夏明輝,張 珅,,趙云峰,汪 瑩,何 凡,陳發(fā)河,林藝芬,陳福泉,
(1.集美大學(xué)海洋食品與生物工程學(xué)院,福建 廈門 361021;2.鹽城工學(xué)院海洋與生物工程學(xué)院,江蘇 鹽城 224051;3.亞熱帶特色農(nóng)產(chǎn)品采后生物學(xué)(福建農(nóng)林大學(xué))福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 福州 350002;4.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,福建 福州 350002)
獼猴桃為獼猴桃科(Actinidiaceae)獼猴桃屬(Actinidia)藤本植物,原產(chǎn)于我國(guó),在我國(guó)南北方地區(qū)均有大規(guī)模種植,果實(shí)產(chǎn)量居世界首位,是重要的大宗經(jīng)濟(jì)水果[1],并且具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[2]。獼猴桃屬于呼吸躍變型果實(shí),其采后成熟過程的重要特征為接近完熟時(shí)果實(shí)迅速軟化,導(dǎo)致果實(shí)貯運(yùn)期受限,貨架期和最佳食用期較短[3],因此在其采收和商品化處理、流通過程中廣泛采用適當(dāng)早采、單果內(nèi)襯和箱式包裝等方式[4],以提高果實(shí)耐貯運(yùn)性,并結(jié)合冷藏、氣調(diào)貯藏等手段以延緩后熟過程,延長(zhǎng)其保鮮期[3]。作為冷敏型果實(shí),獼猴桃在不適宜的低溫條件下極易發(fā)生冷害,主要表現(xiàn)為果肉顆粒狀木質(zhì)化和水浸狀腐敗,嚴(yán)重降低果實(shí)的食用品質(zhì),導(dǎo)致貯藏、運(yùn)輸、流通和銷售過程中產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失[5]。
國(guó)內(nèi)外研究人員采用許多化學(xué)和物理方法,如1-甲基環(huán)丙烯[9]、臭氧[10]、乙烯[11]、草酸[12]、褪黑素[13]以及氣調(diào)[14]處理等,通過維持活性氧代謝酶系統(tǒng)較高的清除能力延緩果實(shí)冷害的發(fā)生。在諸多化學(xué)方法中,外部施用植物內(nèi)源調(diào)節(jié)物質(zhì)的方法具有較廣的適用性,也更有助于深入發(fā)掘果蔬冷害發(fā)生與控制的內(nèi)在調(diào)控點(diǎn),可產(chǎn)生良好的冷害控制效果,加深對(duì)于相關(guān)機(jī)制的理論認(rèn)知[15-17]。γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是廣泛存在于生物體內(nèi)的天然氨基酸,具有天然無毒、極易獲取、成本低等特點(diǎn),并且可調(diào)節(jié)植物體內(nèi)多種脅迫反應(yīng)[18]。研究表明,GABA可以通過提高抗氧化酶活性[19]、緩解氧化應(yīng)激反應(yīng)[19]、維持能量水平[20]、減輕膜脂過氧化程度[21]等作用提高西葫蘆[20]、番石榴[22]、印度油柑[23]等果蔬的組織抗冷性,減輕低溫傷害。但是,目前鮮見將GABA應(yīng)用于獼猴桃采后冷害控制的報(bào)道;GABA是否對(duì)冷藏獼猴桃果實(shí)活性氧清除系統(tǒng),尤其是非酶清除系統(tǒng)具有調(diào)控效應(yīng),從而調(diào)節(jié)氧化還原平衡,增強(qiáng)組織抗冷性,也值得深入研究。因此,本實(shí)驗(yàn)采用GABA溶液對(duì)采后獼猴桃果實(shí)進(jìn)行貯前處理,研究GABA處理對(duì)冷藏獼猴桃果實(shí)冷害發(fā)生和活性氧產(chǎn)生、活性氧清除酶系統(tǒng)和非酶系統(tǒng)的影響,旨在為采后獼猴桃果實(shí)冷害控制實(shí)踐及調(diào)控機(jī)制的研究提供參考。
