CN114600712B - 一种促进番茄果实成熟和提高其品质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种促进番茄果实成熟和提高其品质的方法，应用包含氨基酸衍生物的工作液对番茄果实进行采前喷施处理或者采后浸泡处理，所述氨基酸衍生物为哌啶酸或N‑羟基哌啶酸。本发明还公开了一种促进番茄果实成熟和提高其品质的制剂，所述制剂，包含所述氨基酸衍生物和表面活性剂。氨基酸衍生物哌啶酸和N‑羟基哌啶酸可以通过促进乙烯的生成，进而促进番茄果实的成熟以及提高果实风味和营养品质，利用本发明方法或制剂提高果实品质简单易行，成本较低，可显著促进果实成熟，提高果实的可溶性糖以及类胡萝卜素含量，提高番茄果实的风味和营养品质。

Description

一种促进番茄果实成熟和提高其品质的方法
技术领域
本发明属于农业生物技术领域，尤其涉及一种促进番茄果实成熟和提高其品质的方法。
背景技术
番茄为茄科茄属草本植物，是世界范围内重要的蔬菜作物之一，在我国的栽培面积和总产量均位居世界首位。因其颜色鲜艳，风味鲜美，富含一系列具有保健功能的营养物质，深受消费者喜爱，已成为人们餐桌上不可或缺的部分。为了保证番茄的四季供应，设施栽培的番茄比重一直处于较高水平，然而消费者普遍反映市售番茄口感差，缺少“番茄味”等。因此综合调控番茄果实的成熟与各类品质指标，是目前实现设施番茄优质生产的重要途径。
番茄中的类胡萝卜素包括番茄红素、β-胡萝卜素和叶黄素等，番茄的果实色泽主要取决于其所含的类胡萝卜素的种类及含量。类胡萝卜素是一类具有独特理化性质的萜类化合物，在植物光合组织和非光合组织中，通过异戊二烯途径产生橙色、黄色和红色等色素，参与花卉、果实和蔬菜的着色，并在光合作用和光保护中发挥重要作用。同时，类胡萝卜素是人类饮食的必需成分，是维生素A的合成前体，能改善人的认知功能和心血管功能、减少氧化损伤并可能有助于预防某些癌症。
番茄的口感风味是番茄果实中可溶性糖、有机酸、糖酸比、可溶性蛋白等品质指标综合作用的结果。番茄果实中的可溶性糖主要为葡萄糖、果糖和蔗糖，有机酸主要为苹果酸、柠檬酸等。番茄作为典型的呼吸跃变型果实，在果实成熟阶段，果实的颜色、质地、风味和口感等感官属性以及糖、酸、维生素和类胡萝卜素等营养物质方面都发生显著的变化。目前普遍认为番茄果实成熟是乙烯主导、多种植物激素参与的调控过程。
当前研究中公布了一些促进番茄果实成熟的方法，例如：公开号为CN111406588A的中国专利文献公开了一种促进番茄果实膨大、成熟的方法，包括以下步骤：在番茄打顶后，最后一穗果开花后10-20天，在现存第一穗果下方5-10cm的主茎处环剥，形成0.5-1cm宽的环剥口，将环剥口用嫁接膜包紧，直至采收结束。公开号为CN105815070A的中国专利文献公开了一种加速温棚秋延迟番茄后期自然成熟的方法，该发明通过适时合理调节、改善果实受光及营养供应条件，在不使用催熟剂及采下贮藏后熟的条件下促进果实在秧上的早日自然成熟。上述发明方法人工成本较大，操作较为繁琐。
哌啶酸和N-羟基哌啶酸均为赖氨酸衍生物，近年来关于其在植物系统获得性抗病性中的研究非常深入。哌啶酸和N-羟基哌啶酸不仅能够提高受病原菌侵染植物叶片的抗病性，还能够显著提高未受侵染的远端叶片的抗病性。关于二者合成路径已有报道，包括三步反应：转氨酶AGD2类防御反应蛋白ALD1，能够去除L型赖氨酸中的α-氨基，合成中间物质；中间物质在还原酶SARD4的作用下还原生成哌啶酸；哌啶酸在黄素单加氧酶FMO1的作用下生成N-羟基哌啶酸(Hartmann M等，“Biochemical principles and functional aspects ofpipecolic acid biosynthesis in plant immunity”Plant Physiol,2017,174,124-153)，具体路径如式(Ⅰ)所示。但是关于哌啶酸和N-羟基哌啶酸在植物生长发育及果实成熟品质中的研究却鲜有报道。
