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(新疆農業(yè)大學食品科學與藥學學院,新疆烏魯木齊 830052)

振動脅迫對杏果實超微結構的影響

李麗花,程曦,朱璇*

(新疆農業(yè)大學食品科學與藥學學院,新疆烏魯木齊 830052)

為了研究振動脅迫對杏果實細胞超微結構影響,以新疆“賽買提”杏為試材,模擬汽車運輸過程,研究不同振動時間和包裝方式對杏果實超微結構的影響。結果表明,隨著貯藏時間延長,振動脅迫會加快杏果實采后貯藏期間細胞壁及各類細胞器的破壞。同時,有網套包裝能更好地保持杏果實細胞壁和葉綠體、線粒體、液泡等細胞器結構形態(tài)。說明網套包裝能減緩振動脅迫對杏果實細胞的損傷,較好地保持杏果實細胞結構完整性。

振動脅迫,模擬運輸,杏果實,超微結構

杏(Prunusarmeniacal)屬薔薇科,李屬,原產于我國,并在新疆林果業(yè)中占有重要的地位[1]。但杏采收主要集中在夏季高溫季節(jié),后熟期短,而且由于新疆南疆杏產區(qū)離國內大中城市距離較遠,杏果實運輸時間長,采后技術及包裝有限,在貯藏和運輸過程中造成大量損耗[2-3]。機械損傷是造成杏采后大量損耗的主要原因之一,而振動脅迫又是造成果實在運輸過程中機械損傷的主要原因[4]。振動脅迫不僅會嚴重影響水果的外觀,還會在一定程度上引起果實各種生理反應的變化,加速果實新陳代謝和衰老解體[5-6]。目前有關振動脅迫對果實影響的研究主要是振動脅迫對獼猴桃[7]、黃花梨[8]等果實采后生理及貯藏品質的影響,而振動脅迫對杏果實超微結構影響的研究鮮見。

本實驗以新疆“賽買提”杏為材料,通過模擬汽車在4 ℃低溫下運輸過程中杏果實的振動脅迫情況,研究不同振動時間和包裝方式在貯藏過程中對杏果實超微結構的影響,觀察貯藏期間杏果實細胞器的變化情況,探討振動脅迫對杏果實細胞超微結構的影響,可為減輕杏果振動損傷的技術研究提供參考。

1 材料和方法

1.1材料與儀器

杏果 采自新疆庫車縣烏恰鎮(zhèn),果實采收后用網套包裝后置于筐內,12 h內運回研究室,選擇大小均勻,硬度為(1.3±0.1) kg/cm2,可溶性固形物為12.5%±0.5%,無病害、蟲害及機械損傷的“賽買提”杏果實作為實驗材料。

自制變頻可調幅振動臺 Y90L-2三相異步電動機(2200 W,380 V,2840 r/min,50 Hz);UC6超薄切片機 徠卡顯微系統(tǒng)(上海)貿易有限公司;JEOLM-1230型透射電鏡 日本電子株式會社;CS101型電熱恒溫恒濕干燥箱 烏魯木齊電器設備制造廠。

1.2實驗方法

將杏果實分成3組,每組20 kg每次處理控制在2 kg左右,將杏果實置于規(guī)格一致的塑料筐中,四周及底部用海綿及紙加以固定,將裝有聚乙烯發(fā)泡網套(以下簡稱網套)包裝與無網套包裝的杏的塑料筐固定于自制變頻可調幅振動臺上,在溫度為4 ℃,相對濕度為90%～95%的低溫環(huán)境中進行水平和垂直方向振動頻率為5 Hz，振動時間為24、48 h的振動處理,以未進行振動處理的杏果實為對照,每組實驗重復3次;將振動完成的杏果實放在4 ℃、相對濕度90%～95%的冷庫貯藏,分別取貯藏0、21、35 d樣品進行實驗。