獼猴桃果實(shí)采自福建省三明市建寧縣聚晟源現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司,果實(shí)采收后經(jīng)單果套網(wǎng)袋和瓦楞紙箱包裝,由廂式貨車于5 h內(nèi)運(yùn)至集美大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏實(shí)驗(yàn)室(廈門),選取約9 成熟且形狀大小均一、無機(jī)械傷和病蟲害的果實(shí)作為實(shí)驗(yàn)材料。
氫氧化鈉、鹽酸羥胺、對(duì)氨基苯磺酸、乙酸、三氯乙酸、硫代巴比妥酸、α-萘胺、亞硝酸鉀、二甲酚橙、硫酸亞鐵銨、乙二胺四乙酸、聚乙烯吡咯烷酮、H2O2、二硫蘇代糖醇、蛋氨酸、氮藍(lán)四唑 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;核黃素、二硫代硝基苯酸鉀、GSH、氧化型谷胱甘肽、還原型輔酶II四鈉鹽、AsA、還原型輔酶I、抗壞血酸氧化酶、單脫氫抗壞血酸(monodehydroascorbic acid,MDHA)、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉 阿拉?。ㄉ虾#┰噭┯邢薰?;以上試劑均為分析純。
質(zhì)構(gòu)儀 廈門超技儀器設(shè)備有限公司;全自動(dòng)分析天平 上?;ǔ睂?shí)業(yè)有限公司;UV-8000紫外-可見分光光度計(jì) 上海元析儀器有限公司;SYG-1220數(shù)顯恒溫水浴鍋 美國(guó)精騏有限公司;JM-05D-80超聲波清洗機(jī)廣東潔盟超聲實(shí)業(yè)有限公司;PSX-330H智能恒溫恒濕箱寧波萊??萍加邢薰?;DDS-11A電導(dǎo)率儀 上海大普儀器有限公司。
1.3.1 果實(shí)采后處理及貯藏
前期預(yù)實(shí)驗(yàn)已篩選出2.0 mmol/L為較適宜的GABA處理濃度。將獼猴桃果實(shí)隨機(jī)分為兩組,每組300 個(gè)果實(shí)。一組果實(shí)用2.0 mmol/L GABA溶液浸泡20 min,另一組果實(shí)以蒸餾水代替GABA溶液浸泡作為對(duì)照組,處理后的果實(shí)在20 ℃下靜置1 h,自然晾干,然后置于(4±1)℃、(85±5)%相對(duì)濕度的冷庫(kù)中貯藏。貯藏期內(nèi)每10 d隨機(jī)取40 個(gè)獼猴桃果實(shí)樣品進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。
1.3.2 指標(biāo)測(cè)定
1.3.2.1 細(xì)胞膜透性
參照Zhang Zhengke等[24]的方法,隨機(jī)選取10 個(gè)獼猴桃果實(shí),用打孔器(8 mm)在每個(gè)果實(shí)赤道面上取3 片2 mm厚的薄片,用電導(dǎo)率儀分別測(cè)定自然滲出電解質(zhì)溶液和組織破壞后滲出電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率,結(jié)果以相對(duì)電導(dǎo)率表示。
1.3.2.2 冷害指數(shù)
參考Li Ziying等[25]的方法,根據(jù)獼猴桃果實(shí)去皮后表面凹陷和水漬狀部分占整果表面積比例,將冷害指數(shù)分為4 級(jí):0級(jí)為無冷害癥狀;1級(jí)為冷害發(fā)生面積比例小于25%;2級(jí)為冷害發(fā)生面積比例大于25%且小于50%;3級(jí)為冷害面積比例大于50%且小于75%;4級(jí)為冷害發(fā)生面積比例大于75%。貯藏過程中及時(shí)剔除因微生物侵染而腐爛的果實(shí),之后不再列入統(tǒng)計(jì)。冷害指數(shù)按式(1)計(jì)算。
1.3.2.3 丙二醛含量
參考Lin Yu zhao 等[26]的方法進(jìn)行丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量的測(cè)定,隨機(jī)從20 個(gè)獼猴桃果實(shí)中取2.0 g果肉,采用硫代巴比妥酸比色法測(cè)定其在532 nm波長(zhǎng)處的吸光度,分別在420 nm和600 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度用于消除誤差,結(jié)果以μmol/g為單位。
