水果收获后的生理是怎样的?

植物生理学的一个分支。阐述了果实离开母体后的生理生化变化。它是水果贮藏的理论基础。果实采收后,切断了母体对水分和养分的供应,需要利用其储存的养分来维持生命活动,必然会产生一系列的生化变化。了解果实从合成到水解的变化过程及其与环境条件的关系,对适时采收、贮藏、运输、加工和销售具有理论指导意义。

研究简史

从1920开始,F.D.Kidd等人发现了果实成熟过程中的呼吸跃变现象,果实成熟前后的生理生化研究不断发展。在1935中,R.Gane证明了乙烯在果实成熟中起重要作用。20世纪70年代,由A.C.Hulme主编的《果实及其生物化学》问世,首次概括了采后生理生化的基本内容。1980欧洲植物化学学会研讨会论文集《果蔬生物化学的新进展》进一步收集了20世纪70年代以来有关采后生理生化的研究,报道了应用分子生物学概念和技术研究水果采后生理。

中国古代就有利用水果采后生理变化的特点来延长贮藏期的知识和技术。战国时期的李周(公元前5世纪~公元前3世纪)就有水果储藏的记载,北魏的《齐·姚敏书》(533 ~ 544)对水果的储藏和加工方法有更详细的描述。70年代以后,随着贮藏保鲜研究的发展,开始了果实成熟生理的科学研究。很快,研究领域扩大,涉及采后生理。在过去的10年里,已经取得了巨大的进步。

研究内容

果实从坐果开始,经历生长、发育、成熟、成熟、最终衰老的全生命活动,一般在采收后处于成熟或成熟并最终衰老的阶段。其主要生理活动如下:

呼吸

试管里的果子还活着,还需要呼吸。果实采后呼吸速率的变化、呼吸底物的生化变化、呼吸作用的类型以及影响呼吸作用的内外因素直接影响果实的食用时间和贮藏寿命(见果实呼吸作用)。

内源激素及其功能

乙烯被广泛认为是一种成熟的激素。水果种类繁多,其成熟过程与乙烯密切相关。但不同种类的水果乙烯含量不同。1971年Baur等人证明了乙烯产生的前体是卵氨酶。在1980中,杨祥发还发表了乙烯生物合成及其影响因素图(见果实成熟过程),极大地促进了果实采后生理的研究。此外,果实采收后,生长素被2,4二氯苯氧基和异丁酸(CPIBA)降解,而赤霉素和细胞分裂素减少降解,脱落酸合成增加,也参与采后实体的生化过程。各种激素之间的平衡对调节果实呼吸和物质代谢起着主要作用。

生化代谢

果实离体出叶后,特别是进入成熟或完全成熟的果实时,随着呼吸速率的变化或加强,在内源激素变化和平衡过程的参与下,细胞膜通透性发生变化,从而改变代谢方向,碳水化合物、有机酸、脂肪等底物被缓慢氧化,同时伴随着一些合成过程,如各种代谢酶、蛋白质、核糖核酸(RNA)的合成。这个合成过程所需的能量是由呼吸提供的。对采后果实的生物化学进行了深入研究,逐渐认识到果实成熟过程中水解和合成共存且相互依赖,是一个高度有序的生物化学变化过程。

营养成分的变化

有淀粉、糖、有机酸、有机盐质子或离子(如K+、Cl-、11991、磷酸盐、Ca2+、Mg2+等。)、醇类、酯类、黄酮类、苷类、酚类、氨基酸、氨化物和蛋白质。随着果实的收获,大部分果实中淀粉减少,糖分增加,酸被氧化,芳香物质增加。这个过程的快慢与果实的可食用期长短和最佳可食用期有关。研究贮藏环境条件和呼吸作用对营养物质分解和合成的影响,可以为贮藏保鲜创造必要的良好条件。

水分变化

水是生物体进行代谢活动不可缺少的底物,也是维持水果新鲜状态的最重要因素。一般果实含水量高达80%以上,离体采收后无法获得植株的水分供应。果实表面常有气孔、皮孔、萼孔和伤口(果柄端)形成的通道,水分仍在通过这些通道和表皮细胞蒸腾扩散。失水不仅造成直接的体重下降,还会造成细胞膨胀压力,组织萎蔫,外观萎缩。水分亏缺刺激组织内源乙烯、脱落酸(ABA)等激素增加,加速衰老。环境中水分过多,有利于微生物的繁殖和感染,吸水,裂果。研究果实失水的途径、表面覆盖的性质、缺水的生理效应以及外界温度、湿度、气流速度的影响,是控制果实失水,保证正常生命活动和保鲜的重要内容。

贮藏疾病

采后生理研究还涉及病理学,包括采后贮藏期间的疾病:微生物感染和生理障碍及其相互关系,形成采后病理学的新领域。采后生理障碍多由不适宜的环境因素引起,如冷害(见果实贮藏期间的冷害)、二氧化碳中毒、缺氧、营养失衡、体内代谢异常产生的有毒物质积累,如苹果苦痘、虎皮病、柑橘枯水等。

收获前因素

由于栽培措施、水肥管理和营养状况对果实采后的生理活动和品质有很大影响,即使在相同的贮藏条件下,它们的影响也往往不同。果实采前和采后的生命活动是一个整体,涉及成熟、成熟和衰老。因此,采收期对果实采后的生理生化过程以及贮藏和品质有重要影响。

环境因素

收获的果实是一个独立的系统,容易受到外界环境条件的影响。人们通常通过改变采后环境条件来加速或延缓果实的成熟和老化过程,以提高品质和延长贮藏期。温度是最重要的因素之一,所有的代谢活动和生化反应都受温度的影响。在一定范围内降低温度可以减弱新陈代谢,这是一般水果冷藏的基本原理。不同品种有不同的临界温度,低于这个温度就会发生代谢紊乱,产生冷害:湿度影响果实的水分平衡,直接影响品质和风味,所以缺水会导致细胞代谢的变化;环境中氧气和二氧化碳等气体成分的浓度显著影响呼吸速率和代谢途径。适当减少氧气和增加二氧化碳浓度会抑制呼吸和乙烯的产生,延长贮藏时间,这是气调贮藏的基本原理,因此研究环境因素的影响对开发新的保鲜技术有直接作用。