中短波紫外线调节采后番茄品质及相关次生代谢的效应与机理

摘要

中短波紫外线照射处理采后果蔬是一种无化学污染的物理保鲜方法，符合当前消费者追求安全营养食品的趋势。尤其值得关注的是，紫外线照射采后果蔬有助于提高品质和酚类等抗氧化物质，在果蔬品质调节方面具有重要意义。番茄是世界上生产和消费范围最广的果蔬之一，并且被认为是膳食抗氧化剂的重要来源。因此，本论文主要研究了中波紫外线(UV-B)和短波紫外线(UV-C)照射处理对采后番茄品质的调节效应及其相应的次生代谢生理、生化和分子机制。
　　 采后4和8 kJ/m2 UV-C照射处理能有效保持番茄果实硬度，推迟转色，促进总酚、类黄酮的次生代谢合成，提高番茄红素含量以及番茄的抗氧化能力。2和16 kJ/m2 Uv-C照射处理也能提高果实的抗氧化能力，但效果不显著。4 kJ/m2UV-C照射处理使抗氧化酶(CAT，SOD，PX，GR)活性维持在较高水平。同时，采用高效液相色谱法(HPLC)对番茄果实中7种酚类单体(没食子酸、(+)-儿茶素、绿原酸、咖啡酸、丁香酸、对香豆酸和槲皮素)的研究发现，没食子酸是番茄果实中主要的酚类物质并和抗氧化能力显著相关。在贮藏35d后，4和8kJ/m2 UV-C照射处理显著提高了没食子酸、绿原酸、丁香酸、对香豆酸和槲皮素等酚类单体的含量。实验结果表明，在保持番茄果实品质、提高酚类物质含量及抗氧化能力、延迟成熟衰老等方面，UV-C的最佳照射剂量是4或8 kJ/m2。
　　 采后20和40 kJ/m2 UV-B照射处理能有效保持番茄果实硬度和推迟转色，并能促进总酚和类黄酮的积累，提高其抗氧化能力。但是，UV-B照射处理对抗坏血酸含量有负作用。低剂量(10 kJ/m2)UV-B照射处理也能在一定程度上改善番茄果实品质和提高抗氧化能力。最高剂量80 kJ/m2 UV-B照射处理虽能提高番茄红素含量，但对番茄果实硬度、颜色和抗氧化能力有负作用。因此，在保持番茄果实品质和提高其抗氧化能力方面，UV-B的最佳照射剂量是20或40 kJ/m2。这些结果表明，UV-B照射处理作为一种非化学手段在保持采后番茄品质和提高抗氧化能力方面具有潜在应用前景。
　　 采后4 kJ/m2 UV-C或20 kJ/m2 UV-B照射预处理能有效降低冷藏番茄果实的冷害指数和推迟乙烯峰的出现。另外，UV-C或UV-B照射处理能保持冷藏番茄在20℃货架期的品质，比如降低失重率，保持果实硬度，有较高的可溶性固形物含量、可溶性蛋白质含量和可溶性糖含量。在20℃贮藏第10d时，UV-C照射处理能显著推迟果实转色和降低番茄红素的积累。另一方面，UV-C或UV-B照射处理能降低冷藏果实的总酚含量和抗氧化能力，可能是UV照射处理能减轻冷藏引起的生理损害，从而表现出较低的逆境胁迫反应。
　　 应用Affymetrix基因芯片对4 kJ/m2 UV-C照射后24h和7d番茄果实总基因表达谱的变化情况进行了分析。结果表明，4 kJ/m2 UV-C照射采后番茄果实后24h，差异表达变化倍数值在大于2和小于-2范围内的基因共677个，其中上调基因274个，下调基因403个。UV-C照射可诱导部分信号转导基因和抗性基因的表达，并抑制主要细胞壁降解、部分脂质代谢和光合作用相关基因的表达。4kJ/m2UV-C照射采后番茄果实后7d，差异表达变化倍数值在大于2和小于-2范围内的基因共481个，其中上调基因331个，下调基因150个。UV-C照射可诱导部分细胞壁相关基因、信号转导基因、胁迫相关基因和抗性基因等的表达，并抑制部分乙烯相关基因和基础代谢基因等的表达。这些结果为探索采后UV-C照射诱导番茄抗性反应，抑制乙烯合成，推迟果实软化，从而推迟成熟，延长番茄采后寿命的分子机制建立了基础。
　　 绿熟番茄果实在14℃、相对湿度约95％的黑暗条件下贮藏21d后，电镜观察结果显示未处理果实的细胞壁发生降解，萎缩，质壁分离严重。胞间层消失，胞壁纤维松散，叶绿体膨胀变形，数量减少。4 kJ/m2UV-C照射处理能减缓番茄果皮细胞细胞壁的降解速率，细胞壁及胞间层结构排列致密，颜色深，电子密度大，叶绿体等细胞器衰老延缓。另外，实时荧光定量PCR分析结果显示4 kJ/m2UV-C照射处理能下调多聚半乳糖醛酸酶基因(PG)、果胶甲脂酶基因(PME)、纤维素酶基因(Cel8)、木葡聚糖转葡糖苷酶基因(XET2)和Expansin基因(EXPA6)的表达。因此，采后4 kJ/m2 UV-C照射处理对番茄果皮细胞超微结构的改变以及对细胞壁降解相关基因的调节作用有助于解释UV-C照射推迟番茄果实软化、延迟衰老的机理。