H2O2含量參考王俊文[28]的方法,隨機(jī)從20 個(gè)獼猴桃果實(shí)中取2.0 g果肉,采用二甲酚橙顯色法進(jìn)行測(cè)定,以H2O2標(biāo)準(zhǔn)品作標(biāo)準(zhǔn)曲線,結(jié)果以μmol/g為單位。
1.3.2.5 可溶性蛋白含量
參考Lin Yifen等[27]的方法,采用考馬斯亮藍(lán)G-250比色法測(cè)定可溶性蛋白含量,以牛血清白蛋白作標(biāo)準(zhǔn)曲線,其含量用于后續(xù)酶活力計(jì)算。
1.3.2.6 活性氧清除酶活力
SOD活力的測(cè)定參考楊乾等[29]的方法,隨機(jī)從20 個(gè)獼猴桃果實(shí)中取2.0 g果肉,以每分鐘酶反應(yīng)體系對(duì)氮藍(lán)四唑光化學(xué)還原抑制50%為1 個(gè)活力單位(1 U)。CAT活力的測(cè)定參考Cakmak等[30]的方法,以每分鐘反應(yīng)溶液在240 nm波長(zhǎng)處吸光度變化0.01為1 U。APX活力的測(cè)定參考Ren Yanfang等[31]的方法,以每分鐘反應(yīng)體系在290 nm波長(zhǎng)處OD值變化0.01為1 U。上述酶活力結(jié)果均以U/mg pro為單位。
1.3.2.7 AsA和GSH含量
參考胡苗等[32]的方法,隨機(jī)從20 個(gè)獼猴桃果實(shí)中取2.0 g果肉,采用比色法進(jìn)行AsA含量的測(cè)定,對(duì)其還原的亞鐵離子與紅菲咯啉反應(yīng)生成物進(jìn)行比色;通過與5.5’-二硫雙對(duì)硝基苯甲酸(5.5’-dithiobis(2-nitrobenzoic acid),DTNB)反應(yīng)測(cè)定GSH含量,分別以AsA和GSH標(biāo)準(zhǔn)品作標(biāo)準(zhǔn)曲線,AsA和GSH含量分別以mg/100 g和μmol/g為單位。
1.3.2.8 AsA-GSH循環(huán)相關(guān)酶活力
參考王懿等[33]的方法,隨機(jī)從20 個(gè)獼猴桃果實(shí)中取2.0 g果肉,谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase,GR)活力以每分鐘反應(yīng)體系在340 nm波長(zhǎng)處吸光度減少0.01為1 U;MDHA還原酶(monodehydroascorbate reductase,MDHAR)活力以消耗1 μmol NADH為1 U;脫氫抗壞血酸還原酶(dehydroascorbate reductase,DHAR)活力以生成1 μmol的AsA為1 U。結(jié)果均以U/mg pro為單位。
1.3.2.9 1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除率和總還原力
參考Chen Chen等[34]的方法,隨機(jī)從20 個(gè)獼猴桃果實(shí)中取2.0 g果肉,采用1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基清除法和亞鐵離子法分別測(cè)定DPPH自由基清除率及總還原力,分別在517 nm和700 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度,DPPH自由基清除率采用公式(2)計(jì)算??傔€原力以700 nm波長(zhǎng)處吸光度表示。
每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3 次重復(fù),使用Microsoft Excel 2019軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并繪圖。采用SPSS Statistics 26軟件中單因素方差分析對(duì)結(jié)果進(jìn)行差異顯著性分析。采用Origin 2021軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析(principal components analysis,PCA)并繪圖。
