细胞壁多糖降解引起采后菠萝果实成熟软化机理的初步研究

摘要

菠萝是典型的“非呼吸跃变型”果实,成熟一旦启动,果实将快速软化。细胞壁多糖的降解(特别是果胶和半纤维素多糖的溶解和解聚合)并导致细胞壁结构的改变是果实软化的主要原因,其中胞壁水解酶是果实细胞壁多糖降解的主要因素,近来发现非酶促因素亦可引起细胞壁多糖的降解。本文研究了采后软化过程中不同成熟度(全绿、绿熟、黄熟、全熟、过熟)‘巴厘’菠萝果实生理变化,并从果肉中提取相应的细胞壁多糖,包括纤维素、两种果胶成分:水溶性果胶(WSP)和酸溶性果胶(ASP),两种半纤维素成分:1 mol/L KOH可溶性半纤维素(HC1)和4 mol/L KOH可溶性半纤维素(HC2),研究其含量、分子量及单糖组成的变化,探讨其对菠萝果实软化及软化过程中果实生理变化的影响,同时对胞壁降解相关酶即多聚半乳糖醛酸酶(PG)、果胶甲酯酶(PME)、纤维素酶(Cx)、β-半乳糖糖苷酶(β-Gal)、木葡聚糖内糖基转移酶(XET)进行分析,研究探讨了酶促因素(胞壁水解酶)和非酶促因素对菠萝果实细胞壁多糖降解的影响。主要研究结果如下:
　　(1)随菠萝果实的逐渐软化,其硬度不断下降,在贮藏前期下降明显。在整个贮藏期间,果实呼吸强度逐渐增强,但在贮藏后期趋于平稳,没有明显的呼吸跃变,表现出典型的“非呼吸跃变型”果实特征。同时,TSS和TA含量随菠萝果实软化而逐渐增加,Vc含量则先升后降。
　　(2)随着采后菠萝果实后熟软化的进行,ASP含量显著降低,同时伴随着 WSP含量升高,果胶分子发生了降解,由酸溶性的原果胶逐渐转化为溶于水的果胶和果胶酸。HC1在全绿期到绿熟期,含量基本不变,黄熟期显著增加,软化末期又显著下降。HC2的含量先降后升,在软化初期显著下降,然后逐渐增加,末期趋于平衡,总体含量变化不显著。纤维素总体含量也基本保持不变。ASP、WSP和HC1参与了‘巴厘’菠萝果实软化进程,与果实硬度下降显著相关,HC2和纤维素与其相关性不大。
　　(3)WSP、ASP、HC1组分多糖都存在两处分子量不同的聚合物,一处分子量较高,一处较低。随‘巴厘’菠萝果实的软化,WSP、ASP、HC1都发生了解聚,高分子量聚合物降解为低分子量聚合物,高分子量聚合物含量降低,低分子量聚合物含量增加,且ASP组分多糖分子量下降明显。HC2主要含低分子量聚合物,软化过程中分子量大小没有明显变化。
　　(4)果胶多糖主要由半乳糖、阿拉伯糖组成。随菠萝果实的软化,WSP中的半乳糖摩尔百分含量明显降低,软化后期阿拉伯糖的摩尔百分含量也有所下降,半乳糖醛酸的摩尔百分含量基本不变,软化过程中WSP的一些副链发生了解聚合。ASP中半乳糖的摩尔百分含量也显著降低,半乳糖醛酸的摩尔百分含量逐渐降低,而阿拉伯糖的摩尔百分含量在后期有稍微上升,ASP在向WSP转变的过程中,ASP的主链发生了断裂和降解,同时副链亦发生了断裂。半纤维素多糖的单糖组成主要为木糖,并且有一定量的果胶嵌入半纤维素多糖中。在菠萝果实软化过程中,HC1的主链并没有发生降解,半乳糖摩尔百分含量逐渐下降。HC1的降解受其侧链或存在于HC1中果胶多糖支链结构改变的影响,HC1中半乳糖等中性糖的遗失与菠萝果实软化联系密切。组成HC2的单糖变化不明显,基本没有发生降解。
　　(5)PG、PME和β-Gal是降解果胶的三种非常重要的胞壁水解酶。相关性分析表明,这三种酶参与了‘巴厘’菠萝果实软化进程,与果胶含量变化及硬度的下降成显著相关性。随着贮藏时间延长,果实PG活性先升后降,并在贮藏后期保持较高活性,对后期降解果胶、硬度降低和果实质地的改变起主要作用。PME活性也是先升后降,但先于PG达到活性高峰,使多聚半乳糖醛酸去甲酯化。β-Gal与PG活性变化趋势一致,使果胶半乳糖发生遗失,破坏了果胶的完整性。PME、β-Gal和PG对果胶的降解具有协同效应。XET是新发现的能对半纤维素多糖起作用的酶,相关性分析表明,其与菠萝果实硬度的下降无显著相关性。Cx是可作用于纤维素的一组酶的统称,相关性分析表明,其与菠萝果实硬度的下降也没有显著的相关性。
　　(6)研究了非酶促因素对菠萝果实细胞壁多糖降解的影响,·OH可促进菠萝果实细胞壁多糖的降解,且有剂量效应。·OH可显著增加菠萝果实各成熟阶段细胞壁物质(CWM)悬浮液的总糖和糖醛酸的释放量。随着·OH浓度的增加,绿熟期菠萝果肉CWM悬浮液中的总糖和糖醛酸的产生量显著提高,并且·OH清除剂对这种效应有抑制作用。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 果实软化机理

1.3 果实软化过程中细胞壁结构的降解变化

1.4 果实软化过程中细胞壁多糖的降解

1.5 细胞壁多糖降解的影响因素及其与果实软化的关系

1.6 菠萝果实采后软化研究进展

1.7 研究目的、意义及主要研究内容

2 菠萝果实采后软化过程中基本生理变化

2.1 材料与方法

2.2 结果与分析

2.3 讨论

3 菠萝果实采后软化过程中细胞壁多糖的降解

3.1 材料与方法

3.2 结果与分析

3.3 讨论

4 菠萝果实成熟软化过程中胞壁水解酶活性变化及对细胞壁多糖降解的影响

4.1 材料与方法

4.2 结果与分析

4.3 讨论

5 非酶促因素对菠萝果实细胞壁多糖降解的影响

5.1 材料与方法

5.2 结果与分析

5.3 讨论

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