二氧化硫保鮮劑對玫瑰香葡萄糖代謝的影響

閆冬梅,儀慧蘭

(山西大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,山西 太原 030006)

0 引言

葡萄(Vitisvinifera)果實(shí)可鮮食,因汁多味美而廣受消費(fèi)者喜愛,具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和營養(yǎng)價(jià)值。但葡萄成熟多集中在7-9月份,限制了果實(shí)的銷售,因此采后保鮮對鮮食葡萄產(chǎn)業(yè)非常重要。目前,商業(yè)上應(yīng)用最廣泛且最有效的葡萄保鮮劑是SO2類保鮮劑,SO2能夠抑制葡萄致病菌的生長,有效提高果實(shí)的抗病防御能力,延緩果實(shí)衰老[1-3]。

葡萄果實(shí)糖含量較高,一般15%～25%。糖類物質(zhì)的組成和含量是決定果實(shí)品質(zhì)的重要因素,與總糖、總酸、總酚、維生素C、單寧以及呼吸速率等評價(jià)果實(shí)品質(zhì)的指標(biāo)密切相關(guān)[4-6]。而果實(shí)糖含量的變化受蔗糖代謝相關(guān)酶的調(diào)控,包括轉(zhuǎn)化酶(invertase,Ivr)、蔗糖合成酶(sucrose synthase,SS)和蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase,SPS)。Ivr因pH的不同又分為酸性轉(zhuǎn)化酶(acid invertase,AI)和中性轉(zhuǎn)化酶(neutral invertase,NI),能夠不可逆地將蔗糖分解為葡萄糖和果糖。SS既能催化葡萄糖和果糖合成蔗糖,也能使反應(yīng)反向進(jìn)行,根據(jù)催化方向的不同可分為蔗糖合成酶分解方向(SSⅠ)和蔗糖合成酶合成方向(SSⅡ),在果實(shí)采后SS主要用于分解蔗糖[7]。SPS主要是催化葡萄糖和果糖合成蔗糖。葡萄果實(shí)中糖分的積累主要發(fā)生在轉(zhuǎn)色期[8],先在葉片中合成有機(jī)物,再以蔗糖的形式運(yùn)輸?shù)焦麑?shí)中,隨后在分解類酶的作用下蔗糖分解成葡萄糖和果糖，并在果實(shí)中大量積累。果實(shí)采后無法通過光合作用繼續(xù)合成蔗糖,但仍會進(jìn)行一系列的生命活動(dòng)消耗糖類物質(zhì),導(dǎo)致貯藏期間果實(shí)中的糖組分和含量變化。因此在采后維持果實(shí)中糖組成和含量的穩(wěn)態(tài),可能與維持果實(shí)品質(zhì)有一定的關(guān)系。

關(guān)于葡萄果實(shí)糖代謝及相關(guān)酶的研究多集中在果實(shí)生長發(fā)育期間[8-10],葡萄采后糖代謝的研究鮮有報(bào)道[11]，而葡萄采后糖穩(wěn)態(tài)關(guān)系到果實(shí)品質(zhì)和商品價(jià)值。因此,本研究以玫瑰香葡萄果實(shí)為材料,分析了SO2保鮮期間果實(shí)主要糖分含量及代謝調(diào)控作用,探討SO2對葡萄果實(shí)的保鮮機(jī)制,以期為葡萄的采后保鮮提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料分組與處理

選本地產(chǎn)玫瑰香葡萄(Muscat Hamburg),從葡萄園采摘商業(yè)成熟且色度一致的葡萄果穗,立即運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室,剔除損傷果粒,按5 kg一箱分裝。預(yù)冷24 h后,SO2處理組每箱放入1/4張速釋保鮮紙(含Na2S2O5約1.2 g)+6包控釋保鮮片(含Na2S2O5約5.1 g),扎緊塑料袋口,置于0±1℃冰箱貯藏;對照組不加SO2制劑,其他條件相同。每隔20 d檢測果實(shí)品質(zhì),并選對照組和SO2組完好果粒各10粒,取果肉測定相關(guān)參數(shù),每個(gè)處理至少設(shè)3個(gè)重復(fù),測定周期為60 d。

1.2 好果率的統(tǒng)計(jì)

采用稱重法測定葡萄果實(shí)的好果率:

(1)

1.3 果肉自溶評價(jià)

參照趙云峰等[12]的方法,將果實(shí)自溶程度分為5個(gè)等級。

果實(shí)自溶指數(shù)=Σ(果實(shí)自溶級數(shù)×該級果數(shù))/總果數(shù)。

(2)

