来源:Plants 发布时间:2021/12/31 13:12:02
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南京农业大学沈文飚教授团队:分子氢通过提高韭菜的抗氧化能力来维持其贮藏品质丨MDPI Plants

论文标题:Molecular Hydrogen Maintains the Storage Quality of Chinese Chive through Improving Antioxidant Capacity

期刊:Plants

作者:Ke Jiang, Yong Kuang, Liying Feng, Yuhao Liu, Shu Wang, Hongmei Du and Wenbiao Shen

发表时间:29 May 2021

DOI:10.3390/plants10061095

微信链接:

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期刊链接:https://www.mdpi.com/journal/plants

通讯作者简介

沈文飚 教授

南京农业大学

沈文飚教授,南京农业大学博士生导师,上海交通大学氢科学中心兼职教授,江苏省生物化学与分子生物学学会副理事长,2007年入选教育部新世纪优秀人才计划。从事植物气体信号分子信号转导、代谢和功能等方面的研究,尝试开展从大田到餐桌的氢农业理论和实践工作。以通讯作者发表SCI论文100余篇,授权氢农业国家发明专利2项,获得与氢气植物学效应有关的国家自然科学基金2项。连续入选2014至2020年爱思唯尔“中国高被引学者”榜单。

背景介绍

实现碳中和目标对世界各国来说都是一个前所未有的挑战。分子氢 (H2) 作为一种无碳能量载体,在降低碳排放方面可能发挥重要作用。目前,H2广泛应用于工业。由于具有生物学功能和高生物安全性,因此H2也成为一种治疗性医用气体。此外,近二十年研究表明,H2在农业应用上也具有很大的潜力。有研究发现,H2熏蒸以及电解或储氢材料 (如二氢化镁) 制备的富氢水均能够延长果蔬的货架期和花卉的瓶插期,例如番茄、猕猴桃、玫瑰、洋桔梗和康乃馨切花等。

韭菜 (Allium tuberosum Rottler ex Spreng.) 富含维生素、纤维和具有抗菌特性的硫化合物,是广受消费者欢迎的健康蔬菜,但是其易腐烂、不耐储存和运输,通常需低温储存。南京农业大学沈文飚教授团队在Plants上发表的论文,研究了H2在4℃条件下对韭菜保鲜的效果,并探究了其作用机理。该研究对易腐蔬菜的运输、销售和储藏具有很好的理论和实际意义,同时为绿色低碳工业产品的开发利用(如氢冰箱等氢家电)提供了初步的理论依据。

研究结果

1. H2对韭菜贮藏品质的影响

新鲜采摘的韭菜在4℃下贮藏4天后,未用H2处理的对照组韭菜迅速变质,出现黄化和腐烂 (图1A)。与对照组相比,2%和3%H2能延缓韭菜腐烂、延长货架期,其中3%H2的效果最明显,而1%H2不能延长韭菜的货架期 (图1B)。同时,2%和3%H2处理还明显延缓了韭菜的鲜重和可溶性蛋白质含量的下降 (图1C, D)。

图1. 分子氢对韭菜货架期 (A)、腐烂率 (B)、失重率 (C) 和可溶性蛋白含量 (D) 的影响。

2. 总酚和黄酮类含量的变化

贮藏过程中,对照组韭菜的总酚含量呈现先上升后下降的现象,而黄酮类含量变化则呈现相反的趋势 (图2)。1%H2处理组的含量变化趋势与对照相似,而在2%H2和3%H2处理的条件下,贮藏2天后总酚和黄酮类含量的变化趋势明显减缓,在贮藏6天或8天时总酚和黄酮类含量仍保持相对较高的水平。

图2. 总酚 (A) 和黄酮类 (B) 含量的时间进程曲线。

3. H2减缓维生素C的下降

对照组的韭菜维生素C含量在贮藏期间逐渐降低,而不同浓度的H2处理对韭菜维生素C含量的下降均有不同程度的缓解作用 (图3)。

图3. 维生素C含量的时间进程曲线。

4. H2重建氧化还原稳态

通过激光扫描共聚焦显微镜检测叶尖的活性氧 (ROS) 水平 (图4A, B)。结果表明,在储存期间,对照组的荧光强度逐渐增加,表明储存过程中ROS逐渐积累,氧化还原失衡。相比之下,H2处理延缓了荧光强度的增加,即延缓了ROS的积累。该结果与比色法测定的过氧化氢 (H2O2) 的含量 (图4C)、硫代巴比妥酸反应物质 (TBARS) 的含量 (反映膜脂质过氧化程度;图4D) 以及2,2-二苯基-1-苦味酸 (DPPH) 自由基清除活力 (图4E) 的变化一致,证明H2处理组韭菜 (尤其是3%) 在整个贮藏期间具有更强的抗氧化作用。

图4. 分子氢重建氧化还原稳态。

5. 抗氧化酶活性的变化

为了研究贮藏期间氧化损伤的减轻是否由抗氧化能力增强引起,作者测定了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶 (POD) 、过氧化氢酶 (CAT) 和抗坏血酸过氧化物酶 (APX) 四种代表性抗氧化酶的活性 (图5)。结果显示,在4天的贮藏期间,对照组和1%H2处理组中的四种抗氧化酶(上述所提)的活性呈先升后降趋势;而在6或8天贮藏期间,2%和3%H2处理组中的酶活均能维持较高的水平。

图5. 超氧化物歧化酶 (SOD;A)、过氧化物酶 (POD;B)、过氧化氢酶 (CAT;C) 和抗坏血酸过氧化物酶 (APX;D) 活性的时间进程曲线。

6. 还原型谷胱甘肽 (GSH) 和谷胱甘肽还原酶 (GR) 活性的变化

GSH是重要的非酶类抗氧化物质。在贮藏期间,GSH含量呈现先升后降的趋势,1%H2处理组与对照组的变化相似,而2%和3%H2处理明显提高了早期GSH的含量并延缓后期GSH含量的下降 (图6),谷胱甘肽还原酶 (GR) 活性也表现出类似的变化趋势。

图6. 还原性谷胱甘肽(GSH)含量及谷胱甘肽还原酶GR活性的变化。

结论

在低温条件下,采后H2处理可以有效降低韭菜腐烂率、延长货架期、减缓鲜重、可溶性蛋白质、总酚、黄酮类和维生素C含量的下降趋势,维持韭菜的贮藏品质。这与H2提高抗氧化酶活性和谷胱甘肽含量、重建氧化还原稳态以及减轻氧化损伤有关。

 

上述研究表明H2在农产品的采后保鲜可能有很好的应用价值,可作为气调气体应用于农产品保鲜。该研究为氢+家电的研发提供了理论和实践依据,研究结果也将进一步拓展H2的应用范围,挖掘氢+家电的应用潜力,促进氢经济的全面发展和绿色低碳工业产品的发展。

原文出自Plants期刊

Jiang, K.; Kuang, Y.; Feng, L.; Liu, Y.; Wang, S.; Du, H.; Shen, W. Molecular Hydrogen Maintains the Storage Quality of Chinese Chive through Improving Antioxidant Capacity. Plants 2021, 10, 1095.

Plants 期刊介绍

主编:Dilantha Fernando,Department of Plant Science, University of Manitoba,Canada

主要刊发形态学、系统学、植物生理学和生态学等植物科学领域的最新学术成果。

2020 Impact Factor:3.935

Average Publication Time:38

Median Publication Time:35

 
 
 
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