利用叶绿素荧光预测水蜜桃果实冷害的研究.pdf

园艺学报2 0 0 8 ，3 5 ( 7 ) ：9 4 5 9 5 0 Ac t a Ho r t i c u h u r a e S i n i c a 利用叶绿素荧光预测水蜜桃果实冷害的研 究 杨虎清，周存 山，霍艳荣，庞林江，王允祥 ( 浙江林学院农业与食品科学学院，浙江临安 3 1 1 3 0 0 ) 摘要：采用叶绿素荧光技术检测冷藏条件下水蜜桃冷害发生进程 中初始荧光 ( F 0 ) 、最大荧光 ( F m) 、可变荧光 ( F v =F mF o ) 、光化学效率 ( F v F m)等叶绿素荧光动力学参数的变化，分析了叶绿 素荧光参数与果肉出汁率的相关性以及与呼吸作用的关系。研究结果表明，在冷藏过程中，叶绿素荧光参 数都呈下降趋势，冷害发生以后，F m和 F v F m下降速度加快，而中途加温处理能够缓解 F m和 F v F m的 降低。同时，F m和 F v F m与果肉出汁率之间存在显著的正相关，利用测定 F m和 F v F m能够初步预测冷 害的发生情况 。 关键词 ：桃 ；叶绿 素荧光 ；絮败 ；成熟 ；冷害 中图分类号 ：S 6 6 2 1 文献标识码 ：A 文章编 号 ：0 5 1 3 3 5 3 X ( 2 0 0 8 )0 7 - 0 9 4 5 - 0 6 C h l o r o p h y l l F l u o r e s c e n c e a s a T o o l t o P r e d i c t F o r ma t i o n o f Ch i l l i n g I n j u r y o f Pe a c h e s i n St o r a g e Y A N G H u - q i n g ， Z H O U C u n - s h a n ，H U O Y a n - r o n g ， P A N G L i n - j i a n g ， a n d WA N G Y u n - x i a n g ( S c h o o l o fA r g r i c u l t u r e a n d F o o d S c i e n c e ， Z h e j i a n g F o r e s t r y C o l l e g e ， L i n a n ， Z h e fi a n g 3 1 1 3 0 0，C h i n a ) Ab s t r a c t ：C h l o r o p h y l l fl u o r e s c e n c e p a r a me t e r s( F o ，F m a n d F v F m)w e r e me a s u r e d b y P o r t a b l e C h l o - r o p h y l l F l u o r o m e t e r w h e n p e a c h e s P r u n u s p e r s i c a ( L )B a t s c h w e r e s t o r e d a t 0 o CE x t r a c t a b e j u i c e a n d r e s p i r a t i o n r a t e o f pe a c h e s we r e a l s o me a s u r e d d u rin g t h e p e rio d o f s t o r a g eAt l a s t ，we a s s e s s e d t h e r e l a t i o n- s h i p s a mo n g c h l o r o p h y l l fl u o r e s c e n c e p a r a me t e r s，r e s p i r a t i o n r a t e a n d s t o r a g e t i meTh e r e s u l t s s h o we d t h a t a l l c h l o r o p h y l l flu o r e s c e n c e p a r a me t e r s d e c l i n e d wi t h t h e p r o g r e s s o f f r u i t rip e n i n g，whe r e F m a n d F v Fm d e - c l i n e d mo r e q u i c k l y w h e n c h i l l i n g i n j u r y h a p p e n e d B u t i n t e r m i t t e n t w a rm i n g a t 2 0 o C f o r 3 6 h a f t e r 1 0 d a y s s t o r a g e c a n p r e v e n t F m a n d Fv F m d e c l i n e F m a n d F v Fm s h o we d t h e b e s t c o