竹笋采后木质化机理研究.doc

重庆市自然科学基金项目立 项 申 请 书专项名称： 农产品贮藏与加工 项目名称：竹笋采后木质化机理研究申请者： 曾凯芳 年龄：32 职称：讲师 项目依托单位： 西南农业大学 （公章） 起止年限：200 5 年 7 月 200 7 年12 月 填报时间： 2005年 3 月 7 日 重庆市科委编制二00四年一月填写说明1、凡申报重庆市自然科学基金计划的项目须填写此立项申请书。2、立项申请书由项目的主承担者填写，经项目主承担者工作单位或区、县（自治县、市）科委审查同意后一式三份并附申报软盘一张报送重庆市科委。3、立项申请书所列内容都要据实填写，表达应明确、完整、严谨、扼要（外文名词要同时用中文表达）。4、立项申请书一律要求用A4纸张打印，否则不予受理。重庆市科技计划项目基本信息简表专项名称农产品贮藏与加工项目名称竹笋采后木质化机理研究承担单位西南农业大学组织部门单位地址 北碚区（县、市）邮编400716单位性质11.高等院校 2.科研院所 3.企业 4.其它工商注册登记类型11.国有 2.集体 3.股份合作 4.联营企业 5.有限责任公司 6.股份有限公司7.私营企业 8.港澳台商投资企业 9.外资企业 10.其它企业单位法定代表姓名王小佳联系电话手机单位传真项目负责人姓名曾凯芳联系电话68251298手-项目主要合作单位华南农业大学计划类别11.自然科学基金 2.攻关 3.推广 4.科技合作 5.火炬 6.星火 8.院士专项 8.创新能力建设 9.软科学 10.科研院所转制项目主要服务行业11.农、林、牧、渔业 2.制造业 3.信息传输、计算机服务和软件业 4.科学研究和综合技术服务业 5.建筑业 6.卫生、社会保障和社会福利业 7.水利、环境和公共设施管理业 8.公共管理和社会组织 9.其它行业项目所属技术领域31.电子信息 2.生物医药 3.现代农业 4.环境保护 5.新材料 6.光机电 7.交通、能源 8.社会事业 9.其它项目研究所属主要学科一级学科代码及名称二级学科代码及名称三级学科代码及名称代码：210名称：农学代码：210.30名称：农艺学代码：210.3055名称：农产品贮藏与加工起止时间2005年7月2007年12月总投资 8.0 万元申请资助 6.0万元主要研究内容(限100字)1 竹笋采后木质化过程中细胞壁结构物质及细胞壁降解酶活性的变化规律。2 竹笋采后木质素合成前体物质及相关酶活性的变化规律。 3 竹笋采后木质化过程中自由基代谢变化。4 探讨减轻采后竹笋木质化的方法。预期成果形式或达到的目标(限100字)1 明确细胞壁组分及其降解酶活性变化与采后竹笋木质化的关系。2 明确木质素形成、自由基代谢与采后竹笋木质化的关系。3 初步提出减轻采后竹笋木质化的方法。4 在国内外核心刊物发表论文2-3篇，培养研究生一名。注：此简表的选择项均为单选项。学科代码及名称按国家标准（可在市科委网站上查询）至少填至二级学科， 一、科学依据和立项意义（包括立项背景和科学意义，国内外研究概况、水平和发展趋势，学术思想、立论根据，应用前景分析） 竹笋是我国传统食品，是人们喜爱的营养丰富的蔬菜。南川方竹笋中蛋白质含量12%，脂肪0.4%，粗纤维8%，还含有丰富的氨基酸、钙、铁、硒、锌等多种微量元素和维生素B1、B2、C等。常食竹笋有助于人体肠胃蠕动、促进消化，达到减肥、美容和防治肠胃及心血管疾病之特效。竹笋质嫩肉厚，色美味鲜，出自无污染的大山之中，堪称山珍佳肴，是生产于原始森林的“绿色食品”和“保健食品”1。由于竹笋两用竹极高的经济价值和食用价值，近年来，发展竹林经济成为林业经济的一个热点。目前我国年产竹笋210万吨，居世界首位，近年来又发展了大面积的新生竹林。重庆市现有竹林面积120.6万亩，竹笋主要生产基地目前分布在南川市和万盛区，以方竹笋为主，每年产量在100000吨左右。2000年，荣昌市正式启动笋竹产业化建设项目，总规划面积10万亩，已完成新造林6.0万亩，为全市大规模发展优质竹产业积累了宝贵的经验。可以肯定地说，在不久的将来竹笋产业将成为重庆市的农业支柱产业之一。但重庆市竹笋基地分布集中，竹笋出笋时间也非常集中，出笋后容易变质老化腐烂，因此竹笋的贮运保鲜和销售成为限制我市竹笋持续健康发展的重要因素。竹笋肉质鲜嫩，采收后质地易老化，肉质变硬，木质素和纤维素含量增多，发生木质化，食用后留有残渣，常温下23天即失去食用价值，是贮藏保鲜和加工业中的一大难题2。目前，关于蔬菜质地老化的研究虽有一些报道3 ,但对采后蔬菜木质化机理还缺乏系统研究。