（果树学专业论文）中小型苹果采后贮藏生理特性的研究.pdf

摘要 - -；zzzzz33 - - 摘要 本研究以黑龙江省地产中小型苹果( k 9 、黄太平、金红) 为试验材料，分别研究了低 温贮藏以及m a 冷藏条件下中小型苹果的贮藏特性，首先通过对低温条件下贮藏中小型苹 果各项生理指标的测定，确定出最佳的贮藏温度为o 士0 5 。然后将不同规格保鲜袋包装结 合在0 士0 5 下贮藏，定期测定各项理化指标，比较m a 冷藏与普通冷藏之间在贮藏效果及 其对中小型苹果成熟衰老速率控制上的差异。试验结果表明： ( 1 ) 中小型苹果是典型的跃变型果实，具有明显的呼吸跃变高峰。低温贮藏以及m a 冷藏均可显著抑制中小型苹果贮藏期间的呼吸释放量，并使其高峰出现的时间较对照推迟。 ( 2 ) 中小型苹果适宜贮藏温度为0 士0 5 ，在此温度下贮藏显著抑制了中小型苹果的 成熟与衰老，延长了贮藏期。 ( 3 ) 在适宜的低温下进行m a 冷藏，对中小型苹果硬度的下降抑制效果更显著，其中 k 9 、金红苹果0 0 8 m m p e 贮藏硬度下降最缓慢，硬度明显高于对照和其它各处理。 ( 4 ) 中小型苹果硬度下降同水溶性果胶含量具有负相关性；而中小型苹果原果胶的降 解同p g 活性的升高密切相关：p e 包装抑制p g 活性升高，从而抑制了原果胶降解，使果实 保持较高的硬度。 ( 5 ) 低温贮藏与m a 冷藏都可在不同程度上延缓糖、可溶性固型物的变化进程，减少 v c 和可滴定酸的损耗，能较好地保持果实品质。 ( 6 ) 金红和k 9 苹果对高浓度c 0 2 有较强的忍耐性，但黄太平对c 0 2 的忍耐 力相对比较弱，0 0 8 m m p e 长时间贮藏，有个别苹果出现褐变，检查时有轻微的酒精味。 关键词：中小型苹果：低温贮藏；m a 冷藏；采后生理；品质 a b s t r a c t r e s e a r c ho np h y s i o l o g yc h a r a c t e ro fs m a l l a n ds m a l la n dm e d i u ms i z e da p p l e sa f t e r p i c k i n g a b s t r a c t t h i sr e s e a r c ht a k e st h es m a l la n dm e d i u ms i z ea p p l e s ( k 9 ，h u a n g t a i p i n g ， j i n h o n g ) i n h e i l o n g j i a n gp r o v i n c ea se x p e r i m e n tm a t e r i a l s i tm a i n l ys t u d i e do nt h es t o r a g ec h a r a c t e ro fs m a l l a n dm e d i u ms i z ea p p l e sa tc r y o g e n i cs t o r a g ea n dm as t o r a g ec o n d i t i o nr e s p e c t i v e l y i tf i x e dt o t h et h eb e s ts t o r a g et e m p e r a t u r ei s0 _ - 4 0 5 ct h r o u g hd e t e r m i n a t i n gt h ep h y s i o l o g yc h a r a c t e r i tt h e n c o n b i n ed i f f e r e n tf r e s hb a g sw i t h0 0 5 cs t o r a g ec o n d i t i o nt od e t e r m i n er a t i o n a l i z ec h a r a c t e r r e g u l a r l ya n dc o m p a r et h ed i f f e r e n c eb e t w e e nm ac r y o g e n i cs t o r a g ea n dc o m m o nc r y o g e n i c s t o r a g et os m a l la n dm e d i u m s i z ea p p l e s t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ： ( 1 ) t h es m a l la n dm e d i u m s i z ea p p l e sa l et h et y p i c a lj u m pf r u i ta n di th a st h eo b v i o u s r e s p i r a t i o np e a k i tc a ns u p p r e s st h er e s p i r a t i o nr e l e a s eq u a n t i t yo b v i o u s l ya n dd e l a yt