劉 芳,陳年來(lái)*,張玉鑫
(1.樂(lè)山師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)院,四川 樂(lè)山 614004;2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)
低溫貯藏甜瓜的離子外滲研究
劉 芳1,2,陳年來(lái)2,*,張玉鑫2
(1.樂(lè)山師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)院,四川 樂(lè)山 614004;2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)
研究不同貯藏溫度下甜瓜果實(shí)的細(xì)胞膜透性變化及K+、Na+和Ca2+的外滲率。結(jié)果表明,甜瓜果實(shí)在2℃和5℃貯藏條件發(fā)生冷害,其細(xì)胞膜透性增加,且溫度越低增加越大,表明對(duì)膜的傷害越嚴(yán)重。K+的外滲率隨溫度的降低而增大;Na+外滲率隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,21d后貯藏溫度越低Na+外滲率越大;Ca2+的外滲率極低,且溫度和貯藏時(shí)間對(duì)其影響不大。
甜瓜;冷害;離子外滲;K+;Na+;Ca2+
冷害是指一些生長(zhǎng)于熱帶、亞熱帶高溫環(huán)境中的植物或植物器官,對(duì)低溫敏感,在不適當(dāng)?shù)牡蜏?高于冰點(diǎn)溫度)產(chǎn)生代謝失調(diào)和細(xì)胞傷害[1]。一般以有無(wú)水浸斑作為植物是否發(fā)生冷害的外觀標(biāo)志,水浸斑形成的原因在于低溫下植物細(xì)胞膜受到損傷而使其透性增加,細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外滲[2]。陳發(fā)河等[3]報(bào)道,甜椒(C a p s ic u m frutescens L.)在0~1℃貯藏,果肉細(xì)胞電解質(zhì)大量外滲,膜透性增大。段學(xué)武等[4]認(rèn)為,草菇(Volvaviella volvacea Sing.)冷害后細(xì)胞膜透性增加,大量的水分和內(nèi)含物滲出胞外。林河通[5]和周龍[6]分別研究橄欖(Canarium album Raeusch.)和龍眼(Dimocarpus longan Lour)的低溫貯藏后認(rèn)為冷害溫度下果實(shí)的膜透性提高,電解質(zhì)滲漏增大,電解質(zhì)滲漏在低溫下的變化可作為測(cè)定果實(shí)冷害程度的指標(biāo)之一。茄子(Solanum melongena L.)[7]、黃瓜(Cucumis sativus L.)[8]、芒果(Mangifera indica L.)[9]、番茄(Lycopersicon esculentum Miller)[10]的研究也得以證明,冷害溫度下果實(shí)的電解質(zhì)大量外滲,膜透性增大。Lieberman[11]在研究冷害溫度下甘薯(Ipomoea batatas Lam.)組織外滲液時(shí)發(fā)現(xiàn),電導(dǎo)值的增大是由于K+外滲增加而引起的。甜瓜果實(shí)對(duì)溫度敏感,在低溫條件貯藏易發(fā)生冷害。冷害后甜瓜(Cucumis melo L.)果實(shí)離子外滲的種類(lèi)、外滲率的大小及與細(xì)胞膜透性的相互關(guān)系未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。
本實(shí)驗(yàn)研究貯藏于低溫條件下甜瓜果實(shí)K+、Na+、Ca2+等離子外滲率的大小,以期能闡明甜瓜果實(shí)冷害后細(xì)胞膜受損情況和K+、Na+、Ca2+的外滲動(dòng)態(tài),為甜瓜果實(shí)的低溫貯藏提供理論依據(jù)。
1.1 材料與試劑