1.2.2 電鏡分析 參照侯媛媛[11]的方法,用雙面刀片從果實中間部位將含有果皮的果肉組織切成面積為1 nm×1 nm,厚度為2 mm的小塊,迅速將其用2.5%戊二醛(0.1 mol/L 磷酸緩沖液配制,pH=7.2)在4 ℃條件下進行前固定14 h,同時抽氣直到切塊下沉;磷酸緩沖液(pH=7.2)沖洗后,用1%餓酸(磷酸緩沖液配制)在4 ℃條件下進行后固定2 h,用磷酸緩沖液再次沖洗;用體積分數(shù)不同的乙醇和純丙酮梯度脫水,純丙酮過度;用100%的環(huán)氧樹脂Epon-812滲透包埋,最后在30 ℃(12 h)和60 ℃(48 h)下聚合;修塊后用超薄切片機切成60～90 nm的薄片,再經醋酸雙氧鈾-檸檬酸鉛染色,用透射電鏡觀察、拍照。

2 結果與分析

2.1振動脅迫對杏果實細胞膜結構的影響

細胞膜與果實后熟衰老具有密切關系,細胞膜完整性遭到破壞,導致選擇透性喪失,物質交換被打破,生理代謝紊亂,最終導致細胞崩潰。振動脅迫對杏果實細胞膜的影響如圖1所示。

在貯藏第0 d杏果實細胞膜結構均完整且清晰。在貯藏第21 d時,對照杏果實和振動24 h網套包裝的杏果實細胞膜均未被破壞,有較完整的細胞膜結構;振動24 h無網套包裝的杏果實和振動48 h網套包裝的杏果實細胞膜開始模糊;振動48 h無網套包裝的杏果實細胞膜結構發(fā)生折皺甚至降解。貯藏第35 d,細胞膜結構基本被破壞,發(fā)生折皺且部分開始降解甚至消失。

由圖1可知,在貯藏期間振動脅迫處理時間越長對杏果實細胞膜的破壞越顯著;而網套包裝能較無套包裝更好地保持杏果實細胞膜結構的完整性。

2.2振動脅迫對杏果實細胞壁結構的影響

成熟過程中,果實軟化與細胞壁有關,果實在軟化過程中質壁間存在互作效應,振動脅迫對杏果實細胞壁的影響如圖2所示。

在貯藏第0 d對照杏果實、振動24 h杏果實和振動48 h網套包裝杏的果實細胞壁沒有發(fā)生明顯變化,細胞壁結構均勻且完整,杏果實初生壁和中膠層緊密結合,細胞壁呈明-暗-明區(qū)域結構;振動48 h無網套包裝的杏果實細胞壁出現(xiàn)彎曲,但未發(fā)生質壁分離現(xiàn)象。

在貯藏21 d時對照杏果實的細胞壁保持完整,且厚度均勻;振動24 h網套包裝的杏果實細胞壁也保持較為完整的結構,但中膠質層開始降解;振動24 h無網套包裝的杏果實和振動48 h網套包裝的杏果實細胞壁均開始發(fā)生變形但未發(fā)現(xiàn)降解,中膠質層開始降解;振動48 h無網套包裝的杏果實則出現(xiàn)質壁分離的現(xiàn)象,細胞壁開始降解,細胞間隙變大。

貯藏第35 d,對照杏果實細胞壁彎曲變形,部分細胞壁模糊;振動24 h網套包裝杏果實細胞壁彎曲甚至開始降解;振動24 h無網套包裝杏果實細胞壁發(fā)生降解,出現(xiàn)質壁分離現(xiàn)象;振動48 h網套包裝杏果實細胞壁彎曲、降解,中膠層降解,質壁分離現(xiàn)象出現(xiàn);振動48 h無網套包裝杏果實細胞壁嚴重變形,中膠層降解,質壁分離現(xiàn)象明顯。

由此可知,振動48 h無網套包裝在貯藏第0 d細胞壁就發(fā)生彎曲現(xiàn)象,振動24 h無網套包裝杏果實細胞壁在貯藏第21 d開始變形;振動48 h無網套包裝的杏果實在貯藏第21 d出現(xiàn)質壁分離的現(xiàn)象,而對照杏果實細胞壁未發(fā)生明顯變化,相同振動時間網套包裝細胞壁損傷較少。說明振動脅迫能夠加速細胞壁降解及產生質壁分離現(xiàn)象,而無網套包裝能有效緩減振動脅迫對杏果實細胞壁的影響。

