红色LED光照下上海青采后硫代葡萄糖苷代谢的变化.pdf
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1、现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2023,Vol.39,No.9 144 红色 LED 光照下上海青采后硫代葡萄糖苷代谢的变化 孙莹1,郭峰1,韩颖1,胡花丽2,3,罗淑芬2,3,李鹏霞2,3*(1.沈阳农业大学食品学院,辽宁沈阳 110866)(2.江苏省农业科学院农业设施与装备研究所,江苏南京 210014)(3.江苏省农业科学院,农业农村部农产品冷链物流技术重点实验室,江苏南京 210014)摘要:为研究发光二极管(Light-Emitting Diodes,LED)处理对上海青采后硫代葡萄糖苷(简称硫苷)代谢的作用机理,该研究首先采用
2、不同颜色和光密度的光照处理上海青,得出 6.5 mol/(m2s)的红色 LED 光照处理可显著抑制上海青中叶绿素降解,延缓其黄化。在此基础上,研究了 6.5 mol/(m2s)红色 LED 光照处理对贮藏期间上海青中硫苷代谢相关物质及基因表达水平的影响。结果表明,上海青叶柄中总硫苷和异硫氰酸酯含量分别为叶片的 2.72 倍和1.32 倍;红色LED 光照处理可显著上调上海青叶柄中脂肪族合成关键基因 MYB28、CYP83A1、GSTF11 等的表达水平,从而促进叶柄中主要硫苷物质 3-丁烯基硫苷等的合成;由此,上海青叶柄中总硫苷含量在贮藏 48 d 期间为对照组的1.621.99 倍;同时,
3、该处理提升了上海青叶柄的黑芥子酶活性,从而促进了总异硫氰酸酯的积累,且在贮藏 48 d 期间,对照组上海青叶柄的总异硫氰酸酯含量为红光处理组的 77.43%91.98%。综上,红色 LED 光照处理通过调控硫苷合成关键基因和黑芥子酶活性来延缓上海青中硫苷物质和异硫氰酸酯的流失。关键词:上海青;LED 光照;硫苷代谢;异硫氰酸酯 文章编号:1673-9078(2023)09-144-154 DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2023.9.1293 Changes in Glucosinolate Metabolism in Postharvest Pakchoi(Bra
4、ssica rapa L subsp.chinensis)under Red Light-emitting Diode Irradiation SUN Ying1,GUO Feng1,HAN Ying1,HU Huali2,3,LUO Shufen2,3,LI Pengxia2,3*(1.School of Food Science,Shenyang Agriculture University,Shenyang 110866,China)(2.Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Institute of Agricultural Faciliti
5、es and Equipment,Nanjing 210014,China)(3.Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Jiangsu Key Laboratory for Horticultural Crop Genetic Improvement,Nanjing 210014,China)Abstract:Light-emitting diode(LED)irradiation with different colors and densities was employed for investigating the effect of red
6、light on glucosinolate metabolism in postharvest pakchoi(Brassica rapa L subsp.chinensis).The results showed that both chlorophyll degradation and pakchoi yellowing were inhibited by red LED irradiation at a density of 6.5 mol/(m2s).Subsequently,the changes in glucosinolate content and relative expr
7、ession level of genes involved in the glucosinolate metabolism of pakchoi after red LED irradiation(6.5 mol/m2s)were analyzed to explore the underlying regulatory mechanism.The results indicated that the contents of total glucosinolate and isothiocyanate in pakchoi petiole were 2.72 and 1.32 times h
8、igher than those in leaves,respectively.Additionally,the expression of key aliphatic synthesis genes,including MYB28,CYP83A1,and GSTF11,was significantly upregulated by red LED irradiation,thus promoting the synthesis of glucosinolate such as 3-butenyl glucosinolate.Consequently,the total glucosinol