h ep e a kt i m e a tc r y o g e n i ca n dm a s t o r a g ec o n d i t i o n ( 2 ) t h ep r o p e rs t o r a g et e m p e r a t u r ei so 0 5 c o fs m a l la n dm e d i u ms i z ea p p l e s u n d e rt h i s c o n d i t i o n ，i tc a l ls a f e l ys t o r e db u tn o th a v ec o l dd a m a g e a n ds t o r e du n d e rt h i st e m p e r a t u r eh a s o b v i o u s l ys u p p r e s s e dt h em a t u r i t y a n dt h e s e n i l i t yo fs m a l la n dm e d i u m s i z e a p p l e s ，a n d p r o l o n gt h es t o r a g ep e r i o d ( 3 ) i th a so b v i o u se f f e c tt os u p p r e s ss t o r i e da ts u i t a b l el o wt e m p e r a t u r eo fm am e t h o d ，t h e e f f e c tt ot h es m a l la p p l ef r u i td e g r e eo ff i r m n e s sd e s c e n d e d a n dt h ed e g r e eo ff i r m n e s s o f k 9 d r o p sm o s ts l o w l yw i t ht h e0 0 8 m m p es t o r a g ec o n d i t i o n s ( 4 ) t h e r ei sai n v e r s ec o r r e l a t i o no fs m a l la n dm e d i u m a n ds m a l ls i z ea p p l e s 、j l r i t ht 匡r n l n e s s d e s c e n d e da n dw a t e r - s o l u b l e1 ) e c t i nc o n t e n t b u ti th a sa na c t i v ec o r r e l a t i o nw i t ho r i g i n a l w a t e r - s o l u b l ep e c t i nd e g e n e r a t i o na n dp gh o i s t i n g t h ep ep a c k i n gs u p p r e s s e st h ep ga c t i v e n e s s e l e v a t i n gt h r o u g h t h e v a r y i n gd e g r e e ，t h u ss u p p r e s s e d t h e o r i g i n a lw a t e r - s o l u b l ep e c t i n d e g e n e r a t i o n ，a n dm a i n t a i n sf r u i tw i t hah i g hf i r m n e s s ( 5 ) i tc a ns t a v et h ec h a n g i n gp r o c e s s i n go fs o l u b l es u g a ra n dt h es o l u b l es o l i d a n di tc a n r e d u c et h ec o s to fv ca n dt i t r a t a b l ea c i d i t ya tc r y o g e n i ca n dm as t o r a g ec o n d i t i o n s oi tw i l lk e e p f r u i tw i t hg o o dq u a l i t y ( 6 ) i th a sar e a lt o l e r a n c et oh i g h l yc o n c e n t r a t e dc 0 2o f j i n h o n g a n d k 9 b u t h u a n g t a i p i n g i sr e l a t i v e l yw e a kt o l e r a n c et ot h ec 0 2 ，a n ds t o r e dw i t ho 0 8 m m p ew i t hl o n gt i m e ，t h ei n d i v i d u a l a p p l et u r n i n gb r o w na n dw i t hs