《食品科学》：沈阳农业大学纪淑娟教授等：外源硝普钠处理缓解冷藏南果梨果皮褐变的作用机理

南果梨为秋子梨（

Pyrus ussriensis

果实的褐变主要是酶促褐变，其发生要素包括氧气、酶和褐变底物。低温胁迫下活性氧（ROS）代谢异常诱发的氧化损伤可能是膜系统组分和结构改变的主要原因。 一氧化氮（NO）作为一种重要的信号分子，参与植物生长发育过程调控及对非生物胁迫的响应。研究发现，适度的NO浓度能够促进植物的生长与发育，提高植物的抗逆性，而过量的NO会抑制植物的生长，造成细胞死亡等。 硝普钠（ SNP）是一种NO供体，溶解后可以释放NO。 采前或采后SNP处理对保持果蔬品质有积极作用。

沈阳农业大学食品学院的孙扬扬、罗曼莉、纪淑娟*探究SNP处理对冷藏南果梨果皮褐变的调控作用，研究结果可为提高冷藏效果提供理论依据和技术支持。

1SNP处理浓度预实验筛选结果

如图1所示，通过跟踪观察冷藏南果梨在常温货架期间果皮的褐变进程，发现不同处理组果实在出库当天均未发生褐变。在货架期第3天，对照组、0.5、2.0 mmol/L SNP处理组果实出现褐变。而1.0、1.5 mmol/L SNP处理组果实在第6天出现褐变。到货架期结束时，对照组、0.5、1.5、2.0 mmol/L SNP处理组果皮严重褐变，而1.0 mmol/L SNP处理组的褐变程度较轻，由此推测低浓度SNP处理的南果梨在应对低温胁迫方面效果较差，而高浓度SNP则可能对果实细胞有毒害作用，由此加剧了果皮褐变的发生。基于上述结果可知，SNP处理的适宜浓度为1.0 mmol/L。因此，本研究选择浓度为1.0 mmol/L的SNP进行实验，进一步探讨其缓解冷藏南果梨果皮褐变的可能机制。

2SNP处理对冷藏南果梨果皮褐变的影响

如图2所示，冷藏180 d的南果梨出库当天，SNP处理组和对照组果实均未发生果皮褐变。对照组果实在货架期第3天出现褐变，并且随着货架期的延长日趋严重，褐变率和褐变指数快速升高，至货架期第12天时，褐变率和褐变指数分别达到86%和72%，此时果实已不再具有商品价值。而SNP处理组果实在货架期第6天开始出现轻微的褐变症状，且随着货架期的延长，褐变率和褐变指数的上升较慢，货架期6 d以后的SNP处理组显著低于对照组（

P

3SNP处理对冷藏南果梨果皮细胞超微结构及膜透性的影响

为了解SNP处理对冷藏南果梨果皮细胞结构的影响，在透射电镜下观察2 组果实在货架第6天时果皮细胞的超微结构，如图3A所示，处理组果皮细胞的细胞膜及叶绿体和线粒体轮廓形状完整，液泡充盈饱满，细胞膜紧贴细胞壁，叶绿体呈纺锤形，片状结构排列整齐，线粒体结构完整，内部嵴较清晰。而此时对照组果皮细胞的完整性已严重受损，细胞膜破裂严重，胞内有聚集的细胞质和细胞器，叶绿体肿大解体，片状结构消失，并且叶绿体内的质体小球增多；线粒体出现破裂变形，嵴变模糊（图3B）。由此可见，SNP处理能够有效维持冷藏南果梨果皮细胞结构的完整性。

相对电导率可以反映果实组织电解质渗漏情况，通常用来评估细胞膜透性的变化。如图3C可知，出库当天，SNP处理组和对照组果实的相对电导率均较低，且二者之间无显著差异。随着货架期的延长，不同处理组果实的相对电导率均逐渐升高。但是，与对照组相比，SNP处理组果实的相对电导率上升幅度明显减小，说明SNP处理能够维持冷藏南果梨果皮细胞膜的功能。

4SNP处理对冷藏南果梨MDA含量、ROS含量、·、·OH清除率及DPPH自由基清除能力的影响

MDA是膜脂质过氧化的终产物，其含量可以反映膜脂质过氧化的程度。由图4A可知，处理组和对照组南果梨在冷藏后常温货架期间MDA含量均呈逐渐上升趋势，但是，经SNP处理的果实MDA含量的上升幅度显著小于对照组，可见，该处理有效抑制了冷藏南果梨的膜脂质过氧化。