圖1 振動脅迫對杏果實超微結構的影響Fig.1 Effect of simulating transportation vibration stress on the cell ultrastructure of apricot fruits注:CW:細胞壁;M:線粒體;ML:中膠層;Chl:葉綠體;V:液泡;OD:嗜鋨顆粒;N:細胞核;ER:內質網;CC:細胞內含物;CY:細胞質;ICS:細胞間隙;VE:囊泡;圖2同。

圖2 振動脅迫對杏果實細胞壁的影響Fig.2 Effect of simulating transportation vibration stress on the cell walls of apricot fruits

2.3振動脅迫對杏果實細胞器的影響

在果實衰老過程中,伴隨著細胞膜和細胞壁發(fā)生一系列變化,細胞器也發(fā)生顯著變化,使細胞功能由強減弱,最后消失。在貯藏期間振動脅迫對杏果實細胞器的影響如圖1所示。

在貯藏第0 d,對照杏果實葉綠體呈橢圓形或近似圓形,有較完整的雙層膜結構并靠近細胞壁,有嗜鋨顆粒分散在體內,液泡占據(jù)細胞大部分面積。振動24 h的杏果實與對照杏果實相比,細胞器無明顯差異;網套包裝和無網套包裝的杏果實細胞內細胞器的變化差異也不明顯。振動48 h網套包裝杏的果實,大多數(shù)細胞器排列有序且基本無損,但細胞與細胞間的間隙略有增大,結構完整的線粒體和液泡數(shù)量較多,細胞質內含物緊貼細胞壁。振動48 h無網套包裝的杏果實葉綠體內基質片層松散導致嗜鋨顆粒增多且有小泡產生,甚至部分細胞中葉綠體內的小泡破裂導致葉綠體結構不清晰;細胞質中有豐富的大小不一的囊泡;細胞間隙明顯增大。

在貯藏第21 d,對照杏果實葉綠體基質片層解體,大量的嗜鋨顆粒存在,線粒體數(shù)量增多,但部分線粒體結構被拉長變得模糊,內脊的數(shù)量減少,有小泡出現(xiàn)。振動24 h網套包裝的杏果細胞內含物基本無損且排列整齊,囊泡在細胞內大量出現(xiàn)且部分囊泡發(fā)生膨脹;振動24 h無網套包裝的杏果實和振動48 h網套包裝的杏果實在貯藏21 d時細胞內容物明顯減少且排列混亂,空泡現(xiàn)象出現(xiàn);葉綠體由橢圓開始趨于圓形且變大,基粒和基質片層結構模糊甚至消失,囊泡化現(xiàn)象產生。振動48 h無網套包裝的杏果實內容物減少且降解呈絮狀;細胞器排列混亂;出現(xiàn)明顯的空泡化現(xiàn)象;線粒體數(shù)目明顯減少且內部呈小泡化,線粒體結構開始降解,模糊;胞間層開始分解形成絮狀空隙。

在貯藏第35 d振動24 h網套包裝的杏果實和對照杏果實細胞超微結構無明顯的變化差異。內容物繼續(xù)減少;細胞器排列開始混亂;葉綠體內增大且出現(xiàn)空泡現(xiàn)象;線粒體基粒片層和基質片層結構開始模糊;細胞間隙明顯且增大;細胞內出現(xiàn)嚴重的囊泡化現(xiàn)象。振動24 h無網套包裝的杏果實在貯藏35 d時細胞結構已經被破壞,細胞內含物質明顯減少;細胞器降解且排列紊亂,細胞內的區(qū)域化被破壞,變得渾濁不清;細胞內容物降解呈絮狀沉淀物質堆積。振動48 h網套包裝的杏果實在貯藏35 d時細胞也已出現(xiàn)皺縮、變形等現(xiàn)象,細胞內囊泡化嚴重且部分囊泡開始膨脹,葉綠體、線粒體等細胞器從清晰可見到逐漸開始變形解體,結構變得模糊。振動48 h無網套包裝杏果實細胞器嚴重解體,細胞結構模糊,細胞質呈現(xiàn)絮狀,細胞內物質排列混亂并出現(xiàn)互溶現(xiàn)象。

