闫师杰，何爱红，胡小松
（中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083）
摘 要：综述了国内外对中国鸭梨采后贮藏中出现的逆境伤害（果实褐变）现象，生产中的防治技术措施，以及发生机理方面的研究进展。
关键词：鸭梨； 逆境伤害； 褐变； 机理
Advances on Mechanism of Stress Injury of Postharvest Chinese Yali
Pear Fruits
YAN SHi-jie，HE Ai-hong，HU Xiao-song
（College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural
University, Beijing 100083, China）
Abstract：The stress injury（browning in core and fresh）phenomena，controlling
methods and technical problems，mechanism of postharvest Chinese
Yali pear fruits were summarized in this paper．
Key words：Yali pear；stress injury；browning；mechanism
鸭梨（Pyrus bretschneideri Rehder）原产于我国，是白梨品系的传统优良主栽品种，广泛栽植在河北、山东、辽宁、山西等省。由于其果实美观、皮薄肉细、甜嫩多汁、耐贮耐运，栽培面积及产量一直居我国各种梨树之首，以往每年大量出口东南亚、美国、加拿大等国和港澳地区，在出口创汇中做出了突出贡献。近年来由于果农单纯追求产量、采收过早、采后处理粗放、质量意识薄弱等原因，造成其果实综合品质急剧下降，严重地影响到国际市场上的地位与竞争力。
鸭梨贮藏过程中出现的主要问题是逆境伤害，即由于温度和气体等条件不适宜而造成果实褐变，首先表现在近果心局部组织变褐，然后逐渐向外延发展，使整个果心、果肉都变褐，属于鸭梨贮藏中的主要生理病害[1,
2]。根据其发生原因可分为冷敏性褐变、气敏性褐变及衰老性褐变；根据其发生时间早晚可分为早期褐变（黑心）和晚期褐变（黑心）。早期果心褐变多发生在果实入库后的30～50天，但此时果肉仍然是雪白色，普遍认为是一种低温伤害；晚期黑心多发生在果实入库后翌年的l～2月份，一般认为与果实衰老有关[1,
3]。贮藏过程中果实褐变一直是一个非常棘手的问题。为了减轻晚期黑心，生产者常常提早采收，但采收期过早，会出现果实质量次、风味差现象；为了防止早期褐变，生产上普遍采用缓慢降温的方法，但缓慢降温过程中贮温较高，持续时间长，又容易造成果实衰老和晚期褐变。
鸭梨逆境伤害机理的研究始于19世纪70年代，30多年来一直没有停止过研究和探索，目前认为与酶促褐变、膜脂过氧化、冷害、气体伤害、乙烯、矿质元素、组织结构和采收期等有关，笔者从以上几方面对鸭梨逆境伤害发生机理进行如下综述。
1 逆境伤害主要是多酚氧化酶的酶促褐变反应
