专题一1-MCP的作用及对果蔬保鲜的影响教学提纲.ppt
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1、专题一专题一1-MCP1-MCP的作用及的作用及对果蔬保鲜的影响对果蔬保鲜的影响 1-1-甲基环丙烯甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)是一种是一种含双键的环状碳氢化合物含双键的环状碳氢化合物,在常温下以气体状态存在,无在常温下以气体状态存在,无异味,沸点为异味,沸点为10,在液体状态下不太稳定。,在液体状态下不太稳定。1-MCP是一种高应变分子,靠自身双键与乙烯受体金是一种高应变分子,靠自身双键与乙烯受体金属结合,使乙烯作用信号的传导和表达受阻,因此,属结合,使乙烯作用信号的传导和表达受阻,因此,1-MCP是乙烯受体的竞争抑制剂,且竞争力较强,一经结是乙烯受体的
2、竞争抑制剂,且竞争力较强,一经结合,则不易脱落,从而形成不可逆的竞争性抑制。合,则不易脱落,从而形成不可逆的竞争性抑制。与传统的乙烯抑制剂相比,具有无毒、低量、高效等与传统的乙烯抑制剂相比,具有无毒、低量、高效等特点。特点。一、一、1-MCP的理化性质和作用机理的理化性质和作用机理 1 1、与乙烯竞争作用、与乙烯竞争作用 乙烯要发生作用,首先与受体中乙烯的结合位点相结乙烯要发生作用,首先与受体中乙烯的结合位点相结合。合。1-MCP被假设为可以与乙烯竞争结合位点,被假设为可以与乙烯竞争结合位点,结合位点结合位点含一未知金属含一未知金属,1-MCP与这一未知金属的结合是不可逆的,与这一未知金属的结
3、合是不可逆的,或者至少保留很长一段时间。在此基础上,或者至少保留很长一段时间。在此基础上,Sisler等进一等进一步推测步推测1-MCP与乙烯受体中未知金属结合以后,使乙烯受与乙烯受体中未知金属结合以后,使乙烯受体中电子云的密度和乙烯受体的配体进行了重排体中电子云的密度和乙烯受体的配体进行了重排,这种重,这种重排方式不同于与乙烯结合后的重排方式。排方式不同于与乙烯结合后的重排方式。一、一、1-MCP的理化性质和作用机理的理化性质和作用机理1-MCP不具有乙烯活性,从而在较长的时间内阻止了不具有乙烯活性,从而在较长的时间内阻止了乙烯受体与乙烯的结合,延缓了植物组织对乙烯的反应。乙烯受体与乙烯的结
4、合,延缓了植物组织对乙烯的反应。然而这仅仅是一个假设,至于这些配体是什么,为什么同然而这仅仅是一个假设,至于这些配体是什么,为什么同样是接受电子的乙烯与受体结合后产生的重排体系能够产样是接受电子的乙烯与受体结合后产生的重排体系能够产生乙烯反应,而生乙烯反应,而1-MCP1-MCP等物质与受体产生的重排体系不产等物质与受体产生的重排体系不产生类似乙烯的信号转导过程,人们仍然不清楚。生类似乙烯的信号转导过程,人们仍然不清楚。一、一、1-MCP的理化性质和作用机理的理化性质和作用机理1、1-MCP处理不同的果实时,其效应不同。处理不同的果实时,其效应不同。近年来,人们对近年来,人们对l-MCP在菠萝
5、、苹果、香蕉、梨、西洋在菠萝、苹果、香蕉、梨、西洋梨、桃、猕猴桃、油桃等多种果品上的作用进行研究,发梨、桃、猕猴桃、油桃等多种果品上的作用进行研究,发现现1-MCP对跃变型果实有明显作用,阻止或延缓乙烯作用对跃变型果实有明显作用,阻止或延缓乙烯作用的发挥,使果品贮藏期和货架期大大延长;而对于荔枝等的发挥,使果品贮藏期和货架期大大延长;而对于荔枝等非跃变型果实的采后生理生化变化及贮藏保鲜效果则无显非跃变型果实的采后生理生化变化及贮藏保鲜效果则无显著影响,有时甚至会促进果实乙烯的产生和腐烂。这可能著影响,有时甚至会促进果实乙烯的产生和腐烂。这可能与抑制果实系统与抑制果实系统的乙烯合成有关。由于非跃