由此可知,振動48 h無網套包裝在貯藏第0 d細胞器就發(fā)生變化;在貯藏第21 d杏果實內容物減少且降解呈絮狀,細胞器排列混亂;在貯藏第35 d細胞器嚴重解體,并出現(xiàn)互溶現(xiàn)象。其他處理杏果實與振動48 h無網套包裝杏果實相比細胞器損傷偏輕。

3 討論

超微結構的變化是果實發(fā)育成熟到衰老過程和生理代謝狀態(tài)的重要特征[11]。振動脅迫在導致果蔬組織破損強度以下的情況下,就能夠誘導果實細胞結構和組織內部發(fā)生多種生理化學變化及細胞膜滲透加強等,降低其固有的抗病性,進而促進果蔬的后熟、衰老變質和腐爛[12-13]。

雖然目前對細胞結構在衰老中的變化做了一些研究,但除了對細胞壁的研究結論較為一致,其他部分的認識還較為有限,不同研究材料所得結論有所不同。一般認為內部細胞器和細胞壁幾乎同時進入衰老,其中葉綠體崩潰時間較早,而線粒體較晚,細胞膜結構最后喪失,整個細胞生命活動宣告結束。本研究中,振動48 h無網套包裝杏果實在貯藏的第21 d中膠層逐漸降解消失,細胞壁開始出現(xiàn)變形,出現(xiàn)輕微質壁分離現(xiàn)象,變形時間,強度明顯高于對照和有網套包裝。判斷植物細胞活性時葉綠體結構的正常與否也是一個重要的依據(jù),本實驗中振動 48 h無網套包裝杏果實葉綠體在貯藏當天雙層膜結構開始產生小泡,甚至破裂導致不清晰,葉綠體基質內片層隨之輕微松散,游離在葉綠體內的嗜鋨顆粒數(shù)量明顯增多。在貯藏第21 d時,葉綠體已嚴重變形、降解,降解程度明顯強于有網套包裝,而對照杏果實葉綠體保持完好。線粒體較不敏感,所以衰老退化變化發(fā)生的較晚[14]。在本實驗中,線粒體也是最后發(fā)生變化的細胞器,但是線粒體結構變化及數(shù)目減少的時間早于對照杏。本研究表明,細胞組織結構及相關細胞器的衰老變化與菠蘿[15]、葡萄[16]、獼猴桃[17]、番茄[18]、紅富士[19]、油桃[20]等發(fā)育過程中細胞組織結構變化一致,但振動脅迫能明顯加快細胞結構的變化,并且主要細胞器的衰老變化順序基本符合植物衰老超微結構的一般性概念。

4 結論

振動脅迫能夠加快杏果實細胞的損傷程度,但網套包裝能較無網套包裝更好的減緩振動脅迫對杏果實細胞的損傷,保持杏果實細胞壁和葉綠體、線粒體、液泡等細胞器結構的完整,從而保持杏果實細胞結構的完整性。

[1]劉路,張謙,趙曉梅. 不同處理對賽買提杏貯藏保鮮效果的影響[J]. 食品工業(yè),2010(2):37-39.

[2]朱璇,侯媛媛,賈燕,等. 水楊酸處理對冷藏杏果實細胞超微結構的影響[J]. 食品科學,2014,35(14):193-197.

[3]Remón S,Venturini M E,Lopez-Buesa P,et al. Burlat cherry quality after long range transport:optimisation of packaging conditions[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies,2003,4(4):425-434.

[4]周然,李云飛. 不同強度的運輸振動對黃花梨的機械損傷及貯藏品質的影響[J]. 農業(yè)工程學報,2007,23(11):255-259.

[5]Vol. N. Assessment of virbration injury to Bartlett pears[J]. Transactions of the Asae,1993,36(4):1043-1047.

[6]俞雅瓊,董明,王旭東,等. 機械損傷對碭山酥梨采后生理生化變化的影響[J]. 保鮮與加工,2011,11(3):10-15.

