成分的3040，主要是卵磷脂、磷脂胆胺。只有叶绿体内的类囊体膜以半乳糖酯为主要成分。脂肪酸中亚麻酸(18：3)占有很高比例。叶绿体的双层膜仍然以卵磷脂和磷脂酰甘油为主体约占膜质的35，有人把细胞中磷脂看成是生命的重要组分。,3、衰老期间磷脂和脂肪酸的代谢,（1）磷脂和生物膜的生理意义,膜脂破坏意味着膜结构发生变化，一般说来植物组织衰老期间膜脂下降，一方面是脂肪酸酯化成磷脂的水平下降，同时也是植物膜磷脂分解脱脂作用（deesterification）加强。 膜脂过氧化作用加强，导致膜脂水平下降。 膜脂水平下降导致膜结构破坏，膜丧失选择透性和主动吸收特性，膜透性增大，原生质外渗。,（2）衰老期细胞膜的变化,膜脂过氧化产生氢过氧化物和自由基毒害细胞膜系统、蛋白质和DNA，导致细胞功能的丧失和细胞的降解死亡。 脂质的过氧化作用是指在不饱和脂肪酸中发生的一系列自由基反应，第一步形成氢过氧化物，这些物质非常不稳定，可进一步裂解成短链挥发醛如丙二醛、任醛，辛醛、己醛和乙烷等。膜质的过氧化作用在衰老的植物组织中很普遍。,（3）膜脂的过氧化作用,第三节 果蔬成熟衰老的化学调控,一、钙作用 钙对果蔬衰老具有明显的延缓作用，原因如下 钙能够维持细胞壁的结构和功能：钙与细胞壁中的果胶酸形成果胶酸钙，保护了细胞中胶层结构； 钙能够维持细胞膜的结构和功能，维持细胞膜结构的完整性和细胞内膜系统的区域化作用，防止胞内底物与酶的接触而导致生理代谢上的紊乱。 钙素的缺乏或膜上钙素的丢失能造成膜的透性增大。通过电镜可以看到钙在膜上的分布，并且看到有时膜受伤后的施钙对其修补作用，这在苹果、番茄上得以证实 ；,钙可作为细胞内外信息传递的第二信使，保证果实对外界刺激及时作出反应。 完熟过程中的Ca含量与呼吸速率呈负相关，Ca能影响呼吸速率高峰出现的早晚进程和呼吸高峰的大小。 Ca2+具有促进果实乙烯生成的作用，促进衰老，这个生理效应与Ca2+的浓度有关。,ethylene与 IAA（Indole-3-acetic ） BA（Auxin，cytokinins） ABA（Abscisic acid） GA（Gibberellins）的关系,二、植物激素的调控作用,1、 ethylene与IAA的关系,当IAA的浓度在110 umol时，能抑制果实成熟，可能是低浓度的IAA促进了植物体内多胺的产生进而抑制了乙烯的产量； 当IAA的浓度在1001000 umol时可以刺激乙烯产生；此时，IAA诱导Acs酶合成，使呼吸上升。 内源乙烯能调节激素产量并降低激素到达作用点的运输能力。 Frenked (1973a.)发现，外源IAA刺激了梨的乙烯产生。 在跃变期后，IAA即丧失对乙烯的抑制作用，而在前期一定浓度IAA则能提高叶绿素含量并抑制乙烯的产生。 外源的IAA能刺激梨、杏、桃、苹果等果实的成熟，但延缓葡萄的成熟，可能是外源IAA对非跃变型果实不能刺激乙烯的产生或量甚少，不足以抵消IAA的延缓衰老的作用。,2、ethylene与CTK、BA、KT的关系,CTK（内源细胞分裂素）：具有延缓果实成熟和衰老的作用（能调节核酸及蛋白质的合成，抑制呼吸及其代谢，从而延缓机体的衰老过程。 6-BA（6-苄基腺嘌呤，细胞分裂素）、KT（激动素）可以抑制跃变前或跃变后的苹果产生乙烯、使杏呼吸下降；抑制柿采后的呼吸和乙烯的上升使软化变慢。 6-BA加速了香蕉的软化。 6-BA对油橄榄的呼吸与乙烯的释放无大碍。,3、ethylene与ABA的关系,ABA：果实重要的完熟促进剂。 