r r e l a t i o n wi t h c h a n g e s o f e x - t r a c t a b e j u i c e T h i s s u g g e s t e d a r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e fl u o r e s c e n c e a n d f o r ma t i o n o f c h i l l i n g i n j u ryC h l o r o p h y l l fl u o r e s c e n c e a s a t o o l m a y p r e d i c t f o rm a t i o n o f c h i l l i n g i n j u r y o f p e a c h e s i n s t o r a g e K e y wo r d s ：p e a c h ； c h l o r o p h y l l fl u o r e s c e n c e ； w o o l l i n e s s ； ma t u r a t i o n ； c h i l l i n g i n j u r y 桃不耐贮藏 ，采后常温下 5 7 d开始软烂 ，低温可明显延长贮藏期 ，但是在 8 C以下低温贮藏时 容易发生冷害，以致果实食用品质下降甚至不能食用 ( B e n A ri e&l a v e e ，1 9 7 1 ； L i l l e t a 1 。1 9 8 9 ) 。 减轻桃冷害的先期研究主要集 中在间歇升温或气调贮藏措施 ( C r i s o s t o e t a1 ，1 9 9 9；茅林春和张 上隆 ，1 9 9 9 ；汪沂 等 ，2 0 0 0 ) ，但这些研究 目前多停留在试验阶段 ，桃的产业化贮运保鲜问题依然没 有彻底解决。 桃遭受冷害后 ，冷害症状在低温贮运过程中并不立即显现，而是在果实出库升温后的货架期中才 表现出来 。目前生产上一般根据经验观察和理化测定来判断冷害 ，判定结果的不确定性和滞后性经常 收稿 日期：2 0 0 8 0 3 2 1 ；修回日期 ：2 0 0 80 51 5 基金项 目：浙江省 自然科学基金项 目 ( Y 3 0 4 4 8 ) ；浙江林学院科研发展基金项 目 ( 2 0 0 6 F R 0 4 7 ) 通讯作者 A u t h o r f o r c o r r e s p o n d e n c e( E m a il ：w y x z j f c e d u c a ) 维普资讯 园 艺 学 报 3 5卷 导致重大的经济损失。 因此 ，研究非破坏性获取果实采后生理状态和健康评价的新方法和新理论 ，对于提前预测冷害的 发生和发展程度 ，制定合理的贮运流通方案 ，减少采后损失具有重要意义。 叶绿素荧光测定技术可快速 、灵敏 、非破坏性地探知植物体 内生理状 态。叶绿素荧光主要是由植 物 P S 发出的，而植物本身的生理变化如衰老 ，或者低温胁迫都能够直接或间接的影响植物 P S的 功能 ，因此植物体叶绿素荧光的变化可 以在一定程度上反映环境因子对植物的影响 ( M a x w e l l &J o h n s o n ， 2 0 0 0 ) 。 叶绿素荧光诱导动力学分析技术在果蔬贮藏方面 的研究和应用 在国外 已经广泛开展 ( D e E l l e t a 1 ，1 9 9 9 ； T o i v o n e n& D e E l l ，2 0 0 1 ) 。作 者采用 叶绿 素荧光技 术检测桃 冷害 发生进程 中初始荧 光 ( F o ) 、最大荧光 ( F m) 、可变荧光 ( F v=F mF o ) 、最大光化学量子产量 ( F v F m)等叶绿素荧光 参数的变化 ，分析其与果肉出汁率 、呼吸高峰的关系，以期寻找可用作反映冷害发生程度的灵敏探测 指标 ，为研究桃冷害控制技术提供科学依据 。 1 材料 与方法 1 1 材料 与处理 2 0 0 7年 6月 1 2 日于浙 江临安 市天 目山果园 采摘硬熟 期 的 白凤 桃 P r u n u s p e r s i c a( L ) B a t s c h 果实。采收后立即运往浙江林学院农业与食品科学学院实验冷库 ，置于 ( 0-4 - 1 )c C预冷。 取大小和色泽相似 、无损伤的果实 ，随机分成两组 ，每组 9 0个。分别装人普通瓦椤纸箱 ，贮藏 在 ( 0-4 - 1 )c C、9 0 9 5 相对湿度的冷库中。其中一组果实冷藏到 1 0 d时转移到 2 0 c C的培养箱加 温处理 3 6 h后再放回到冷库中，另一组冷藏 2 4 d 。 定期测定各项指标 ，每次取果 5个 ，重复 3次。 1 2测定项 目及 方法 叶绿素荧光的测定 ：参考 I l a n a( 2 0 0 4)的方法 ，采用 F MS 2脉 冲调制式荧光仪 ( Ha n s a t e c h ，英 国)测定。固定测试头与果实之间的距离，在果实赤道线两侧选择两个相对 的位点作为每次的测定 位置。