l i g h te t h y la l c o h o lt a s t e i l l 东蔻农鲎大学农学硕士擘往论文 k e yw o r d s ：s m a l la n dm e d i u m s i z ea p p l e s ；c r y o g e n i cs t o r a g e ；m as t o r a g e ；p h y s i o l o g ya f t e r p i c k i n g ；q u a l i t y c a n d i d a t e ：l u og u i j i e s p e c i a l i 堪：p o m o l o g y s u p e r v i s o r ：p r o f y uz e y u a n i v 研究生学位论文独创声明和使用授权书 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 适! 塑逡直墓丝益蔓挂别直塑的! 奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证 书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：男艟 日期卵眸们少 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文 在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：、；耗乏 日期即缉占月夕日 导师签名：j 冷滴日期：妒孵歹月罗日 前言 1 前言 我国是世界上第一大苹果生产国。苹果是我国入世后为数不多的具有明显国际竞争力 的农产品之一。2 0 0 0 年我国苹果栽培面积，产量分别达到2 2 5 4 x 1 0 6 h m 2 和2 0 4 3 x 1 0 7 t ，分 别占我国水果总面积、总产量的1 4 和l 3 ，占世界苹果面积、产量的2 5 和1 3 。苹果己成 为我国北方一些主产区农村经济支柱产业之一，在推进农业结构调整，增加农民收入及促 进出口创汇等方面发挥着重要作用。 苹果在田间生长发育到一定阶段，达到人们鲜食、贮藏、加工的要求后，就需要进行 采收。采收后，苹果失去了来至树体的水分和养分供应，成为一个利用自身已有贮藏物质 进行生命活动的独立个体。苹果采后的生命活动既是采前田间生长发育过程的继续，与采 前的新陈代谢有着必然的联系；又由于采后的生存环境条件发生了根本改变，而发生一系 列不同于采前生命活动的变化，进行了重新组织和调整，以便在贮藏条件下保存生命活力 和延长寿命。由于苹果在贮藏保鲜过程中易受物理、生理和病理等因素影响，加之贮藏运 销手段不当，目前我国苹果每年损失率高达2 5 以上，造成的经济损失为发达国家的5 - 6 倍。因此，在研究苹果成熟衰老规律的基础上，运用相应的处理措施及保鲜技术，对减少 苹果采后损失具有重大的指导意义和实践意义。 1 1 果实成熟衰老的生理生化变化 果实的成熟是一个复杂的过程，其间经历了一系列生理生化的变化，包括乙烯的生成， 淀粉、p - 绿体和细胞壁的降解，硬度的下降以及色素、有机酸和蔗糖的变化等，从而导致 果实在色泽、质地和风味上的转变。分子生物学的研究表明，果实成熟是分化基因表达的 结果，果实的成熟受基因调控。 1 1 1 呼吸作用 呼吸作用是基本的生命现象，根据水果采后呼吸强度的变化特征将果实分为呼吸跃变 型和非乎吸跃变型两种类型。呼吸跃变型( r e s p i r a t i o nc l i m a c t e r i c ) 的特征是在果实采后初期 呼吸强度逐渐下降，而后迅速上升，并出现高峰，随后迅速下降。通常达到呼吸跃变高峰 时，果实的鲜食品质最佳，呼吸高峰过后，食用品质迅速下降。这类果实呼吸过程伴随有 乙烯跃变的出现。不同种类或品种出现呼吸跃变的时间和呼吸峰值的大小差异甚大，一般 而言，呼吸峰出现的早晚与贮藏性密切相关。呼吸跃变型果实包括：苹果、梨、猕猴桃、 杏、李、桃、柿、鳄梨、番木瓜、芒果等。非跃变型( n o n r e s p i r a t i o n ) 果实，在采后成熟 衰老过程中的呼吸作用变化平缓，无呼吸高峰。这类果实包括：柠檬、柑橘、菠萝、草莓、 葡萄等( 罗云波，2 0 0 1 ) 。因此，采后园艺产品的呼吸作用与采后品质变化、成熟衰老进程、 贮藏寿命、货架寿命、采后生理性病害以及果蔬的商品处理方法等密切相关。由于果实呼 吸时吸收0 2 、放出c 0 2 使环境中的气体成分比例发生改变，0 2 浓度降低，c 0 2 浓度升高， 东北农业大学农学硕士学位论文 n i l 使有氧呼吸受到抑制。会出现果实无氧呼吸，产生异味，从而造成果实生理失调。 英国学者k i d d 和w e s t 于2 0 世纪3 0 年代提出，园艺产品采后初期，其呼吸强度逐渐下 降，达到完熟时，呼吸强度急剧上升，并出现高峰，随后迅速下降。这种现象称为“呼吸 跃变”。并根据果实成熟前有无呼吸上升现象，将果实分为呼吸跃变型和非跃变型( b i a l ej b g r o w t h ，1 9 6 4 ) 。经国内外科学家研究发现，苹果属于呼吸跃变型果实。