植物木质化过程与细胞壁物质代谢有关，植物细胞壁化学组分主要包括纤维素、半纤维素、木质素、果胶多糖、细胞壁蛋白等。纤维素分子是由葡萄糖通过-D-1，4葡萄糖苷键组成的多糖，而木质素是由三种醇单体对香豆醇、松柏醇和芥子醇合成的复杂的酚类化合物。在细胞壁木质化过程中，木质素深入到细胞壁中，填充于纤维素骨架内，加大细胞壁的厚度与硬度4。木质素的合成途径主要由莽草酸途径，苯丙氨酸途径和木质素合成的特异途径组成。在木质素合成的过程中有很多的酶参与作用，如：苯丙氨酸解氨酶(PAL)、咖啡酸-O-甲基转移酶（COMT）和咖啡酰CoA-O-甲基转移酶（CCOMT）、阿魏酸5-羟化酶（F5H）、4-香豆酰CoA连接酶（4CL）、肉桂醇脱氢酶（CAD）、过氧化物酶（POD）等等5,6。有研究表明，过氧化物酶是催化木质素生物合成途径的最后一步的关键酶，与木质素的形成具有密切关系7,8。但是POD有很多同工酶，哪些与木质素合成有关，哪些与其它生化活性有关还不清楚。此外，与酚类物质氧化相关的多酚氧化酶（PPO）也认为参与了植物的木质化过程，木质素合成过程还与自由基和乙烯的参与有关9，但这些方面的报道较少。另外，不同的外界环境条件如外界温度、湿度、光照等都能影响植物的木质素合成酶系活性及木质素组成,而且在不同的植物体内以及植物处于不同的状态都可能存在不同的木质素合成途径和酶系10,11。目前国内外关于新鲜竹笋木质化研究的报道很少，一般认为，贮藏环境和采后处理对蔬菜木质化进程影响较大，目前延缓蔬菜木质化的主要方法有冷藏、热处理、化学药剂及气体成分调节等12,13,14,15。这些方法在一定程度上可以延缓蔬菜木质化进程，在生产上得到了广泛应用，但由于人们对采后竹笋木质化机理仍然很不了解，在防止竹笋老化方面不可避免具有一定的盲目性，因此探讨采后竹笋木质化机理和采后处理对竹笋品质和木质化进程的影响，对提高采后竹笋品质、延长竹笋贮运期，以及丰富蔬菜采后生理理论等都具有重要的意义。主要参考文献(1) 王洪峰，陈红国，熊伟. 1999. 竹笋保鲜贮藏技术与方法综述. 广东林业科技. 4: 48-53.(2) 王敬文. 2002. 采后竹笋老化生理研究. 林业科学研究. 15(6): 687-692.(3) 潘一山，王少峰，蔡晓东等. 2001. 芦笋采后生理与贮藏保鲜研究. 福建农业学报. 16(3)：61-64.(4) Itoh T. Lignification of bamboo during its growth. Holgforsehung. 1990, 44(3):1991-2000(5) Ramamurthy M.S., Ussuf K.K., Nair P.M., et al. 2000. Lignin biosynthesis during wound healing of potato tubers in response to gamma irradiation. Postharvest biology and technology. 18:267-272.(6) Alain M.B. 1998. A new view of lignification. Trends in plant science. 3(2): 67-71.(7) Majimas S., Fujita M., Saiki H. The cell wall maturation in mose-bamboo and occurrence of peroxidase related to the lignification. Bulletion of Kyoto University Forests. 1991, (63): 236-245(8) 梁艳荣，胡晓红等.2003.植物过氧化物酶生理功能研究进展.内蒙古农业大学学报. 24（2）：110-113.(9) Smith JL，Stanley DW. 1989.Toughening in blanched asparagus :identification of phenolic compounds and evidence for a free radical mechnaism . Journal of Food Biochemistry. 13(4)：271-287(10) David R.G., Michael A.C., Masayuki F., et al. 1999. Regiochemical control of monolignol radical coupling: a new paradigm for lignin and lignan biosynthesis. Chemistry & Biology. 