测定前果实均经过暗适应 3 0 m i n( 用黑色的毛 巾覆盖) ，然后照射检验光 ( 0 1 I m o l m s。 。 ) ，再照射饱和脉冲光 ( 3 0 0 0 I m o l m s 。 。 ) ，依次测定初始荧光 ( F o ) 、最大荧光 ( F m) 、 可变荧光 ( F v =F mF o ) 、光化学效率 ( F v F m) 。 呼吸速率 的测定 ：采用 G X H一 3 0 5型红外线 C O 分析仪测定 ，结果以 C O m L h k g 。 。 F M 表 示，重复 3次。 果肉出汁率的测定 ：参照 B u e s c h e r 和 F u r m a n s k i ( 1 9 7 8 )的方法 ，称取 1 0个果肉块 ( 直径 6 m m， 厚 6 m m) ，装人垫有吸水棉的离心管中，1 5 0 0g 离心 1 0 mi n 。以果 肉块离心后的失重率作为出汁 率 。 采用 S P S S 1 0 0统计软件进行数据整理与分析 ，当P 0 0 5时，表示差异显著。 2 结果与分析 2 1 冷藏过程中叶绿素荧光参数变化 在冷藏过程中，各个叶绿素荧光参数都呈下降趋势。 F o 在贮藏的前 1 2 d变化 比较平缓，1 2 d以后不加温处理的果实下降加快 ，由 0 4 0 8降到 0 1 2 2 4 ( 图 1 ， A) 。 F m在贮藏初期缓慢下降，在贮藏 1 2 d以后不加温处理的果实下降速度加快 ，显著 ( P 0 0 5 ) 维普资讯 7期 杨虎清等：利用 叶绿素荧光预测水蜜桃果实冷害的研究 94 7 低于加温处理果实(图 1 ， B)。 加温处理果实的FvFm在贮藏期 间变化相对平稳，而不加温处理果实FvFm始终呈下降趋势， 贮藏12d以后降低速度加快，与不加温果实之间形成显著(P 005) 差异 (图1 ， C)。 22 叶绿素荧光参数与呼吸速率的关系 呼吸作用是 一 切生活细胞所共有的生命活动，是新陈代谢的 一 个重要组成部分。冷藏过程中桃果 实的呼吸速率逐步增加，到12d时达到 呼吸高峰(18 6mLh b F M )，之后迅速 下降。 F 0、 Fm 、 FvFm 在冷藏初期缓慢下降，达到呼吸高峰以后叶绿素荧光参数迅速降低(图2)。 。 + 不加温N。 w aming lo + 加温 Wan ning 30厂 。j k 20f 星1 5L 10r 05r - 00 一 I N j I、 牟 主 要P 皿 04 十 十 图1叶绿素荧光参数变化 Fi g 1Change ofchlorophyl lfluorescence parametersdu ringstorage 08 O6 k O4 O2 OO 15 主 l0 05 O 0 0 6 O4 昌 曼 02 O0 图2叶绿素荧光参数与呼吸速率、 贮藏时 间 曲面图 F i g 2Su rface pl otofchlorophyl lfluores cence param et ers Vsrespirationratestoragetime 23 果肉出汁率的变化 一 般认为，果肉出汁率是检验桃果实絮败程度的合理方法 (von Mol lendorff deVillier s ， 198 8) 本试验中，低温连续贮藏12 d内，桃果实的出汁率缓慢上升 ，冷藏12d后则快速下降，表明冷害已 r 864 2 0 OO OOO 0山 维普资讯 园 艺 学 报 经发生 ；而果实经过加温处理以后 ，出汁率不断升高 ( 图 3 ) 。 0 4 8 l 2 l 6 2 0 2 4 贮藏时问 d Da y s o f s t o r a g e 图3果肉出汁率 的变化 F i g 3 C h a n g e o f e x t r a c t a b e j u i c e d u r i n g s t o r a g e 2 4 叶绿素荧光参数与果肉出汁率相关性分析 中途不加温桃 F m和 F v F m与果肉出汁率变化呈正相关 ，F 0与果肉出汁率的相关性不显著 ( 表 1 ) ，而中途经过加温处理以后 ，果 肉出汁率与叶绿素荧光参数变化相关性均不显著。说明冷害的发 生对叶绿素荧光产生显著影响。 表 1 不加温处理桃果肉出汁率与叶绿素荧光参数变化的相关性分析 T a b l e 1 Co r r e l a t i o n s b e t w e e n e x t r a c t a b l e j u i c e a n d c h l o r o p h y l l flu o r e s c e n c e p a r a me t e r s u n d e r n o wa r m i n g t r e at me n t 注： 差异显著，P 0 0 5 。 No t e： i n d i c a t e d s i g n i fi c a n t d i ffe r e n c e a t P 0 0 5 l e v e l 3 讨论 叶绿素荧光技术是一种快速检测技术，精确度极高 ( D e E l l e t a 1 ，1 9 9 9 ) 。