6、变型果实不存的乙烯合成有关。由于非跃变型果实不存在乙烯合成系统在乙烯合成系统,因此,因此,1-MCP对非跃变型果实的采后对非跃变型果实的采后生理无显著影响则是显然的。生理无显著影响则是显然的。二、二、1-MCP的果实贮藏保鲜效果的影响因素的果实贮藏保鲜效果的影响因素 2、1-MCP对水果不同成熟期的作用效果不同。对水果不同成熟期的作用效果不同。1-MCP处理跃变前期的果实有效,对于进入跃变期的处理跃变前期的果实有效,对于进入跃变期的果实影响很小或无效。因此,果实影响很小或无效。因此,1-MCP有效处理时期应该是有效处理时期应该是在果实发生跃变、乙烯大量发生之前在果实发生跃变、乙烯大量发生之前。
7、研究发现,香蕉经乙烯处理后再用研究发现,香蕉经乙烯处理后再用1-MCP处理,果实处理,果实的后熟仅部分受抑,可能与体内某些受体已完成对乙烯的的后熟仅部分受抑,可能与体内某些受体已完成对乙烯的感受有关,而果实经乙烯处理后感受有关,而果实经乙烯处理后2d或或3d后,用后,用1-MCP处理,处理,后熟进程不受影响,说明果实后熟已进人不可逆阶段,乙后熟进程不受影响,说明果实后熟已进人不可逆阶段,乙烯的自动催化合成一经启动,烯的自动催化合成一经启动,1-MCP便会失去抑制效果,便会失去抑制效果,表明表明1-MCP的抑制效应仅与果实后熟早期有关。的抑制效应仅与果实后熟早期有关。1-MCP处理可以明显延缓果
8、实硬度的下降。在常温条处理可以明显延缓果实硬度的下降。在常温条件下尖柿经件下尖柿经1-MCP处理后贮藏处理后贮藏12d果肉仍基本完好,果肉仍基本完好,而未而未经经1-MCP处理处理(对照对照)的果实硬度则迅速下降。的果实硬度则迅速下降。但是在贮藏但是在贮藏24d以后,对照果实和以后,对照果实和1-MCP处理果实硬度处理果实硬度又逐渐接近,这表明,又逐渐接近,这表明,在果实成熟软化后期,在果实成熟软化后期,1-MCP的作的作用已经很微弱。用已经很微弱。3l-MCP抑制乙烯效应所需浓度与其处理时间有关抑制乙烯效应所需浓度与其处理时间有关。一般情况下,一般情况下,l-MCP处理时间愈长,所需浓度愈低
9、;处理时间愈长,所需浓度愈低;反之亦然。且在一定浓度范围内,反之亦然。且在一定浓度范围内,1-MCP处理的效果随其处理的效果随其浓度的增加而加强,如分别用浓度的增加而加强,如分别用30和和90mLLl-MCP处理的处理的香蕉,温度在香蕉,温度在24、相对湿度、相对湿度785条件下贮藏,其成熟条件下贮藏,其成熟比对照分别延迟比对照分别延迟4d和和8d。但是浓度过高的。但是浓度过高的1-MCP处理反而处理反而导致腐烂的增加。高浓度导致腐烂的增加。高浓度1-MCP促进衰老作用可能是通过促进衰老作用可能是通过抑制某些有利的或者是激发某些不利的代谢系统,从而干抑制某些有利的或者是激发某些不利的代谢系统,
10、从而干预植物组织本身的自然防御系统。另外,不同浓度的预植物组织本身的自然防御系统。另外,不同浓度的l-MCP处理桃、苹果、南果梨其效果也不一样。处理桃、苹果、南果梨其效果也不一样。4 4、1-MCP1-MCP处理效果与温度有关。处理效果与温度有关。Sisler等认为:在低温条件下,等认为:在低温条件下,1-MCP与受体结合减少,与受体结合减少,这可能与低温下膜上受体蛋白构象的改变有关。这可能与低温下膜上受体蛋白构象的改变有关。Ku等则认等则认为高温条件下为高温条件下1-MCP可能会更好地接近乙烯结合位点并与可能会更好地接近乙烯结合位点并与其结合。此外,赵丽等报道:其结合。此外,赵丽等报道:1-