孙希生等( 2 0 0 1 ) 、 f a n 等( 1 9 9 9 ) 研究表明，乔纳金、金冠、“d e l i c i o u s ”、津轻和红富士的对照果实在常温 下( 2 0 士1 ) ，除红富士的呼吸高峰不显著外，剩余4 个品种果实的呼吸均属于典型的呼 吸跃变型，采后乎吸强度由弱逐渐增强，达到高峰后逐渐下降并趋于稳定。但石建新等 ( 1 9 9 9 ) 的研究表明红富士具有独特的采后生理特点，采后呼吸作用水平比较低，呼吸强 度变化曲线平稳，呼吸峰不但出现晚而且峰值小，因而红富士苹果比青香蕉、国光、红星 等品种耐藏。 呼吸跃变发现以后，呼吸跃变机理成为人们研究的热点。目前人们的研究方向集中在 果实的呼吸途径的变化上。敬兰花等( 1 9 9 4 ) 研究表明，在苹果成熟前期，呼吸作用主要 通过细胞色素途径传递电子，交替途径传递电子也占一定比例，接近成熟期则抗氰呼吸途 径逐渐变为主要途径。梁厚果、粱铮等( 1 9 8 5 ) 研究结果也证实了抗氰呼吸参与了呼吸途 径。吕忠恕( 1 9 8 5 ) 、张国树( 1 9 9 1 ) 在研究柿子后熟过程中呼吸动态时，并没有测到有 抗氰交替途径，故他们认为呼吸跃变不依赖于抗氰交替途径，因此还不能确定抗氰途径是 否真正的在果实体内运行。 1 1 2 乙烯代谢 乙烯作为一种成熟衰老的激素。对果蔬采后的成熟和衰老起着重要的调控作用，它影 响着酸代谢、酶活性、激素水平及呼吸速率等生理过程，从而诱导果实的软化及果实色泽 的转变( 陈昆松，2 0 0 0 ) 。其中催化s a m - - - , a c c 的a c c 合成酶( a c s ) 和催化a c c _ 乙 烯的a c c 氧化酶( a c o ) 是乙烯合成途径中的关键酶，二者与a c c 的积累共同调节果实 中乙烯的产量。 1 1 2 1 乙烯的发现与生物合成途径 早在1 9 世纪，人们就发现由照明煤气灯漏出的气体能促进植物落叶。1 9 0 1 年，n e l j u b o r 首先鉴定出照明气中含有乙烯，并证明乙烯引起豌豆幼苗的三重反应。1 9 3 4 年，g a m e 证明 植物器官本身能生成乙烯，提出乙烯是成熟激素的概念。到上世纪6 0 年代，由于分析仪器 的改进，利用气相色谱能测出极微量的乙烯，才发现乙烯具有植物激素应有的一切特性。 它在植物体内合成，在极微量的浓度下表现出显著的生理作用，并且可以在植物体内运输， 可以在其产生以外的细胞中起作用，因此，把乙烯确定为一种植物激素。乙烯生物合成过 程需要多种酶参与，同时还受诸多因素调节，其具体生物合成及相关调控因子见图l - l 。 2 前言 图1 1 乙烯生物合成途径及其调控因子 f i g 1 一lb i o s y n t h e t i cp a t h w a yo fe t h y l e n ea n dr e l a t i o n a lr e g u l a t i v ef a c t o r s 这个途径已被证实存在于所有植物组织中，是植物体内生成乙烯的最主要途径。蛋氨 酸的c h 3 一s 基团从s a m 中以m t r 形式释放以后，进一步水解成m t r ，再重新生成蛋氨酸， 从而为乙烯合成提供源源不断的蛋氨酸。 1 1 2 2 控制乙烯合成的关键酶 1 a c c 合成酶( a c s ) 从s 一腺苷蛋氨酸( s a m ) 到a c c 是乙烯合成的限速步骤( 见图1 1 ) ，a c c 合成酶( a c s ) 是乙烯生物合成的关键酶。它在植物组织中的分布非常广泛，但含量极低。该酶是一种以 3 东北农业火学农学硕士学位论文 磷酸吡哆醛为辅基的酶，对s 腺苷甲硫氨酸( s a m ) 具有立体专一性。现已从番茄( o l s o n d c 。1 9 9 1 ：v a n d e r s t r a c t e n d ，1 9 8 9 ) 、苹果( d o n gj g ，1 9 9 1 ) 、笋瓜( n a k a h i m a n ， 1 9 9 0 ；n a k a g a w an ，1 9 8 8 ) 、小西葫芦( h o b s o nge ，1 9 9 1 ；r u p a s i n g h ehp v ，2 0 0 0 ) 等 果实中分离并克隆出a c c 合成酶基因。a c s 基因是一个多基因家族，每个基因的表达调控 受不同诱导因素的诱导。但不同来源或同一来源的基因家族不同成员在序列上均存在8 个 保守区( 宋艳茹，1 9 9 4 ) ，并且与氮基转移酶基因家族具有相当的同源性，但内含子的数目 并不保守( 徐昌杰，1 9 9 8 ) 。1 9 9 0 年，v a nd e rs t r a e t e n 等从番茄果实c d n a 库中分离到第 一个a c s 基因。随后，r o t t m a n 等又从成熟番茄果实中克隆到5 个a c s 基因，其中2 个 a c c 合成酶基因( l e a c c 2 和l e - a c c 4 ) 的表达均与成熟有关，由于l e 2 a c c 2 基因可 被创伤诱导，而且它被乙烯诱导的速度也快于l e 2 a c c 4 基因。因此，阻断l e 2 一a c c 2 基 因表达被认为是延缓番茄成熟与衰老的最理想途径之一。