如圖1A所示,冷藏獼猴桃果實(shí)的冷害指數(shù)隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加,與對(duì)照組果實(shí)相比,處理組果實(shí)的冷害指數(shù)在20~40 d和60 d時(shí)顯著較低(P<0.05,P<0.01)。圖1B顯示,對(duì)照組獼猴桃果實(shí)的細(xì)胞膜透性在0~10 d迅速上升,隨后緩慢升高。由于采后果實(shí)接近完熟時(shí)細(xì)胞膜透性會(huì)快速上升,可推斷本研究供試果實(shí)冷藏條件下的快速后熟期為貯藏0~10 d。GABA處理組果實(shí)細(xì)胞膜透性的變化趨勢(shì)與對(duì)照組一致,且在整個(gè)貯藏期內(nèi)顯著低于對(duì)照組(P<0.05,P<0.01)。由圖1C可知,獼猴桃果實(shí)MDA含量隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加;與對(duì)照組相比,經(jīng)GABA處理的果實(shí)MDA含量在貯藏0~30 d緩慢升高,其中在10~30 d和60 d時(shí)顯著較低(P<0.05,P<0.01)。
圖1 GABA處理對(duì)冷藏獼猴桃果實(shí)冷害指數(shù)(A)、細(xì)胞膜透性(B)和MDA含量(C)的影響Fig.1 Effect of GABA treatment on chilling injury index (A),cell membrane permeability (B),and MDA content (C) in kiwifruit during cold storage
圖2 GABA處理對(duì)冷藏獼猴桃果實(shí)產(chǎn)生速率(A)和H2O2含量(B)的影響Fig.2 Effect of GABA treatment on superoxide anion radical production rate (A) and H2O2 content (B) in kiwifruit during cold storage
如圖3A所示,對(duì)照組和GABA處理組果實(shí)的SOD活力均在0~10 d上升,之后隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)不斷下降;與對(duì)照組相比,GABA處理組果實(shí)的SOD活力在10~30 d和50 d時(shí)顯著較高(P<0.05,P<0.01)。由圖3B可知,對(duì)照組果實(shí)CAT活力在整個(gè)貯藏期內(nèi)逐漸下降,而GABA處理組果實(shí)CAT活力在0~10 d升高,10~20 d迅速下降,隨后呈緩慢降低趨勢(shì),并且在整個(gè)貯藏期內(nèi)與對(duì)照組相比顯著較高(P<0.05,P<0.01)。圖3C顯示,在整個(gè)貯藏期間,對(duì)照組和GABA處理組果實(shí)APX活力均在貯藏0~20 d上升并到達(dá)高峰,20~60 d逐漸下降;相較于對(duì)照組,GABA處理組果實(shí)APX活力在20 d和40~60 d時(shí)顯著較高(P<0.05,P<0.01)。
圖3 GABA處理對(duì)冷藏獼猴桃果實(shí)SOD(A)、CAT(B)和APX(C)活力的影響Fig.3 Effect of GABA treatment on SOD (A),CAT (B) and APX (C)activities in kiwifruit during cold storage
如圖4A所示,對(duì)照組果實(shí)AsA含量在0~10 d快速升高,10~30 d緩慢上升,30~60 d不斷下降;與對(duì)照組相比,GABA處理組果實(shí)AsA含量在0~10 d升高較快,10~30 d維持在較高水平,隨后逐漸下降,且在貯藏10~60 d極顯著較高(P<0.01)。由圖4B可知,對(duì)照組和GABA處理組果實(shí)的GSH含量均在0~40 d逐漸上升,40~60 d迅速下降,且與對(duì)照組相比GABA處理組果實(shí)GSH含量在10~40 d和60 d時(shí)顯著較高(P<0.05,P<0.01)。
