陸玲鴻 馬媛媛 古咸彬 肖金平 宋根華 張慧琴
(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所,浙江 杭州 310021)
獼猴桃是典型的呼吸躍變型果實(shí),有明顯的生理后熟過程,采后易軟化腐爛,不耐貯藏。如何延長(zhǎng)獼猴桃果實(shí)貯藏期已成為獼猴桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大亟待解決的問題[1]。不同基因型獼猴桃果實(shí)的耐貯性差異較大[2-3]。紅心類型的中華獼猴桃品種如紅陽(yáng),具有優(yōu)異的食用品質(zhì),近年來得到了快速發(fā)展,但這類品種果實(shí)軟化較快,耐貯性較差,可食期較短[4]。近幾年,易剝皮、高維生素C含量的毛花獼猴桃已經(jīng)開始規(guī)?;耘?,發(fā)展迅速[5]。毛花獼猴桃新品種華特果實(shí)中淀粉在采前已快速下降,導(dǎo)致其采收時(shí)硬度較低,但其貨架期和可食期較長(zhǎng),耐貯性較好[6-8]。
前期研究發(fā)現(xiàn),不同品種獼猴桃在貯藏過程中果實(shí)質(zhì)地變化存在差異[8]。與美味和中華獼猴桃相比,采前毛花獼猴桃的硬度較低,但在25 ℃貯藏時(shí)果實(shí)質(zhì)地更穩(wěn)定、更耐貯藏。造成這一現(xiàn)象的原因可能與果肉細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)及內(nèi)含物成分、狀態(tài)有關(guān),特別是細(xì)胞壁果膠,其在諸多果蔬的結(jié)構(gòu)特性方面發(fā)揮著重要作用[8]。目前,針對(duì)不同貯藏溫度下,不同品種獼猴桃果實(shí)采后細(xì)胞壁多糖物質(zhì)降解特性與果實(shí)貯藏性相關(guān)性的研究仍鮮見報(bào)道。本研究以紅陽(yáng)和華特獼猴桃果實(shí)為試材,通過測(cè)定25和4 ℃貯藏過程中兩品種獼猴桃果實(shí)的硬度、細(xì)胞壁多糖物質(zhì)含量和果膠降解相關(guān)酶活性,并比較兩品種在25 ℃貯藏下果實(shí)細(xì)胞顯微結(jié)構(gòu)和鈣組分含量差異,旨在為獼猴桃果實(shí)采后細(xì)胞壁多糖物質(zhì)降解特性研究及優(yōu)質(zhì)耐貯的獼猴桃新品種選育提供參考。
供試品種紅陽(yáng)和華特獼猴桃分別采自浙江上虞和浙江仙居的合作試驗(yàn)基地,均于商業(yè)采收期采摘。紅陽(yáng)果實(shí)于盛花后135 d采摘(2020年9月6日),其可溶性固形物含量為6.9%。華特果實(shí)于盛花后170 d采摘(2020年10月30日),其可溶性固形物含量為12.2%。果實(shí)采收當(dāng)天挑選大小均勻、成熟度一致、無病蟲害和機(jī)械損傷的果實(shí),均勻地放在紙箱中,用保鮮膜包裝后分別放置于25和4 ℃環(huán)境中供后續(xù)分析與取樣。貯藏期間,25 ℃貯藏組每3 d取樣一次,4 ℃貯藏組每7 d取樣一次。果實(shí)硬度低于0.02 kg時(shí)停止取樣。25 ℃貯藏時(shí),將貯藏期分為采收期Ⅰ(采收當(dāng)天)、可食期Ⅱ(硬度約為0.1 kg)和過熟期Ⅲ(硬度約為0.025 kg,紅陽(yáng)為采后15 d,華特為采后18 d)。獼猴桃果肉用液氮速凍后置于-80 ℃冰箱保存待測(cè)。每個(gè)重復(fù)取用6個(gè)果實(shí)。
