活性氧在果蔬采后衰老过程中的作用及其控制

王静;孙广宇;姬俏俏;柳泽浩;郝晶;魏亚

【摘 要】果蔬采后贮藏过程中，活性氧清除系统功能下降，产生大量活性氧，从而引起果蔬发生细胞膜的氧化损伤和组织衰老。外源活性氧清除剂可以延缓果蔬组织衰老，褐变与膜脂过氧化作用。概述了活性氧与果蔬成熟衰老的关系，外源活性氧清除剂对果蔬衰老的控制作用，旨在了解活性氧对果蔬衰老的机理。%In the postharvest storage of fruits and vegetables,a large amount of active oxygen is produced due to the decreased function of active oxygen system.This results in the oxidative damage and senescence of fruits and vegetables.Exogenous active oxygen scavenger can delay the process in the senescence,browning and membrane lipid peroxidation of fruits and vegetables.This paper analyzes the relationship between reactive oxygen species and fruit ripening and senescence.It also discusses the control of exogenous active oxygen scav-enger on the senescence of fruits and vegetables.The paper aims to explore the mechanism of reative oxygen species on the senescence of fruits and vegetables. 【期刊名称】《包装与食品机械》 【年(卷),期】2015(000)005 【总页数】5页(P51-,58)

【关键词】活性氧;果蔬;衰老;活性氧清除剂 【作 者】王静;孙广宇;姬俏俏;柳泽浩;郝晶;魏亚

【作者单位】陕西学前师范学院生物科学与技术系，西安 710100;韩城市市场监督管理局，陕西韩城 7100;陕西学前师范学院生物科学与技术系，西安 710100;陕西学前师范学院生物科学与技术系，西安 710100;陕西学前师范学院生物科学与技术系，西安 710100;陕西学前师范学院生物科学与技术系，西安 710100 【正文语种】中 文 【中图分类】TS255.3

果实的后熟衰老是一个非常复杂的生理生化过程，自由基学说认为衰老过程即是活性氧代谢失调与积累的过程。长期以来，活性氧被认为是一类损伤细胞的毒性物质，能够引起细胞内膜脂过氧化、蛋白质变性损伤等反应[1]。

活性氧是植物尤其是高等植物在有氧代谢过程中产生的一类化学性质活泼，氧化能力极强的含氧物质的总称，主要有单线态氧(1O2)、过氧化氢(H2O2)、超氧阴离子·)、羟自由基(OH·)和脂质过氧化物(ROOH或ROOR′)及烷自由基(R·)等。活性氧是大多数正常细胞代谢的副产物，许多生物或非生物胁迫可以导致植物体内活性氧水平升高，如衰老、干旱、盐害、冷害、热害、重金属胁迫、营养缺乏、病原微生物侵害等。植物体内活性氧可以经由多条代谢途径产生，如光呼吸、光合作用以及呼吸作用等；病原伤害和环境胁迫也可以启动还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH氧化酶)的合成作用。在衰老的植物组织中，光合反应组分丧失、二磷酸核酮糖氧合酶(Rubisco)活性下降及NADPH再生NADP+的不足均会导致电子传递链的失衡，·等活性氧的产生增加，黄嘌呤氧化酶也可催化黄嘌呤形成·和尿酸 [2]。

果蔬体内活性氧清除系统是其自身在长期进化过程中形成的对外界不良环境胁迫和衰老所产生的自我保护系统，能够转移、消除活性氧及氧化中间产物，在果实后熟衰老过程中起着十分重要的角色。

活性氧清除酶系统包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽还原酶(GR)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)和脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)等。非酶促清除系统包括还原性谷胱甘肽(GSH)、 抗坏血酸(ASA )、类黄酮、甘露糖醇、维生素E、类胡萝卜素等。SOD、CAT、APX是植物细胞中清除活性氧的主要酶类。SOD是植物抗氧化系统的第一道防线，既能专一地将·歧化为H2O2和O2，又能阻止氧化的Fe3+重新受作用还原成Fe2+而催化形成毒性更强的·OH，在细胞的抗氧化机制中可能起中心作用。APX与CAT是植物体内清除H2O2的主要酶类，两者协同将H2O2转化为H2O和O2，起到解毒的作用。AsA与GSH是植物体内重要的非酶类抗氧化物质，能够在逆境胁迫过程中清除植物体内过量的活性氧，保护膜结构，使植物在一定程度上抵抗逆境胁迫，或延缓果实组织的衰老。AsA在植物体内可有效清除·和·OH，淬灭1O2及歧化H2O2；GSH在植物体内可直接或通过抗坏血酸-谷胱甘肽循环清除H2O2，修复自由基损伤，防护膜脂过氧化物造成的损伤，亦可非酶促与、1O2及·OH反应。类黄酮与抗坏血酸一样，是主要的活性氧清除剂。类黄酮主要定位于液泡，但是活性氧离子并不能从叶绿体扩散至液泡中，因此类黄酮只能在活性氧的产生部位或附近部位进行清除。而H2O2在体内比较稳定且能够穿过生物膜，故而类黄酮在H2O2的清除中扮演极其重要的角色。果蔬体内的活性氧清除酶与清除物质协同作用，维持组织内较低的活性氧水平[3-5]。

