1—甲基环丙烯在苹果贮藏保鲜上的应用研究进展
时间：2020-04-06 07:53:37 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘 要：介绍了新型园艺产品保鲜剂——1-甲基环丙烯（1-MCP）的作用机理和特点，阐述了1-MCP对苹果果实采后生理的影响及其在苹果保鲜上的应用现状和研究进展，同时对影响1-MCP保鲜效果的因素进行了分析探讨。
关键词：1-甲基环丙烯；苹果；作用机理；贮藏保鲜
中图分类号 S661.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）14-121-03
在我国，苹果是第一大水果品种，深受人们喜爱。苹果是呼吸跃变型果实，达到采收成熟度后，会产生呼吸高峰，并产生大量的乙烯，这些乙烯能加速果实的成熟与衰老，降低果实贮藏性能，缩短货架期。因此，延缓苹果果实的呼吸高峰，减少植物内源性乙烯的生成，或抑制乙烯引起的生理生化反应，是延缓苹果果实衰老的理论依据。
20世纪90年代，Sisler等发现一些环丙烯类化合物可以阻止乙烯的反应，如环丙烯（CP）、1-甲基环丙烯（1-MCP）、3.3-二甲基环丙烯（3.3-DMCP）等。其中1-MCP的化学性质更稳定，效果更显著，具备较大的商业化潜力。1-MCP已被制成商品“安喜培”固体粉末，并经美国环保署正式批准可在苹果、梨等多种园艺产品中使用，且没有应用限制。截至目前，1-MCP已在欧盟、美国、中国等超过27个国家和地区批准使用。据不完全统计，2005年在山东已有10万t苹果应用1-MCP进行保鲜处理。
1 1-MCP的作用机理和特点
据研究报道，当植物器官进入到成熟期时，乙烯就会通过与植物体内特殊受体结合来激活一系列与成熟、衰老有关的生理生化反应，从而加快器官的衰老和死亡，并推测该受体可能是某种金属蛋白质。1-MCP是由环丙烯1碳位上的一个氢离子被一个甲基取代而成，使整个分子呈平面结构，相比乙烯有着更高的双键张力和化合能[1]。在此基础上，Sisler[2]提出了1-MCP一种可能的作用模式：1-MCP能与乙烯受体结合，但不会引起果实成熟的生化反应。比起乙烯，1-MCP具有较强的竞争力，一旦使用，就会阻碍内源性和外源性乙烯与其受体的正常结合；由于这种结合相当紧密，1-MCP不易脱落，或至少保存较长一段时间，致使乙烯作用信号的传导和表达受阻，从而抑制乙烯所诱导的一系列与成熟或衰老相关的生理生化反应。而用1-MCP处理后果实仍能正常成熟，这是由于果实细胞会不断合成新的乙烯受体，使果实重新获得对乙烯的敏感性造成的。
有研究表明，1-MCP可以通过抑制乙烯生物合成途径中的ACS基因和ACO基因的表达来抑制乙烯的生物合成，Nakatsuka等人用1-MCP处理番茄时发现：乙烯合成和传导中的LE-ACS2、LE-ACS4 和LE-ACO1、LE-ACO4以及NR基因的表达完全受到抑制[3-5]，从而减少乙烯的合成与释放。可见，1-MCP是通过与乙烯竞争受体蛋白和抑制乙烯生物合成的基因表达这两条途径来实现延缓果蔬衰老的。
1-MCP，分子式为C4H6，沸点约为10℃，常温下是气态，无异味，在液体状态下不太稳定。1-MCP处理园艺产品时必须在密闭环境下，如在温室、冷库、集装箱、包装箱中等，且在室温和冷藏条件下均有效。因其使用浓度低，无毒害，处理数量大，发挥作用时间长，使用方法简便，非常适合大规模的商业化应用。
2 1-MCP对苹果果实采后生理的影响