ROS的积累是膜脂质过氧化的重要因素之一，·、·OH是采后果实中常见的ROS自由基，因此，ROS自由基清除能力是反映ROS水平的关键指标，而DPPH自由基清除能力可反映果实的抗氧化能力。由图4B可知，尽管整个货架期间2 组样品的ROS含量均呈逐渐上升趋势，但是，SNP处理组样品在出库当天及随后的常温货架期间始终显著低于对照组果实。进一步分析发现，随着货架期的延长，对照果实·、·OH和DPPH自由基清除能力呈不同程度下降趋势，其中，·清除能力的下降幅度最大，而经SNP处理的果实·、·OH和DPPH自由基的清除能力始终显著高于对照组果实（图4C～E）。由此可见，SNP处理能有效抑制冷藏南果梨ROS的积累，这可能归功于该处理激活了果实对·、·OH和DPPH自由基的清除能力。

5SNP处理对冷藏南果梨总酚含量及其合成关键酶活性和基因相对表达量的影响

如图5A所示，对照组果实的总酚含量在冷藏后常温货架期的前6 d呈不断上升趋势，至第6天达到峰值，随后快速下降。相比之下，SNP处理组果实的总酚含量在整个货架期比较平稳，并未表现出明显的上升和下降。

PAL、C4H和4CL作为苯丙烷代谢途径的关键酶，直接参与酚类物质的合成。如图5B～D所示，PAL、C4H和4CL活性的总体变化趋势相似，均呈先升高后下降变化，峰值分别出现在第9、6、9天，之后均快速下降。相应的基因

PuPAL

PuC4H

Pu4CL

6SNP处理对冷藏南果梨PPO和POD活性及PuPPO1和PuPOD4基因表达的影响

如图6所示，与酚类物质指标的变化趋势相似，PPO、POD活性及相应的基因

PuPPO1

PuPOD4

7讨论

7.1SNP处理缓解冷藏南果梨果皮褐变的发生

冷藏被广泛用于通过延缓果蔬的后熟衰老延长其贮藏期。然而，长期冷藏会引起果蔬的一系列冷害症状，如表现为表面组织凹陷、褐变、香气减弱和后熟能力丧失等。冷藏是目前延长南果梨销售期最常见的保鲜方式，而果皮褐变是果实发生冷害的主要症状之一，常常发生在冷藏出库后的常温货架期，并且冷藏期越长，褐变越严重，这是维持冷藏南果梨商品品质和价值的主要限制。因此，探索缓解南果梨冷害的有效方法极其重要。NO在果实应对各种生物和非生物胁迫中发挥至关重要的作用。据报道，SNP处理通过抑制生理代谢维持李子和香蕉果实的采后品质；SNP处理可以提高柑橘果实的抗病性，有效缓解桃果实冷害。在本研究中发现经SNP处理的南果梨冷藏180 d后在常温货架期间，褐变症状延迟出现，而且褐变程度明显减轻，有效缓解了冷藏南果梨果皮褐变的发生，这与谢晶等对荔枝果实冷害的研究结果一致。

7.2SNP处理维持冷藏南果梨果皮细胞膜系统的结构与功能

低温胁迫下细胞膜系统的组分、结构与功能改变，是导致果实冷害的根本原因，而褐变是冷藏果实冷害的主要症状之一。果实的褐变主要是酶作用于底物而发生的酶促褐变。正常情况下褐变底物与酶在组织细胞内呈区室化分布。细胞膜系统在维持细胞结构中发挥重要作用。低温胁迫下膜系统的组分、结构和功能会发生改变，从而诱发果实褐变的发生。孙华军等报道，膜代谢紊乱引起的膜不稳定在冷藏南果梨果皮褐变中具有重要作用，而PuMYB21/PuMYB54协同激活膜脂降解关键基因

PuPLDβ1

PuGAD

膜脂质过氧化与果实膜系统的稳定性密切相关。越来越多的证据表明，果实的冷害可部分归因于ROS代谢的失衡，其诱发的氧化损伤与膜系统组分和结构改变直接相关。ROS是植物生理代谢的必然产物。低浓度下，ROS可以作为关键的信号分子发挥作用。然而，逆境胁迫下，植物ROS代谢失衡会引起自由基大量累积，而累积的自由基可引发或加剧膜脂质过氧化，进而造成细胞膜系统的损伤。MDA是脂质过氧化的终产物，是衡量氧化损伤程度的可靠指标之一。 ·和·OH是采后果蔬中常见的ROS自由基，因此，ROS自由基清除能力是评价果蔬体内ROS代谢水平的关键因素。此外，DPPH自由基清除能力可用来反映果实的抗氧化能力。有研究发现，SNP处理可以通过调节ROS代谢延缓荔枝褐变。刘慧等研究发现，SNP处理通过提高DPPH自由基清除能力减轻桃果实的膜脂质过氧化，保持其采后贮藏品质。本研究发现，经过长期冷藏的南果梨，其ROS和MDA含量在常温货架期间持续上升，表明长期的低温胁迫导致果实在转入货架期后出现氧化应激，导致大量ROS积累，从而加速膜脂质过氧化。与对照组相比，SNP处理能够有效抑制MDA和ROS含量的增加，同时显著提高 ·、·OH和DPPH自由基清除能力。因此推测，SNP处理可能通过增强 ·、·OH和DPPH清除能力加速清除多余的ROS，从而减轻膜脂质过氧化，保护细胞膜结构的完整性。