Coombe（1973a.）认为，非跃变型果实的乙烯生成量很少，其成熟过程主要受ABA调节。 近年的研究发现，苹果、杏等跃变型果实的ABA积累发生在乙烯生物合成之前，认为是ABA刺激ethylene的产生而间接对成熟起作用。 ABA能够诱导ACC合成酶及ACC氧化酶的活性增加。,4、 ethylene与GA的关系,果实中的GA主要来自种子，多半集中在胚乳和珠心组织中，珠心和果肉组织都可以合成GA。 果实成熟期间GA含量下降。是一类抑制果实完熟的植物激素。 GA能减少乙烯的生成。（由于其能促进MACC（丙二酰基环丙烷）的积累，抑制ACC的合成。） 外源GA能抑制柿子果实内ABA的积累；延迟橙、杏、李等果实的变软，显著抑制后熟； GA推迟后熟的效果可被施用外源乙烯所抵消。 GA可以抵制乙烯对于变色的促进作用，但不能阻止乙烯对呼吸的刺激作用，GA在任何时候都不促进乙烯的产生（吕忠恕）,跃变型果实在生长、发育成熟过程中激素水平变化的动力曲线（仿Lieberman）,第四节 果实成熟衰老机理,一、组织抗性假说： 果实完熟是保持细胞区域化的组织降低了抗性的结果，膜机能的丧失导致呼吸跃变和其它完熟过程的开始，反应了代谢控制的失调。 存在组织结构的丧失及被约束着的代谢过程重新开始。,二、大量有效酶假说,果蔬的完熟起始于大量有效酶合成的开始 ，即蛋白质和酶的活性以及其在细胞内的重排。 果蔬的完熟与核酸转录和转移活性相关。,三、活性氧与衰老,活性氧（activated oxygen）：氧的某些代谢产物及其衍生的含氧物质，具有较氧活泼的化学反应性。 种类：超氧阴离子自由基（O-2）；过氧化氢（H2O2）；氢自由基（OH）；脂质过氧化物（ROOH）；单线态氧（1O2）,近年来发现在衰老植物组织内活性氧和自由基增加，自由基是具有未配对电子的原子，分子或基团，其化学性质非常活泼具有很强的氧化能力，能持续进行连锁反应，对许多生物功能分子有破坏作用，对植物细胞和亚细胞膜起破坏作用。,（一）活性氧与果蔬衰老的关系,活性氧的毒性 导致酶失活（与巯基或色氨酸残基发生反应）。 破坏核酸结构，导致变异出现或累积。 对DNA造成损伤，影响蛋白质的合成。 启动膜脂过氧化作用，使维持细胞区域化的膜系统受损或瓦解。,1、活性氧与膜脂过氧化：活性氧引发膜脂过氧化反应，产生的中间产物自由基和终产物MDA，对细胞膜造成严重损伤。 活性氧与膜多不饱和脂肪酸的反应： 产生脂性自由基（ROO）；烷氧基（RO） 过氧化自由基与蛋白质反应，产生蛋白质自由基和蛋白质聚合物 ROO+P P+ROOH P+P PP PP P（P）n P,2、活性氧与乙烯：自由基参与乙烯合成，促进乙烯形成。 O-2激发ACC氧化酶，促进乙烯形成。 OH作用于Met，产生乙烯。 3、活性氧与Ca2+： Ca2+是信号转导物质，果蔬采后生理中，其基本功能是可延缓果蔬组织衰老。 但采后高浓度的Ca2+处理，刺激乙烯生成，加速果蔬的衰老。 其机理是高浓度的Ca2+刺激质膜Ca2+通道，导致细胞内Ca2+浓度增加并与CaM结合，调节磷脂酶A2活性，促进膜脂脱酯化，破坏膜的完整性，导致细胞衰老。,（二）活性氧防御系统,正常情况，植物细胞内自由基的产生与清除处于平衡状态，可避免膜脂过氧化。组织衰老或逆境胁迫，破坏这种平衡，造成细胞膜受损，细胞死亡。,植物对膜脂过氧化的防御系统，两类 酶促防御系统 非酶类自由基清除剂,1、酶促防御系统： SOD：超氧阴离子自由基（O-2）歧化反应，产物H2O2和H2O。 