2.1 维持果肉硬度 据报道，1-MCP几乎在所有受处理的苹果果实中都明显地延缓了果实硬度的下降。贮于常温下的嘎拉苹果，果实硬度迅速下降，贮至第20d时果实硬度就下降到4.8kg/cm2，而用1-MCP处理的嘎拉果实在贮藏至20d时硬度由10.5kg/cm2仅降到10.2kg/cm2，可见用1-MCP处理可以很好地维持嘎啦苹果的果肉硬度[6]。用1-MCP处理的“乔纳金”果实，硬度下降缓慢，而对照组果实采后2周就开始变得绵软，到第4周时已失去商品价值[7]。1999年Fan等[8]研究认为，1-MCP可以显著抑制“Delicious”苹果硬度的下降，贮藏温度在0～24℃时，苹果的硬度与1-MCP浓度有关，且最佳处理浓度为1.0μL/L，低于或超过此浓度，硬度都会下降。Walkins等[9]研究发现，1-MCP处理可以使某些品种的苹果硬度在数月内与气调贮藏的效果类似。2001年，Mir等[10]发现，在保持苹果的硬度上，1-MCP处理的效果优于气调贮藏，这表明1-MCP处理可以部分地代替机械冷藏和气调贮藏的作用。
2.2 延缓可滴定酸含量下降 苹果中的游离酸以苹果酸为主，约占总酸量的70%。未成熟的苹果中含酸量较大，但随着果实的成熟，酸度下降很快。Fan等[8]研究表明，在机械冷藏条件下，1-MCP能明显抑制苹果品种“Delicious”、“LawRome”、“Empire”和“旭”果实可滴定酸含量减少，较好地保持了苹果的风味；而且处理浓度越高，可滴定酸含量越高。但是对于“Red chief Delicious”苹果[10]果实中可滴定酸的变化没有影响。说明1-MCP对不同品种的苹果果实可滴定酸含量的影响不一致。
2.3 延缓可溶性固形物含量下降 王赵改等[11]以“粉红女士”苹果为材料，研究了500nL/L浓度的1-MCP对“粉红女士”苹果在贮藏期和室温条件下可溶性固形物含量的影响，结果表明，贮藏150d时，处理果实可溶性固形物含量的下降幅度明显低于对照果实。在对“乔纳金”苹果的研究中也得到了类似的结果[7]。孙希生等[12]研究发现：采用0.25～1.0μL/L1-MCP3个浓度处理金冠苹果，在室温贮藏条件下，1-MCP处理组的淀粉的转化速度明显小于对照组；而在0℃冷藏条件下，处理与对照果实淀粉的转化速度差异却不明显。另据Fan等[8]的研究，1-MCP处理并不能维持苹果果实较高的可溶性固形物含量。可见，1-MCP对果实可溶性固形物的影响，会因果实成熟度、贮藏条件和1-MCP处理浓度的不同，表现结果不一致。
2.4 抑制呼吸强度和乙烯释放量 Sisler等提出：1-MCP能抢先与乙烯受体蛋白发生不可逆的结合，防止乙烯与其受体结合，从而抑制乙烯对植物体的作用，降低采后果实的呼吸速率，延缓其呼吸高峰的到来，抑制果实走向成熟和衰老[13]。对猕猴桃[14]、砀山梨[15]、西洋梨[16]、桃[17]、苹果[9，10，18，19]等多种果实的研究中发现1-MCP不但能显著降低乙烯释放量，还能不同程度的延缓乙烯高峰和呼吸高峰的出现，这对于呼吸跃变型果实无疑能起到延长贮藏保鲜期的效果。
孙希生[7]等研究发现，用1-MCP处理“乔纳金”苹果后，显著降低了果实的呼吸强度，推迟了呼吸高峰，并降低峰值。李富军等[21]发现，1-MCP处理几乎完全抑制了红星与富士苹果采后20℃贮藏期间乙烯的释放。王瑞庆等人用300nL/L和600nL/L的1-MCP处理“嘎拉”苹果24h，结果表明这两种处理均能显著抑制贮藏期间和贮后货架期间果实的呼吸速率和乙烯产生速率，且这两种浓度处理之间无显著差异[20]。
3 影响1-MCP保鲜效果的因素
1-MCP已被广泛用于蔬菜、水果和花卉等各种园艺产品的贮运保鲜。在实践中发现，各种园艺产品对1-MCP的影响不尽相同。因此，针对某种园艺产品的贮藏保鲜时，应掌握正确的处理方法，采用最佳的处理浓度，从而可以得到最佳的处理效果。目前，已有研究结果表明：影响1-MCP保鲜效果的因素主要是处理浓度、处理温度、处理时间、作用对象种类、作用器官所处的生长发育时期及其贮藏条件。
1-MCP抑制乙烯所需浓度与其处理时间有关。一般情况下，1-MCP处理时间愈短，所需浓度就愈高；反之，处理时间愈长，所需浓度就愈低[22-24]。不同果实种类所要求的最佳处理浓度不同，浓度过高时也可能加速果实的衰老与腐烂。李富军[29]等在研究了不同浓度1-MCP处理对“珊夏”苹果果实冷藏期间几种贮藏品质的影响之后，发现0.5μL/L与1.5μL/L浓度处理效果优于1.0μL/L的l—MCP处理效果。Fan等[25]认为，苹果的最佳处理浓度是1mg/L。