Figure BDA0003523461850000021
发明内容
本发明发现氨基酸衍生物哌啶酸和N-羟基哌啶酸可以通过促进乙烯的生成，进而促进番茄果实的成熟以及提高果实风味和营养品质；因此提供了一种应用哌啶酸或N-羟基哌啶酸促进番茄果实成熟和提高其品质的方法，该方法绿色无污染、施用方便、效果显著。
具体采用的技术方案如下：
一种促进番茄果实成熟和提高其品质的方法，其特征在于，应用包含氨基酸衍生物的工作液对番茄果实进行采前喷施处理或者采后浸泡处理，所述的氨基酸衍生物为哌啶酸或N-羟基哌啶酸。
哌啶酸是一种赖氨酸衍生的哌啶类物质，结构式为
Figure BDA0003523461850000031
能够在植物体内基于转氨酶ALD1以及还原酶SARD4的作用下生成；N-羟基哌啶酸的结构式为
Figure BDA0003523461850000032
是哌啶酸在单加氧酶FMO1的作用下生成的；哌啶酸和N-羟基哌啶酸均可以通过促进乙烯的生成，进一步促进番茄果实成熟以及提高果实风味和营养品质。
所述包含氨基酸衍生物的工作液中，氨基酸衍生物的浓度可根据番茄植株的苗龄、具体生长情况以及植株生长环境来确定。
优选的，所述的番茄果实为绿熟期的番茄果实。
番茄为跃变型果实，绿熟期的番茄果实已充分长成，物质积累过程已完成，可在植株上或贮藏中完成后熟过程。利用所述包含氨基酸衍生物的工作液对绿熟期的番茄果实进行处理，易于实施且效果显著。
优选的，当所述氨基酸衍生物为哌啶酸时，哌啶酸的浓度为60～200mg L-1；当所述氨基酸衍生物为N-羟基哌啶酸时，N-羟基哌啶酸的浓度为70～220mg L-1。采用上述浓度的含氨基酸衍生物的工作液对绿熟期的番茄果实进行处理时，能显著提高番茄果实的成熟度、可溶性糖含量和类胡萝卜素含量等。
将哌啶酸或N-羟基哌啶酸作为主要功效成分配制为制剂，所述制剂能够促进番茄果实成熟和提高其品质。
本发明还提供了一种促进番茄果实成熟和提高其品质的制剂，其特征在于，所述制剂，包含所述氨基酸衍生物和表面活性剂，
当氨基酸衍生物为哌啶酸时，哌啶酸和表面活性剂的配比为6～20g：0.02～0.03L；
当氨基酸衍生物为N-羟基哌啶酸时，N-羟基哌啶酸和表面活性剂的配比为7～22g：0.02～0.03L。
所述表面活性剂可使制剂在果实表面的延展性和渗透性能显著增强，提高制剂的抗雨水冲刷能力和药效。同时有利于浸果时制剂的渗透，减少制剂的用量，延长制剂的有效期。
优选的，所述表面活性剂可采用有机硅、吐温60或Silwet-L77中的一种。
进一步优选的，所述表面活性剂为有机硅，有机硅表面活性剂价格更为低廉，且在提高制剂的延展性、降低制剂表面张力上效果更为显著，使制剂更易被植株吸收。
进一步优选的，所述制剂中，当氨基酸衍生物为哌啶酸时，哌啶酸和表面活性剂的配比为12.90g：0.025L；当氨基酸衍生物为N-羟基哌啶酸时，N-羟基哌啶酸和表面活性剂的配比为14.50g：0.025L。在上述组分配比下制得的制剂中，哌啶酸和N-羟基哌啶酸在果实表面的分散性、延展性以及渗透性效果最佳。
优选的，当所述制剂中氨基酸衍生物为哌啶酸时，将哌啶酸加水配制为6～20g/L的溶液，再加入水和表面活性剂得到稀释液后使用；稀释液中，哌啶酸的浓度为60～200mgL-1，表面活性剂的体积百分数为0.02％～0.03％。