水果贮藏期间组织褐变是酚类物质酶促氧化的结果，酚类化合物、多酚氧化酶（Polyphenol Oxidase，PPO）和氧气是组织发生褐变的主要条件[4]。王麾等（2003，1992，1974）研究认为，酚类物质的酶促褐变是造成鸭梨逆境伤害（果心褐变）的生理生化原因，而绿原酸是其主要底物，即多酚氧化酶在有氧条件下将酚类物质氧化为醌，醌类物质经过进一步氧化或黑色素生成使组织发生褐变。鸭梨果心与果肉在生理特点上有很大差异，PPO活性和总多酚类化合物分布不均匀，果心最高，果皮次之，果肉最低[7，10]。吴耕西等（1992）研究表明，鸭梨果心有较高的褐变底物——酚类物质含量，约为果肉的3倍；褐变初期果心的酚类物质含量相对有一个高峰值，同时PPO的活性也出现高峰，随着褐变的完成，酚类物质含量和PPO活性均显著下降。果实组织褐变的能力直接与酚类物质、PPO活性的高低或这两者的加和有关[8]，组织褐变与酚类物质含量呈显著正相关[9]。但有些资料表明PPO并不是启动果实褐变的关键酶，不同品种的梨和梨的不同部位发生褐变的早晚与PPO活性的变化无明显的相关性[5,10]。在刚采收以及贮藏100天后果心已轻微褐变的果实中，PPO的分布与褐变症状并不完全一致。但我们并不能排除PPO在组织中所起的作用。
那正常的果实为什么并不发生褐变呢？鞠志国等[5]对莱阳梨研究证明液泡是贮存酚类物质的场所，其中不含PPO；而PPO则存在于细胞质中。正是由于这种区域性分布阻止了底物和酶的接触，避免了正常组织中酶促褐变的发生。因而鞠志国等（1988，1995，1998）认为，细胞膜结构的破坏可能是梨果实组织褐变的前提。霍君生等（1995）从果实细胞的内膜微粘度及超微结构方面说明在褐变过程中胞内物质的分区结构逐渐被打破，细胞内区域化分布在褐变前已出现变化，认为细胞中区域化结构是通过膜相变和膜分解两个途径实现。Veltman（1999）指出，区域化分割打破可能是由于能量缺乏而无恢复能力所致。刘兴民等[17]认为鸭梨果实褐变时由于维管束组织收缩而引起水分蒸发，导致细胞质浓缩及质壁分离，使酶与底物有更多的机会相互作用，从而加速了褐变。
郝利平等（1998）认为，梨果心褐变与和细胞膜结构变化有关的PPO的存在形式及活性有关。PPO在组织细胞内存在两种形式，一种呈游离态（FPPO）存在于细胞质中，其具有催化活性；另一种呈结合态（BPPO）束缚于细胞膜上。一旦细胞膜结构破坏发生变化后，BPPO便游离出来，向FPPO转化，FPPO活性显著提高，表现PPO和酚类物质的催化活性[8]。新鲜或贮藏初期的梨果实中，PPO主要以结合态形式存在，以后随着贮藏时间的延长，果心褐变程度的提高，FPPO/BPPO活性的比值明显上升，但PPO总活性随着果心褐变程度的提高而呈下降趋势[11]。这可能是酚类物质氧化成醌和进一步聚合时要消耗（结合）一部分PPO造成的。在不同的逆境下，如高CO2、急降温、高温和机械伤等均会造成质膜结构的损伤，膜透性增大为酚类和PPO和O2的接触提供机会。
2 逆境伤害加剧导致膜脂过氧化作用
膜脂过氧化作用是组织衰老与损伤的重要原因，而活性氧自由基的积累加剧了膜脂过氧化，关军锋（2001）研究认为，低温下清除自由基的保护酶活性下降，膜脂过氧化加了鸭梨膜伤害而引起褐变。鸭梨在冷藏过程中，特别是急速降温过程中，果心和果皮部位褐变的发生与清除自由基有关的保护酶系统——SOD、CAT及POD的活性下降、抗坏血酸含量降低、膜脂过氧化产物——丙二醛（MDA）及H2O2含量的增加有密切关系[10，11，13]。R
H Veltman（2003）指出梨果心褐变与果实中能够利用的能量太低，不能产生更多的抗氧化剂来作用于这些氧自由基有关。