圖4 GABA處理對(duì)冷藏獼猴桃果實(shí)AsA(A)和GSH(B)含量的影響Fig.4 Effect of GABA treatment on the contents of AsA (A) and GSH (B)in kiwifruit during cold storage
如圖5A所示,對(duì)照組果實(shí)GR活力在貯藏0~40 d緩慢升高,40~60 d快速下降;而GABA處理組果實(shí)的GR活力在0~30 d迅速上升,30~60 d迅速下降。與對(duì)照組相比,GABA處理組果實(shí)的GR活力在30~40 d極顯著較高(P<0.01)。圖5B顯示,對(duì)照組果實(shí)MDHAR活力在0~30 d上升并達(dá)到高峰,30~50 d迅速下降后趨于穩(wěn)定;GABA處理組果實(shí)的MDHAR活力變化趨勢(shì)與對(duì)照組一致,并在20~30 d顯著較高(P<0.05,P<0.01)。由圖5C可知,對(duì)照組果實(shí)DHAR活力在貯藏期內(nèi)變化較平穩(wěn),0~40 d緩慢升高,隨后有所降低;與對(duì)照組相比,GABA處理組果實(shí)DHAR活力在0~30 d快速上升并達(dá)到峰值,30~40 d迅速下降,隨后較為穩(wěn)定,且在整個(gè)貯藏期間均極顯著較高(P<0.01)。
圖5 GABA處理對(duì)冷藏獼猴桃GR(A)、MDHAR(B)和DHAR(C)活力的影響Fig.5 Effect of GABA treatment on the activities of GR (A),MDHAR (B) and DHAR (C) in kiwifruit during cold storage
如圖6所示,對(duì)照組和GABA處理組果實(shí)的DPPH自由基清除率和總還原力均隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而下降,表明果實(shí)抗氧化性逐漸降低。而在相同貯藏期內(nèi),與對(duì)照組相比,GABA處理組果實(shí)具有顯著較高的抗氧化性(P<0.05,P<0.01)。
圖6 GABA處理對(duì)冷藏獼猴桃果實(shí)DPPH自由基清除能力(A)和總還原力(B)的影響Fig.6 Effect of GABA treatment on DPPH radical scavenging capacity (A)and total reducing power (B) in kiwifruit during cold storage
如圖7A所示,在冷藏期間,對(duì)照組獼猴桃果實(shí)冷害指數(shù)與細(xì)胞膜透性呈顯著正相關(guān)(r=0.83,P<0.05)。細(xì)胞膜透性和MDA含量呈顯著正相關(guān)(r=0.87,P<0.05),MDA含量與產(chǎn)生速率(r=0.94)、H2O2含量(r=0.97)均呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。產(chǎn)生速率與SOD活力呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.86,P<0.05)。H2O2含量與CAT活力呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.93,P<0.05)。MDHAR和DHAR活力均與AsA含量呈正相關(guān),GR活力與GSH含量呈顯著正相關(guān)(r=0.94,P<0.05)。冷害指數(shù)(r=-0.96)和細(xì)胞膜透性(r=-0.93 )均與總還原力呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)??