以“臺(tái)農(nóng)2號(hào)”甜瓜果實(shí)為試驗(yàn)材料,該品種早熟,果實(shí)為橢圓形或圓形,果皮乳白色,果面光滑或稍有網(wǎng)紋。隸屬于冬甜瓜變種(Cucumis melo L. var.inodorus)。供試果實(shí)于2004年12月30日采自甘肅省靖遠(yuǎn)縣商業(yè)性甜瓜生產(chǎn)溫室,挑選大小一致、均為八成熟的果實(shí)采收并單瓜編號(hào),裝入兩側(cè)開(kāi)孔的甜瓜運(yùn)輸專(zhuān)用紙板箱(12個(gè)/箱)于采摘當(dāng)日運(yùn)至蘭州冷藏。抵蘭州后分別貯藏在(2±0.5)、(5±0.5)、(8±0.5)℃ RXZ型智能人工氣候箱內(nèi)。每個(gè)溫度3次重復(fù),每次重復(fù)貯藏3箱,貯藏期為2 8 d。
三乙醇胺(分析純) 上海撫佳精細(xì)化工有限公司;NaOH(分析純) 天津大陸化學(xué)試劑廠;EDTA(化學(xué)純)上海南翔有限公司。
1.2 儀器與設(shè)備
DDS-12A型數(shù)字電導(dǎo)儀 上海大普儀器有限公司;6410型火焰分光光度計(jì) 上海分析儀器廠;RXZ型智能人工氣候箱 寧波東南儀器有限公司。
1.3 方法
果實(shí)貯藏期間,在80%甜瓜果實(shí)出現(xiàn)水浸斑、下陷斑和褐變時(shí)取樣進(jìn)行甜瓜果實(shí)電導(dǎo)率和離子泄露的測(cè)定。
1.3.1 相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定
用直徑1cm的打孔器自甜瓜果實(shí)果皮外部打孔,取出后切成厚約3mm圓片,稱(chēng)取5g,用蒸餾水洗凈破碎細(xì)胞外滲的汁液,置入100mL小燒杯中,加50mL蒸餾水,放入真空干燥器中抽氣1h使果肉圓片完全下沉,取出燒杯,室溫放置1h,其間晃動(dòng)燒杯數(shù)次。用電導(dǎo)儀測(cè)其初始電導(dǎo)率(A),然后將樣品管在100℃沸水浴中蒸煮15min,取出后在冷水浴中降溫,降至室溫后測(cè)其總電導(dǎo)率(B)。以相對(duì)電導(dǎo)率表示果肉細(xì)胞膜的相對(duì)透性。
1.3.2 離子外滲率測(cè)定
待測(cè)液的制備同電導(dǎo)率測(cè)定。每個(gè)樣品3個(gè)重復(fù)。Na+、K+含量使用分光光度計(jì)測(cè)定。Ca2+采用EDTA滴定法測(cè)定。吸取待測(cè)液20mL,放入150mL三角瓶中,用水稀釋至約50mL,加入1:1三乙醇胺2mL,搖勻,再加4mol/L NaOH 2mL,搖勻放置2min待Mg(OH)2沉淀后立即加入K-R指示劑0.1~0.2g,用0.01mol/L EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至紫紅色突變?yōu)樗{(lán)綠色。記錄所有EDTA的毫升數(shù)為V1。
式中:M為EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度;V1為EDTA溶液滴定Ca2+時(shí)消耗的體積。
2.1 溫度對(duì)甜瓜果實(shí)細(xì)胞膜透性的影響
在低溫貯藏過(guò)程中,甜瓜果實(shí)細(xì)胞膜透性隨貯藏溫度的降低和貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增大(圖1)。甜瓜果實(shí)在2℃和5℃貯藏12d時(shí),出現(xiàn)典型冷害癥狀——水浸斑,此時(shí)細(xì)胞膜透性分別為51.09%和48.08%,8℃貯藏的果實(shí)未發(fā)生冷害,細(xì)胞膜透性是45.32%,各處理之間差異極顯著(P<0.01)。貯藏28d,2℃和5℃條件果實(shí)的細(xì)胞膜相對(duì)透性分別達(dá)71.73%和69.72%,較8℃貯藏果實(shí)的分別高出15.94%和13.94%,說(shuō)明冷害低溫破壞了膜的完整性,加劇了細(xì)胞內(nèi)離子的外滲,膜完整性損壞程度隨時(shí)間延長(zhǎng)和溫度降低而加重。
圖1 不同溫度條件下白蘭瓜果實(shí),細(xì)胞膜透性,Fig.1 Change of membrane permeability of ‘Honey Dew’muskmelon with time stored at different temperatures
2.2 溫度對(duì)甜瓜果實(shí)K+、Na+、Ca2+外滲的影響
圖2 不同溫度白蘭瓜果實(shí)K+、Na+、C,a2+外滲率Fig.2 Leakage of K+, Na+ and Ca2+ of ,Honey Dew muskmelon stored at different temperatures