1.4 果實(shí)硬度測定

用質(zhì)構(gòu)儀測定葡萄果實(shí)硬度。選用P/2型(φ=2 mm)不銹鋼探頭,測定速度為3.0 mm/s,穿刺距離為4 mm,第一個(gè)峰高即為最大力,用以表示硬度值。各組每次至少測定15粒果實(shí),每顆果實(shí)測量3個(gè)不同部位,取平均值。

1.5 糖含量測定

蔗糖、果糖和葡萄糖含量測定參照張友杰[13]的方法,稍做改進(jìn);可溶性糖含量的測定參照《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》[14]。

1.6 蔗糖代謝酶活性測定

酶液制備及AI、NI和SSⅠ活性測定參照Nielsen等[15]的方法,以葡萄糖的生成量表示酶活性,單位為μmol·h-1·g-1FW。

1.7 RNA提取及高通量測序

取貯藏60 d的對照組和SO2組葡萄果皮,采用改良CTAB法提取總RNA。送至華大基因完成文庫制備并測序。測序結(jié)果與葡萄參考基因組(https:∥www. ncbi. nlm. nih. Gov/genome/? term=Vitis+vinifera)比對,對基因功能進(jìn)行注釋,并以“l(fā)og2(兩樣品中基因表達(dá)量的比值)”表示該基因在SO2處理組中的變化。

1.8 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析,用鄧肯氏多重比較方法進(jìn)行不同處理組之間的差異顯著性檢驗(yàn)。圖中用不同字母(a、b、c)代表差異顯著(P<0.05),相同字母表示差異不顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 SO2對葡萄果實(shí)品質(zhì)的影響

貯藏20 d內(nèi)果實(shí)品質(zhì)較好,對照組和SO2組好果率均在95%以上,果實(shí)硬度均大于3 N。隨著貯藏時(shí)間的延長,對照組好果率急劇下降,果實(shí)發(fā)生自溶軟化,硬度降低;SO2組的好果率維持在較高水平,果實(shí)自溶指數(shù)顯著低于同期對照組,硬度也顯著大于同期對照組(圖1)。結(jié)果表明,SO2處理可以有效降低果實(shí)脫粒和腐爛的發(fā)生,緩解果實(shí)自溶現(xiàn)象,維持果實(shí)硬度,從而延長果實(shí)保質(zhì)期。

圖1 貯藏期間葡萄果實(shí)品質(zhì)的變化

2.2 SO2對葡萄果實(shí)蔗糖、果糖、葡萄糖和可溶性糖含量的影響

糖類物質(zhì)是葡萄果實(shí)的主要成分,與果實(shí)品質(zhì)直接相關(guān)。貯藏期間SO2組果實(shí)的糖含量整體高于對照組。在60 d貯藏期內(nèi),對照組葡萄果實(shí)的蔗糖、葡萄糖以及可溶性糖含量均呈下降趨勢,果糖含量無顯著變化(P>0.05)(圖2);SO2組蔗糖含量與對照組無顯著差異,但葡萄糖、果糖和可溶性糖含量在貯藏后期均顯著高于對照組(P<0.05)。以上結(jié)果表明,SO2可維持采后葡萄果實(shí)中蔗糖、果糖、葡萄糖、可溶性糖等主要糖分含量相對穩(wěn)定,從而使葡萄保持較好的口感。

2.3 SO2對葡萄果實(shí)蔗糖分解酶活性的影響

貯藏期間,對照組果實(shí)AI、NI和SSⅠ的活性均高于SO2組(圖3)。其中,AI活性隨著貯藏時(shí)間的延長而增強(qiáng),但對照組與SO2組間無顯著差異(P>0.05);NI和SSⅠ的活性呈先降后升的趨勢,20 d時(shí)達(dá)到最低值,且SO2組NI和SSⅠ的活性在20 d和60 d時(shí)顯著低于對照組(P>0.05)。結(jié)果表明,SO2可以有效地抑制果實(shí)中蔗糖分解類酶的活性,從而抑制蔗糖的降解和糖類物質(zhì)的代謝,對保持果實(shí)糖分穩(wěn)定起到積極作用。