傔€原力與產(chǎn)生速率(r=-0.95)和H2O2含量(r=-0.99)均呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),并與SOD活力(r=0.84)和CAT活力(r=0.91)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。采用PCA法分析了對(duì)照組和GABA處理組獼猴桃果實(shí)冷害相關(guān)指標(biāo)和活性氧代謝相關(guān)酶的活力。如圖7B所示,通過分析協(xié)方差矩陣的特征值,發(fā)現(xiàn)兩個(gè)主成分(PC)占數(shù)據(jù)集總方差的86.6%,表明降維后的數(shù)據(jù)能夠很好地表征原始數(shù)據(jù)。PC1涵蓋了數(shù)據(jù)集中53.6%的方差,主要體現(xiàn)果實(shí)冷害、活性氧水平和活性氧清除酶活力的特征值變化。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),對(duì)照組和GABA處理組的負(fù)荷值在PC1上均不斷增大,表明活性氧清除酶活力逐漸下降,活性氧不斷積累,冷害指數(shù)升高。與對(duì)照組相比,GABA處理組果實(shí)能夠維持較低的負(fù)荷值,說明GABA處理能夠較好地維持冷藏獼猴桃果實(shí)活性氧清除酶系統(tǒng)的清除能力,延緩活性氧積累,減緩冷害的發(fā)生。PC2涵蓋了數(shù)據(jù)集中33.0%的方差,主要體現(xiàn)活性氧清除非酶系統(tǒng)(AsA-GSH循環(huán))與冷害和活性氧水平之間的關(guān)系。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),對(duì)照組和GABA處理組的負(fù)荷值在PC2上均先增大后減小,AsA-GSH循環(huán)中相應(yīng)物質(zhì)含量和酶活力在貯藏中期均達(dá)到高峰。與對(duì)照組相比,GABA處理組果實(shí)能夠使以上指標(biāo)維持較高的負(fù)荷值,說明GABA處理能夠提高AsAGSH循環(huán)的活力,延緩活性氧的積累及冷害的發(fā)生。
圖7 冷藏獼猴桃果實(shí)冷害和活性氧代謝相關(guān)指標(biāo)的相關(guān)性分析(A)和PCA(B)Fig.7 Correlation analysis (A) and principal components analysis plot(B) of chilling injury related indexes versus ROS of postharvest kiwifruit during cold storage
細(xì)胞膜是果實(shí)細(xì)胞內(nèi)外生理生化狀態(tài)變化的重要反映者,是維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵屏障,而果蔬冷害發(fā)生的初級(jí)與次級(jí)反應(yīng)均與細(xì)胞膜的相態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能等變化有關(guān)[35]。作為植物低溫脅迫下的主要次級(jí)反應(yīng),活性氧的大量產(chǎn)生與積累會(huì)直接影響細(xì)胞膜系統(tǒng)和生物大分子,造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能損傷,導(dǎo)致膜透性升高[12]。MDA作為活性氧攻擊細(xì)胞膜脂的產(chǎn)物,也具有較強(qiáng)的氧化性,會(huì)進(jìn)一步加重細(xì)胞膜的損傷,從而加劇冷害癥狀。研究表明,外源GABA處理能夠延緩櫻桃[19]、番石榴[22]和桃[36]等果實(shí)冷藏期間冷害指數(shù)、細(xì)胞膜透性和MDA含量的上升,從而延緩果實(shí)冷害。Huang Hua等[37]研究發(fā)現(xiàn),采用蘋果酸處理可以延緩香蕉果實(shí)產(chǎn)生速率和H2O2含量的上升,從而減緩冷害進(jìn)程。本研究結(jié)果表明,獼猴桃果實(shí)冷害指數(shù)、細(xì)胞膜透性和MDA含量在低溫貯藏過程中都隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而升高(圖1),同時(shí)產(chǎn)生速率和H2O2含量不斷上升(圖2)。