绿叶蔬菜衰老过程中叶绿素降解过程与控制

摘要:本文主要介绍了蔬菜叶片衰老过程中叶绿素降解的途径,以及在此过程中的相关酶类和一些蔬菜保鲜方法在控制叶绿素降解方面的研究。
关键词:蔬菜叶绿素降解保鲜
绿叶蔬菜其食用部分是鲜嫩的绿色叶片或叶柄,而叶片是植物新陈代谢最旺盛的营养器官。由于表面积大,水分蒸发快,采后极易脱水萎蔫;还由于旺盛的呼吸作用,在贮藏中会迅速消耗体内的大量养分,产生大量呼吸热,促进黄化和腐烂,采后极易衰老,因此很难贮藏。绿色是绿叶蔬菜的重要品质指标,绿叶蔬菜采后随时间的推移而逐渐黄化。前人的研究表明,叶菜衰老最显著的变化就是叶片的黄化,这是叶片组织中叶绿素降解的结果。同时叶片衰老过程中还伴随着蛋白质含量下降,氨基酸积累,膜透性提高,膜脂过氧化作用增强,这些也是叶片衰老的重要生理指标。

1、叶绿素降解途径

近年来叶绿素降解代谢的研究有了较快的进展。叶绿素在植物叶片中的降解,至少有两条可能途径。一是通过酶降解即,另一条是被光氧化,即所谓的光漂白过程。

1.1 叶绿素降解的PaO途径

1.1 叶绿素酶（chlorophyllase,EC3.14）

大量研究表明,叶绿素酶在叶绿素酶促降解代谢的最初步骤中起作用。对于其在细胞内的分布,大多数的研究认为此酶主要分布在叶绿体内膜上。此酶普遍存在于高等植物中,它催化叶绿素脱去植醇基,成为叶绿素酸酯(chlorophyllide,chlide)在叶绿素迅速降解与叶绿素大量合成时,都能检测到酶活性,该酶表现出组成性表达的特点。未衰老的成熟叶片也含有叶绿素酶,说明在自然状态下的叶绿素酶的活性的表现与叶片的生理状态有关。

1.2 脱镁螯合酶(Mg-dechelatase,MDCase)

此酶催化叶绿素ａ酸酯脱去螯合的镁原子而成为脱镁叶绿素甲酯酸ａ(phaeophorbide a,pheide a)。迄今为止,该酶是唯一被发现具有催化叶绿素ａ酸酯转化为脱镁叶绿素甲酯酸ａ功能的酶。
1.1.3 镁叶绿素甲酯酸ａ单加氧酶(phaeophorbide amonooxygenase)
此酶作用下卟啉大环发生裂解反应,由于卟啉环裂解与叶片色素(绿色)丧失有关,因此该步是叶片衰老时叶色黄化的关键步骤。此酶被认为是参与叶绿素降解代谢的酶中最重要的关键酶。
1.1.4 红色叶绿素降解物还原酶(RCC reducetase)和非荧光叶绿素降解物丙二酸单酰转移酶(nonfluorescent chlorophyll catabolite malonyltranerase,NCC malonyltraerase)

