1_MCP乙烯受体阻断剂对香蕉果实采后生理和品质的影响

-1-1-MCP乙烯受体阻断剂对香蕉果实采后生理和品质的影响作者：杨洋指导老师：张辉摘要：我国新鲜果蔬采后的腐烂损失问题十分严重,制约着我国果蔬产业的发展。乙烯会导致果蔬的成熟和衰老。1-MCP，一种乙烯的竞争性抑制剂能阻断果蔬中乙烯与受体的结合,抑制乙烯所诱导的各种生理生化反应,减少呼吸强度,并且抑制效应强，时效较长,从而延缓果蔬的成熟进程,延长贮藏寿命,达到保鲜效果。而经过1-MCP处理的果蔬可以保持同采摘时一样的新鲜和口感,并且在包装、运输、货架和销售过程中都能保持一致。经实验证明，1-甲基环丙烯(1-MCP)对延迟香蕉果实软化效果显著，作用机理主要是：降低了可溶性糖和可溶性固形物的上升速率，从而延缓了香蕉的软化【1】。不仅如此，由于香蕉是跃变型果实，在1-MCP处理后，香蕉在跃变前期加入外源乙烯也不能使呼吸高峰提前。这样一来将大大提高香蕉的品质，获得更好的商业价值。Abstract：ThepostharvestdecaylossoffreshfruitsandvegetablesisaseriousproblemrestrictingthedevelopmentofChina'sfruitandvegetableindustry.Ethylenecancauseripeningandsenescenceoffruitsandvegetables.1-MCP,anethylenecompetitiveinhibitorblockingtheethylenebindingtoreceptorsinfruitsandvegetables,theinhibitionofethyleneinducedbyavarietyofphysiologicalandbiochemicalreactionswhichreducetherespirationintensityandinhibitoryeffectofaginglonger,thusslowdownthematurationprocessoffruitsandvegetables,extendingthestoragelife,achievingapreservationeffect.After1-MCPonfruitsandvegetablescanbekeptwithpickingfreshandtaste,andinpackaging,transport,shelf,andthesalesprocesscanbeconsistent.Theexperimentsshowthatsignificantlysoftentheeffectof1–methylcyclopropene(1-MCP)onthedelayofbananafruit,themechanismofaction:toreducetherisingrateofsolublesugarandsolublesolids,thusdelayingthesofteningofbanana[1].Moreover,thebananaisaclimactericfruit,1-MCP,thebananainthejumpwithpre-norcantherespiratorypeakinadvancebyaddingexogenousethylene.Inthisway,thequalityofbananascouldgreatlyenhanced,get-tingbetterbusinessvalue.关键词：香蕉；1-甲基环丙烯；采后品质；乙烯受体阻断剂。Keywords:Banana;1-MCP;Postharvestquality;Ethyleneblockers.引言：-2-我国新鲜果蔬采后的腐烂损失问题十分严重,制约着我国果蔬产业的发展。乙烯会导致果蔬的成熟和衰老。