果蔬衰老是指果蔬一个器官或整个生命功能逐渐衰退的过程。生物膜的降解，膜完整性和功能的破坏是果蔬衰老初期的基本特征。果蔬体内的膜脂过氧化是指自由基作用于生物膜多价不饱和脂肪酸，最后导致膜脂中不饱和脂肪酸的含量降低的反应。膜脂过氧化作用破坏线粒体呼吸和氧化磷酸化，使膜的通透性增大，流动性降低，离子转运机制紊乱，细胞损伤加剧，亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸含量降低，膜结合酶功能受到影响。膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)能使膜中的酶蛋白发生交联、

失活，导致细胞膜产生空隙，进而又引起细胞膜通透性增加，细胞结构完整性和功能破坏。膜脂过氧化作用还会产生脱落酸(ABA)和茉莉酸(JA)等衰老因子，促进果蔬体内乙烯的产生，加速果实的成熟衰老。活性氧积累是引起质膜损伤及代谢失调的重要原因[6]。当果蔬受到逆境胁迫时，体内会产生并积累大量活性氧，这些活性氧可直接攻击膜系统中的多价不饱和脂肪酸，导致膜脂过氧化的发生。大麦幼苗受H2O2或·OH胁迫，活性氧清除系统不能及时清除过多的H2O2和·OH，这些H2O2和·OH攻击膜系统，引起线粒体膜成分中大量不饱和脂肪酸发生过氧化。另外，H2O2和·OH除作用于膜脂外，还使膜蛋白易遭自由基的攻击[7]。林植芳等研究表明[8]，随荔枝果实衰老，自由基水平明显升高，膜脂过氧化产物含量显著增加，认为活性氧积累是导致质膜受损及代谢失调的重要原因。龙眼果实采后贮藏期间，随贮藏时间延长果皮·产生速率加快，细胞膜透性逐渐增大，研究表明自由基积累导致龙眼果实果皮细胞膜系统发生过氧化作用，从而破坏果皮细胞膜结构[9]。

植物在长期进化过程中形成了一个完善的清除活性氧的防卫系统，当植物处于正常环境中时，细胞内活性氧的产生和清除处于动态平衡，活性氧不会积累，植物体内的活性氧水平较低，不会伤害细胞组织。当植物遭衰老或受到逆境胁迫时，这种平衡遭到破坏，活性氧的产生加快，活性氧清除酶活性和内源抗氧化物质含量下降，导致植物体内自身活性氧代谢失调，活性氧大量积累，诱发膜脂过氧化，促进膜脂过氧化产物(MDA等)的增加和细胞膜结构的破坏，从而加快植物组织衰老或死亡。因此，植物活性氧代谢失衡与植物的衰老进程是密切相关的。龙眼果实采后衰老过程中，活性氧清除酶SOD、CAT活性下降，内源抗氧化物质AsA、类黄酮含量下降，果实抗自由基毒害能力下降。油桃果实在采后衰老与病害发生中H2 O2 含量呈升高趋势， CAT、APX、PPO比活力呈先升高后下降的趋势[10]。采后杏鲍菇活性氧清除酶APX、CAT、POD活性降低致使H2 O2和·大量积累是导致杏鲍菇

细胞膜透性增大、菇体自溶的关键因素[11-12]。杨绍兰等研究了水分和营养胁迫对采后西兰花衰老的影响[13]，其研究结果表明，水分和营养胁迫加速了采后西兰花Vc 和叶绿素降解，促进了西兰花的衰老。

果蔬采后线粒体成了呼吸代谢、能量和活性氧产生的主要场所。在正常情况下，正常代谢产生的活性氧能及时被清除；而在外界胁迫或衰老时，果实由于正常的能量需求得不到满足，要求线粒体加速运转以产生满足正常需求的能量物质ATP，导致呼吸代谢电子传递途径中的电子漏增加，这是造成·产生速率的不断上升和细胞内活性氧积累的主要原因；而抗氧化系统的减弱又使体内自由基不能及时清除，导致果蔬组织氧化损伤，进一步加剧线粒体功能性障碍，阻断能量产生进程，使得氧化磷酸化解耦联，不能维持细胞正常活动的能量需求，进一步加剧机体的生理代谢失调[14]。Veltman等研究发现[15]，细胞在衰老期间线粒体ATP生成减少，而自由基生成增加。