优选的，当所述制剂中氨基酸衍生物为N-羟基哌啶酸时，将N-羟基哌啶酸加水配制为7～22g/L的溶液，再加入水和表面活性剂得到稀释液后使用；稀释液中，N-羟基哌啶酸的浓度为70～220mg L-1，表面活性剂的体积百分数为0.02％～0.03％。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明利用已知化合物哌啶酸和N-羟基哌啶酸提供了一种促进番茄果实成熟和提高其品质的方法。
(2)本发明中应用的氨基酸衍生物哌啶酸和N-羟基哌啶酸为植物友好型物质，可在环境和生物体内降解，使用后也无残留，对人畜和环境无毒害。
(3)本发明以哌啶酸或N-羟基哌啶酸为主要有效成分制备的制剂，哌啶酸或N-羟基哌啶酸通过促进乙烯的生成，进一步促进番茄果实成熟以及提高果实风味和营养品质。
(4)本发明方法可在果实采前或采后施用，易于实施。
(5)本发明方法提高果实品质简单易行，成本较低，可显著促进果实成熟，提高果实的可溶性糖以及类胡萝卜素等风味和营养品质。
附图说明
图1为实施例1中制剂处理组与对照组处理7天后番茄果实的光学图片、硬度、色差和乙烯释放速率对比图，其中，A为光学图片对比图，B为硬度对比图，C为色差对比图，D为乙烯释放速率对比图；a*表示色差，a，b代表5％水平上的差异显著。
图2为实施例1中制剂处理组与对照组处理7天后番茄果实的可溶性糖含量测试结果，其中，A为葡萄糖，B为果糖，C为蔗糖，a，b代表5％水平上的差异显著。
图3为实施例1中制剂处理组与对照组处理7天后番茄果实的类胡萝卜素含量测试结果，其中，A为番茄红素，B为β-胡萝卜素，C为叶黄素，a，b代表5％水平上的差异显著。
图4为实施例2中制剂处理组与对照组处理9天后番茄果实的光学图片、硬度、色差和乙烯释放速率对比图，其中，A为光学图片对比图，B为硬度对比图，C为色差对比图，D为乙烯释放速率对比图；a*表示色差，a，b代表5％水平上的差异显著。
图5为实施例2中制剂处理组与对照组处理9天后番茄果实的可溶性糖含量测试结果，其中，A为葡萄糖，B为果糖，C为蔗糖，a，b代表5％水平上的差异显著。
图6为实施例2中制剂处理组与对照组处理9天后番茄果实的类胡萝卜素含量测试结果，其中，A为番茄红素，B为β-胡萝卜素，C为叶黄素，a，b代表5％水平上的差异显著。
图7为实施例3中制剂处理组与对照组处理7天后番茄果实的光学图片、硬度、色差和乙烯释放速率对比图，其中，A为光学图片对比图，B为硬度对比图，C为色差对比图，D为乙烯释放速率对比图；a*表示色差，a，b代表5％水平上的差异显著。
图8为实施例3中制剂处理组与对照组处理7天后番茄果实的可溶性糖含量测试结果，其中，A为葡萄糖，B为果糖，C为蔗糖，a，b代表5％水平上的差异显著。
图9为实施例3中制剂处理组与对照组处理7天后番茄果实的类胡萝卜素含量测试结果，其中，A为番茄红素，B为β-胡萝卜素，C为叶黄素，a，b代表5％水平上的差异显著。
图10为实施例4中制剂处理组与对照组处理9天后番茄果实的光学图片、硬度、色差和乙烯释放速率对比图，其中，A为光学图片对比图，B为硬度对比图，C为色差对比图，D为乙烯释放速率对比图；a*表示色差，a，b代表5％水平上的差异显著。
图11为实施例4中制剂处理组与对照组处理9天后番茄果实的可溶性糖含量测试结果，其中，A为葡萄糖，B为果糖，C为蔗糖，a，b代表5％水平上的差异显著。
图12为实施例4中制剂处理组与对照组处理9天后番茄果实的类胡萝卜素含量测试结果，其中，A为番茄红素，B为β-胡萝卜素，C为叶黄素，a，b代表5％水平上的差异显著。