1-MCP，一种乙烯的竞争性抑制剂能阻断果蔬中乙烯与受体的结合,抑制乙烯所诱导的各种生理生化反应,减少呼吸强度,并且抑制效应强，时效较长,从而延缓果蔬的成熟进程,延长贮藏寿命,达到保鲜效果。而经过1-MCP处理的果蔬可以保持同采摘时一样的新鲜和口感,并且在包装、运输、货架和销售过程中都能保持一致。经实验证明，1-甲基环丙烯(1-MCP)对延迟香蕉果实软化效果显著，作用机理主要是：降低了可溶性糖和可溶性固形物的上升速率，从而延缓了香蕉的软化【1】。不仅如此，由于香蕉是跃变型果实，在1-MCP处理后，香蕉在跃变前期加入外源乙烯也不能使呼吸高峰提前。这样一来将大大提高香蕉的品质，获得更好的商业价值。香蕉是典型的呼吸跃变型水果,在正常的生理成熟度下采收,经过一周左右(25℃)就出现呼吸高峰[1]。一般认为香蕉成熟过程中，呼吸速率与内源乙烯变化是一个高峰值的曲线，而最新研究表明，在乙烯诱导的香蕉成熟过程中，其呼吸速率，内源乙烯变化显示出特异的模式，即：外源乙烯诱导处理后，香蕉果实呈现一种双阶段乙烯高峰曲线和呼吸跃变曲线，每个乙烯高峰的出现均早于对应呼吸跃变的出现[2]。香蕉对乙烯非常敏感，只要贮藏环境存在极微量（0.11～1.00mg/L）的乙烯就能启动内源乙烯的合成，引发呼吸高峰，缩短香蕉的前呼吸跃变期[3,4]。为了延长香蕉采后的贮藏时间，尽可能抑制乙烯合成或阻止乙烯发挥作用就显得非常必要。20世纪90年代中期，人们发现了一系列能够抑制植物内源和外源乙烯作用的化学物质，包括1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)，环丙烯(cyclopropene，CP)，2,5-降冰片二烯(2,5-norbomadiene,2,5-NBD),3,3-二甲基环丙烯(3，3-dimethylcyclopropene,3,3-DMCP)，叠氮环戊二烯(dizocyclopentadiene,DACP)[5-10]等，其中1-MCP的效果特别突出，在许多园艺作物产品的贮藏保鲜中表现出高效、低毒、简便易用的特点。运用1-MCP对香蕉进行采后生理方面的研究已有诸多报道[11-14]。1乙烯与果实的衰老1.1果实的衰老跃变型果实在完熟过程中有明显的呼吸和乙烯释放跃变高峰出现，非跃变型果实在完熟衰老过程-3-中乙烯的释放和呼吸一直没有明显的跃变高峰。采后果实的衰老是果实衰老的一个重要的方面，包括了果实香气、风味、质地等不可逆的变化。造成果实采后衰老的因素很多，比如环境，营养被切断，激素代谢失调等。这其中以乙烯的代谢对于果实衰老的调控显得最为重要。因此，对于果实乙烯合成和作用的调控，对于果实衰老的调控就显得尤为重要。1.2乙烯在果实衰老中的作用植物激素乙烯在跃变型果实成熟衰老过程中具有重要的作用。跃变型果实成熟时适量的外源或基础乙烯（系统Ⅰ乙烯）能够启动大量自催化的内源乙烯（系统Ⅱ乙烯）产量的上升。内源乙烯产量的突然升高，往往被认为是果实色泽、质地、风味和香味物质，等生理生化指标开始发生不可逆变化的标志，因而乙烯成为该类果实成熟的启动和调节的关键因子。例如增加细胞膜透性、刺激呼吸升高、引起果实内有机物质强烈转化和加速果实软化。外源乙烯处理可以增加跃变型果实对乙烯的敏感性，催化由系统Ⅰ乙烯向系统Ⅱ乙烯的转化，从而加速乙烯跃变高峰的出现，这更加表明了乙烯在跃变型果实中的重要性。1.3乙烯与果实软化果实软化是果实成熟衰老过程中构成细胞壁的果胶质和纤维素、半纤维素在细胞壁修整酶作用下不断降解的结果。果实的许多重要品质性状如硬度、松实、脆韧、腻粗以及染病性等都与果实的软化有关，因此果实软化问题一直受到园艺学家和生理学家的重视。影响果实软化的细胞壁修整酶很多，在不同品种/树种的果实中起主要作用的也不尽相同，目前有不少已从果实中被分离出来，其中研究最多的有多聚半乳糖醛酸酶，纤维素酶，果胶甲酯酶和糖苷酶类等。PG是降解细胞壁果胶物质的主要酶类，一直被认为是分解果胶质而引起果实软化。最近的研究表明纤维素酶参与的半纤维素的降解对于果实的软化十分重要。