相關(guān)性分析結(jié)果表明,細(xì)胞膜透性與冷害指數(shù)和MDA含量在整個(gè)貯藏期間均呈顯著正相關(guān),而MDA含量與產(chǎn)生速率和H2O2含量在整個(gè)貯藏期內(nèi)均呈顯著正相關(guān)(圖7A)。由PCA結(jié)果可知,冷害指數(shù)、細(xì)胞膜透性、MDA含量、產(chǎn)生速率和H2O2含量都在PC1中具有較高的正載荷值,且GABA處理組果實(shí)的正載荷值低于對(duì)照組果實(shí)(圖7B)。由此推斷,獼猴桃果實(shí)冷害的發(fā)生與冷藏過程中活性氧大量積累從而加劇膜脂過氧化,進(jìn)而破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)有關(guān)。GABA處理顯著抑制了冷藏獼猴桃果實(shí)冷害指數(shù)、細(xì)胞膜透性和MDA含量的上升(圖1),同時(shí)延緩了產(chǎn)生速率和H2O2含量的上升(圖2),說明GABA處理可以通過延緩活性氧的積累,減少果實(shí)組織中MDA的產(chǎn)生,減輕細(xì)胞膜脂過氧化反應(yīng),保持細(xì)胞膜較好的完整性,減輕果實(shí)在低溫脅迫下的功能失調(diào)。
低溫脅迫條件下,植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生與清除的不平衡會(huì)引發(fā)哈密瓜[8]、甜瓜[29]和杏[38]等果實(shí)體內(nèi)產(chǎn)生氧化脅迫,加劇其生理失調(diào)與冷害癥狀。許多研究表明,減輕氧化脅迫對(duì)維持冷敏型果實(shí)細(xì)胞膜完整性、提高其抗冷性、延緩低溫冷害有重要作用,其內(nèi)在主導(dǎo)因素為酶和非酶系統(tǒng)組成的活性氧清除系統(tǒng)[29]?;钚匝跚宄赶到y(tǒng)是主要的活性氧清除方式,其中SOD專一歧化形成H2O2,CAT和APX可將H2O2還原為H2O和O2[39],從而減輕氧化損傷。何歡等[38]研究發(fā)現(xiàn),褪黑素處理能夠維持杏果實(shí)較高的SOD、CAT和APX活性,延緩產(chǎn)生速率和H2O2含量的上升,減輕細(xì)胞膜損傷,延緩果實(shí)冷害。Vali等[19]報(bào)道,采用GABA處理延緩了櫻桃果實(shí)中和H2O2的累積,并且伴隨著SOD、CAT和APX活性的增加,表明GABA可以通過調(diào)節(jié)活性氧清除酶系統(tǒng)活性來延緩櫻桃果實(shí)的冷害。本研究中,對(duì)照組果實(shí)在貯藏期內(nèi)不斷升高的產(chǎn)生速率與SOD活力呈顯著負(fù)相關(guān),同樣持續(xù)增加的H2O2含量與不斷下降的CAT活力呈顯著負(fù)相關(guān)(圖7A)。PCA結(jié)果表明,在PC1中產(chǎn)生速率和H2O2含量具有較高的正載荷值,SOD和CAT活力具有較高的負(fù)載荷值,并且GABA處理組上述各點(diǎn)的載荷值均低于對(duì)照組(圖7B)。由此可知,冷藏獼猴桃果實(shí)活性氧清除酶(SOD、CAT和APX)活力在果實(shí)快速成熟的0~10 d期間均升高,可能是由于接近完熟時(shí)相關(guān)調(diào)控基因的表達(dá)與蛋白合成增加,以應(yīng)對(duì)較高的活性氧產(chǎn)生速率,維持氧化還原穩(wěn)態(tài),減輕細(xì)胞損傷;隨后SOD和CAT活力隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)迅速降低,APX活力在20 d后快速下降,表明活性氧清除酶系統(tǒng)活力下降,活性氧大量積累,細(xì)胞氧化損傷加劇,果實(shí)冷害進(jìn)程加快。與對(duì)照組相比,GABA處理延緩了果實(shí)產(chǎn)生速率和H2O2含量的上升(圖2),并且增大了SOD、CAT和APX的活力(圖3)。由此可推斷,GABA處理可以通過增強(qiáng)冷藏獼猴桃果實(shí)活性氧清除酶系統(tǒng)的能力延緩活性氧積累,從而減輕獼猴桃果實(shí)的冷害癥狀。