研究还发现，这2 种a c c 合成酶 氨基酸的同源性为6 9 ，其c d n a 核苷酸同源性为7 1 。o i l e r ( 1 9 9 1 ) 等将a c c 合成酶 c d n a 的反义系统导入番茄，有效抑制了乙烯的产生，可见a c s 确实对乙烯的合成具有重 要作用。 2 a c c 氧化酶( a c o ) a c c 氧化酶( a c o ) 催化a c c 形成乙烯，也称乙烯形成酶( e f e ) ，a c o 也是乙烯生物合 成的关键酶，但a c o 不是乙烯生物合成的限速酶。a c c 氧化酶活性依赖细胞结构的完整性， 较长一段时间内对a c c 氧化酶的分离一直未能成功，直到发现由a c c 氧化酶基因p t o m l 3 的核昔酸序列，推导出氨基酸序列中具有烷酮3 羟化酶的同源序列，才用提取该酶的类似 方法首次从甜瓜中分离到有活性的a c c 氧化酶。现在也已从鳄梨、苹果、香蕉中分离到了 有活性的a c c 氧化酶( 徐昌杰。1 9 9 8 ) 。a c c 氧化酶可能是单体。现已证明a c c 氧化酶也 存在同工酶，其编码基因构成多基因家族。a c c 氧化酶基因p t o m l 3 最早从番茄c d n a 文 库中克隆出来( 汤福强，1 9 9 4 ) ，在此基础上陆续又在番茄( 曹晓风，1 9 9 3 ：h a m i lt o maj ， 1 9 9 1 ) 、苹果( d o n gjg ，1 9 9 2 ：r o s e nh ，1 9 9 1 ) 、豌豆( p e c ksc ，1 9 9 3 ) 、香石竹( w a n g h ，1 9 9 1 ) 、猕猴桃( 任小林，1 9 9 7 ；c o l i nwb ，1 9 9 3 ) 、桃( c o l i nwb ，1 9 9 3 ；金勇丰， 1 9 9 8 ) 鳄梨( m i c h a e ll a y y e e ，1 9 9 0 ) 、荔枝( 丁晓东，1 9 9 9 ) 等植物中克隆到a c c 氧化酶 基因。用反义基因技术可以控制a c o 的生物合成。 3 a c c 丙二酰基转移酶( a c c n m a l o n y t r a n s f e r a s e ) 该酶可以促使a c c 起丙二酰化反应( m a l o n y l a t i o n ) ，形成丙二酰基a c c ( m a c c ) 。 m a c c 是在胞质溶胶里合成的，贮存于液泡中。实验表明，水分胁迫和s 0 4 2 。都会促使小麦 叶片积累大量m a c c 。a c c 丙二酰基转移酶的活性与乙烯生成量呈负相关，活性增强时， m a c c 含量上升，a c c 含量减少，乙烯释放量就减少；否则乙烯释放量增多。与a c o 相 似，一方面a c c 丙二酰基转移酶可以抑制乙烯的生成，另一方面乙烯反过来会促进a c c 4 前言 丙二酰基转移酶的活性，从而完成乙烯的自我抑制。所以，a c c 丙二酰基转移酶的活性对 乙烯生成起着重要的调节作用。此外该酶也可被高浓度的c o a 和丙二酰基c o a 疏基试剂 抑制，且对d 和l 型氨基酸底物具有立体专一性，m a c c 的形成对植物体内a c c 及乙烯 的积累起一种调节作用，有助于维持植物细胞的正常环境。 1 1 2 3 乙烯在果实成熟衰老中的作用 目前比较认可的观点是，乙烯启动跃变型果实的成熟，跃变型果实成熟时呼吸上升形 成高峰，同时也可看到乙烯大量产生。非跃变型果实没有呼吸跃变，在整个成熟过程中乙 烯产生速率低，而且变化不大。m c m u r c h i e 等( 1 9 7 2 ) 根据两类果实对丙烯处理时，其乙烯生 成反应不同，提出跃变型果实中乙烯产生有两个调节系统。系统i 负责跃变前果实中低浓度 的基础乙烯生成，系统l1 负责跃变时成熟过程中乙烯自我催化大量生成。系统i 乙烯由未 知原因引起，浓度很低，只起控制、调节衰老的作用，系统i 乙烯可以启动系统ll 乙烯产 生，使果实内的乙烯浓度大大增加，产生跃变，因此这往往被认为是果实色泽、质地、风 味和香味物质等生理生化指标开始发生不可逆变化的标志，因而乙烯成为该类果实成熟的 启动和调节的关键因子，例如增加细胞膜透性、刺激呼吸升高，引起果实内有机物质强烈 转化和加速果实软化等。番茄果实中无论是转a c s 、a c o 反义基因还是转a c c 脱氨酶基 因的研究在使乙烯的合成被极大抑制的同时，也使得果实不能正常成熟和软化。外源乙烯 处理可以增加跃变型果实对乙烯的敏感性，催化由系统i 乙烯向系统i i 乙烯的转化，从而 加速乙烯跃变高峰的出现，这更加表明了乙烯在跃变型果实中的重要性。 非跃变型果实乙烯生成速率相对较低，变化平稳，整个成熟过程中只有系统i 乙烯产生， 缺乏系统1 l 乙烯。因此果实成熟的启动与调节虽然并不依赖于乙烯的作用，但在果实成熟 的某一阶段使用外源乙烯也会起到一定的生理作用，如外源乙烯可以促进该类果实的呼吸， 不过这种促进会在去除外源乙烯后消除( 李家庆，2 0 0 3 ) 。近年来，乙烯在非跃变型果实 衰老中的作用，引起高度关注。