Serek等[22]提出：1-MCP处理效果跟温度有关。例如甘蓝在20℃时被1-MCP处理后贮藏寿命延长2.5倍，在5℃时处理仅延长了2倍[26]。钓钟柳切花在20℃时被1-MCP处理后乙烯作用受强烈抑制，在2℃时处理，没有抑制作用，花很快脱落[22]。
Reid等[27]进一步研究得出：在2℃时1-MCP抑制乙烯作用所需的处理时间较长，处理浓度较高。Ku[26]等则认为：高温时，1-MCP可能更容易接近乙烯结合位点并与之结合。Sisler等[8]又认为：在低温时，1-MCP与乙烯受体结合量降低。因此，在一定温度范围内，处理温度越高，1-MCP的处理效果就越明显[10]。
1-MCP保鲜效果的持久性，还因植物对象的种类和植物器官所处的生长发育时期的不同而不同。如番茄、康乃馨切花和苹果经1-MCP处理后，分别于8、10和11d后恢复对乙烯敏感性[22，23，28]。Sisler等[2]报道，盛开的康乃馨切花较早表现出衰老，要想抑制乙烯的致衰作用，需要较高的1-MCP浓度（0.2nmol/L）；而刚开放的康乃馨切花对1-MCP的浓度要求较低（0.1nmol/L）。
不同的贮藏条件，1-MCP的作用效果也不同。为了比较1-MCP处理效果，Watkins等[9]将以相同1-MCP浓度处理的4个品种苹果果实，分别置于机械冷藏和气调贮藏条件下，发现气调贮藏条件下效果较佳。
4 结语
研究表明，环丙稀类化合物作为乙烯的抑制剂，在多种园艺产品的贮运保鲜中具有很好的发展前景。尤其是已经作为商品上市的1-MCP，因其安全无毒、简便高效的优点，已引起业界的广泛关注。像苹果这样典型的呼吸跃变型果实，且对乙烯的作用较为敏感，1-MCP能明显地延缓果实的后熟与衰老，保持风味，延长货架期。不同品种的苹果对1-MCP的反应不同，这是由于1-MCP的作用效果受品种、采收成熟度、处理浓度和时间，以及处理温度等诸多因素的影响。因此，需要科研工作者们深入研究1-MCP处理不同品种的苹果时所需的最佳浓度、处理时间、温度、湿度等条件，以便在不同情况下指导苹果保鲜，从而为1-MCP应用于大规模的苹果贮运保鲜提供技术支持。目前国内有关1-MCP的研究多集中在应用效果方面，对其作用机理的研究相对较少。因此，应该把应用研究和理论研究结合起来，在应用中发现问题，并从生理生化反应等角度揭示其作用机理。总之，1-MCP及其同类物在苹果等园艺产品的贮运保鲜方面具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]Sisler E C，Serek M. Compounds controlling the ethylene receport[J].Bot Bull Acad Sin，1999，40：1-7. （下转139页）
（上接122页）[2]Sisler E C，Serek M.Inhibitors of ethylene responses in plants at receptor level：Recent developments[J].Physiologia plantarum，1997，100：577-582.
[3]Blankenship S M，Dole J M. 1-methylcyclopropene：a review[J].Postharvest Biol Technol，2003，28：1-25.
[4]Nakatsuka A，Shiomi S，Kubo Y，et al. Expression and internal feedback regulation of ACC synthase and ACC oxidase genes in ripening tomato fruit[J].Plant Cell Physiol，1997，38：1103-1110.