FA2004型分析電子天平,上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;MDF-382E型超低溫冰箱,日本SANYO公司;Synergy型超純水儀,美國(guó)Millipore公司;FHM-1果實(shí)硬度計(jì),日本竹村公司;PAL-1型數(shù)顯糖度計(jì),日本Atago公司;3-18K型高速冷凍離心機(jī),德國(guó)Sigma公司;UV-2600型紫外可見分光光度計(jì),日本島津公司;Leica DM500 型光學(xué)顯微鏡,德國(guó)徠卡公司;微孔板檢測(cè)酶標(biāo)儀,美國(guó)BIOTEK公司;HH-S顯恒溫水浴鍋,江蘇正基儀器有限公司;ZEEnit 700P型原子吸收光譜儀,德國(guó)耶拿公司。
在果實(shí)赤道部位均勻取3個(gè)點(diǎn),削去約1 cm2果皮,用果實(shí)硬度計(jì)測(cè)定硬度,以kg表示。經(jīng)蒸餾水調(diào)零后采用PAL-1型數(shù)顯糖度計(jì)測(cè)定獼猴桃果實(shí)赤道部可溶性固形物含量,以%表示。每品種隨機(jī)測(cè)量6個(gè)果實(shí),結(jié)果取平均值。
半纖維素含量用蒽酮法[9]測(cè)定,用葡萄糖作標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),結(jié)果用mg Glu·g-1FW表示;重量法測(cè)定纖維素含量,結(jié)果用mg·g-1FW表示。不同溶解性果膠含量測(cè)定參考曹建康等[9]的方法,結(jié)果用mg GalA·g-1FW表示。
用蛋白定量試劑盒測(cè)定蛋白濃度,并采用上??婆d生物科技有限公司的ELISA試劑盒進(jìn)行酶活性測(cè)定。每樣品重復(fù)3次,結(jié)果以U·g-1protein表示。
參考文獻(xiàn)[10]的方法。選取25 ℃貯藏條件下的紅陽(yáng)和華特采收期及過熟期的果實(shí)為材料,將果實(shí)赤道部位果肉切塊并用酒精醋酸福爾馬林混合固定液固定,制作石蠟切片,并于光學(xué)顯微鏡下觀察和成像。
對(duì)紅陽(yáng)和華特采收期Ⅰ、可食期Ⅱ和過熟期Ⅲ 3個(gè)時(shí)期的果樣進(jìn)行不同形態(tài)鈣含量的測(cè)定。準(zhǔn)確稱取0.6 g果肉干樣于10 mL離心管中,分別用去離子水、1 mol·L-1氯化鈉、2%醋酸和5%鹽酸逐級(jí)提取,用原子吸收光譜儀測(cè)定各鈣組分含量,試驗(yàn)重復(fù)3次。
采用Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析與繪圖,利用SPSS 26.0軟件進(jìn)行相關(guān)性及顯著性分析。
果實(shí)硬度是反映果實(shí)耐貯性的重要指標(biāo)。貯藏0 d時(shí),華特果實(shí)硬度約為0.2 kg,顯著低于紅陽(yáng)果實(shí)硬度(圖1)。兩種貯藏溫度下,紅陽(yáng)獼猴桃果實(shí)硬度均在貯藏前期快速下降,隨后緩慢下降;25 ℃貯藏時(shí),華特果實(shí)硬度呈緩慢下降趨勢(shì),4 ℃貯藏時(shí),華特果實(shí)硬度在貯藏7 d時(shí)呈現(xiàn)輕微上升趨勢(shì),隨后呈緩慢下降趨勢(shì)。25 ℃條件下,紅陽(yáng)和華特果實(shí)可分別可貯藏15和18 d;4 ℃條件下,紅陽(yáng)和華特果實(shí)可分別貯藏42和28 d。貯藏0 d時(shí),華特果實(shí)可溶性固形物含量顯著高于紅陽(yáng),而貯藏末期顯著低于紅陽(yáng)。25 ℃貯藏下,紅陽(yáng)獼猴桃果實(shí)可溶性固形物含量在貯藏前期快速增加,后期緩慢增加;華特果實(shí)可溶性固形物含量隨貯藏天數(shù)的增加呈緩慢上升趨勢(shì)。相對(duì)于25 ℃貯藏,4 ℃條件下,兩品種果實(shí)可溶性固形物含量均呈緩慢上升趨勢(shì)。