如圖2所示,K+的外滲率隨著貯藏期的延長(zhǎng)和溫度的降低而增加。2℃條件果實(shí)K+的外滲率最大,貯藏期末達(dá)到1.37%;8℃貯藏果實(shí)K+的外滲率最小,貯藏期末較2℃貯藏果實(shí)的低0.325%。在整個(gè)貯藏期Na+外滲率也表現(xiàn)為逐漸增大的趨勢(shì),貯藏12d時(shí),3個(gè)處理Na+外滲率變化平緩,隨后2℃貯藏果實(shí)Na+外滲率迅速增加,并超過(guò)5℃和8℃的,貯藏期末是0.67%,較8℃貯藏果實(shí)的高27.00%;在21d,5℃貯藏果實(shí)Na+外滲率急劇增加,28d時(shí)Na+外滲率較21d的高57.16%。如圖2所示,Ca2+的外滲率不隨溫度和時(shí)間延長(zhǎng)出現(xiàn)規(guī)律的變化,且其外滲率極低;2℃、28d時(shí)的外滲率僅為K+的0.079%,Na+的0.162%。
2.3 細(xì)胞膜透性與K+、Na+、Ca2+外滲率的相關(guān)性
表1 不同溫度條件下甜瓜果實(shí)細(xì)胞膜透性與Na+、K+、Ca2+外滲率的相關(guān)性Table 1 Correlation of membrane permeability and the leakage ratio of Na+, K+ and Ca2+ at different temperatures
如表1所示,3種貯藏溫度下,細(xì)胞膜透性與K+和Na+的外滲率呈直線相關(guān)性,且隨K+的變化速率大于隨Na+的變化速率。Ca2+的外滲量與細(xì)胞膜透性的相關(guān)性較低。
生物膜是生物體的細(xì)胞及細(xì)胞器與環(huán)境間的一個(gè)界面結(jié)構(gòu),它既能接受和傳遞環(huán)境信息,又能對(duì)環(huán)境脅迫做出反應(yīng),同時(shí)生物膜在保持生物體的正常生理生化過(guò)程的穩(wěn)定性上具有重要意義[12]。冷敏感型植物冷害的第一反應(yīng)被認(rèn)為是膜物理相的改變[1-2]。植物體遭受冷害時(shí),細(xì)胞膜膜脂的物理相從液晶相變?yōu)槟z相,膜脂上的脂肪酸鏈由無(wú)序排列變?yōu)橛行蚺帕?,膜結(jié)構(gòu)的完整性遭到破壞,產(chǎn)生孔道和龜裂,從而使細(xì)胞膜選擇透過(guò)性機(jī)能降低,細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)大量外滲,最終破壞細(xì)胞的正常代謝[1,13]。
本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,甜瓜果實(shí)遭受冷害后,其細(xì)胞膜透性增加,且溫度越低增加程度越大,表明對(duì)膜的傷害越嚴(yán)重。K+的外滲率隨溫度的降低而增大,這是由于溫度越低,細(xì)胞膜的完整性破壞越嚴(yán)重,進(jìn)而加大了細(xì)胞內(nèi)K+大量外滲。細(xì)胞膜透性的增大與K+的外滲率呈顯著正相關(guān),在2℃和5℃條件相關(guān)系數(shù)分別為0.807和0.930。Lieberman[11]也認(rèn)為冷害溫度下甘薯電導(dǎo)值得增大是由于K+外滲的增加而引起的。
本實(shí)驗(yàn)中Na+外滲率隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,從21d開(kāi)始貯藏溫度越低Na+外滲率越大,且Na+外滲率與細(xì)胞膜透性的增加呈現(xiàn)顯著正相關(guān),在2℃和5℃條件下相關(guān)系數(shù)分別為0.835和0.802。這與Lieberman[11]在甘薯上的結(jié)果不一致,Lieberman[11]認(rèn)為在甘薯的冷害組織和非冷害組織Na+外滲量是一樣的。這種結(jié)果上的差異可能與試驗(yàn)材料不同有關(guān)。2℃ 28d時(shí)外滲率僅為K+的0.079%。在結(jié)冰傷害后的洋蔥表皮細(xì)胞上,Plata[14]測(cè)得Ca2+的外滲量?jī)H為K+量的0.1%,可以進(jìn)一步認(rèn)為,冷害或凍害對(duì)細(xì)胞造成傷害后,Ca2+的外滲率極低。且本實(shí)驗(yàn)中Ca2+的外滲率不隨貯藏溫度和時(shí)間發(fā)生規(guī)律性變化。