6: 143-151.(11) Kamata S., Terada T. 1969. The activities of phenylalanine ammonialyase and peroxidese, rate of gowth and rate of lignification. Jap wood Res Soc. 15(4): 182-187.(12) Kleinhenz V., Gosbee M., Elsmore S., et al. 2000. Storage methods for extending shelf life of fresh, edible bamboo shoots Bambusa oldhamii (Munro). Postharvest Biology and Technology. 19: 253-264.(13) Tang W., Janet O., Aquilla M. 2001. Genetic engineering and lignin biosynthetic regulation in forest tree species. Journal of Forestry Research. 12(2): 75-83.(14) 罗自生，席玙芳，傅国柱 等. 2002. 竹笋采后热处理对细胞壁组分和水解酶活性的影响. 园艺学报. 29(1): 43-46.(15) Chen Y.A., Shin J.W., Liu Z.H. 2002. Effect of light on peroxidase and lignin synthesis in mungbean hypocotyls. Plant Physiol. Biochem. 40: 33-39.二、主要研究内容及预期目标（说明研究项目的具体内容并明确重点解决的问题、创新点以及预期要达到的目标等）（一）主要研究内容：1、研究竹笋采后木质化过程中细胞壁结构物质及细胞壁降解酶活性的变化规律。2、研究竹笋采后木质素合成前体物质及相关酶活性的变化规律。 3、研究竹笋采后木质化过程中自由基代谢变化4、研究采后赤霉素（GA）、乙醇、1甲基环丙烯（1-MCP）等保鲜剂对抑制采后竹笋木质化的作用及其对关键酶的影响，探讨减轻采后竹笋木质化的方法。（二）重点要解决的问题：明确采后竹笋木质化机理，提出相应的减轻竹笋木质化的贮藏保鲜技术。（三）创新之处：1、 竹笋采后木质化过程中细胞壁组分及其相关酶活性、与木质素形成相关酶活性的变化未见系统研究，本项目首次全面研究与采后竹笋木质化相关的组分变化及酶活性变化，以明确采后竹笋木质化机理。2、 理论与实践相结合。在理论研究基础上，提出相应的减轻木质化的保鲜技术。（四）预期达到的目标：1、 明确细胞壁组分及其降解酶活性变化与采后竹笋木质化的关系2、 明确木质素形成与采后竹笋木质化的关系3、 明确自由基代谢与采后竹笋木质化的关系4、初步提出减轻采后竹笋木质化的方法三、拟采取的研究方法、技术路线及工作进度安排（包括可行性论证，可能遇到的问题及其解决办法等）（一）研究方法与技术路线1、竹笋采后细胞壁结构物质和酶活性变化：竹笋采收后立即运回实验室，置于冷库中，定期取样，用于木质素、纤维素、果胶含量及多聚半乳糖醛酸酶（PG）、纤维素酶活性测定。2、与木质素形成密切相关的酶活性及自由基代谢变化：包括总酚、香豆酸、咖啡酸和阿魏酸含量及PAL、PPO、POD、CAD等活性变化，以及POD 同工酶研究。3、竹笋采后木质化过程中自由基代谢变化：包括O2-、 H2O2含量及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性研究。4、根据上述研究结果，结合申请单位多年从事这方面研究工作的实际经验，并结合前人研究基础，提出更加有效的减轻采后竹笋木质化、延长贮运保鲜期的新技术措施。主要比较赤霉素、乙醇、1甲基环丙烯（1-MCP）等保鲜剂在采后竹笋贮运保鲜中的作用。（二）可行性分析：项目申请人自采后生理学硕士毕业后长期从事果实采后生理研究，2001年5月11月在以色列国家农业研究中心果蔬采后研究所从事果蔬采后生理研究，与中国农业大学食品学院、华南农业大学果蔬保鲜重点实验室具有良好的合作关系。该项研究所采取的研究方法、技术路线和实验方案是在广泛收集国内外有关资料，结合我市新近大力发展的特色蔬菜竹笋采后木质化严重、保鲜困难的实际问题而提出的。申请单位可以满足该研究所需的设备、分析仪器等实验条件，所采用的技术方法比较成熟并经验证是可行的。