外源乙烯仍然可以加速这些植物的衰老，如诱导生理失调、 产生异味、加速腐烂( 吴有梅，顾采琴，1 9 9 2 ) ；相反，降低果实周围的乙烯，可以延长 其寿命( w i l l sbh ，1 9 9 9 ) 。对非跃变型果实来说，产生乙烯反应的乙烯临界浓度是 o 0 0 5 “l - l 1 ，低于跃变型果蔬的乙烯临界浓度1 儿l 。外源乙烯处理乳白期草莓果实，可 诱导r n a 合成( s t e w a r ti ，1 9 7 2 ) ，从分子水平上说明乙烯参与了非跃变型果实的成熟衰 老过程。此外，乙烯还参与了非跃变型果实中叶绿素( c h l o r o p h y l l ) 的降解和类胡萝卜素 ( c a r o t e n o i d ) 的合成。g o l d s c h m i d t 和f a n ( 1 9 9 3 ) 等也发现，使用乙烯拮抗剂可以阻止柑 橘果实成熟过程中的脱绿过程，这表明乙烯参与了柑橘采后色泽的变化。同样的证据也出 现在对青椒和葡萄的研究中：乙烯能够促进青椒果实中类胡萝卜素的合成( f e r r a r e s el ， 1 9 9 5 ) ，刺激葡萄果实中花青素的合成( s z y j e w i c ze ，1 9 8 4 ) 。 1 1 2 4 通过乙烯调控延缓果实成熟的手段 5 东北农业大学农学硕七学位论文 乙烯是一种促进果实成熟的激素类物质，果实成熟过程中色、香、味的形成和硬度的 下降等与乙烯有着重要关系。随着果实的成熟，果实内部产生乙烯并释放出来，乙烯反过 来增强果实呼吸作用，促进果实成熟、衰老。其在果实特别是跃变型果实衰老中的重要性 使得乙烯的生物合成与调节已成为果实成熟生理与分子生物学研究领域的一个热点。目前 果品贮藏的核心措施之一是通过控制果实乙烯释放和降低果实对乙烯作用的敏感性来实现 对果实成熟衰老的调控，以降低果实采后贮运保鲜过程中品质和数量的损失。 ( 1 ) 通过基因工程控制乙烯合成而延缓果实成熟 分子生物学技术的发展，使得人们可以采用基因工程的方法降低乙烯的产量。目前运 用基因工程方法抑制果实中a c s 和a c o 的基因表达或提高a c c 脱氨酶和水解酶的活性或 水平均可抑制乙烯的合成，阻止果实成熟衰老，延长果实的贮藏期和货架期。这也从分子 水平上验证了乙烯在果实成熟和衰老中的作用。1 9 9 0 年，h a m i l t o n 等将a c o 的一个反义 c d n a 克隆转移到番茄果实体内，获得了世界上首例降低乙烯产量的转基因番茄植株，使番 茄果实乙烯的生成降低了9 7 ，成熟被明显抑制，延长了贮藏寿命。随后，o i l e r 等将a c s 的反义基因导入番茄，几乎完全抑制了a c s 的表达，使乙烯合成被抑制了9 9 5 ，阻止了 番茄果实的成熟衰老，转化植株在温室下或植株上可保存9 0 d 1 2 0 d ，仅产生桔红色，不能 变红、变软或产生香气，同时果实也不出现呼吸高峰。只有用外源乙烯或丙烯处理，果实 才能成熟变软，成熟的果实在质地、色泽、芳香、可压缩性与正常果实相同。迄今为止应 用基因： 程调控果实成熟最成功的实践是a c s 的反义转基因番茄，并于1 9 9 4 年实现商业化。 美国农业部于1 9 9 7 年许可在2 2 种果树、蔬菜和7 种花卉上利用这一基因。k l e e 等( 1 9 9 1 ) 将a c c 脱氨酶基因导入番茄中，催化a c c 降解为a 丁酮酸和n h 3 ，从而抑制乙烯产生达 9 0 9 7 ，果实在室温贮存6 周后，硬度与新鲜果实相同。导入a c c 脱氨酶基因的优势之 处在于它破坏a c c ，而不是靠反义抑制。因此，它具有通用性，可用于不同的作物，扩大 了使用范围，而反义的a c s 和a c o 只能适用于同种植物，如番茄中的反义a c s 和a c o 只能用于番茄。我国也积极开展了番茄基因工程的工作。 ( 2 ) 通过乙烯抑制剂抑制乙烯作用而延缓果实成熟 乙烯是一种调节生长、发育和衰老的植物激素，而乙烯的生理作用及信号转导与植物 对乙烯的敏感性等因素有关。乙烯抑制剂可以通过影响乙烯的生理作用或信号转导来调控 植物的成熟衰老。目前已开发出的乙烯抑制剂主要有两种类型，即乙烯生物合成抑制剂和 乙烯作用抑制剂。 乙烯生物合成抑制剂主要通过抑制乙烯生物合成中两个关键酶的活性，即a c c 合成酶 ( a c s ) 和乙烯形成酶( e f e ) 而抑制乙烯的产生。a o a 和a v g 是最具代表性的乙烯生物 合成抑制剂，能够有效地抑制生物体内乙烯的合成。钱永华( 1 9 9 3 ) 用a o a 处理水柿和火 柿，发现不仅抑制了果实乙烯的产生，延缓了软化时间，而且将呼吸峰推迟了5 天。若将 果实预冷或冷藏，可使组织中的s o d 等自由基清除系统活性维持在较高水平，抑制a c c 向乙烯的转化，从而延缓果实的衰老。a v g ( 2 - a m i n o e t h o x y v i n y i g l y c i n e ) 能够通过抑制a c s 活性，抑制a c c 的形成，减少乙烯的释放。其作用模型为：在酶活性位点上，通过形成希 佛氏碱，a v g 与p l p 作用，使p l p 从a c c 合成酶中移去，达到抑制a c s 活性的目的。试 验表明a v g 的效果好于a o a ，但是成本比较高。 