以生物膜結(jié)構(gòu)功能的變化來(lái)研究植物抗冷機(jī)理研究正處于快速發(fā)展階段,目前的研究已經(jīng)證明了生物膜結(jié)構(gòu)和膜結(jié)合酶活力與抗冷性有關(guān),ATPase是一種轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞膜內(nèi)外多種離子(K+、Na+、Ca2+等)的酶,一般位于細(xì)胞膜上,被稱(chēng)為膜結(jié)合功能性蛋白質(zhì)。質(zhì)膜上的ATP酶的失活,可能是低溫傷害的原初反應(yīng)部位[12]。Plata[14]認(rèn)為質(zhì)膜上的ATP酶的主動(dòng)運(yùn)輸功能的喪失,可能是造成K+外滲的主要原因。
因此,在甜瓜貯藏中宜從如何提高或維持細(xì)胞膜物理相的穩(wěn)定為出發(fā)點(diǎn),合理采用間歇升溫、氣調(diào)貯藏、熱處理等采后處理措施,增加果實(shí)的抗逆性,延長(zhǎng)保鮮期。限于本實(shí)驗(yàn)僅研究細(xì)胞膜透性和K+、Na+和Ca2+的外滲率相關(guān)性,其他一些離子(Mg2+、Al3+等)在冷害發(fā)生時(shí)外滲率如何變化以及與細(xì)胞膜透性的關(guān)系尚有待于進(jìn)一步的研究。
4.1 甜瓜果實(shí)在2℃和5℃貯藏條件下發(fā)生冷害,其細(xì)胞膜透性增加,且溫度越低增加越大,表明對(duì)膜的傷害越嚴(yán)重。
4.2 K+的外滲率隨溫度的降低和貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)增大;Na+外滲率隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,21d后貯藏溫度越低Na+外滲率越大;Ca2+的外滲率極低,且溫度和貯藏時(shí)間對(duì)其影響不大。
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Ions Leakage of‘ Honey Dew’Muskmelon during Cold Storage
LIU Fang1,2,CHEN Nian-lai2,*, ZHANG Yu-xin2
(1. College of Chemistry and Life Science, Leshan Normal University, Leshan 614004, China;
2. College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)
Membrane permeability, leakage of K+, Na+and Ca2+of‘Honey Dew’muskmelon stored at different temperatures were investigated. Results indicated that low temperature storage promoted membrane permeability. The leakage of K+increased with the decrease of temperature, and the leakage of Na+increased with the increase of storage time and the decrease of temperature after 21d. The leakage amount of Ca2+was at a low level, and not affected by storage temperature or time.
chilling injury;ions leakage;K+;Na+;Ca2+
S609.3;TS255.4
A
1002-6630(2011)10-0271-03
2010-06-28
澳大利亞國(guó)際農(nóng)業(yè)研究中心項(xiàng)目(PHT/1998/152)
劉芳(1978—),女,講師,碩士,研究方向?yàn)橹参镔A藏生理。E-mail:liufang9028@163.com
*通信作者:陳年來(lái)(1962—),男,教授,博士,研究方向?yàn)橹参锷?。E-mail:chennl@gsau.edu.cn