异槲皮素提高番茄耐贮性及对灰霉病的抗性

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番茄(Solanum lycopersicum)是世界上种植面积最为广泛的蔬菜之一,占我国蔬菜总量的8.46%。番茄果实营养物质多样全面,其种类及含量是番茄果实至关重要的品质性状。果实中含有丰富的维生素、类黄酮、番茄红素等物质,具有清除自由基、预防多种疾病的功效,对人体健康十分有益。对植物自身而言,这些物质可以有效保护植物免于或降低生物和非生物胁迫的危害。番茄作为典型的呼吸跃变型果实,无法长时间保存,在贮藏过程中果实口感逐渐变差,萎蔫皱缩、变软至腐烂,营养成分迅速流失,抗氧化能力急剧下降,严重影响番茄的商业价值,造成至少30%的经济损失。同时,番茄在贮藏期间还面临被多种病原菌侵染的风险,番茄灰霉病是其中一种最常见且难以防治的真菌性病害,平均每年至少有20-30%的番茄果实因受到灰霉病菌的侵染而造成严重的经济损失。生产上常使用的化学防腐剂虽然可以一定程度上延长贮藏时限,但这类药剂残留的毒性对人体健康存在潜在危险。因此寻找合理有效、无毒、绿色、经济的方法来解决这一困境十分必要。为减少贮藏期间番茄果实营养物质的流失并提高其对灰霉病的抵御能力,维持番茄果实品质性状,降低经济损失,本研究从番茄中重要类黄酮物质——芦丁的改造出发,探究芦丁改造物在延长番茄果实贮藏中发挥的重要作用及机理,得出以下结论:首先,使用氢氧化钾、水等易获得物质对分子量较大且溶解度低的芦丁进行较为简单、易操作的化学改造。通过多重纯化最终获得纯度稳定在95.50%左右的改造物,经鉴定改造物为异槲皮素,与传统方法相比这一化学改造方法很大程度上降低了改造成本,为异槲皮素在植物中大量的应用推广提供了基础,同时异槲皮素溶解度及生物活性较芦丁都有了较好的提升。进一步通过不同浓度的异槲皮素(1μg/ml、10μg/ml、100μg/ml、1 mg/ml)对番茄果实处理试验发现,100μg/ml异槲皮素处理番茄后15 d内腐烂率较对照降低约30%,腐烂程度减轻约35,有效延长了番茄贮藏时限;降低番茄果实贮藏期失重率,保持番茄果实水分,提高番茄果实硬度;同时,番茄果实中各种酶活性如POD、PPO等也得到一定时限内的较好保持,对延缓果实腐烂、提高果实贮藏期品质起到重要作用。在此基础上发现,100μg/ml异槲皮素处理可以维持果实中可溶性糖、可滴定酸、可溶性蛋白、可溶性固形物等物质的含量,保持番茄果实口感;并且异槲皮素可以减缓番茄中维生素C、总酚、类黄酮、胡萝卜素、番茄红素等抗氧化相关物质的降解速率,15 d时处理组番茄中抗氧化物质含量约是对照的1.5倍,有效提高了番茄果实抗氧化能力。这些结果说明异槲皮素可通过维持果实中多种营养物质的含量来稳定番茄品质。另外还发现,异槲皮素处理一方面能够抑制灰霉病菌在培养基上的生长繁殖,另一方面可以作为免疫诱抗剂激发植物抗病相关基因的表达,通过诱导茉莉酸信号路径来提高番茄果实对灰霉病菌的抵御能力,降低发病面积达50%以上,有效降低番茄灰霉病对生长和贮藏期的影响。综上所述,本研究通过对芦丁进行改造获得较高纯度异槲皮素,将其应用于番茄果实处理获得耐贮藏且抗病性更强的番茄,从多个维度提高番茄果实多种品质性状。这一研究为番茄果实耐贮藏提供了新方法,也为异槲皮素在植物中的应用提供了新思路。
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