11、MCP处理对猕猴桃果实在处理对猕猴桃果实在O下的保鲜效果没有下的保鲜效果没有20下下的效果好,可能是低温导致的效果好,可能是低温导致1-MCP1-MCP气体渗入植物组织的能力下降或与受体结合能力降低气体渗入植物组织的能力下降或与受体结合能力降低有关。有关。5、果实经、果实经l-MCP处理后,外源乙烯处理对软化进程不起作处理后,外源乙烯处理对软化进程不起作用,可能是果实体内缺乏足够数量的乙烯受体,然而,给用,可能是果实体内缺乏足够数量的乙烯受体,然而,给予足够的时间,保证足够数量新的乙烯受体的合成,外源予足够的时间,保证足够数量新的乙烯受体的合成,外源乙烯处理便能诱导果实后熟发生。苏小军等研究也
12、认为:乙烯处理便能诱导果实后熟发生。苏小军等研究也认为:1-MCP并没有破坏这些受体,因而只要少量新的乙烯受体的并没有破坏这些受体,因而只要少量新的乙烯受体的合成便能启动果实后熟。在苹果、梨贮藏期间,当果实的合成便能启动果实后熟。在苹果、梨贮藏期间,当果实的乙烯释放量低于乙烯释放量低于0.1MLL时,再次施用时,再次施用1-MCP可更有效可更有效地延迟后熟。因此,地延迟后熟。因此,1-MCP重复施用可增强延缓果实成熟重复施用可增强延缓果实成熟衰老的效果。衰老的效果。三、三、1-MCP使用方法使用方法1-MCP气气体体被被吸吸收收固固定定在在载载体体中中。在在使使用用时时,只只需需根根据据所所处
13、处理理园园艺艺产产品品种种类类和和密密闭闭容容器器的的容容积积,把把一一定定量量的的1-MCP载载体体溶溶解解于于缓缓冲冲液液或或水水中中,1-MCP气气体体就就会会立立即即释释放放出出来来,通常在通常在1324之间至少熏蒸之间至少熏蒸4h方可有效。方可有效。1-MCP一一般般可可用用于于园园艺艺产产品品采采前前、采采后后、装装箱箱运运输输前前或或出出售售前前,在在温温室室、冷冷库库、集集装装箱箱和和包包装装箱箱中中均均可可处处理理。1-MCP可可以以对对同同一一园园艺艺产产品品重重复复使使用用,以以延延长长其其效效果果。某某一一种种新新园园艺艺产产品品在在应应用用前前,必必须须对对使使用用浓
14、浓度度、熏熏蒸蒸时时间间、处处理理时时的的温温度度和和果果蔬蔬产产品品的的成成熟熟度度或或发发育育期期等等逐逐项项进进行行调调查查,经经实实验后才能应用。验后才能应用。1 1、对乙烯释放量及呼吸强度的影响、对乙烯释放量及呼吸强度的影响 l-MCP抑制乙烯与其受体的正常结合,阻断乙烯反馈抑制乙烯与其受体的正常结合,阻断乙烯反馈调节的生物合成,可能是调节的生物合成,可能是1-MCP处理导致处理导致1-氨基环丙烷氨基环丙烷-1-羧酸羧酸(ACC)向丙二酰向丙二酰ACC(MACC)的转化过程不能恢复。的转化过程不能恢复。另外,乙烯的产生可通过从另外,乙烯的产生可通过从ACC合成酶合成酶(ACS)、AC
15、C氧化酶氧化酶(ACO)进行调节,而进行调节,而1-MCP处理能阻断这种调节作处理能阻断这种调节作用。用。1-MCP不仅能阻断体内乙烯生物合成的反馈调节,而不仅能阻断体内乙烯生物合成的反馈调节,而且还能抑制外源乙烯对内源乙烯产生的诱导作用。且还能抑制外源乙烯对内源乙烯产生的诱导作用。四、四、l-MCPl-MCP对果实采后生理和品质的影响对果实采后生理和品质的影响 对对苹果、梨及对香蕉苹果、梨及对香蕉的研究均表明,的研究均表明,1-MCP1-MCP不仅能够显不仅能够显著地著地降低乙烯释放与呼吸速率降低乙烯释放与呼吸速率,还可不同程度地延长乙烯,还可不同程度地延长乙烯与呼吸峰的出现,并由此推迟衰老