2.4 SO2對葡萄果實(shí)蔗糖代謝相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄的影響

貯藏60 d時(shí)，葡萄果皮中檢測到12個(gè)與蔗糖代謝相關(guān)的基因,其中有3個(gè)基因在SO2組上調(diào)表達(dá),9個(gè)下調(diào)表達(dá)(表1)。注釋為轉(zhuǎn)化酶的基因3個(gè)上調(diào),6個(gè)下調(diào),且基因LOC104882598下調(diào)倍數(shù)最大;注釋為蔗糖合成酶的3個(gè)基因均下調(diào)表達(dá)。結(jié)果表明,SO2處理使葡萄果實(shí)中編碼轉(zhuǎn)化酶和蔗糖合成酶的基因大部分下調(diào)表達(dá),能夠從轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控葡萄果實(shí)的糖代謝。

圖2 貯藏期間葡萄果實(shí)糖含量的變化

圖3 貯藏期間葡萄果實(shí)蔗糖分解類酶活性的變化

表1 SO2對葡萄果皮中蔗糖代謝相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄的影響

3 討論

葡萄果實(shí)中主要的糖類包括蔗糖、果糖和葡萄糖等,玫瑰香葡萄果實(shí)中蔗糖含量最低,果糖含量略高于葡萄糖[16],這些糖類物質(zhì)的含量高低影響著果實(shí)采后品質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)通過測定貯藏期間玫瑰香葡萄果實(shí)主要糖分含量及相關(guān)代謝酶活性,表明SO2處理可以有效保持貯藏期間葡萄果實(shí)糖分穩(wěn)定,發(fā)揮采后保鮮作用。

本研究發(fā)現(xiàn),SO2能夠提高貯藏期間玫瑰香葡萄的好果率和硬度,降低果實(shí)自溶指數(shù),延長貯藏期,貯藏期間SO2組果實(shí)的糖含量整體高于對照組。SO2處理組蔗糖分解類酶活性降低,使蔗糖含量略高于處理組。葡萄糖和果糖等單糖可作為細(xì)胞呼吸作用的底物,而SO2能夠有效降低葡萄果實(shí)的呼吸速率[17],減少對底物的消耗,從而導(dǎo)致果實(shí)的糖分含量高于對照組。同時(shí),在貯藏后期(60 d),SO2處理組的葡萄糖、果糖和可溶性糖含量顯著高于對照組,這與貯藏期間果實(shí)的好果率相一致,說明上述糖類是能夠直接表征葡萄品質(zhì)的指標(biāo),這為評價(jià)葡萄采后生理提供了新的思路。

AI、NI和SSⅠ都是蔗糖分解類酶,能夠?qū)⒄崽欠纸獬晒呛推咸烟?在葡萄采后共同作用以維持糖代謝的平衡。0～60 d貯藏期間,對照組和SO2組葡萄果實(shí)的AI活性無顯著差異,而NI和SSⅠ活性出現(xiàn)顯著差異,其原因可能是SO2進(jìn)入植物細(xì)胞后快速溶于細(xì)胞質(zhì)水相中產(chǎn)生亞硫酸根和亞硫酸氫根離子,之后亞硫酸根可進(jìn)入葉綠體參與硫同化,或氧化為硫酸根離子貯藏到液泡中[18],因NI和SSⅠ位于細(xì)胞質(zhì)中可能受其中的亞硫酸根離子直接作用,AI位于液泡中受影響較小[19-21]。貯藏20 d時(shí)葡萄果實(shí)的NI和SSⅠ活性較低、AI活性較高,可能與不同酶對貯藏環(huán)境的敏感度不同有關(guān),此時(shí)蔗糖分解可能主要依賴AI活性。貯藏40 d時(shí)，NI、SSⅠ、AI的活性較高,促使蔗糖分解加速、含量下降,而產(chǎn)生的葡萄糖和果糖會在同期消耗,最終在貯藏60 d時(shí),蔗糖及葡萄糖的含量下降,果糖維持相對穩(wěn)定。與對照組相比,SO2組酶活性較低,導(dǎo)致糖含量相對較高。

葡萄果皮轉(zhuǎn)錄組測序的結(jié)果表明,SO2能夠從轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控蔗糖代謝,使相關(guān)基因下調(diào)表達(dá)，這與我們檢測到的果皮組織中糖代謝酶活性變化(結(jié)果待發(fā))趨勢一致,也與葡萄果肉組織中糖代謝酶的活性變化相一致。而關(guān)于糖代謝基因的表達(dá)是否存在果肉和果皮間的差異,目前尚不清楚?？傊?SO2處理抑制了葡萄果實(shí)中糖分解相關(guān)酶的活性,可使玫瑰香葡萄果實(shí)中糖代謝變緩,從而維持一定程度的糖穩(wěn)態(tài)。