AsA和GSH作為采后果實(shí)中的重要抗氧化活性物質(zhì),在非酶促活性氧清除系統(tǒng)中起著重要的作用[40]。AsA可通過自身還原性或作為電子供體在APX催化下清除H2O2[33,41],氧化生成MDHA。MDHA可由MDHAR以NADH為電子供體催化還原,重新形成AsA[33],或進(jìn)一步氧化成脫氫AsA,而后者通過DHAR作用亦可還原為AsA,使AsA再生;DHAR也可將GSH氧化成氧化型谷胱甘肽(oxidized glutathione,GSSG),GSSG可由GR催化還原為GSH,構(gòu)成AsA-GSH循環(huán)[42]。此外,GSH自身也可清除活性氧,生成GSSG[29]。采用甘氨酸甜菜堿或NO處理均能通過提高冷藏桃果實(shí)MDHAR、DHAR和GR活性來維持AsA和GSH水平,減少活性氧積累,延緩冷害進(jìn)程[33,43]。本研究發(fā)現(xiàn),對(duì)照組獼猴桃果實(shí)AsA含量在后熟期不斷增加(圖4A),在0~10 d快速升高,并于10~30 d維持在較高水平,APX、MDHAR、DHAR活力分別在0~20 d、0~30 d和0~40 d逐漸增加達(dá)到高峰,隨后逐漸下降(圖3C及圖5B、C);而GSH含量和GR活力均在0~40 d快速增加,隨后下降(圖4 B、5 A)。相關(guān)性分析表明,對(duì)照組果實(shí)的MDHAR(r=0.60)和DHAR活力(r=0.61)在貯藏期內(nèi)與AsA含量呈正相關(guān),DHAR活力和GSH含量呈顯著正相關(guān)(r=0.86,P<0.05),GR活力和GSH含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)(圖7A)。PCA結(jié)果表明,在PC2中AsA和GSH含量與MDHAR、DHAR和GR活力都具有較高的正載荷值,其中對(duì)照組和GABA處理組果實(shí)的上述載荷值在貯藏30~40 d時(shí)最高,且GABA處理組的正載荷值均高于對(duì)照組(圖7B)。由此可推斷,在獼猴桃果實(shí)快速后熟期(0~10 d),MDHAR、DHAR和GR活力的快速上升促進(jìn)了AsA和GSH積累,這可能與冷藏初期果實(shí)對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)有關(guān);隨著冷藏的進(jìn)行,MDHAR、DHAR和GR活力在貯藏中期果實(shí)完熟時(shí)(30~40 d)達(dá)到高峰,此時(shí)AsA-GSH循環(huán)的活性氧清除能力最高,以抵御低溫導(dǎo)致的活性氧爆發(fā);而后隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng),AsA和GSH含量以及MDHAR、DHAR和GR活力下降,即AsA-GSH循環(huán)活性氧清除能力降低,致使活性氧加速積累,細(xì)胞膜損傷加劇。GABA處理組果實(shí)相較于對(duì)照組保持了較高的AsA和GSH水平(圖4)以及MDHAR、DHAR和GR活力(圖5),說明GABA處理能夠促進(jìn)AsAGSH循環(huán)運(yùn)行,提升活性氧非酶清除系統(tǒng)的活性,從而減輕冷害。
果實(shí)組織的DPPH自由基清除率和總還原力可用來衡量其抗氧化能力[26]。本研究中,在貯藏期內(nèi)不斷降低的DPPH自由基清除率和總還原力與冷害指數(shù)、細(xì)胞膜透性、產(chǎn)生速率和H2O2含量呈顯著負(fù)相關(guān)(圖7A),與活性氧代謝酶(SOD和CAT)活力呈顯著正相關(guān)(圖7A)。推測(cè)獼猴桃果實(shí)冷害進(jìn)程中,果實(shí)內(nèi)活性氧大量積累,活性氧清除能力降低,導(dǎo)致了組織抗氧化能力減弱。GABA處理能夠使枇杷果實(shí)在冷藏期間維持較高的DPPH自由基清除率和總還原力(圖6),說明GABA處理維持了果實(shí)的抗氧化能力,從而減輕氧化脅迫,延緩細(xì)胞膜損傷,延遲果實(shí)冷害進(jìn)程。