苹果采后生理研究
蔡研罗桂杰，于泽源*，李兴国
东北农业大学园艺学院，哈尔滨（150030）
E-mail：yzy@neau.edu
摘要：本文主要从呼吸变化、乙烯释放量、营养物质含量、酶活性等几方面阐述了苹果采后生理生化变化。
关键词：苹果；呼吸作用；乙烯产生；营养成分；酶
1. 引言
苹果在田间生长发育到一定阶段，达到鲜食、贮藏、加工的要求后，就需要进行采收。采收后，苹果失去了来自树体的水分和养分供应，成为一个利用自身已有贮藏物质进行生命活动的独立个体。苹果采后的生命活动既是采前田间生长发育过程的继续，与采前的新陈代谢有着必然的联系；又由于采后的生存
环境条件发生了根本改变，而发生一系列不同于采前生命活动的变化，进行了重新组织和调整，以便在贮藏条件下保存生命活力和延长寿命。因此，了解苹果的采后生理特点及其影响因素是研究苹果贮藏保鲜的一个很重要的方面。本文就目前国内外有关苹果的贮藏生理变化进行综述，以期为进一步研究苹果贮藏保鲜技术提供理论依据。
2. 呼吸作用的变化
呼吸作用是基本的生命现象，分为有氧呼吸和无氧呼吸。并且采后园艺产品的呼吸作用与采后品质变化、成熟衰老进程、贮藏寿命、货架寿命、采后生理性病害以及果蔬的商品处理方法等密切相关。由于果实呼吸时吸收O2、放出CO2使环境中的气体成分比例发生改变,O2浓度降低,CO2浓度升高，使有氧呼吸受到抑制，会出现果实无氧呼吸，产生异味，从而造成果实生理失调。英国学者Kidd和West于20世纪30年代提出，园艺产品采后初期，其呼吸强度逐渐下降，达到完熟时，呼吸强度急剧上升，并出现高峰，随后迅速下降。这种现象称为“呼吸跃变”。并根据果实成熟前有无呼吸上升现象，将果实分为呼吸跃变型和非跃变型[1]。经国内外科学家研究发现，苹果果实属于呼吸跃变型。孙希生等[2]、Fan等[3]研究表明，乔纳金、金冠、“Deli-cious”、津轻和红富士的对照果实在常温下（20±1℃），除红富士的呼吸高峰不显著外，剩余4个品种果实的呼吸均属于典型的呼吸跃变型，采后呼吸强度由弱逐渐增强，达到高峰后逐渐下降并趋于稳定。但石建新等[4]的研究表明红富士具有独特的采后生理特点，采后呼吸作用水平比较低，呼吸强度变化曲线平稳，呼吸峰不但出现晚而且峰值小，因而红富士
苹果比青香蕉、国光、红星等品种耐藏。
cad怎么保存呼吸跃变发现以后，呼吸跃变机理成为人们研究的热点。目前人们的研究方向集中在果实的呼吸途径的变化上。敬兰花等[5]研究表明，在苹果成熟前期，呼吸作用主要通过细胞色素途径传递电子，交替途径传递电子也占一定比例，接近成熟期则抗氰呼吸途径逐渐变为主要途径。梁厚果、梁铮等[6]研究结果也证实了抗氰呼吸参与了呼吸途径。吕忠恕[7]、张国树[8]在研究柿子后熟过程中呼吸动态时，并没有测到有抗氰交替途径，故他们认为呼吸跃变不依赖于抗氰交替途径，因此还不能确定抗氰途径是否真正的在果实体内运行。
3. 乙烯释放量的变化
乙烯作为一种成熟衰老的激素，对果蔬采后的成熟和衰老起着重要的调控作用，它影响
着酸代谢、酶活性、激素水平及呼吸速率等生理过程，从而诱导果实的软化及果实色泽的转变[9]。其中催化SAM→ACC的ACC合成酶（ACS）和催化ACC→乙烯的ACC氧化酶（ACO）是乙烯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。因此，利用基因工程手段抑制果实中ACC合成酶或ACC氧化酶的表达，能够有效的抑制成熟，果实的耐藏性有很大提高。例如，应用乙烯
合成抑制剂(AOA、AVG、DNP、Ni2+等)及作用抑制剂(Ag+、CO2、NBD、1—MCP等)均可抑制果实成熟衰老。钱永华[10]用AOA处理水柿和火柿，发现不仅抑制了果实乙烯的产生，延缓了软化时间，而且将呼吸峰推迟了5天。若将果实预冷或冷藏，可使组织中的SOD等自由基清除系统活性维持在较高水平，抑制ACC向乙烯的转化，从而延缓果实的衰老[11,12]。Fan等（1999）用1—MCP处理呼吸跃变前的富士，嘎拉，乔纳金，红星及Ginger Gold果实，其5个品种的贮藏及货架均得到延长。Rupasinghe 等（2000）还发现1—MCP不仅可抑制旭及元帅苹果的乙烯产生与硬度下降，还可以抑制α-法尼烯的产生，从而减轻果实的虎皮病和衰老失调症。
dota14. 营养成分含量的变化
果实的成熟是一个复杂的过程，除了呼吸变化、乙烯生成以外，还包括糖和淀粉、挥发性物质变化以及叶绿体的降解，硬度的下降等。果品在采收以后物质积累停止，干物质不能再增加；已经积累在果品中的各种物质，有的逐渐消耗用于呼吸，有的则在酶的催化下经历种种转化、转移、分解和重组合。随着生物学研究的深入表明，参与调节采后生理代谢的酶是基因表达的结果，果实成熟衰老受基因调控。