具体实施方式
下面结合附图与实施例，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。
本发明实施例中，哌啶酸购自上海笛柏生物科技有限公司，N-羟基哌啶酸购自美国GLPBIO公司。
实施例1
一、制剂的制备
取哌啶酸1.29g，缓慢加入100mL的水，搅拌溶液直至充分溶解得到哌啶酸溶液；取哌啶酸溶液100mL，加水10L稀释，再加入2.5mL有机硅，搅拌均匀后，获得制剂。
二、制剂的施用和番茄果实品质指标的检测
将步骤(一)制得的制剂在傍晚均匀喷施于绿熟期果实(果实表面绿色且不再膨大)表面，直至果实表面湿润为止，持续喷施2天，以喷施水的番茄植株作为对照。将上述处理的所有植株置于温度25℃/21℃(昼/夜)，光周期为12h/12h(昼/夜)，光照强度为200μmol·m-2·s-1，相对湿度80％的环境条件中培养。
处理后7天分别取制剂处理组和对照组30个果实样品，10个为1组，测定其色差、硬度、乙烯含量，葡萄糖、果糖、蔗糖等可溶性糖含量，以及番茄红素、β-胡萝卜素、叶黄素等类胡萝卜素的含量。
果实色泽测定方法如下：
果实色泽测定参考Komatsu等，(Komatsu等，“Image analysis for amicrofluidic paper-based analytical device using the CIE L*a*b*color system.”The Analyst，2016，141，6507–6509.)采用亨特实验室迷你扫描XE Plus色度计(HunterAssociates Laboratory Inc.,Reston,VA,USA)，采用CIE L*a*b显色系统对果皮进行显色分析。
果实硬度测定方法如下：
果皮的硬度测定用质构仪(TA-XT2i质构仪；Stable Micro Systems,StableMicro Systems Ltd,Surrey,UK)进行，具体操作参考制造商的说明书。
果实乙烯产生速率测定方法如下：
乙烯测定参考Li等(Li等，“Roles of RIN and ethylene in tomato fruitripening and ripening-associated traits”，New Phytologist,2020,226,460-475)的方法。取不同处理的待测果实，室温条件下分别置于密闭的300mL乐扣保鲜盒1h，用注射器抽出1mL气体注入气相，用于气相分析。采用气相色谱仪为6890N(Agilent,Folsom,CA,USA)；检测器：氢火焰离子探测器；载气：氮气；柱温(加热炉)：130℃；检测器温度：200℃；进样口温度：160℃。
可溶性糖(葡萄糖、果糖、蔗糖)测定方法如下：
称取0.1g果实冻样粉末，加入1.0mL双蒸水，涡旋，80℃恒温水浴30min后12000×g离心10min，收集上清液；再次向沉淀中加入1.0mL双蒸水，重复上述操作并将两次上清液混合。分别取2μL和100μL上清液，用80％色谱级乙腈定容至1mL，各取200μL溶液用于测定蔗糖以及葡萄糖、果糖的含量。参考Zhang等(Zhang等,“Postharvest responses of Chinesebayberry fruit”,Postharvest Biology and Technology,2005,37,241–251)通过高效液相色谱(HPLC)的方法测定三种糖的含量。葡萄糖、果糖、蔗糖标准品均购自Sigma-Aldrich公司。
