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 材料與方法

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 結(jié)果與分析

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。

3 討 論

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 結(jié) 論

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。

[1] LYONS J M. Chilling injury in plants[J]. Ann Rev Plant Physiol,1973, 24: 445-466.

[2] 王毅, 楊宏福, 李樹(shù)德. 園藝植物冷害和抗冷性的研究[J]. 園藝學(xué)報(bào),1994, 21(3): 239-244.

[3] 陳發(fā)河, 張唯一, 吳光斌. 變溫處理后甜椒果實(shí)對(duì)低溫脅迫的生理反應(yīng)[J]. 園藝學(xué)報(bào), 1994, 21(4): 351-356.

[4] 段學(xué)武, 龐學(xué)群, 張昭其. 草菇低溫貯藏及有關(guān)生理變化研究[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào), 2000, 21(4): 75-79.

[5] 林河通, 傅虬聲, 洪啟征. 橄欖果實(shí)的冷藏適溫與冷害初報(bào)[J]. 福建農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1996, 25(4): 485-489.

[6] 周云, 季作梁, 林偉振. 龍眼冷藏適溫及其冷害的研究[J]. 園藝學(xué)報(bào),1997, 24(1): 13-18.

[7] 席嶼芳, 余挺, 錢(qián)冬梅. 茄子果實(shí)冷害生理的研究[J]. 園藝學(xué)報(bào), 1998,25(3): 303-305.

[8] 潘永貴, 李正國(guó). 變溫處理對(duì)黃瓜果實(shí)生物膜保護(hù)系統(tǒng)的影響[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào), 2003, 24(2): 30-33.

[9] 季作梁, 張昭其, 王燕, 等. 芒果低溫貯藏及其冷害的研究[J]. 園藝學(xué)報(bào), 1994, 21(2): 111-116.

[10] 李麗萍, 韓濤. 果蔬采后冷害的控制[J]. 北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào), 1998, 13(3): 122-130.

[11] LIEBERMAN M, CRAFT C C, AUDIA W V, et al. Biochemical studies of chilling injury in sweetpotatoes[J]. Plant Physiology, 1958,33(5): 307-311.

[12] 王洪春. 植物抗性生理[J]. 植物生理學(xué)通訊, 1981(6): 72-81.

[13] 劉全長(zhǎng). 香蕉冷害及防寒技術(shù)[J]. 福建熱帶作物科技, 2001, 26(4):14-15.

[14] PALTA J P, LEVITT J, STADELMANN E J. Freezing injury in onion bulb cells[J]. Plant Physiology, 1977, 60: 393-397.

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