POD：清除H2O2 CAT：催化H2O2形成H2O APX参与AsA-GSH循环，主要清除H2O2 。 GSH-Px 的主要作用在于清除组织产生的过氧化物, 保护生物膜尤其是线粒体的结构和功能。,2、非酶类自由基清除剂：由VC、VE、胡萝卜素、GSH、半胱氨酸和辅酶Q组成。 维生素E 是自由基捕捉剂, 通过与O2结合和紧接着的不可逆氧化反应, 清除膜环境内的1O2。 ASA 是O2- 和OH的有效清除剂, 同时也是1O2的猝灭剂。ASA 还可将VE 自由基还原为VE。 GSH 抑制自由基的形成归功于巯基的氧化。,第五节 环境条件对果蔬成熟衰老的影响,一、温度： 二、气体成分 低氧延缓果蔬成熟衰老的进程 抑制乙烯生成；降低果蔬呼吸作用；影响组织激素平衡；削弱自由基的作用。 高二氧化碳浓度可延缓果蔬成熟衰老 降低果蔬呼吸强度；抑制乙烯的生物合成和作用 三、湿度：适当的湿度有利于延迟果蔬成熟衰老。,第六章 果蔬采后品质变化,果蔬的品质构成： 感官品质：人的感官所感知的品质属性 外部感官属性：大小、色泽、形状 内部感官属性：香气、风味 生化品质：果蔬内部营养品质 品质决定商品价值。,第一节 果蔬色泽及其变化,一、果蔬色素构成 色素(pigments) 物质：构成果实的色泽(Colour)的物质，评价果蔬质量品质（成熟度、新鲜度）的重要指标，包括 叶绿素 类胡萝卜素 类黄酮色素 甜菜素 （一）叶绿素:脂溶性色素chlo a(兰绿)、chlo b(黄绿) （二）类胡萝卜素(Carrotenoids) :脂溶性色素有360多种颜色,（三）类黄酮色素(Flavoroids) 花青素类(Anthocyanidin) 黄酮类 黄酮醇类 二氢黄酮醇类 查尔酮类 二氢查尔酮类 异黄酮类 橙酮类,1、花色素类：以糖苷的形式存在于果蔬中，构成红、紫、蓝色。 化学性质：不稳定、易变色。 pH7（红色）；pH=8.5（紫色）；pH=11（蓝色）。 遇Fe、Cu易变色 对光、温度敏感，易褐变。 遇SO2易褪色。 影响花青素的形成因素 光照 温度 植物激素：ABA，ETH促进葡萄、苹果花色苷的形成。 糖含量：糖含量增加有助于花色苷含量增加。 营养元素：高N不利于花色苷的形成。,2、花黄素类：黄酮及其衍生物，水溶性色素，呈现无色、浅黄色或鲜橙黄色。 槲皮素 杨梅素 柚皮素 3、儿茶素类：存在于含鞣质的木本植物 儿茶素 表儿茶素,（四）甜菜素：水溶性含N色素，存在于植物花、果实中，水溶液呈紫红色。 甜菜红素 甜菜黄素,1、叶绿素消失：果实成熟过程中叶绿素逐步降解消失，类胡萝卜素含量上升，呈现果实特有的色泽。（如：叶绿素分解后，绿色消失，使果蔬的黄色显现 ；番茄在绿熟至全红期间，叶绿素下降，番茄红素上升。,二、果蔬成熟衰老中的色泽变化,叶绿素的分解途径示意（R.H.H.威尔士 等，1983y.）,果实成熟期间叶绿素迅速降解，类胡萝卜素花色素增加，表现出黄色，红色或紫色是成熟最明显的标志。红色番茄品种成熟期间累积胡萝卜素，其中番茄茄红素所占比率为7585%有少量胡萝卜素，也有全番茄红素的品种。,影响叶绿素降解的环境因素,（1）温度：温度与叶绿素的降解程度呈负相关。可能与叶绿素降解相关酶活性的降低相关。 （2）气体成分：适当的低氧和高二氧化碳可以延缓果蔬叶绿素的降解。可能与气体成分的变化对叶绿素降解相关酶的活性调节有关。 （3）激素： 乙烯促进果蔬的成熟衰老，加快叶绿素的降解 GA、CTK、IAA可延缓果蔬褪绿。