类胡萝卜素(番茄红素、β-胡萝卜素、叶黄素)测定方法如下：
称取番茄果实冻干粉0.1g于2mL离心管中，依次加入350μL甲醇、700μL氯仿和350μL超纯水，充分涡旋，10000rpm离心10min，收集氯仿相。向剩余液体中再次加入700μL氯仿，混匀并10000rpm离心10min，收集氯仿相并与之前的氯仿相合并。合并后的氯仿相用旋蒸仪30℃蒸干，加入350μL 6％KOH甲醇溶液，60℃水浴锅暗中放置30min，进行皂化反应，后加入700μL超纯水进行萃取，直至水相颜色为无色。萃取后的氯仿相用氮气吹干，溶于100μL色谱级乙酸乙酯中，10000rpm离心10min，取50μL上清液参考Zheng等方法(Zheng等,“Naturalvariation in CCD4 promoter underpins species-specific evolution of redcoloration in citrus peel”,Molecular Plant,2019,12(9),1294–1307)进行高效液相色谱(HPLC)分析。番茄红素、β-胡萝卜素和叶黄素标准品均购于北京索莱宝公司。
制剂处理组和对照组的果实样品的品质指标检测结果如图1-3所示，制剂处理组较对照组果实色泽较红(图1中的A和图1中的C)，硬度较低(图1中的B)，乙烯释放速率较高(图1中的D)；且葡萄糖(图2中的A)、果糖(图2中的B)、蔗糖(图2中的C)等可溶性糖，以及番茄红素(图3中的A)、β-胡萝卜素(图3中的B)、叶黄素(图3中的C)等类胡萝卜素的含量均显著提高。
实施例2
一、制剂的制备
取哌啶酸1.29g，缓慢加入100mL的水，搅拌溶液直至充分溶解得到哌啶酸溶液；取哌啶酸溶液100mL，加水10L稀释，再加入2.5mL有机硅，搅拌均匀后，获得制剂。
二、制剂的施用和番茄果实品质指标的检测
将步骤(一)制得的制剂倒入长20cm宽10cm高10cm容器，挑选成熟度均一，无机械伤，无病虫害，大小相对一致的绿熟期(果实表面绿色且不再膨大)果实放入其中，盖好盖子，使果实整个浸入溶液中，静置3小时后取出，常温晾干。连续浸泡处理2天，以同样方法清水处理的果实作为对照。上述所有果实处理后于温度25℃/21℃(昼/夜)，光周期为12h/12h(昼/夜)，光照强度为200μmol·m-2·s-1，相对湿度80％的环境条件中静置。
10L制剂处理的果实量可根据容器和果实大小决定，需保证每个果实都完全浸泡在制剂中。
处理9天后分别取制剂处理组和对照组30个果实样品，10个为1组，测定其色差、硬度、乙烯含量，葡萄糖、果糖、蔗糖等可溶性糖含量，以及番茄红素、β-胡萝卜素、叶黄素等类胡萝卜素的含量。测量方法同实施例1。
制剂处理组和对照组的果实样品的品质指标检测结果如图4-6所示，制剂处理组较对照组果实色泽较红(图4中的A和图4中的C)，硬度较低(图4中的B)，乙烯释放速率较高(图4中的D)；且葡萄糖(图5中的A)、果糖(图5中的B)、蔗糖(图5中的C)等可溶性糖，以及番茄红素(图6中的A)、β-胡萝卜素(图6中的B)、叶黄素(图6中的C)等类胡萝卜素的含量均显著提高。
实施例3
N-羟基哌啶酸制剂的配制方法与实施例1中的哌啶酸制剂的配制方法相同，区别仅在于将制剂中1.29g哌啶酸换为1.45g N-羟基哌啶酸。
本实施例中，N-羟基哌啶酸制剂对采前在枝绿熟期番茄果实的喷施方法与番茄果实品质检测方法均与实施例1相同。