6 前言 乙烯作用抑制剂一般认为乙烯对果蔬的催熟过程是通过与受体蛋白结合才发挥作用 的，乙烯作用抑制剂则正是利用这一特点，通过自身作用于受体而阻断乙烯的正常结合， 抑制乙烯所诱导的成熟衰老过程。 a 传统乙烯作用抑制剂：最先研究的乙烯作用抑制剂如a 矿，硫代硫酸银复合物( s t s ) ， 高浓度c 0 2 ，环丙烯( c y c l o p r o p e n e ，c p ) ，重氮环戊二烯( d i a z o c y c i o p e n t a d i e n e ，d a c p ) ， 2 ，5 降冰片二烯( 2 ，5 一n o r b o r n a d i e n e ，2 , 5 - n b d ) 等，已被鉴定并广泛应用。a g + 和s t s 在商 业上多用于花卉保鲜。高浓度的c 0 2 一般在人工气调时实现对乙烯的抑制。 a g + 可以消除乙烯的作用效果。有人认为a f 对于乙烯可能是非竞争性的抑制作用 ( b a y e reme t ，1 9 7 6 ) ，也有人认为a 矿是可能是通过竞争抑制方式与乙烯受体作用。a g + 减弱乙烯作用效果的有效性随着乙烯浓度的增加而下降，但在高乙烯条件下，其抗乙烯作 用的效果比c 0 2 显著。1 9 7 0 年以来，对抗乙烯的最好武器一直是硫代硫酸银( s t s ) ，对延长 切花及盆花的寿命效果显著( r e i dm s ，1 9 8 0 ) 。但随着时代发展，其中所含有的重金属离 子a g + 对环境造成的污染问题也变得日益突出，因此它的商业应用受到了限制。 c 0 2 作为乙烯的拮抗剂，大多观点认为c 0 2 的抑制位点在乙烯受体( s i s l e re c ，s e r e km ， 1 9 9 7 ) 。在低浓度乙烯条件下，c 0 2 可有效的抑制乙烯的作用，但乙烯浓度超过1 肛l l - j 时， c 0 2 的抑制作用便消失。气调环境中高浓度的c 0 2 有助于延缓果实后熟，抑制乙烯的催熟 作用。 d a c p ( d i a z o c y c l o p e n t a d i e n e ) ，表现出对乙烯作用的抑制效应，主要在乙烯作用的信号 转导途径中起作用( s i s l e re c ，b k l a n k e n s h i ps m ，1 9 9 3 ) 。气态的d a c p 要求在强光条件 下发生作用，是乙烯的永久性作用抑制剂。但是d a c p 的使用存在以下三点不足：抑制效 果很弱，一般只能保持几天：一般具有放射性，不具放射性的d a c p 极不稳定：高浓度的 d a c p 具有爆炸性。后者是最大的问题，也是商业上应用的最直接限制因子，因此在实际果 蔬商品保鲜中很少用。 n b d 即降冰片二烯( n o r b o m a d i e n e ，n b d ) ，它可以以竞争抑制方式阻止乙烯的作用 ( s i s t e re c ，s e r e km ，1 9 9 9 ) 。当果实内低浓度乙烯的作用被n b d 所抵消时，其成熟启动 程序即被抑制。n b d 还具有阻断乙烯作用信号转导的作用。用n b d 处理香石竹，强烈抑制 了其花瓣中a c c 氧化酶活性，同时降低乙烯生成量。然而气态的n b d 存在异味，很难闻， 并且具有致癌性，这样在实际应用中受到很大限制。 b 新型乙烯受体抑制剂1 m c p ：近年来，国外研制出一种新型乙烯受体抑制剂，为控 制乙烯敏感型的采后果蔬和花卉衰老提供了新的技术手段。有些传统乙烯抑制剂基于对健 康、环境等因素的考虑，已大大限制了其在商业上的应用。而i - m c p 被证明是目前环丙烯 类乙烯受体抑制剂的优秀代表，抑制效应强、时效长，且无毒、无污染的乙烯作用抑制剂。 f a n 等( 1 9 9 9 ) 用1 m c p 处理呼吸跃变前的富士，嘎拉，乔纳金，红星及g i n g e rg o l d 果实， 其5 个品种的贮藏及货架均得到延长。r u p a s i n g h e 等( 2 0 0 0 ) 还发现1 m c p 不仅可抑制旭 及元帅苹果的乙烯产生与硬度下降，还可以抑制a 法尼烯的产生，从而减轻果实的虎皮病 和衰老失调症。 7 东北农业人学农学硕上学位论文 1 1 3 淀粉和糖的变化 苹果发育时期，由叶子制造的光合产物以蔗糖或山梨醇的形式运输到果实中，一部分 用于生长与生命活动的维持，另一部分则转变为淀粉或其它多糖贮藏在果实内。在未成熟 的果实中贮存着许多淀粉，所以早期果实无甜味。在后熟作用下，由于体内淀粉酶、转化 酶、蔗糖合成酶活性提高，淀粉水解为可溶性糖类。主要有葡萄糖、果糖和蔗糖。其全糖 量在成熟期可占鲜重的l1 5 7 ( 最高1 6 6 0 ，最低6 o l ) 。可溶性糖的增加不仅使苹果成 熟后具有甜味，提高苹果的风味，而且促进苹果着色。有人研究发现，香蕉绿色未熟时果 肉中含淀粉2 0 2 5 ，成熟后则降至l 一2 。同时糖的含量从l 2 增加至1 5 一2 0 。 苹果，梨在未成熟时含淀粉较多，果实开始生长时，它的淀粉含量一直在增加，糖分少， 经过贮藏淀粉转化为糖。这种现象在晚熟苹果中更为显著。