,2、类胡萝卜素及花青素的合成,果实褪绿伴随类胡萝卜素及花青素色泽的显现。（香蕉、梨、苹果、葡萄，橄榄） 果蔬完熟伴随着类胡萝卜素的合成。（桃、番茄、柑橘、辣椒） 影响类胡萝卜素合成的环境因素 温度：番茄红素最适温度25 光照： 气体成分：番茄红素合成需要氧参与 激素：乙烯加强番茄红素及其他果实色彩的形成。 果蔬完熟期间，花色苷的生物合成与碳水化合物的积累密切相关。,第二节 果蔬芳香物质及其变化,果蔬成熟时合成特有的芳香物质，其香气的类别与强度是评价果蔬品质的重要指标 构成果蔬香气的主要挥发性成分称为芳香油（精油）。 香气成分具有 增进果蔬风味 提高食品的消化率 杀菌,一、果蔬中的芳香成分,1、Fresh Fruit 种类：超过200多种，种类复杂，醇、酯、醛、酮、酸、烃类、萜等物质。 含量水平：一般均小于500ppm，香蕉为300ppm左右，苹果为10ppm 香气的释放过程：某些果蔬的芳香物质以香味前体(糖、蛋白质)形式存在，必需经过一系列酶的催化水解生成精油，产生香气,2、 Vegetables 种类：含量少，主要是含硫化合物和高级醇、醛、酮、萜。有些不挥发的氨基酸或糖甙的形式存在 ， 含量；相差悬殊。芹菜、芜荽高达1000ppm以上，蕃茄2-5ppm，葱、蒜、韭菜为300-600ppm 香气释放过程；香气都是细胞内的各种代谢产物，在酶的催化下，水解生成精油，产生香气，如洋葱、大蒜的异硫氰酯和硫氰酯。 蔬菜当中以大蒜的挥发性组分表现最为充分，它是硫代丙烯类化合物所形成，也是抗癌物质基础； 萝卜挥发性辣味是含有甲硫醇和黑芥子素，经水解而成异硫氨酸丙稀酯,二、果蔬中芳香物质的产生,1、 园艺产品的香味物质的产生,2、成熟度与果蔬芳香成分的关系,果品香气在成熟和衰老过程中变化： 随着产品成熟，产品体内香味前体含量逐渐升高，释放香气能力越大；在衰老过程中，香味前体逐渐减少，释放能力越来越弱。 蔬菜在成熟和衰老过程中的变化： 随着产品成熟，产品体内香味物质浓度逐渐升高，在衰老过程中，蔬菜中香味物质略有降低。 在果蔬的贮运过程中大多数芳香物质由于挥发和酶的分解而降低，进而香气降低。贮藏中积累过多的芳香物质，会加快果蔬的成熟，甚至引起某些生理病害。,第三节 果蔬的味及其变化,果蔬的味与其营养价值、贮藏性和加工的适应性有关 采收后的果蔬在贮藏过程中，化学成分仍会发生一系列的变化，由此引起果蔬耐贮性、食用品质和营养价值等的改变。,一、果蔬的味,1、酸味(Sour) ：由氢离子刺激舌粘膜引起的味感，果蔬的酸味主要来自有机酸，形成酸味，是果蔬风味的重要组成成分。 种类：30多种，最常见的有草酸(oxalic acid)，苹果酸(Malic acid)，柠檬酸(citric acid) ，酒石酸（葡萄） 含量：在水果、蔬菜中含量差异较大，一般前者高于后者，水果中有机酸含量0.5-1，蔬菜中 0.1-0.2。 酸度：舌头所能感受到的酸的程度。汁液中pH高，则不酸；pH低，则酸，水果一般为pH3-4，蔬菜为pH5-6.4 。,含酸量在成熟和衰老过程中，产品达到成熟时，体内含酸量最高，在衰老过程中，含酸量逐渐降低。 有机酸在果蔬贮藏中因呼吸作用的消耗逐渐减少，特别是在氧气不足的情况下消耗的更多。,旭苹果（Krothow,1951y.） 葡萄 (Delwore,松井，1976y),指导适时采收指标,2、甜味： 甜味物质：由糖及糖醇构成 甜度：以糖酸比表示甜度，评价果蔬品质和成熟度的标准之一。 