制剂处理组和对照组的果实样品的品质指标检测结果如图7-9所示，制剂处理组较对照组果实色泽较红(图7中的A和图7中的C)，硬度较低(图7中的B)，乙烯释放速率较高(图7中的D)；且葡萄糖(图8中的A)、果糖(图8中的B)、蔗糖(图8中的C)等可溶性糖，以及番茄红素(图9中的A)、β-胡萝卜素(图9中的B)、叶黄素(图9中的C)等类胡萝卜素的含量均显著提高。
实施例4
N-羟基哌啶酸制剂的配制方法与实施例2中的哌啶酸制剂的配制方法相同，区别仅在于将制剂中1.29g哌啶酸换为1.45g N-羟基哌啶酸。
本实施例中，N-羟基哌啶酸制剂对采后绿熟期果实的喷施方法与番茄果实品质检测方法均与实施例2相同。
制剂处理组和对照组的果实样品的品质指标检测结果如图10-12所示，制剂处理组较对照组果实色泽较红(图10中的A和图10中的C)，硬度较低(图10中的B)，乙烯释放速率较高(图10中的D)；且葡萄糖(图11中的A)、果糖(图11中的B)、蔗糖(图11中的C)等可溶性糖，以及番茄红素(图12中的A)、β-胡萝卜素(图12中的B)、叶黄素(图12中的C)等类胡萝卜素的含量均显著提高。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述的仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种促进番茄果实成熟和提高其品质的方法，其特征在于，应用包含氨基酸衍生物的工作液对番茄果实进行采前喷施处理或者采后浸泡处理，所述氨基酸衍生物为哌啶酸或N-羟基哌啶酸；
所述的番茄果实为绿熟期的番茄果实；
哌啶酸或N-羟基哌啶酸通过促进乙烯的生成，进一步促进番茄果实成熟以及提高果实风味和营养品质；
哌啶酸的结构式为
Figure FDA0004129573130000011
N-羟基哌啶酸的结构式为
Figure FDA0004129573130000012
当所述氨基酸衍生物为哌啶酸时，哌啶酸的浓度为60～200mg L-1；
当所述氨基酸衍生物为N-羟基哌啶酸时，N-羟基哌啶酸的浓度为70～220mg L-1。
2.一种促进番茄果实成熟和提高其品质的制剂，其特征在于，所述制剂，包含氨基酸衍生物和表面活性剂；
当氨基酸衍生物为哌啶酸时，哌啶酸和表面活性剂的配比为6～20g：0.02～0.03L；
当氨基酸衍生物为N-羟基哌啶酸时，N-羟基哌啶酸和表面活性剂的配比为7～22g：0.02～0.03L；
哌啶酸的结构式为
Figure FDA0004129573130000013
N-羟基哌啶酸的结构式为
Figure FDA0004129573130000014
3.根据权利要求2所述制剂，其特征在于，所述表面活性剂为有机硅、吐温60或Silwet-L77中的一种。
4.根据权利要求2所述制剂，其特征在于，所述制剂中，当氨基酸衍生物为哌啶酸时，哌啶酸和表面活性剂的配比为12.90g：0.025L；
当氨基酸衍生物为N-羟基哌啶酸时，N-羟基哌啶酸和表面活性剂的配比为14.50g：0.025L。
5.根据权利要求2所述制剂，其特征在于，当氨基酸衍生物为哌啶酸时，将哌啶酸加水配制为6～20g/L的溶液，再加入水和表面活性剂得到稀释液后使用；稀释液中，哌啶酸的浓度为60～200mg L-1，表面活性剂的体积百分数为0.02％～0.03％。
6.根据权利要求2所述制剂，其特征在于，当氨基酸衍生物为N-羟基哌啶酸时，将N-羟基哌啶酸加水配制为7～22g/L的溶液，再加入水和表面活性剂得到稀释液后使用；稀释液中，N-羟基哌啶酸的浓度为70～220mg L-1，表面活性剂的体积百分数为0.02％～0.03％。
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