9、ate content in treated pakchoi petiole was 1.621.99 times higher than that in the control during 48 d of storage.The myrosinase activity was promoted,and consequently,the accumulation of total isothiocyanate was increased in pakchoi petiole following red LED irradiation.Notably,the total isothiocyan
10、ate content in the control group was 77.43%91.98%lower than that in the irradiated group during 48 d.In conclusion,red LED light treatment delayed the loss of glucosinolates and 引文格式:孙莹,郭峰,韩颖,等.红色 LED 光照下上海青采后硫代葡萄糖苷代谢的变化J.现代食品科技,2023,39(9):144-154 SUN Ying,GUO Feng,HAN Ying,et al.Changes in glucosin
11、olate metabolism in postharvest pakchoi(Brassica rapa L subsp.chinensis)under red light-emitting diode irradiation J.Modern Food Science and Technology,2023,39(9):144-154 收稿日期:2022-09-27 基金项目:江苏省农业科技自主创新资金项目(CX(20)3046);江苏省现代农业-面上项目(BE2022368)作者简介:孙莹(1998-),女,硕士研究生,研究方向:果蔬贮藏与加工,E-mail: 通讯作者:李鹏霞(1976
12、-),女,博士,研究员,研究方向:果蔬保鲜流通技术及装备,E-mail: 现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2023,Vol.39,No.9 145 isothiocyanates in pakchoi,as indicated by the upregulated relative gene expression levels involved in the synthesis of aliphatic glucosinolate and increased myrosinase activity.Key words:pakchoi;red
13、LED irradiation;glucosinolate metabolism;isothiocyanate 上海青(Brassica rapa L subsp.chinensis)属于十字花科芸苔芸薹属,是普通白菜的一个变种,常见于中国南方地区,新鲜上海青口感甘甜营养丰富1。内含维生素、矿物质和多酚等营养活性成分,其中硫代葡萄糖苷(硫苷),会被植物本身存在的黑芥子酶和人类 的 胃 肠 道 微 生 物 菌 群 转 化 为 异 硫 氰 酸 酯(Isothiocyanate,ITC)2。大量研究表明异硫氰酸酯为广谱抗癌天然产物3。上海青在采收后,叶片极易产生黄化、萎蔫和腐烂等品质劣变现象,严重影
14、响其商品品质,缩短其货架期,上海青在常温 2325 下货架期仅为 12 d4。因此,寻求安全有效的上海青营养品质提升技术显得尤其重要。有研究表明,微孔包装可以延缓上海青叶绿素降解,延缓其叶片黄化,并保持较高的多酚含量和抗氧化能力5。外源胆固醇处理可以维持上海青中叶绿素和抗坏血酸含量6。亚硒酸钠溶液浸泡结合气调包装处理能够保持上海青的感官品质并维持抗坏血酸、可溶性固形物及类黄酮等的含量7。针对上海青的硫苷代谢,有研究证实,上海青叶柄中的硫苷含量是其叶片的 1.54 倍8。采前向叶片喷洒油菜素内酯和多胺可增加上海青脂肪族硫苷和总硫苷的含量,减少其吲哚族硫苷的含量9;但乙烯利处理会提高上海青的吲哚族
15、硫苷含量10;在采后,用 1-MCP 处理上海青,其组织中硫苷含量得到了显著提升11。已有研究证实白色LED 光照处理可以促进上海青硫苷物质的生成12。但,有关上海青叶柄采后硫苷代谢的研究报道仍较少。LED 光照保鲜技术作为一种新型、高效、安全的物理保鲜手段。具有单色光排放高、寿命长、灵活和机械坚固性等优点。因此,LED 可用来减少农作物的热损伤和退化,并适用于冷藏应用,还可以提农产品的产量和营养成分13。闫志成14证实白色 LED 光照对上海青进行处理,可以维持其叶绿素含量。Zhou 等15发现白色 LED 光照处理提高了上海青中可溶性蛋白含量,降低了其游离氨基酸含量,延缓了其采后衰老。而其
16、他学者得出白色 LED 光照还可维持上海青较高的叶绿素及抗坏血酸含量,减缓其丙二醛的累 积16。Fan 等17采用转录组学手段分析出红蓝色 LED光照可以减少上海青中亚硝酸盐的累积。红色 LED 光照可以抑制上海青叶绿素降解及相关基因的表达并促进抗坏血酸合成基因的表达18;在此基础上,结合气调包装可以减轻丙二醛的积累并维持叶绿素、维生素等物质的含量19。但红色 LED 光照对上海青硫苷代谢的影响机制目前尚不明确。本实验以上海青为实验材料,研究了红色 LED 光照处理后的上海青中硫苷代谢合成途径及降解途径中关键物质、关键酶和关键基因表达的变化,为上海青采后保鲜及营养物质的提升提供理论和技术支持。
17、1 材料与方法 1.1 材料与试剂 1.1.1 材料 本实验用上海青于 2022 年 2 月 18 日移栽于江苏归来兮生态农业开发有限公司蔬菜种植基地大棚,3月 21 日清晨进行采收,78 成熟,当天上午运输至江苏省农业科学院装备与设施研究所实验室内。立即挑选出大小、色泽基本一致且无病害及黄化现象的上海青作为实验材料。1.1.2 试剂 丙酮、甲醇、无水乙醇、乙酸、活性炭、邻苯二硫醇、正己烷、葡萄糖、甲酸铵、二氯甲烷、硼酸、邻苯二硫醇(均为分析纯),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;萝卜硫苷(Glucoraphanin,GRA)、2-羟基-3-丁烯基硫苷(Progoitrin,PRO)、3-丁烯基