圖1 獼猴桃果實(shí)貯藏期間硬度和可溶性固形物含量的變化Fig.1 Changes of fruit firmness and soluble solid content during storage of kiwifruit
半纖維素(hemicellulose, HCL)和纖維素(cellulose,CL)是細(xì)胞主要的骨架物質(zhì),與果實(shí)硬度密切相關(guān)。由圖2可知,采收時(shí),紅陽(yáng)的HCL和CL含量顯著高于華特。不同貯藏條件下,隨著貯藏天數(shù)的增加,紅陽(yáng)的HCL和CL含量均呈下降趨勢(shì),且均在貯藏前期快速下降,而后緩慢降低,而華特的HCL和CL含量在整個(gè)貯藏過程中下降緩慢。25 ℃貯藏后期,華特的CL含量顯著高于紅陽(yáng)。4 ℃貯藏條件下,紅陽(yáng)的HCL和CL含量始終顯著高于華特。相關(guān)性分析表明,兩種貯藏溫度下,紅陽(yáng)果實(shí)硬度與HCL和CL含量呈極顯著正相關(guān);華特果實(shí)硬度與HCL和CL含量?jī)H在25 ℃貯藏條件下呈極顯著正相關(guān)(表1)。
圖2 獼猴桃果實(shí)貯藏期間半纖維素和纖維素含量的變化Fig.2 Changes of hemicellulose and cellulose contents during storage of kiwifruit
果膠是植物細(xì)胞壁的初生壁和中膠層的主要成分,果膠物質(zhì)含量及成分的變化是影響果實(shí)硬度的關(guān)鍵因素之一[11]。由圖3可知,貯藏0 d時(shí),紅陽(yáng)果實(shí)水溶性果膠(water soluble pectin, WSP)含量顯著低于華特,而離子型果膠(ironic soluble pectin, ISP)和共價(jià)結(jié)合型果膠(covalent soluble pectin, CSP)含量顯著高于華特。兩種貯藏溫度下,紅陽(yáng)果實(shí)WSP含量在貯藏前期快速增加,隨后緩慢增加;CSP含量在貯藏前期快速減少,隨后緩慢減少。華特WSP和CSP含量相對(duì)穩(wěn)定,且WSP含量始終顯著高于紅陽(yáng)。兩品種果實(shí)ISP含量均呈現(xiàn)先增加后減少再增加的波動(dòng)變化趨勢(shì)。4 ℃貯藏條件下,紅陽(yáng)ISP含量始終顯著高于華特。相關(guān)性分析表明,兩種貯藏條件下,兩品種獼猴桃果實(shí)硬度與WSP和CSP含量均存在顯著或極顯著相關(guān)性,但與ISP含量相關(guān)性不顯著(表1)。
圖3 獼猴桃果實(shí)貯藏期間果膠含量的變化Fig.3 Changes of pectin content during storage of kiwifruit
果膠降解與果膠甲酯酶(pectin methylesterase, PME)、內(nèi)切多聚半乳糖醛酸酶(endo-polygalacturonase, PG)和果膠酸裂解酶(pectate lyase, PL)等活性緊密相關(guān)[3]。25 ℃貯藏下,紅陽(yáng)PME活性在貯藏3 d后不斷增加直至貯藏結(jié)束;華特PME活性在貯藏6 d時(shí)達(dá)到最低值,隨后緩慢增加,但活性始終顯著低于紅陽(yáng)(圖4);紅陽(yáng)果實(shí)PME活性與硬度、WSP和CSP組分含量均達(dá)顯著相關(guān)水平,而在華特果實(shí)中的相關(guān)性均不顯著(表1)。