16、的启动,与呼吸峰的出现,并由此推迟衰老的启动,延长果实的贮延长果实的贮藏期与货架期。在藏期与货架期。在枣的研究中发现,枣的研究中发现,1-MCP虽未改变乙烯虽未改变乙烯释放量变化趋势,但对其有明显的抑制作用释放量变化趋势,但对其有明显的抑制作用。但在用。但在用1-MCP处理青花菜中发现,处理青花菜中发现,1-MCP处理增加了乙烯释放量,处理增加了乙烯释放量,其原因尚不清楚。指出其原因尚不清楚。指出1-MCP能抑制早期采收草莓果实的能抑制早期采收草莓果实的呼吸,而发现呼吸,而发现1-MCP并不能抑制柑橘在贮藏过程中的呼吸并不能抑制柑橘在贮藏过程中的呼吸作用。这些均表明作用。这些均表明1-MCP对
17、乙烯释放与呼吸速率的影响因对乙烯释放与呼吸速率的影响因处理果实种类的不同而异。处理果实种类的不同而异。2 2、对果实营养成分的影响、对果实营养成分的影响 l-MCP对果实营养成分的影响主要包括对对果实营养成分的影响主要包括对果实可果实可溶性固形物、可滴定酸、可溶性糖、溶性固形物、可滴定酸、可溶性糖、VC及蛋白质含量变化及蛋白质含量变化的影响。的影响。在苹果、梨上的研究表明,在苹果、梨上的研究表明,1-MCP能够延缓可溶能够延缓可溶性固形物和可滴定酸含量的降低,抑制淀粉的转化和分解,性固形物和可滴定酸含量的降低,抑制淀粉的转化和分解,显著提高果实贮藏质量。显著提高果实贮藏质量。MacLean等发
18、现等发现1-MCP处理能保处理能保持持“De1icious”苹果的类黄铜含量。此外,苹果的类黄铜含量。此外,1-MCP对银杏对银杏果实中的果实中的VE、可滴、可滴定酸和可溶性固形物的保持也有较好的定酸和可溶性固形物的保持也有较好的效果;显著延缓中国樱桃果实可滴定酸、糖、效果;显著延缓中国樱桃果实可滴定酸、糖、VCVC和可溶性和可溶性蛋白质含量的下降速度。蛋白质含量的下降速度。3 3、对果实风味物质形成的影响对果实风味物质形成的影响 1-MCP处理能够影响果实贮藏期间某些主要风味物质处理能够影响果实贮藏期间某些主要风味物质的转化和含量。的转化和含量。Mattheis指出:指出:1-MCP可降低呼
19、吸跃变型可降低呼吸跃变型果实中酯类化合物的产量,而对醛的产量影响不大。果实中酯类化合物的产量,而对醛的产量影响不大。Golding等在香蕉中发现,等在香蕉中发现,1-MCP处理能极大地改变挥发性处理能极大地改变挥发性香味的成分,导致醇的含量上升和相关酯的含量下降。但香味的成分,导致醇的含量上升和相关酯的含量下降。但是,是,50MLL1-MCP处理能增加采后梨果的挥发性物质异处理能增加采后梨果的挥发性物质异丁酸乙酯和丁醇的积累,维持果实的香气。由此可见丁酸乙酯和丁醇的积累,维持果实的香气。由此可见,1-MCP对不同类型果实的特征性风味物质影响有异,这可能对不同类型果实的特征性风味物质影响有异,这
20、可能与其受乙烯影响的程度不同有关与其受乙烯影响的程度不同有关。4、对果实后熟与软化的影响、对果实后熟与软化的影响1-MCP可显著抑制香蕉、油梨和苹果的后熟与软化,延可显著抑制香蕉、油梨和苹果的后熟与软化,延缓猕猴桃、杏、桃贮藏期间的硬度下降。据报道,缓猕猴桃、杏、桃贮藏期间的硬度下降。据报道,1-MCP可可延缓油桃果实硬度的下降,阻止引起果实软化的细胞物延缓油桃果实硬度的下降,阻止引起果实软化的细胞物质质(淀粉、纤维素、果胶淀粉、纤维素、果胶)的降解,抑制与果实软化相关的酶的降解,抑制与果实软化相关的酶(淀粉酶、纤维素酶、多聚半乳糖酸酶淀粉酶、纤维素酶、多聚半乳糖酸酶)活性。活性。5、对果实色