4.1糖和淀粉的变化
苹果发育时期，在未成熟的果实中贮存着许多淀粉，所以早期果实无甜味。在后熟作用下，由于体内
淀粉酶、转化酶、蔗糖合成酶活性提高，淀粉水解为可溶性糖类。有人研究[13]发现，香蕉绿色未熟时果肉中含淀粉20％一25％，成熟后则降至1％一2％，同时糖的含量从1％一2％增加至15％一20％。苹果，梨在未成熟时含淀粉较多，果实开始生长时，它的淀粉含量一直在增加，糖分少，经过贮藏淀粉转化为糖。这种现象在晚熟苹果中更为显著。当采收时约含淀粉1—1.5%，经贮藏1—2个月完全消失，所以，苹果经贮藏后，含糖量不但没有下降，反而因淀粉糖化而略有增加，可溶性糖的增加不仅使苹果成熟后具有甜味，提高苹果的风味，而且促进苹果着色。
4.2 挥发性物质变化
属牛的多少岁典型的苹果香由300多种挥发物产生，包括醇类、醛类、酯类、酮类和醚类，其中大多数是酯(78%～92%)和醇(6%～16%)。A vakyan t s[14]认为，香气的基本成分为挥发性物质中的4大酯类(乙酸乙酯、乙酸异戊酯、己酸乙酯和辛酸乙酯)和2个醇类(异丁醇、异戊醇)，其他的挥发性组分只是对上述物质所构成的基本香气成分的补充、改善和修饰。有人研究表明，苹果未成熟无香气果实的挥发性物质以己醛、2-己烯醛等为主；成熟有香气果实的挥发性物质以酯类和某些醇类物质为主，在成熟果实中大量增加的挥发性物质为果实的主要香气物质。Song 等[15]研究表明，苹果“McIntosh”和“Cortland”果实成熟期间有些挥发性物质减少，有些挥发性物质迅速增加，那些伴随着果实成熟和香气产生迅速增加的挥发性物质对果实香气具有重要意义。
由于，果实内含有的挥发性物质种类繁多，其浓度很低，而且，某一成分的香气也不与其含量成正比。乜兰春[16]研究表明，2-甲基丁酸乙酯在富士、新红星和王林未成熟果实中含
量很低或检测不到，而且在这3个品种成熟果实中含量为3～5µg·kg-1·min-1，占总组分1%以上。由于其在酯类物质中风味阈值最低，只有0.0001～0.000006ml·L-1，所以具有典型的苹果香味[17,18,19]。不论果实香味物质组分差异如何，只有果实达到一定的成熟度时，果实的香味才表现出来，当果实衰老后，果实的香味逐渐变淡。具有呼吸跃变的果实在呼吸高峰后香味物质才有明显积累，而对于非呼吸跃变的果实香味物质积累是一个逐步完成的过程。
4.3 硬度的变化
苹果硬度的变化是苹果成熟的另一标志，Prange（1993）[20]研究认为当苹果硬度低于4.5kg时，消费者则认为果实太软。苹果硬度的大小决定于果肉细胞的大小、细胞间的结合力、细胞构成物的机械强度和细胞的膨压。Smedt等(1998)[21]通过显微镜研究发现在硬度较小的苹果的软化主要是由细胞间结合力降低而引起的，然而在硬度较大的苹果内主要是由细胞内含物的变化而导致的。Smedt等[21]研究也发现软化的苹果果实比刚采收的果实细胞圆，细胞分离严重，细胞空间较大。Kahn等(1990)[22]通过显微研究发现早熟品种与晚熟品种相比较细胞和细胞间隙均较大，且细胞排列紧密，这可以
很好的解释为何早熟的品种在采后贮藏时总比晚熟的品种软化速度快。
4.4 色泽的变化
红色是一类叫做花青苷（antho-cyanin）的红色素产生的。对大多数苹果品种来说，果实在接近成熟时叶绿素降解而花青苷的含量增加，绿色逐渐消失，底色变黄并逐渐着红色。Fletcher和Overholr研究指出色素在苹果果皮的最外3-4层细胞内。Fletcher进一步指出因品种而异，在1-6层均有红色色素的分布。Dayton通过对19个红色品种的研究表明，红色色素的细胞分布具有明显的品种特征。此外，乙烯还参与了非跃变型果实中叶绿素（Chlorophyll）的降解和类胡萝卜素（Carotenoid）的合成[23,24]。Goldschmidt和Fan等[25,26] 也发现，使用乙烯拮抗剂可以阻止柑橘果实成熟过程中的脱绿过程，这表明乙烯参与了柑橘采后色泽的变化。同样的证据也出现在对青椒和葡萄的研究中：乙烯能够促进青椒果实中类胡萝卜素的合成[27,28]，刺激葡萄果实中花青素的合成[29]。
4.5 mRNA和蛋白质的变化