18、硫苷(Gluconapin,GNA)、黑芥子苷(Sinigrin,SIN)、4-甲硫基-丁基硫苷(Glucoerucin,GER)、4-戊烯基硫苷(Glucobrassicanapin,GBN)、萝卜硫素分析标准品购自美国 Sigma-Aldrich 公司;3-丁烯基异硫氰酸酯购自北京坛墨质检科技有限公司;葡萄糖试剂盒购自南京建成生物科技有限公司;RNA 提取试剂盒购自成都福际生物技术有限公司;cDNA 合成试剂盒购自美国Thermo Scientific 公司;SYBR Premix Ex TaqTM 试剂盒购自日本 TaKaRa 公司;引物序列由苏州金唯智生物科技有限公司合成。1.2 仪器
19、 PL202-L 电子天平,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;UV-1102 型紫外可见分光光度计,上海天美科学仪器有限公司;雪花制冰机 FM40,北京长流科学技术公司;A11 Basic 型液氮研磨器,艾卡(广州)仪器设备有限公司;3K15 高速冷冻离心机,德国Sigma 公司;HH-S 系列数显恒温水浴锅,常州万达升现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2023,Vol.39,No.9 146 实验仪器有限公司;Seven Multi pH 计,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;Waters 2695 高效液相色谱仪,美国 Waters 公
20、司;QTRAP 6500 高效液相色谱串联质谱分析仪,上海爱博才思分析仪器贸易有限公司;TSQ 8000 EVO 气相色谱串联质谱分析仪,美国Agilent Technologies 公司;培清 JS-680D 全自动凝胶成像分析仪,上海培清科技有限公司。1.3 实验设计与处理 1.3.1 试验:上海青适宜光照条件筛选 实验分为 9 组,具体处理方式如表 1 所示。挑选1820 颗大小基本一致,无黄化,无病害的上海青放置在LED 光照货架上,并设置3 组平行,模拟超市低温货架温度(15)下进行光照(黑暗12 h,光照12 h),将对照组进行遮光处理。贮藏至第 8 天时,通过观察上海青表型和测定
21、叶片总叶绿素含量,筛选出适宜上海青贮藏的光照条件。表1 上海青贮藏实验条件 Table 1 Experimental conditions of pakchoi 光照颜色 光照强度/mol/(m2s)分组 黑暗 0 实验组 1红色 3.25 实验组 2红色 6.5 实验组 3蓝色 3.25 实验组 4蓝色 6.5 实验组 5绿色 3.25 实验组 6绿色 6.5 实验组 7白色 3.25 实验组 8白色 6.5 实验组 91.3.2 试验:红色光照 LED 处理对上海青采后硫苷代谢的影响 以实验筛选的光照条件作为处理组(黑暗 12 h,光照 12 h),对照组为黑暗处理,置于 15 下贮藏。每
22、个处理平行处理 15 组,每组 1820 颗上海青。取样方式为:各组每 2 d 随机选取 3 个平行进行取样。取样部位为:外层 56 层叶片部分,避开主叶脉,叶柄部分去掉根部,并用液氮速冻,速存放于-80 用于指标的测定。1.4 测定指标与方法 1.4.1 总叶绿素含量的测定 参考 Hu 等20的方法并稍作修改。取 0.2 g 上海青粉末,加入 10 mL 体积分数为 80%丙酮,避光常温浸提 6 h,过滤后取上清液,以体积分数 80%丙酮为空白校零,测定在 642 和 665 nm 处提取液的吸光值,重复测定 3 次,计算叶绿素含量(mg/g)。1.4.2 总硫苷含量的测定 根据韩颖等21的
23、方法,并稍做修改。称取 2 份上海青粉末样品各1 g,1份加1.5 mL水,另1份加1.5 mL体积分数40%酸化甲醇(pH 值4.0,HCl 调制),在37 下水浴浸提1 h后,80 水浴浸提5 min,最后均用2 mL 100%甲醇终止反应。于4、10 000 r/min离心15 min,取上清液用葡萄糖试剂盒测定葡萄糖含量,硫苷分解生成的葡萄糖的物质的量与硫苷的物质的量相等,以此计算硫苷物质的量。1.4.3 总异硫氰酸酯含量的测定 根据Zhang 等22的方法,并稍做修改。取0.4 g 上海青粉末加入0.8 mL蒸馏水混匀,于4、10 000 r/min下离心 15 min,取 0.25
24、 mL 上清液,加入 0.25 mL 100 mmol/L 硼酸缓冲溶液(pH 值 8.5)和 0.5 mL 10 mmol/L 邻苯二硫醇溶液,于 65 水浴 2 h 后于 365 nm 处测定吸光度值。用萝卜硫素做标曲,根据标曲计算总异硫氰酸酯的含量。1.4.4 黑芥子酶活性的测定 根据赵欢欢等23的方法,并稍做修改。取 1 g 上海青粉末加入 2 mL 0.1 mol/L 磷酸盐缓冲液(pH 值6.5),于 4、10 000 r/min 下离心15 min,上清液即为粗酶液。取 0.6 mL 粗酶液,加入 0.2 mL 2 mmol/L的黑芥子苷溶液,混匀,37 水浴 15 min,然后
25、置于沸水浴中反应 5 min 以停止反应。采用葡萄糖试剂盒检测葡萄糖含量,以每分钟生成 1 nmol 葡萄糖为 1 个酶活,比活度以鲜重 U/g 表示。1.4.5 硫苷物质含量的测定 样品制备:参照 Luo 等24的方法略有修改,称取1 g 上海青粉末加入 2 mL 体积分数75%甲醇,80 水浴 20 min,冷却至 4 后于 10 000 r/min 下离心 15 min,取上清液,过 0.22 m 有机相滤膜,经 LC-20液相色谱串联TripleTOF 5600+飞行时间液质联用仪鉴定。根据在全扫描模式下确定的 m/z 值和在 MS2模式下观察到的碎片信息,与相应的标准品质谱信息或参考
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