梨在成熟期间也表现出乙烯跃变和硬度下降，抑制剂试验分别从分子和生化角度分析后认为，乙烯启动并参与了梨果实的软化进程。细胞壁成分及水解酶变化只是果实成熟软化过程中复杂变化的一部分，果实成熟软化与果实的衰老密不可分，如近年来越来越多的证据表明，膜质过氧化与果实成熟衰老密切相关。脂氧合酶活性与果实硬度呈负相关，脂氧合酶活性与果实软化-4-起始有关。1.4乙烯的合成与信号转导1.4.1乙烯合成由于近年来对乙烯研究的不断深入，乙烯生物合成途径及其调节已经基本清楚，即:蛋氨酸（Met）→S－腺苷甲硫氨酸（SAM）→1-氨基环丙烷－1－羧酸（ACC）→乙烯。其中催化SAM→ACC的ACC合成酶（ACS）和催化ACC→乙烯的ACC氧化酶（ACO）为该合成途径中的关键酶，二者与ACC的积累共同调节果实中乙烯的产量。1.4.2乙烯受体与信号转导乙烯作为一种植物激素，合成后首先和乙烯受体相结合才能发挥其生理作用。1.5乙烯控制研究进展乙烯在果实特别是跃变型果实衰老中的重要性使我们可以通过抑制乙烯的合成和降低果实对乙烯作用的敏感性来实现对果实衰老的调控，以降低果实品质和数量的损失。1.5.1乙烯合成的控制自确立ACS和ACO在乙烯生物合成途径中的关键性作用以后，对乙烯合成的调控主要就集中在了对ACS和ACO活性的调控上。目前对ACS和ACO活性进行抑制的主要方法有低温、气调。其中抑制剂的使用是简便有效的抑制乙烯生物合成的方式，效果明显的抑制剂有AVG和AOA以及水杨酸（SA）等。AVG和AOA能够抑制ACS的活性，阻止SAM向ACC的转化。对乙烯合成的控制除了控制ACS和ACO活性以外，还可以通过控制果实内ACC含量来调节乙烯的生成。ACC可以在ACC酰化酶的作用下转化为N－丙二酰－1-氨基环丙烷－1-羧酸（MACC），从-5-而降低游离ACC含量，减少乙烯的生成。1.5.2乙烯受体和信号转导的控制近几年的研究表明，一些环丙烯类化合物可以通过与乙烯受体的结合而表现出对乙烯效应的强烈抑制，这些化合物包括有1-MCP，CP，3,3-DMCP和3-MCP。对其分别在香蕉、番茄和康乃馨花上研究后认为，以1-MCP对乙烯的抑制效果最佳，是这类环丙烯类乙烯受体抑制剂的优秀代表，现在已经被商业合成1-MCP易于合成，无明显难闻气味，所需浓度极低，在延缓果实采后衰老、提高果实贮藏品质方面也展现了美好前景。21-MCP对香蕉采后生理的影响2.1对ACC合成酶和ACC氧化酶的影响ACC合成酶和ACC氧化酶是乙烯合成的关键酶，Pathak[2]等研究认为，1-MCP处理香蕉果实抑制了呼吸强度和乙烯量的增加，但没有完全抑制ACC氧化酶的活性。1-MCP处理后，检测不到ACC合成酶的转录积累，然而始终都能检测到ACC氧化酶保持基本水平的转录。还有试验表明，1-MCP处理增加了后期乙烯的合成。Pelayo等[20]在20℃下，用1000nl/L1-MCP处理香蕉果实24h，乙烯释放量高于对照，检测到的ACC氧化酶活性也高于对照果实，ACC合成酶在贮藏的第6天也略高于对照水平。Golding[21]等也发现类似现象，并推测：1-MCP抑制乙烯与其受体的正常结合，阻断乙烯反馈调节的生物合成，使ACC向丙二酰ACC(MACC)的转化过程受到抑制，导致ACC积累增强。一旦1-MCP失去作用，积累的ACC便转化为更多的乙烯。2.2对果实硬度的影响果实软化是香蕉果实成熟衰老过程中最显著的变化，延缓和控制软化是其贮藏的关键所在。所有研究表明，1-MCP处理对延缓香蕉果实后熟过程中硬度的下降具有明显的作用。吴振先等[22]研究认为，在香蕉成熟的第1阶段用100和300nl/L的1-MCP处理，贮藏5和13d后显著延缓了果实硬度的下降。-6-2.3对果实色泽的影响体现香蕉成熟度的果实色泽是判断生理状况的重要标准。研究表明[22-24]，1-MCP处理能够延缓果皮叶绿素的分解，抑制果皮转色，对延缓果皮黄化有明显的作用。然而，成熟度和处理浓度影响1-MCP的处理效果：在成熟的第1阶段，1