当采收时约含淀粉1 1 5 ，经 贮藏1 2 个月完全消失，所以，苹果经贮藏后，含糖量不但没有下降，反而因淀粉糖化而略 有增加，可溶性糖的增加不仅使苹果成熟后具有甜味，提高苹果的风味，而且促进苹果着 色。 糖分是果实甜味的来源，糖含量的高低是决定果实品质的重要因子。果实在贮藏期间 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。采收时不含淀粉或含淀 粉较少的果实随贮藏时间的推移，含糖量逐渐减少。采收时淀粉含量较高的果实，如苹果 贮藏期间淀粉水解，含糖量短暂增加，但达到最佳食用阶段以后，含糖量因呼吸消耗而下 降。果实在生长发育和成熟过程中糖分含量不断提高，但其变化的进程都有不同。果实中 的糖分主要是葡萄糖、果糖和蔗糖，总称为可溶性糖，其中葡萄糖和果糖又称为还原糖。 三种糖分的甜度不同：果糖最甜，蔗糖次之，葡萄糖更次之，但其风味最好。人们对各种 果实的风味感觉不同，与其含糖的种类及其组合不同有关，柑橘多数品种属于蔗糖积累型， 果实品质在很大程度上取决于果实内所含糖的种类和数量。因而，糖积累是果实品质形成 的关键。 1 1 4 挥发性物质的变化 典型的苹果香由3 0 0 多种挥发物产生，包括醇类、醛类、酯类、酮类和醚类，其中大 多数是酯( 7 8 9 2 ) 和醇( 6 1 6 ) 。av a k y a n t ssp ( 1 9 7 1 ) 认为，香气的基本成分为挥 发性物质中的4 大酯类( 乙酸乙酯、乙酸异戊酯、己酸乙酯和辛酸乙酯) 和2 个醇类( 异丁醇、 异戊醇) ，其他的挥发性组分只是对上述物质所构成的基本香气成分的补充、改善和修饰。 优人研究表明，苹果未成熟无香气果实的挥发性物质以己醛、2 己烯醛等为主：成熟有香气 果实的挥发性物质以酯类和某些醇类物质为主，在成熟果实中大量增加的挥发性物质为果 实的主要香气物质。s o n g 等( 1 9 9 4 ) 研究表明，苹果“m c i n t o s h ”和“c o r t l a n d ”果实成熟 期间有些挥发性物质减少，有些挥发性物质迅速增加，那些伴随着果实成熟和香气产生迅 速增加的挥发性物质对果实香气具有重要意义。 由于，果实内含有的挥发性物质种类繁多，其浓度很低，而且，某一成分的香气也不 8 麓言 与其含量成菠比。乜兰毒( 2 0 0 6 ) 研究表明，2 甲基丁酸乙酯在塞士、掰红星和王林未成熟 果实中含量很低或检测不到，而且在这3 个品种成熟果实中含鬣为3 - 5 l a g k 茁1 m i n ，占总组 分l 以上。由于其在酯类物质中风味阈值最低，只有0 0 0 0 1 o 0 0 0 0 0 6 m l l ，所以具有典 型的苹果香味( d i x o nj ，2 0 0 0 ：y 蠢i 鑫em ，1 9 9 4 ) 。不论果实香味物质组分差异如何，只 有果实达到一定的成熟度时，果实的香味才表现出来，当果实衰老后，果实的香味逐渐变 淡。具有呼吸跃变的果实在呼吸高峰后香味物质才有明显积累，而对于非呼吸跃变的果实 番味物质积累是一个逐步完成的过程。 1 。1 。5 硬度的变化 果肉质地是衡量果实品质的燕要指标，一般用果肉硬度表示( 田建文，1 9 9 4 ) 。 近年来，人 | 】对苹果憋质地特性越来越关注，在果晶贸易中，常常以硬度的值来限定苹果 质_ 量。h a r k e r 等人研究指出，当聚实硬度差别大于5 - 6 k g 时，栗实的1 ：i 感差异会很明显，从 而影响到消费者的购买欲。p r a n g e ( 1 9 9 3 ) 研究认为幽苹果硬度低于4 5 k g 时，消费者则认 必祭实太软。 苹果硬度的大小决定于果肉细胞的大小、细胞间的结合力、细胞构成物的机械强度和 细胞的膨压。细胞间的结合力与果胶有关，细胞壁的纤维素含最对硬度也有影响( 吴彩娥， 王文生，寇晓虹，2 0 0 1 ) 。苹果巢安成熟时，由于纤维素秘果胶矮等缨脆壁组分在纤维素酶、 多聚半乳糖醛酸酶、果胶甲酯酶、d 半乳糖苷酶、果胶甲酯酶等的作用下发生降解，果实 硬度下降。s m e d t 等( 1 9 9 8 ) 通过显微镜研究发现在硬度较小的苹果的软化主要是由细胞间 缕合力降低两雩| 起静，然而在硬度较大的苹采内主要是由细胞内含物的变纯两导致的。 s m e d t 等研究也发现软化的苹果果实比刚采收的果实细胞圆，细胞分离严重，细胞空间较大， k a h n 等( 1 9 9 0 ) 通过照微研究发现早熟品种与晚熟品种相比较细胞和细胞间隙均较大，且 细胞排列紧密，这可以很好的解释为何早熟的品种程采后贮藏时总比晚熟的品种软化速度 快。h a r k e r ( 1 9 9 7 ) 研究也发现细胞大且细胞间隙大的苹果的质地总比细胞小且细胞间隙小 的小。此外，由于淀粉水解成可溶性糖，也使苹果的硬度下降。在猕猴桃上的试验表明果 实采后硬度的变化明髭分为两个阶段，贮藏前期硬度的下降较抉，后期下降较慢，猕猴桄 果实的前期硬度下降与淀粉的快速水解呈盟著正相关( r = 0 9 0 ) ，后期的硬度下降则与果胶 的水解呈显蔫歪摆关( 鼯= o 。9 4 ) ( 歪绍美，赵讲芬，2 0 0 0 ) 。 1 。1 。6 色泽的变化 红色是类叫做花青苷( a n t h o c y a n i n ) 的红色素产生