4 ℃貯藏下,紅陽(yáng)PME活性在貯藏7 d時(shí)便高達(dá)采收時(shí)的2.6倍,在貯藏后期有所降低;華特PME活性在貯藏前期緩慢增加,在貯藏21 d時(shí)達(dá)到峰值。4 ℃貯藏時(shí)兩品種獼猴桃果實(shí)PME活性較25 ℃貯藏時(shí)有所提高。相關(guān)性分析結(jié)果表明,4 ℃貯藏下的華特果實(shí)PME活性與CSP、HCL和CL組分含量均呈顯著負(fù)相關(guān),而在紅陽(yáng)果實(shí)中均不顯著(表1)。在兩種貯藏溫度下,紅陽(yáng)PG活性變化幅度相對(duì)較小,活性高峰不明顯。25 ℃貯藏下,華特PG活性變化趨勢(shì)與PME活性變化趨勢(shì)較一致;4℃貯藏21 d時(shí),華特PG活性顯著高于紅陽(yáng),低溫抑制了貯藏后期PG活性的上升。PL作用于去甲酯化后的半乳糖醛酸聚糖,催化產(chǎn)生不飽和寡聚半乳糖醛酸。25 ℃貯藏時(shí),兩品種PL活性變化趨勢(shì)相似,在貯藏前9 d,華特PL活性顯著低于紅陽(yáng),但4 ℃貯藏時(shí),除0 d以外,華特PL活性總體高于紅陽(yáng)。相關(guān)性分析表明,僅在25 ℃貯藏時(shí),華特果實(shí)PL活性與WSP、CSP、HCL和CL組分含量呈顯著相關(guān)性,而在紅陽(yáng)果實(shí)中均不顯著(表1)。
圖4 獼猴桃果實(shí)貯藏期間果膠甲酯酶、多聚半乳糖醛酸酶和果膠酸裂解酶活性變化Fig.4 Changes of PME, PG and PL activities during storage of kiwifruit
表1 獼猴桃果實(shí)硬度、細(xì)胞壁組分和果膠降解酶活性之間的相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis between firmness, cell wall fractions and pectin-degrading enzymes in kiwifruit fruit
β-半乳糖苷酶(β-galactosidase,β-Gal)和α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶(α-L-arabinofuranosidase,α-AF)是兩種主要的糖苷酶,能分別水解果膠毛發(fā)區(qū)和半纖維素上的β-半乳糖和α-阿拉伯呋喃糖。25 ℃貯藏條件下,紅陽(yáng)和華特果實(shí)β-Gal活性分別于貯藏9和15 d時(shí)達(dá)到峰值,且貯藏前12 d,華特果實(shí)β-Gal活性顯著低于紅陽(yáng)(圖5)。相比之下,兩品種α-AF活性變化趨勢(shì)較為一致,且均在貯藏9 d時(shí)出現(xiàn)活性高峰。4 ℃貯藏下,β-Gal和α-AF活性變化較為一致,均隨貯藏天數(shù)的增加呈上升-下降-上升的波動(dòng)變化。相關(guān)性分析結(jié)果顯示,β-Gal和α-AF活性與硬度和各細(xì)胞壁多糖組分含量均無顯著相關(guān)性(表1)。
圖5 獼猴桃果實(shí)貯藏期間β-半乳糖苷酶和α-阿拉伯呋喃糖苷酶活性變化Fig.5 Changes of β-Gal and α-AF activities during storage of kiwifruit