[7]李正國,王忠禧. 振動脅迫對獼猴桃果實成熟衰老生理的影響[J]. 農業(yè)工程學報,2000,16(4):142-143.

[8]Zhou R,Su S,Li Y. Effects of cushioning materials on the firmness of Huanghua pears(PyruspyrifoliaNakai,cv. Huanghua)during distribution and storage[J]. Packaging Technology & Science,2008,21(1):1-11.

[9]盧立新,黃祥飛,華巖. 基于模擬運輸條件的梨果實包裝振動損傷研究[J]. 農業(yè)工程學報,2009,25(6):110-114.

[10]程曦,振動脅迫對杏果實采后后熟軟化影響的研究[D].烏魯木齊:新疆農業(yè)大學,2015.

[11]侯媛媛. 水楊酸處理減輕杏果實冷害機理的研究[D].烏魯木齊:新疆農業(yè)大學,2014.

[12]Crisosto C H,Johnson R S,Luza J,et al. Incidence of physical damage on peach and nectarine skin discoloration development:anatomical studies[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science,1993,118(6):796-800.

[13]李萍. 黃花梨模擬運輸振動引起的機械損傷與品質損害[D].杭州:浙江大學,2014.

[14]闞娟,謝海艷,金昌海. 桃果實成熟軟化過程中生理特性及細胞壁超微結構的變化[J]. 江蘇農業(yè)學報,2012,28(5):1125-1129.

[15]H P S Abdul Khalil,M Siti Alwani,A K Mohd Omar. Chemical composition,anatomy,lignin distribution,and cell wall structure of Malaysian plant waste fibers[J]. Bioresources,2006,1(2):220-232.

[16]張大鵬,李珉,王毅. 葡萄果實發(fā)育過程中果肉細胞超微結構的觀察[J]. 植物學報,1997，39(5):389-396.

[17]Panarese V,Laghi L,Pisi A,et al. Effect of osmoticdehydration on Actinidia deliciosa,kiwifruit:A combined NMR and ultrastructural study[J]. Food Chemistry,2011,132(4):1706-1712.

[18]Yang J,F U Mao-Run,Zhao Y Y,et al. Reduction of chilling injury and ultrastructural damage in cherry tomato fruits after hot water treatment[J]. Journal of Integrative Agriculture(農業(yè)科學學報(英文)),2009,8(3):304-310.

[19]Ortiz A,Graell J,Lara I. Cell wall-modifying enzymes and firmness loss in ripening ‘Golden Reinders’ apples:A comparison between calcium dips and ULO storage[J]. Food Chemistry,2011,128(128):1072-1079.

[20]趙彩平,韓明玉,孫芳娟. 不同采收成熟度油桃的貯藏效應及果肉細胞超微結構觀察[C]//中國園藝學會桃分會成立暨學術研討會論文集,2011,326-330.

Effectofsimulatingtransportationvibrationstressonthecellultrastructureofapricotfruits

LILi-hua,CHENGXi,ZHUXuan*

(College of Food Science and Pharmacy,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China)

The effect of simulating transportation vibration stress on the cell ultrastructure of “Saimaiti” apricot fruits was researched in this paper. Xinjiang “Saimaiti” apricot fruits as experimental materials,the transportation process by car was simulated.The effects of different vibration time and different packaging methods on the ultrastructure were studied. The results showed that the vibration stress accelerated the destruction of the cell wall and the cell organelles of apricot fruits during the storage. At the same time,the net shell packaging could better maintain the cell wall and chloroplast,mitochondria,vacuoles and other organelles structure. It suggested that the foam-net package could reduce the damage of the fruit cells by vibration stress,and the integrity of the cell structure of apricot fruit could be better maintained.

vibration stress;simulating transportation;apricot fruits;cell ultrastructure

2017-01-10

李麗花(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：果蔬貯藏與保鮮，E-mail：932555275@qq.com。

*通訊作者:朱璇(1971-)，女，博士，教授，研究方向：果蔬貯藏與保鮮，E-mail：13999877961@126.com。

公益性行業(yè)(農業(yè))科研專項(201303075)；國家自然科學基金資助項目(31460414)。

TS255.3

:A

:1002-0306(2017)16-0280-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.16.053