果实的褐变常出现在采后阶段，极大影响了果蔬外观品质、商品价值及贮藏时间，给生产造成较大损失。酶促褐变是导致果蔬组织褐变的主要原因。一般认为，酶促褐变是植物器官或组织的酚类物质在酶的作用下氧化为醌或水，醌再经非酶促聚合，形成褐色物质，而产生褐变。酚类物质、酚酶和氧是产生酶促褐变的三个条件。正常情况下，酚类物质分布于液泡中，而酚酶分布于线粒体、质体等细胞器内膜和细胞质中，这种区室化分布可以组织酶促褐变的发生。当果实衰老或遭受失水、冷害等逆境胁迫时，液泡、质体等细胞器和细胞质膜的超微结构解体，酚类物质和酶的区室化功能逐渐丧失，酶和底物的相互接触发生酶促反应，导致果实组织褐变[16]。前人研究表明，采后果蔬褐变的发生与活性氧有关。当果蔬遭受外界不良因子胁迫或衰老时，细胞内活性氧的产生与清除的平衡遭到破坏，活性氧在体内积累，攻击膜脂中的不饱和脂肪酸发生过氧化作用，膜流动性下降，导致酚类物质和酚酶的区室化功能被破坏，酚类物质发生氧化聚合，果实组织褐变。在龙眼[17]、荔枝

[18]、香蕉[19]、梨[20]、猴头菇[21]、秀珍菇等果实褐变过程中[22]，活性氧清除酶活性和内源抗氧化物质含量下降，活性氧产生速率和膜脂过氧化产物MDA含量显著增加，细胞膜透性增大。表明果实褐变是由于活性氧清除系统功能减弱而使活性氧得以积累，攻击细胞膜不饱和脂肪酸发生膜脂过氧化作用，从而破坏细胞膜结构的完整性，使酚类物质和酚酶在细胞中的区室化分布结构被破坏，导致酶和底物接触，催化酚类物质氧化的结果。

提高抗氧化酶活性与抗氧化剂含量，清除积累的活性氧是延缓果蔬衰老，保持果实品质和延长采后贮藏期的主要途径之一。外源活性氧清除剂主要有抗坏血酸、谷胱甘肽、丙基没食子酸、柠檬酸等，它们能够使果蔬保持较高活性氧清除能力，并显著降低活性氧产生速率和膜脂过氧化程度，在维持细胞膜结构的完整性中起着关键作用，从而可以有效延缓果蔬衰老问题。细胞膜结构的破坏是导致果蔬组织衰老死亡的重要原因，增强膜结构的稳定性是提高果蔬采后耐贮性的关键措施之一。如果用活性氧产生抑制剂或活性氧清除剂处理，即可抑制或者推迟膜脂过氧化的发生。把外源抗坏血酸、还原型谷胱甘肽等抗氧化剂加入烟草悬浮培养细胞中以清除活性氧，能够抑制膜脂过氧化的发生[23]。莫亿伟等研究表明[24]，在常温和低温条件下，抗坏血酸结合多菌灵、施保克和柠檬酸处理能显著提高荔枝果皮细胞膜的完整性，降低果实褐变指数和腐烂率，其原因可能是AsA处理后通过降低与荔枝果皮褐变相关的PPO活性，也可能是AsA直接参与了荔枝果实贮藏过程对活性氧的清除作用，降低果实的氧化伤害，从而提高了保鲜效果。蒋跃明等用外源抗氧化剂棓酸丙酯处理香蕉[19]，研究了香蕉的酶促褐变机理，结果表明棓酸丙酯能够延缓香蕉果皮细胞膜透性的增加、减少过氧化物的积累，延迟褐变进程。林植芳等研究表明，经没食子酸处理的荔枝果实，其果皮细胞质膜相对电导率在贮藏过程中处于较低的水平，过氧化物酶活性显著提高，降低荔枝果皮褐变程度。林河通等[25]、林毅雄等研究了外源活性氧清除剂棓酸丙酯[26]、谷胱甘肽、抗坏血酸等对采后“福

眼”龙眼果实保鲜效应的影响，其研究结果表明，与对照果实相比，不同浓度的棓酸丙酯、谷胱甘肽、抗坏血酸处理均可延缓龙眼果实果皮褐变，可有效降低龙眼果实采后呼吸强度，保持较高的果肉总糖、维生素C等营养成分含量，降低龙眼果肉自溶指数和果皮褐变指数，保持较高的果实好果率[27]。林艺芬等研究表明[28]，外源棓酸丙酯处理使采后龙眼果实保持较高的活性氧清除能力，从而较好的维持了多酚氧化酶与酚类物质的膜系统区室化功能，延缓了采后龙眼果实果皮褐变进程。杜善保等研究结果表明[29]，外源AsA处理抑制了采后杏果实中MDA的积累，延缓了活性氧清除酶活性的下降速率，保持较高的果实硬度和细胞膜的完整性，延缓了杏果实的衰老。

果蔬在采后贮藏过程中，活性氧产生能力增强和保护系统清除能力下降所导致的活性氧积累是果蔬氧化损伤和成熟衰老的机理之一。通过控制活性氧的产生和积累，调节活性氧代谢水平的平衡来延缓果蔬衰老是有可能的，也是当前农业、园林生产部门迫切希望解决的问题。在果蔬贮藏过程中，保持良好的生理环境，避免冷害、冻害、气体伤害、受伤等胁迫条件，对延长果蔬保藏时间及风味品质有很重要的意义。同时，活性氧清除剂应用于保鲜也已经取得了较好的效果，从而更加丰富了活性氧代谢的理论基础。