林植芳等（1988）认为，POD是与衰老有关的酶，其活性可以间接地说明膜脂过氧化水平高低，酶活性上升为细胞内过氧化作用增强提供了间接证据。POD促进了鸭梨的衰老和过氧化作用，张华云等（1991）认为，这可能是鸭梨褐变的主要原因。关军锋（2001）最新证据表明，由POD催化的酚类物质氧化反应是梨酶促褐变的一个重要机制。丁起盛等（1992）认为，SOD可防御活性氧或其它过氧物自由基对生物膜伤害，SOD活性在黑心果中明显下降，对活性氧或其它过氧物自由基的消除能力大大减弱，造成了对生物膜及其它组织的伤害作用，并加速组织衰老。关军锋（1994）指出，CAT在清除H2O2的毒害中具有重要作用，组织衰老时CAT活性下降，清除H2O2的作用也减弱。鸭梨果心中较高的过氧化物含量和明显低的CAT活性均是果心褐变可能涉及到过氧化作用毒害机制的证据之一。
有研究表明，抗坏血酸是植物体内的一种抗氧化剂，可以清除O2.-和H2O2。果实中还原糖多少与抗冷性呈正相关，还原糖含量高有利于保护膜的完整性，有机酸能抑制多酚氧化酶，急降温处理使鸭梨的还原糖及有机酸水平低于缓降温处理的鸭梨，是促使鸭梨褐变的原因之一。
3 低温伤害与降温速度对果心褐变的影响
B Ving等（1992）认为，鸭梨黑心病分为早期黑心和晚期黑心。在自然低温贮藏条件下，仅有由于衰老引起的晚期黑心而没有早期黑心。早期黑心一般认为是由于突然降温引起的低温冷害，冷害引起生物膜发生相转变，导致膜受损，冷害导致的褐变加强了鸭梨的呼吸消耗。果实受到冷害或长期贮在低温下果心和果肉会发生褐变[6]。鸭梨采摘后直接入0
℃库，贮藏1个月出现严重黑心，贮藏2个月后全部黑心[1，11]。
田梅生等（1987）认为，鸭梨对低温比较敏感，直接进入到0 ℃环境中，PPO活性升高，低温对绿原酸的合成产生诱导作用，急降温条件促使鸭梨内源乙烯浓度及组织电导率增高，果心组织的细胞膜保护酶SOD、POD、CAT活性均呈下降趋势[1，11]，细胞内H2O2的积累[13]，导致果心细胞膜脂过氧化作用加剧[11]，脂质过氧化反应产物MDA含量增多[10，11，13]，同时造成细胞内膜流动性下降，使得细胞膜系统组分及功能发生变化，导致细胞中区域化分布被打破，造成果实组织褐变[11]。
陈昆松（1989）发现，正常鸭梨果心细胞主要由液泡构成，鸭梨长期在低温下贮藏或由于温度急剧下降造成了液泡不断分解为小囊泡状结构，果心细胞微黏度增加，细胞内液泡膜等内膜系统发生液晶态向固态的转化，导致细胞膜透性增加和膜渗漏[11]。
经过多年的研究与实践，目前生产上形成了一套较为成熟而有效的降温方法，具体做法是入库始温控制在12 ℃，开始时每5～7天降低1
℃，待降至8 ℃后改为3～5天降1 ℃，降至4 ℃后再改为2～3天降1 ℃，直到降至0 ℃，整个降温过程掌握在30～50天内完成。另外“增甘膦”可抑制PPO活性和绿原酸的合成，所以用它处理可以控制鸭梨早期黑心[11]和晚期黑心[11]。
4 逆境伤害与低氧和高二氧化碳伤害有关
通常认为高浓度CO2及低浓度O2 会抑制果实呼吸作用而延缓衰老，但当浓度超出果实的正常承受范围时则发生伤害。王纯等[3]指出CO2伤害可导致鸭梨黑心病发生。陈昆松（1992）认为，当CO2浓度为5％时对鸭梨有伤害现象，伤害程度随其浓度增加而显著增加；鸭梨不仅对CO2敏感，而且对低O2
也敏感，当CO2 浓度为0%，O2浓度降至5%时果心组织便出现褐变。周宏伟（1993）通过套袋后的自发气调作用，使贮藏袋内CO2及O2浓度分别升至6.72