7.3SNP处理抑制冷藏南果梨酶促褐变反应

果实褐变被认为是由酚类物质和促氧化酶互相接触而诱发的酶促褐变。酚类物质在提高植物对各种胁迫的抵御和抗氧化能力方面发挥重要作用。研究发现，许多冷敏性果蔬在低温胁迫下都伴随酚类物质含量的增加。此外，酚类物质还是酶促褐变反应的必要底物。正常状态下，酚类物质与酶的区室化分布抑制了酶促褐变，但在低温胁迫下细胞膜透性增加，细胞区域化逐渐丧失，使得酚类物质与酶互相接触，最终导致酚类物质减少，组织发生褐变。赵云峰等研究发现，茄子果实在遭受低温胁迫后，防卫系统特别是苯丙烷代谢被激活，酚类物质合成增加，但随着酶促褐变的发生，酚类物质大量被氧化。本研究发现，货架前期对照组果实酚类物质的合成增加，其原因可能是响应低温胁迫引起的氧化应激反应，而在货架后期，尤其是褐变严重时其含量急剧下降，可能是作为酶促反应的底物被消耗。而SNP处理组的总酚含量变化相对平稳，与此同时，SNP处理引起PPO和POD的活性及转录水平的降低，表明SNP处理对冷藏南果梨果皮褐变的减轻一方面可能是提高了果实的耐冷性，缓解了低温胁迫对酚类物质合成的诱导，另一方面抑制了酶促褐变反应对酚类物质的消耗。

8结论

本研究发现，经SNP处理的南果梨冷藏180 d后在常温货架期间果皮褐变明显延迟出现，褐变率和褐变指数也显著降低。透射电子显微镜下可见褐变症状明显的对照组果实果皮细胞结构异常，膜系统破损严重，而此时的处理组果实果皮细胞结构保持完好。SNP处理提高了·、·OH和DPPH自由基清除能力，抑制了货架期间南果梨果皮组织ROS和MDA的积累，以及膜透性的升高，同时，抑制酚类物质合成及PPO和POD的活性和基因表达量的变化。由此可见，SNP处理可能通过抑制冷藏南果梨膜脂质过氧化维持果皮细胞结构的完整性，抑制酶促褐变，从而缓解果皮褐变的发生。

作者简介

通信作者：

纪淑娟，沈阳农业大学食品学院教授，博士生导师，果蔬采后生物学与贮运保鲜团队负责人，沈阳市拔尖人才。兼任2008-2017教育部高等学校食品科学与工程类专业教学指导委员会委员，中国农产品贮运保鲜产业技术创新战略联盟理事，专家委员会委员，中国绿色食品发展中心专家委员会委员，中国农学会农产品贮藏加工分会理事，辽宁省生鲜食品贮运保鲜安全专业委员会副主任，辽宁省食品质量与安全学会常务理事，辽宁省园艺学会理事，辽宁省农产品质量安全专家组成员。从事果品蔬菜采后品质劣变机理与调控以及食品质量安全评价技术研究。主持国家自然科学基金、“十二五” 国家科技支撑计划（子课题）、“十三五”、“十四五”国家重点研发专项（子课题）、国家农业科技成果转化等科研课题20余项。获辽宁省政府科技进步二等奖2 项、三等奖2 项。主编著作1 部，编写规划教材14 部。发表学术论文180余篇，其中，SCI收录论文100余篇，EI收录论文20余篇。申请和授权国家专利20余项。

第一作者：

孙扬扬，沈阳农业大学食品学院果蔬采后生物学与贮运保鲜团队2020级博士研究生，师从纪淑娟教授。主要研究方向为果蔬采后品质劣变及调控机理研究。在食品和植物领域权威期刊以第一作者于Postharvest Biology and Technology和Plant science杂志上发表学术论文。

本文《外源硝普钠处理缓解冷藏南果梨果皮褐变的作用机理》来源于《食品科学》2024年45卷16期223-231页。作者：孙扬扬，罗曼莉，纪淑娟。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230705-032。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：陈丽先；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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