采收期,華特表皮細(xì)胞層數(shù)(6層)為紅陽(yáng)(2層)的3倍。華特果肉細(xì)胞呈橢圓形,排列緊密,且表皮細(xì)胞過渡到果肉細(xì)胞是細(xì)胞體積逐漸增大的過程。紅陽(yáng)果肉細(xì)胞形態(tài)不規(guī)則,排列松散(圖6-I)??墒称?,紅陽(yáng)和華特果肉細(xì)胞體積增大,細(xì)胞壁染色程度降低,部分細(xì)胞破裂,紅陽(yáng)近表皮細(xì)胞處出現(xiàn)小空腔(圖6-Ⅱ)。過熟期,紅陽(yáng)和華特果肉細(xì)胞大量破裂,紅陽(yáng)近表皮細(xì)胞處出現(xiàn)較大空腔(圖6-Ⅲ)。此外,切片結(jié)果發(fā)現(xiàn),紅陽(yáng)和華特果肉組織均含有針晶束(草酸鈣),但紅陽(yáng)針晶束含量較少(結(jié)果未顯示),而華特針晶束數(shù)量較多(圖7)。
圖6 獼猴桃果實(shí)貯藏期間細(xì)胞顯微結(jié)構(gòu)變化比較Fig.6 Comparison of cell microstructure changes during storage of kiwifruit
圖7 華特果實(shí)貯藏期間針晶束分布圖Fig.7 Distribution of needle-crystal bundles of White fruits during storage
切片結(jié)果顯示華特果實(shí)含有較多的草酸鈣,因此進(jìn)一步檢測(cè)兩品種果實(shí)中的鈣含量。果肉樣品用去離子水、氯化鈉、醋酸以及鹽酸逐級(jí)提取分別得到水溶鈣、果膠鈣、磷酸鈣和草酸鈣。由圖8可知,紅陽(yáng)和華特獼猴桃果實(shí)中的鈣均以水溶鈣為主,其次為磷酸鈣和果膠鈣,草酸鈣含量最低。3個(gè)取樣時(shí)期下,華特4種鈣組分含量均顯著或極顯著高于紅陽(yáng)。
植物細(xì)胞壁主要由多糖類的纖維素、半纖維素、果膠及少量的糖基蛋白組成[12-15]。細(xì)胞壁組分及結(jié)構(gòu)的變化是導(dǎo)致獼猴桃果實(shí)軟化的關(guān)鍵因素。本試驗(yàn)中,兩獼猴桃品種果實(shí)貯藏過程中,細(xì)胞壁組分發(fā)生不同程度的降解,紅陽(yáng)獼猴桃各細(xì)胞壁多糖組分含量變化速度較快。采收時(shí),紅陽(yáng)HCL、CL、CSP和ISP含量顯著高于華特,WSP含量顯著低于華特。在25和4 ℃貯藏下,紅陽(yáng)和華特獼猴桃果實(shí)HCL、CL和CSP含量呈降低趨勢(shì),WSP含量呈上升趨勢(shì),ISP含量相對(duì)穩(wěn)定,這與前人研究結(jié)果類似[16]。高萌等[11]研究發(fā)現(xiàn), 在整個(gè)貯藏期間,較不耐貯藏的徐香WSP含量極顯著高于耐貯藏的海沃德。而本研究發(fā)現(xiàn),華特WSP含量始終顯著高于紅陽(yáng),但其變化幅度較小且更平緩??梢?,獼猴桃WSP的含量及其穩(wěn)定性均可影響果實(shí)耐貯性。相關(guān)性分析結(jié)果顯示,兩品種獼猴桃果實(shí)硬度與WSP含量呈顯著負(fù)相關(guān),與CSP、HCL、CL含量呈顯著正相關(guān),說明獼猴桃果實(shí)軟化與細(xì)胞壁多糖物質(zhì)的降解緊密相關(guān)。
果實(shí)軟化過程中,細(xì)胞壁聚合物的解體和中膠層的溶解主要由細(xì)胞壁降解酶或蛋白質(zhì)協(xié)同促進(jìn),該過程涉及多個(gè)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)相關(guān)基因[17-18]。果膠是結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的植物細(xì)胞壁多糖,在細(xì)胞與細(xì)胞間的黏附中具有重要作用。果膠聚合物在果實(shí)成熟過程中的降解是幾種果膠代謝酶共同作用的結(jié)果[19-20]。高萌等[11]研究發(fā)現(xiàn),較不耐貯藏的徐香獼猴桃PG、PME和β-Gal活性高于耐貯藏的海沃德??