在室温条件下 ，叶绿 体发射的荧光信号绝大部分来 自光系统 ( P S)天线色素蛋白复合体的叶绿素 a ，而叶绿素 a的荧 光强度主要取决于 P S电子受体 Q 的氧化还原状态。F 0的大小与激发光的强度和叶绿素含量有关 ， 是一个纯物理过程。F m是最大荧光产量 ，是 P S反应中心完全处于关闭时的荧光产量 。F v F m是最 大光化学量子产量。它反映 P S 反应中心的光能转化效率 ( v a n K o o t e n&S n e l ，1 9 9 0 ) ，在非胁迫条 件下该参数的变化极小 ，胁迫条件下则明显下降。因此 ，叶绿素荧光能直接反映绿色植物组织的生理 代谢状况 ( Ma x w e l l &J o h n s o n ， 2 0 0 0 ) 。 果实在衰老过程中，两个主要因素可以影响其叶绿素荧光的变化 ，一是单位叶绿素光合反应能力 8 4 O 0 0 I n 一 0 暑0 奠啪 龉#丑 维普资讯 7期 杨虎清等 ：利用 叶绿素荧光预测水蜜桃果实冷害的研究 9 4 9 的丧失，导致 P s活性减少 ( S m i l l i e e t a 1 ， 1 9 8 7 ) ；另一个是叶绿素含量下降 ，影响总体叶绿素的荧 光水平 ( S a n x t e r e t a 1 ，1 9 9 2 ) 。本试验在桃冷藏初期 ，F 0 、F m、F v F m都呈下降趋势 ，冷藏 1 2 d以 后，果实开始发生冷害，F m、F v F m下降速度加快 ；加温处理可以缓解叶绿素荧光参数下降。可以 推断叶绿素分解引起叶绿素荧光参数下降，或者是由于果实成熟过程中叶绿体结构解体 ，导致荧光参 数下降。I l a n a等 ( 2 0 0 4 )在番木瓜叶绿素荧光测量 中也得到相 同结果 。Mi r 等 ( 1 9 9 8 )认为果实衰 老过程中 F v F m下降，表明叶绿体功能已经严重受损 。 一 般认为，胁迫条件下 F v F m参数明显下降。在桃冷藏过程中，果 肉出汁率与叶绿素荧光参数 F m、F v F m之间表现出显著的正相关 ，表明冷害的出现是导致 F m、F v F m下降的直接因素，而加温 处理可以缓解冷害发生 ( 茅林春 等，1 9 9 9 ， 2 0 0 0 ) ，所 以加温处理的桃 F m、F v F m变化不显著。v a n K o o t e n等 ( 1 9 9 2 )发现黄瓜在 1 01 3贮藏 2周 ，F v F m没有发生变化 ，但如果贮藏在 4 7， F v F m显著下降，随后果实表现出明显的冷害症状。L u fi e 等 ( 1 9 9 4 )将辣椒在 2贮藏 ，在果实出 现冷害症状 以前 ，F v F m下降9 0 。这个结果表明叶绿素荧光技术是观察果实内部冷害胁迫反应的 无损伤的理想方法。 叶绿素荧光参数变化与果实呼吸作用也存在密切关系。本试验中发现，在呼吸跃变前 ，F o 、F m、 F v F m变化不显著，而跃变之后叶绿素荧光参数迅速下降，S o n g等 ( 1 9 9 7 )在研究苹果叶绿素荧光 变化时也发现同样的结果。表明叶绿素荧光技术可以探测果实内部 的生理生化变化。 本试验初步证明桃冷害与叶绿素变化存在一定 的相关性 。但是 ，果实叶绿素荧光参数还受到品 种 、温度 、组织老化程度 、环境胁迫等多种因素的影响 ( D e E l l e t a 1 ，1 9 9 9 ) 。因而，利用叶绿素荧 光参数来预测果实冷害状况还需要进一步深入研究。 Re f e r e n c e s Be n Ar i e R ，L a v e e S 1 97 1 P e c t i c c h a n g e s o c c u r r i n g i n E l b e r t a p e a c h e s s u f f e rin g f r o m wo o l l y b r e a k d o wn P h y toc h e m 1 0：5 3 15 3 8 Bu e s c h e r R W F u r ma n s k i R J 1 9 7 8Ro l e o f p e c t i n e s t e r a s e a n d p o l y g ala c t u r o n a s e i n t h e f o r ma t i o n o f wool l i n e s s i n p e a c h e s J o u r n a l o f F o o d S c i e n c e，4 3：2 6 42 6 6 C r i s o s t o C H， Mi t c h e l l F G， J u Z G1 9 9 9 S u s c e p t ib i l i t y t o c h i l l i n g i n j u r y o f p e a c h ，n e c t a r i n e ，a n d p l u m c u h i v a r s g r o w n i n C a l i f o rni a H o rt S c i e n c e ， 3 4 ( 6 ) ：1 1 1 