越来越多的研究表明果实成熟期间蛋白质和mRNA水平发生了变化，一些特异性mRNA和蛋白质增加、减少或保持相同水平[30,31]。Callahan[32]等研究表明“Reliance”果实发育期编码分子量为100、85、59、54、42、41和25.5kD多肽的RNA增加，而编码46、40和25kD多肽的RNA减少。在“Granny Smith”苹果成熟过程中分子量为69、60、51、18和16kD的蛋白增加，而71和17kD蛋白减少。
5. 与果实成熟和衰老有关的酶
5.1 PPO和POD与果实褐变中华傅山园
在梨、苹果等果实褐变的众多研究中已经证明，植物组织中的褐变主要是酶促褐变，认为主要是PPO(多酚氧化酶)在有O2条件下作用于天然底物——酚类物质，使其氧化成醌，再进行一系列的脱水、聚合反应，最后形成黑褐色物质。果实组织褐变与酚类物质含量、PPO、POD 活性密切相关[33]。Harel等[34]的工作表明，苹果的组织褐变程度与其酚类物质含量密切相关。Harel et al(1996)[35]证明，PPO的活力和底物浓度两者决定苹果的褐变度，苹果的褐变是PPO 和酚类物质共同作用的结果。
5.2 PG和PME与果实软化
果实成熟中最显著的变化是果肉软化，软化与果胶降解密切相关。果胶类物质的主要成分是多聚半乳糖醛酸，而PG的适宜底物就是多聚半乳糖醛酸，因此，果肉软化与PG的活性密切相关。果胶物质也只有在PG活化后，才能变成可溶性物质。梁玉珏[36]报道在未成熟的苹果绿果内PG的活性几乎难以测出，盛花后130d果实还很硬时PG的活性只有0.58-0.64µg/g，呼吸高峰后果实硬度开始下降时,PG
活性急剧提高，当硬度下降到4.77kg/cm2时，酶活性达到最大值，为5.8 µg/g而果实变软后,PG活性也随之下降。金冠的PG活性对环境因素反应敏感，高温刺激酶活迅速升高，贮藏2 个月，即比0℃处理酶活高出1 倍多。红星PG活性对环境因素的反应不如金冠明显，这可能是由于品种遗传性状的差异和酶的类型不同的缘故[37]。
PME作用是水解果胶分子中甲酯化的羧基，使之生成多聚半乳糖醛酸和甲醇，生成的多聚半乳糖醛酸又进一步被PG酶所降解。田建文[38]认为柿前期的软化是PME酶作用的结果。Ning[39]研究表明，欧洲梨”Balett”和”La France”的PME酶的活性的快速增长与果肉的软化一致，而“鸭梨”和“二十一世纪梨”的PME酶的活性低，软化速度较慢。周培根[40]在桃上研究发现，在桃的成熟后期，PME酶的活性较高。这些证明了PME在果实软化中的作用。Wegrzyn 和MacRae[41]认为经外源乙烯处理后，猕猴桃果实软化启动与PME有关，由于PME的诱导，引起细胞壁果胶物质的脱酯化作用，并降解成可溶性果胶。这些表明PME对果实软化有一定作用。
6. 展望
综上所述，关于苹果采后果实成熟衰老的生理变化规律研究较为全面，但是前人的研究仅仅局限于大苹果，而关于黑龙江省特产寒地中小型苹果采后生理生化变化的研究尚未见报道。而这些果实具有抗寒、味浓、色艳、营养丰富、香气浓郁、风味独特、公害少、污染少等特点，但是中小型苹果成熟期
相对集中，而且由于采收后果品处理水平低下，导致果实贮藏期相对较短，大大缩短了商品的货架寿命。因此系统研究黑龙江省寒地特色中小型苹果采后生理生化变化规律，掌握中小苹果采后贮藏特性，以采用适合的贮藏技术是提高贮藏质量，延长贮藏期的重要手段。也为我省的苹果北销俄罗斯，南销广州和深圳奠定了基础，进而推动寒地中小型苹果产业化生产的大发展，创造出较高的经济效益，提高果农收入。
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A Study on the Postharvest Physiology of Apples
Luo Guijie, Yu zeyuan, Li Xingguo
Horticulture College, Northeast Agricultur University, China, Harbin (150030 )
Abstract
Physiological change of post-harvest apples was discusd in this article. The changes mainly includ respiration, ethylene production, the nutrients content, enzyme activity and so on .
Keywords: apple; respiration; ethylene production; nutrient content; enzyme