锸ⅲ?1]也發(fā)現(xiàn)紅陽(yáng)獼猴桃PG和β-Gal活性高于耐貯藏的海沃德。本研究發(fā)現(xiàn),25 ℃貯藏前期,紅陽(yáng)獼猴桃PL和β-Gal活性顯著高于華特;貯藏中后期,紅陽(yáng)PME活性顯著高于華特。這些酶活性的差異可能是華特果實(shí)WSP和CSP含量變化速度較慢、變化幅度較小且在25 ℃時(shí)貯藏性優(yōu)于紅陽(yáng)的原因之一。4 ℃貯藏時(shí),除0 d以外,華特PL活性總體高于紅陽(yáng),華特β-Gal活性較25 ℃貯藏有所提高,在貯藏中期與紅陽(yáng)無顯著差異。這些酶活性的變化可能在一定程度上削弱了華特耐貯性的優(yōu)勢(shì)。相關(guān)性分析表明,25 ℃貯藏時(shí),與紅陽(yáng)和華特果實(shí)軟化顯著相關(guān)的果膠降解酶分別是PME和PL;4 ℃貯藏時(shí),與華特果實(shí)軟化顯著相關(guān)的果膠降解酶是PME。大量研究表明,不同果膠降解酶在不同物種果實(shí)軟化中的作用不同。抑制番茄中的PG活性并不能顯著延緩轉(zhuǎn)基因果實(shí)的軟化進(jìn)程[22],而抑制草莓和蘋果中的PG酶基因表達(dá)卻能顯著提高果實(shí)硬度,延長(zhǎng)果實(shí)貨架期[23-24]。目前,在物種間造成這種差異的原因仍然未知。
果實(shí)耐貯性與果實(shí)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。海沃德表皮細(xì)胞層數(shù)大于徐香,果肉細(xì)胞的形變程度小于徐香,均是其耐貯性較好的原因[11]。本研究結(jié)果顯示,25 ℃貯藏期間,華特表皮細(xì)胞層數(shù)更多,果肉細(xì)胞形狀更規(guī)則、排列更緊密也可能是其較耐貯的原因。此外,果皮表皮毛及角質(zhì)層的厚度也影響果實(shí)的耐貯性[11]。本研究中,兩品種果皮角質(zhì)層無明顯差異,但華特果實(shí)表皮毛對(duì)其貯藏性可能有積極作用。對(duì)兩獼猴桃品種果實(shí)不同形態(tài)鈣含量進(jìn)行測(cè)定,發(fā)現(xiàn)華特果實(shí)的水溶鈣、果膠鈣、磷酸鈣和草酸鈣含量均顯著高于紅陽(yáng)。果膠鈣的形成可增加細(xì)胞壁剛性,有助于膜系統(tǒng)的穩(wěn)定和細(xì)胞膨壓的改善[25-26],草酸鈣晶體具有組織支持作用[27]。華特耐貯性強(qiáng)可能與其高含量的果膠鈣和草酸鈣等鈣組分有關(guān)。相關(guān)研究表明,在幼果期噴鈣可有效提高黃金梨果肉中各鈣組分的含量,有效提升貯藏性能[28-29]。采前噴施糖醇螯合鈣可有效提高獼猴桃果實(shí)鈣含量和貯藏性能[30-31]。因此,不耐貯的獼猴桃品種可通過采前適量噴鈣來增加果實(shí)中鈣組分的含量,從而增強(qiáng)其耐貯性。
本研究結(jié)果表明,獼猴桃果實(shí)軟化與細(xì)胞壁多糖物質(zhì)的降解顯著相關(guān)。紅陽(yáng)獼猴桃各細(xì)胞壁多糖組分含量變化速度較快。4 ℃低溫貯藏可減緩紅陽(yáng)和華特果實(shí)細(xì)胞壁多糖物質(zhì)的降解速度,延長(zhǎng)其貯藏期限。25 ℃貯藏前期,紅陽(yáng)獼猴桃PL和β-Gal活性顯著高于華特,貯藏中后期,PME活性顯著高于華特;25 ℃貯藏期間,華特果實(shí)表皮細(xì)胞層數(shù)更多,果肉細(xì)胞排列更緊密,果實(shí)鈣組分含量更高,均可增強(qiáng)華特獼猴桃的耐貯性。4 ℃貯藏前期,紅陽(yáng)β-Gal活性與華特?zé)o顯著差異,而PL活性則低于華特,是低溫貯藏時(shí)華特獼猴桃相對(duì)不耐貯的原因之一。