61 1 1 8 De El l J Rv a n K oot e n OP r a n g e R KMu r r D P 1 9 9 9Ap p l i c a t i o n o f c h l o r o p h y l l f l u o r e s c e n c e t e c h n i q u e s in p o s t h a r v e s t p h y s i o l o g y Ho rti c R e v， 2 3：6 9 1 0 7 I l a n a U B，Ra f a e l V R，Ma r i s a A，An g e l o P J ，Ed u a r d o C M2 0 0 4C h l o r o p h y l l f l u o r e s c e n c e a s at ool t o e v a l u a t e t h e rip e n i n g o f G o l d e np a p a y a f r u i t P o s t h a r v e s t B i o l o gy a n d T e c h n o l o gy， 3 3 ( 2 ) ：1 6 31 7 3 L i l l R E，O Do n a g h u e E M ，Ki n g G A 1 9 8 9Po s t h a r v e s t p h y s i o l o gy o f p e a c h e s a n d n e c t a rin e s Ho rt Re v1 1 ：41 341 8 L u r i e S ，R o n e n R，Me i e r S 1 9 9 4 D e t e rmi n i n g c h i ll i n g i n d u c t i o n i n g r e e n pep p e r s u s i n g n o n d e s t r u c t i v e p u l s e a mp l i t u d e m o d u l a t e d ( P A M)fl u o r o me t ryJ o u rna l o f T h e A m e ri c a n S oci e t y F o r H o rt i c u l t u r a l S c i e n c e ，1 1 9 ( 1 ) ： 5 9 6 2 Ma o L i n - c h u n ， Wang Y a n g g u a n g ， Z h a n g S h a n g - lo n g 2 0 0 0 Wa r mi n g t r e a t m e n t s al l e v i a t i n g t h e occ u r r e n c e o f c h i l l i n g i n j u ry i n p e a c h e s d u ri n g s t o r a g e J o u rna l o f Z h e j i a n g Un iv e rsit y ：A g r l cL i f e S c i ， 2 6 ( 2 ) ：1 3 71 4 0 ( i n C h i n e s e ) 茅林春 ，王阳光，张上隆2 0 0 0 热处理减缓桃果实的采后冷害浙江大学 学报 ：农业与生命科学版 ，2 6 ( 2 )：1 3 71 4 0 Ma o L i n - c h u n Yi n g T i e -j i n，Z h a n g S h a n g l o n g 1 9 9 9 C h a n g e s o f p e c t i c s u b s t a n c e s a n d c e l l w al l s t r u c t u r e ass oci a t e d w i t h t h e d e v e l o p me n t o f w ool l i n e s s i n pea c h e s A c t a P h 叩h y s i 0 l 0 g i c a S i n i c a ， 2 5 ( 2) ：1 2 11 2 6 ( i n C h i n e s e ) 茅林春 ，应铁进 ，张上隆1 9 9 9 桃果实絮败 与果胶质变化和细胞壁结构的关系植物生理学报 ， 2 5 ( 2 ) ：1 2 11 2 6 Ma o L i n - c h u n ， Z h a n g S h a n g - l o n g 1 9 9 9 R e s p o n s e s o f p o l y a m i n e s a n d e t h y l e n e i n p e a c h e s t o c h i l i n g s t res s A c ta H o rt i c u h u r a e S i n i c a ， 2 6 ( 6 ) ： 3 6 0 3 6 3 ( i n C h i n e s e ) 茅林春 ，张上隆1 9 9 9 采后桃果实中多胺和 