21、泽的影响、对果实色泽的影响果皮退绿或变黄与果实成熟度密切相关,乙烯在叶绿素果皮退绿或变黄与果实成熟度密切相关,乙烯在叶绿素降解过程中起着重要的作用。降解过程中起着重要的作用。用用5-20Nl/L1-MCP处理绿熟处理绿熟番茄,室温下可明显抑制番茄转色,番茄,室温下可明显抑制番茄转色,9天内果实仍为绿色或天内果实仍为绿色或部分绿色,而对照则全部转红。部分绿色,而对照则全部转红。Porat等在柑橘上观察到等在柑橘上观察到1-MCP能够显著地抑制柑橘在贮藏过程中的脱绿。孙希生和能够显著地抑制柑橘在贮藏过程中的脱绿。孙希生和Fan等试验结果也表明,等试验结果也表明,1-MCP处理能够显著地延缓果皮叶处
22、理能够显著地延缓果皮叶绿素分解,抑制果皮转色,对保持果皮绿色有明显的作用绿素分解,抑制果皮转色,对保持果皮绿色有明显的作用,对照果实叶绿素分解速度明显高于对照果实叶绿素分解速度明显高于1-MCP处理的果实。处理的果实。6、对果实贮藏期间生理病害的影响对果实贮藏期间生理病害的影响1-MCP几乎可以完全抑制苹果、梨虎皮病和糖渍现象的几乎可以完全抑制苹果、梨虎皮病和糖渍现象的发生发生。研究表明,。研究表明,1-MCP可基本或全部消除虎皮病的发生,可基本或全部消除虎皮病的发生,推迟或减少了推迟或减少了-合金欢烯、共轭三烯以及合金欢烯、共轭三烯以及6-甲基甲基-5庚烯庚烯-2-酮(酮(MHO)的积累。另
23、外,)的积累。另外,1-MCP可显著地减少苹果贮藏可显著地减少苹果贮藏过程中水心病和果皮返糖现象的发生。过程中水心病和果皮返糖现象的发生。1-MCP处理减少了果实在处理减少了果实在0条件下果心褐变,处理条件下果心褐变,处理浓度越高果心褐变的发生率越低。浓度越高果心褐变的发生率越低。1-MCP还可抑制果实衰还可抑制果实衰老腐败现象的发生,当浓度达到老腐败现象的发生,当浓度达到2mL/L时,则可完全抑制时,则可完全抑制果实衰老腐败。果实衰老腐败。虽然虽然1-MCP能有效地防止果实许多生理病害的发生,能有效地防止果实许多生理病害的发生,但并不是对所有生理病害均有效。但并不是对所有生理病害均有效。1、
24、对基因表达的调节、对基因表达的调节研究表明,研究表明,1-MCP处理显著抑制了番茄中处理显著抑制了番茄中ACC氧化酶氧化酶(ACO)的反转录水平的反转录水平。在日本梨上的试验也表明果实中。在日本梨上的试验也表明果实中PPFRU16、21、PPFRU36基因的表达受到了基因的表达受到了1-MCP的抑制。的抑制。ACC氧化酶的一个氧化酶的一个CDNA克隆克隆PPAOX1的表达水平也同样的表达水平也同样受到了抑制。受到了抑制。熟番茄乙烯合成和传导中熟番茄乙烯合成和传导中LE-ACS2、AcS4和和LE-ACO1、LE-AC04和和NR基因的表达也完全受到抑制。基因的表达也完全受到抑制。1-MCP处理
25、只处理只抑制了抑制了ACS和和ERS1基因的表达。基因的表达。五、五、1-MCP对基因表达和酶活性的调节对基因表达和酶活性的调节1-MCP还对果实的软化从基因水平上予以调节:通过对还对果实的软化从基因水平上予以调节:通过对从梨果肉细胞中分离的几个细胞壁调节酶基因的从梨果肉细胞中分离的几个细胞壁调节酶基因的CDNA克克隆的隆的RNA凝胶电泳分析表明,凝胶电泳分析表明,1-MCP能够抑制控制梨果实能够抑制控制梨果实细胞壁软化的基因细胞壁软化的基因PC-PG1、PC-PG2和和PC-XET1mRNA的的积累积累,但对,但对PC-OEG2和和PC-XET2的积累影响不大。的积累影响不大。2 2、对酶活
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