1.2 叶绿素的光降解

光对叶绿素的漂白作用在C3植物中是个普遍现象,而且各种逆境条件还会加剧光氧化作用。对其机理,国内外已有大量的研究,主要集中在活性氧和自由基上。认为过量的光能使叶绿素成为三线态,通过电子传递,产生单线态氧(1Ｏ2)、羟自由基(.OH)、超氧自由基(O2.-)等活性氧而破坏DNA、蛋白质、碳水化合物及膜脂等生物分子的结构,引起叶绿素分子的降解。SOD、CAT、POD等是活性氧清除酶系统的重要保护酶。张丽欣、淙汝静[3]报道,白菜、甘蓝、生菜、菠菜等叶片均随成熟衰老POD活性增强。许长成[4]在大豆叶片旱促衰老的研究中指出POD的作用具有双重性,一方面它可以清除H2O2,为保护酶系统的成员之一;另一方面它参与叶绿素的降解,活性氧的产生,并能引发膜脂过氧化,表现为伤害效应。但光是否具有直接降解叶绿素的作用,目前尚无明确的实验根据作出定论。
有研究发现植物生长调节物质、光、组织含水量等影响叶绿素的降解过程。其中细胞分裂素、生长素、赤霉素可延缓叶片的衰老,脱落酸、乙烯则促进叶片衰老。叶片失绿被认为是叶片衰老的最主要和最初的症状,因此常用叶绿素含量作为叶片衰老开始的标志。延缓绿叶蔬菜采后衰老可采用细胞分裂素、赤霉素等植物生长调节物质直接处理蔬菜,也可以采用一些抑制剂控制脱落酸及乙烯基因的表达减少其产生或减少它们在环境中的含量。

2、绿叶蔬菜贮藏保鲜中采用的一些方法

2.1 直接用植物调节物质处理绿叶蔬菜

尽管芹菜的食用部分是叶柄而不是叶片,但叶片的脱绿黄化是衰老的表现特征。用赤霉素对空心绿叶芹进行喷布处理,晒干后装入塑料薄膜袋中,置于0℃下贮藏。结果发现,赤霉素可以通过抑制芹菜的膜脂过氧化作用,保护细胞膜结构的完整性,阻止芹菜叶绿素的降解,以延缓芹菜的衰老[5]。有人认为叶菜类黄化是过氧化物酶参与的过氧化反应所致。研究发现在香菜衰老过程中,POD活性升高与叶绿素含量下降呈协同趋势。赤霉素处理的香菜叶片中叶绿素及蛋白质含量明显高于对照组,其显著地延缓了叶绿素、可溶性性蛋白的降解,抑制了过氧化物酶活性的上升[6]。刘尊英等用赤霉素处理豌豆苗发现其延缓豌豆苗叶绿素含量的下降[7]。菠菜经赤霉素处理也保持了较高的叶绿素含量[8]。
其它调节物质如6-BA能减轻青花菜[9]、菠菜[8]、油茶离体叶片[10]、草莓叶片[11]等叶绿素降解及蛋白质含量的下降,延缓它们的衰老。
2.2

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乙烯作用抑制剂处理绿叶蔬菜
CO2、Ag+( AgNO3或STS)、2,5-NBD等为早期发现的乙烯作用抑制剂,STS已在生产上获得广泛应用,但Ag+具有毒性对环境有污染,不宜在果蔬上使用;2,5-NBD具有持续抑制乙烯的效应,但有致癌性;DACP等烃类抑制剂性质不稳定,易爆炸,处理时需强光照射,安全性差。1-MCP是一种研究比较热的乙烯作用抑制剂,也是间接研究乙烯作用的工具。
研究发现1-MCP无毒、无味。低浓度就能够起作用,1-MCP能抑制柑橘的脱绿、香蕉颜色转黄、保持杏和桃子的颜色,但也有发现杏和李的颜色不受其影响。用浓度0.01、0.1、1、10、50μl/L的1-MCP处理欧芹[12],随浓度的提高明显延缓叶绿素和蛋白质的降解,而0.01μl/L还有增加叶绿素和蛋白质的降解的迹象。香菜[13]经1-MCP处理,发现当其处理浓度大于50nl/L时香菜的衰老显著被抑制。20℃时100nl/L1-MCP处理24h后,在贮藏期间香菜叶片叶绿素和白质含量的下降都被推迟了,游离氨基酸的积累也较对照少。同时发现在有高浓度乙烯存在的情况下,1-MCP仍起作用。5℃贮藏时1-MCP处理与对照差异不显著。也有人研究发现1-MCP处理叶用甘蓝与单独使用低温贮藏没有什么差异。也就是说1-MCP处理也是只能作为低温贮藏的一个辅助手段。

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