乙烯对低温胁迫 的反应园艺学报 ， 2 6 ( 6 ) ： 3 6 0 3 6 3 Ma x w e l l K，J o h n s o n G N2 0 0 0C h l o r o p h y l l f lu o res c e n c e - a p r a c t i c al g u i d e J o u rnal o f E x p e rime n t al B o t a n y ，51： 6 5 96 6 8 Mi r N A，P e r e z R，B e a u d ry R M 1 9 9 8 C h l o r o p h y l l f l u o resc e n c e a n d w h o l e f r u i t s e n e s c e n c e i n Go l d e n D e l i c io u s a p p l e Ac t a Ho rti c u l t u r a e 维普资讯 园 艺 学 报 3 5卷 4 6 4：1 2 11 2 6 S a n x t e r S SYa ma mo t 0 H YF i s h e r D G，Ch a n H T1 9 9 2De v e l o p me n t a n d d e c l i n e o f c h l o r o p l a s t s i n e x o c a r p o f C a r i c a p a p a y a C a n a d i a n J o u r - n a l o f B o t a n y ， 7 0 ( 2 2 ) ： 3 64 3 7 3 S milli e R M He t h e r i n g t o n S ENo t t R 1 9 8 7Ap p l i c a t i o n s o f c h l o rop h y ll flu o r e s c e n c e t o t h e p o s t h a r v e s t p h y s i o l o g y a n d s t o r a g e o f ma n g o a n d b a - n a n a f r u i t a n d t h e c h i l l i n g t o l e r a n c e o f m a n g o c u h i v a r s A s i a n F o o d J o u rna l ， 3 ( 2 ) ： 5 5 5 9 S o n g J an ，De n g W M ，Be au d r y R M，Ar ms t ron g P R 1 9 9 7Ch a n g e i n c h l o rop h y l l f l u o r e s c e n c e o f a p p l e f r u i t d u rin g ma t u r a t i o n，rip e n i n g and S e n e s e n c e J o u rna l o f A c u h r u a l a n d F o o d C h e mi s t r y ， 4 5 ( 1 ) ： 8 9 1 8 9 6 T o i v o n e n P M ADe EI I J R2 0 01 C h l o r o p h y ll f l u o r e s c e n c ef e rm e n t a t i o n p r o d u c t a c c u mu l a t i o n，and q u a l i t y o f s t o r e d b r o c c o l i i n mo d i fi e d a t mo s p h e r e p a c k a g e s a n d s u b s e q u e n t a i r s t o r a g e P o s th a r v e s t B i o l o gy and T e c h n o l o gy， 2 3 ( 1 ) ： 6 l一 6 9 v a n K o o t e n OMe n s i n k M G J O t m a E C， v a n S c h a i k A C R， S c h o u t e n S P 1 9 9 2 C h i l l i n g d a ma g e o f d a r k s t o red c u c u m b e ( C u c u r n i s s a t i v u s L )a ff e c t s t h e ma x i m u m q u a n t u m y i e l d o f p h o t o s y s t e m 2 MU R A T A N P r o g r e s s i n p h o t o s y n t h e s i s res e a r c h D o r d r e c h t ： K l u w e r A c a d e mi c ： l 611 6