（三）工作进度安排：2005年7月12月：1、 竹笋采后细胞壁结构物质及细胞壁降解酶活性变化规律2、筹备下一年进行的实验2006年1月-12月1、完成上一年度研究的正常延续工作2、竹笋采后木质素合成途径研究3、自由基代谢与竹笋采后木质化的关系研究4、分析总结已取得的研究结果，撰写发表论文2007年1月12月1、 完成上一年度研究的正常延续工作2、比较赤霉素、乙醇、1甲基环丙烯（1-MCP）等保鲜剂在采后竹笋贮运保鲜中的作用，探讨减轻竹笋木质化的方法3、总结、撰写论文 四、成果提供形式1、 在国内外核心刊物发表论文2-3篇，培养研究生一名2、 争取申请一项国家发明专利3、 初步提出减轻竹笋采后木质化的保鲜技术 五、已有研究工作基础及研究条件1.已有的研究工作基础： 本课题组所在的食品科学学院农产品贮藏教研室，长期以来从事农产品产后贮藏运输的理论和实践研究，研究力量雄厚，研究设备优良，曾承担多项省自然科学基金项目及其它省部级攻关课题。本课题申请人自1995毕业后，一直从事农产品贮藏保鲜技术及果蔬采后生物技术方面的研究，具有较丰富的实践经验，2001年5月赴以色列农业研究中心果蔬采后科学系（Department of Postharvest Science of Fruits and Vegetables, Agriculture Research Organization, The Volcani Center, Israel ）进行为期半年的访问研究，并于2002年9月-2005年6月在中国农业大学食品学院攻读果蔬采后生物技术方向博士，熟练掌握了PG、PME、纤维素酶活性等相关的主要生理生化指标的测定技术，并在此基础上提出了本课题的设想，具有较好的研究基础。项目组成员张昭其副教授近年来主持过国家自然科学基金、广东省基金、广东省重点攻关课题、广东省重点新技术项目等多现课题，在果蔬采后生理研究中具有丰富经验，为本课题的顺利实施奠定了良好的基础。2.已有的研究条件: 农产品贮藏加工研究室现有：生理，生化实验室90,空气离子放电保鲜机一台，低温常温恒温箱(10+50)1台，装配型冷库50M2，日产KM型硬度计，TCPIIG型全自动测色色差计，Hitachi-SCR20BC型低温高速离心机1台，Shimadiz uv-120-02型紫外可见分光光度计1台，DYY-4型电泳仪1台，930型荧光分光光度计1台，旋转减压浓缩仪1台，日产气相色谱仪2台等大量仪器。本校中心实验室尚有例如高压液相色谱仪等大量仪器设备可供使用。完全可满足本项目的要求。六、申请者业务简历及项目组成员（包括主要学历和研究工作简历，近期取得的与本项目有关主要科研成果、论著名称及其获奖情况）简历: 曾凯芳，讲师，在读博士， 1995年毕业于西南农业大学食品学院食品工程专业，保送读农产品贮藏专业研究生并留校任教，1998年硕士毕业，现攻读中国农业大学果蔬采后生物技术方向的在职博士，2005年6月毕业。一直从事农产品贮藏及果蔬采后生物技术方面的工作。主讲过“农产品贮藏运销学”、“果蔬采后生理学”等主干课程，从事过嫩姜采后生理及保鲜技术、鲜切藕片的保鲜技术、垫江柚贮运技术、鲜鸭肉保鲜技术、芒果、梨采后抗病性诱导及保鲜技术（国家863项目）、荔枝、龙眼采后保鲜技术（在以色列培训）等项目的研究，具有较丰富的实践经验和组织、协作能力。2001年5月-11月赴以色列国家农业研究中心果蔬采后研究所进行为期半年的访问研究，主要从事荔枝、龙眼采后生理、病理及保鲜技术的研究，掌握了PG、PME、纤维素酶活性等相关的主要生理生化指标的测定技术和病原菌的分离鉴定技术。2003年主持了重庆市教委科技项目：减轻水果振动胁迫和运输损耗技术的研究（030618）。并同时主持了重庆市科委应用基础研究项目：1MCP在果蔬贮藏上的应用基础研究（7838）。已发表的主要著作和论文如下：曾凯芳，柑桔采后处理技术，重庆：重庆出版社，1999曾凯芳，明建等，有机酸和茶多酚对鸭肉贮藏特性的研究，肉类研究，1999，1：4043曾凯芳，姜微波等，乙醛熏蒸处理对果蔬贮藏特性的影响，食品与发酵工业，2003，1：20-22曾凯芳，姜微波等，乙醛熏蒸处理对草莓贮藏品质的影响，中国食品学报，2003，4：22-24曾凯芳，姜微波等，外源水杨酸对紫花芒果贮藏特性的影响，食品与发酵工业，2004，5：134-137曾凯芳，姜微波等，水杨酸处理对采后绿熟芒果炭疽病抗病性的诱导，中国农业大学学报，2005，2： Kaifang Zeng, Weibo Jiang, Enhancing disease