果蔬中的糖含量8%-20%，主要有葡萄糖、果糖及蔗糖；此外，还含有组成胞壁结构的一些杂聚糖。其中葡萄糖、果糖是还原糖，也是果蔬加工中易于发生非酶褐变的主要糖类 。,果蔬在贮藏期间含糖量变化受呼吸，淀粉水解和组织失水程度这三个因素的影响。 （1）采收时不含淀粉或含淀粉较少的果蔬随贮藏时间延长，含糖量逐渐减少，甜度降低。如番茄、甜瓜，绿熟阶段采收的番茄经4060天气调贮藏后，如果生理状态接近，保存的糖、酸，抗坏血酸的含量也比较接近。但各种营养成分与刚采收时相比均呈下降趋势。,果蔬中的糖和淀粉在成熟、衰老期间的变化,（2）采收时含淀粉较高(12)的果实，如苹果贮藏期间淀粉水解，含糖量短暂增加，甜度增加，但达到最佳食用阶段以后（衰老），含糖量因呼吸消耗而下降。苹果贮藏过程中淀粉水解，蔗糖也有水解趋势。 （3）马铃薯块茎含有丰富的淀粉，约1721在贮藏期间淀粉与糖相互转化。当温度由20下降至0时，淀粉转化成糖与糖合成淀粉的速度都降低，淀粉合成分解的比值下降。淀粉、糖类的含量总趋势呈下降的态势。,（4）在呼吸跃变期间淀粉糖化，蔗糖和还原糖显著增加，特别是蔗糖在跃变期间达到最高值，随着果实的成熟，呼吸跃变后期还原糖进一步增加，但由于蔗糖减少，总糖则略有下降。,图3-11 1-MCP对贮藏过程中（10）果实（成熟期）可溶性糖含量及风味的影响 图中竖线代表标准偏差（n = 3）,总糖量，转化糖，蔗糖，酸，淀粉,在储期由于果实糖含量的增加，含酸量减少，所以其甜度有所增加,果实在贮藏过程中化学组分的变化,3、苦味：味感中阈值最小。主要来源 生物碱：茶碱、咖啡碱。 糖苷类：苦杏仁苷（果核和种仁中）、柚皮苷（葡萄柚、苦橙，存在于果实白皮层、种子、囊衣和轴心） 萜类：蛇麻酮 黑芥子苷：十字花科蔬菜的苦味物质（甘蓝、芥菜、芜菁、萝卜、辣根、卷心菜）,4、涩味：造成舌粘膜蛋白凝固、麻痹味觉神经引起收敛作用。主要来源 单宁（鞣质） 果实成熟时造成果实涩味的可溶性单宁转化为不溶性单宁，涩味逐渐消失。 采用温水、酒精、二氧化碳进行脱涩处理。 5、鲜味：氨基酸、核苷酸、酰胺、肽、有机酸形成。在果蔬中广泛存在。,第四节 果蔬质地的变化,质地（texture)：通过触觉、视觉和听觉感知的各种物理特性，由细胞的各种要素，蛋白质、纤维、淀粉、果胶等物质的质与量的构成决定，体现为脆绵、软硬、细嫩、粗糙、致密。疏松。是判断果蔬成熟度、确定采收期的重要依据。,一、采后果蔬软化生理,软化：果实完熟的重要特征，感官品质变化的重要依据。涉及到细胞壁的降解、内含物的变化和乙烯的合成等生理代谢过程。,由胞间层结构改变、细胞壁总体结构破坏及胞壁物质降解引起的细胞分离是果实软化的原因。,果实的硬度是指果肉抗压力的强弱，果肉的硬度与细胞之间原果胶含量成正相关，可作为果实成熟度判别标准之一。 由于果蔬供食用的部分不同，对成熟度要求不一，因此，硬度作用果蔬质量或采收标准就有其不同的含义。,果实和蔬菜的硬度,（1）硬度高表示果蔬没有过熟变软，能耐贮运。如苹果、梨、香蕉、番茄、辣椒等， （2）硬度高表示蔬菜发育良好，充分成熟，达到商品的质量标准。如甘蓝叶球、花椰菜花球都应充分坚硬，这时品质最好，耐藏性强。 （3）硬度高表示品质下降。如莴苣、芥菜采收应在叶球坚硬之前，黄瓜，四季豆、甜玉米等都应在幼嫩采收，不希望硬度过高。,（一）细胞壁的降解与软化,1、细胞壁的变化：中胶层基质水解崩溃，细胞间聚合力丧失。 果实软化伴随主要物质变化为果胶、纤维素、半纤维素。果胶物质、纤维素及半纤维素 是构成胞壁的主要物质