%和降至6.99%，使得内源乙烯迅速上升，组织电导增加，果心褐变溃烂。王颉等（1997）也认为，果心褐变是由于不适宜的低O2和高CO2造成。在O2浓度不低于16%时，鸭梨果实可以长期耐受3％左右的CO2而不至造成果心褐变；当CO2浓度高于7%左右时，果心褐变程度大大增加。
关于低O2高CO2伤害机理，研究认为高浓度的CO2能导致乙醛、乙醇、琥珀酸大量积累而产生毒害[4]。也有人认为高CO2处理会导致巴梨的线粒体、质体和液泡膜等结构的破坏，从而引起了组织褐变[8]。陈昆松（1991）指出环境中高浓度CO2向细胞内扩散，使细胞内积累过量的CO32-，CO32-与具有维持细胞膜完整性功能的Ca2+结合形成CaCO3而使有效Ca2+减少，导致内膜系统紊乱。A
A Saquet（2003）提出梨果实在低O2高CO2环境中褐变是由于发酵产物和膜透性提高引起的能量缺乏和结构破坏所致。果肉组织不易发生CO2伤害褐变的原因，除了果肉组织对CO2
的忍耐力有关外，还与其低水平的酚类物质有一定的相关性。
陈昆松（1991）采用缓慢降温结合7%～10% O2 +0% CO2进行气调贮藏，既可控制早期黑心病的发生，又可显著减少晚期黑心病的发生。张培正（1995）实验认为，仅实行缓慢降温冷藏的鸭梨，虽无早期黑心，但后期（贮藏7个月）黑心率高达35%；配合10%～12%O2，＜0.7%
CO2气调不仅无前期黑心，后期黑心也仅为3%。赵瑞平（1999）报道，不同降温速度下，气调贮藏对鸭梨果心褐变程度的影响不一样，低温条件下气调贮藏可加重鸭梨果实的冷害，且温度越低伤害越严重；而在较高温度下气调贮藏可延缓果实衰老，减轻果实后期褐变。
5 内源乙烯积累与果心褐变的关系
田梅生（1987）表明，受冷害后的果实产生高浓度的乙烯，使果心比果肉具有较高的PPO活性及膜透性，从而使得褐变总是从果心开始。乙烯释放达到高峰时，酶的活性也达到最高值，高峰之后电导率不可逆加大，果心褐变；果心腔内乙烯含量高于果肉中乙烯释放量。冷藏中并不是所有的鸭梨都同时发生黑心病，那些内源乙烯浓度高，即成熟度高的鸭梨发生黑心病的可能性大，田梅生（1987）认为，鸭梨黑心是低温与乙烯两个因素相互作用的结果。周宏伟（1992）报道，急降温处理和高浓度CO2促使内源乙烯及组织电导率增加的同时果心褐变增加，也表明鸭梨果心褐变与果实内源乙烯有关。
6矿质元素与田间管理对果实褐变的影响
钙因在延缓果蔬衰老和控制生理病害方面有较好效果而在贮藏中受到重视。采前喷布和采后浸泡一定浓度的CaC12溶液可减少鸭梨的果肉和果心褐变[17]。龚云池（1992）认为采前对树体进行喷钙处理，可以提高鸭梨果肉中4种形态钙的总量及水溶性钙含量，增加鸭梨采后的耐藏性。果肉钙含量与细胞膜的稳定性有着明显的正相关，果实钙含量越高，梨果心褐变发生的程度越轻，甚至不感病[6]。研究表明，梨果肉酚类物质和钙素含量呈显著正相关，采后不同浓度的浸钙都能延缓果肉酚类物质的下降，浸钙还能抑制FPPO活性的变化；防止对PPO敏感的酚类物质的渗漏，减少组织内部的生理败坏[11]。另外鸭梨黑心病与高N／Ca有关，随着果肉钙含量的降低及N／Ca值的加大，黑心病加重[17]。此外果实中Cu、Zn、Fe、B元素的减少，尤其是Zn的减少，会导致黑心病的发生[12]。多年的生产经验表明鸭梨在生长过程中以施复合肥、农家肥为好，大量施用氮肥，在果实生长后期施用化学氮肥，容易造成贮藏中黑心病发生，原因是氮素过多促进了果实的衰老；另外在生长后期灌水与果实黑心病也有很大关系，在8月下旬采收鸭梨前灌水比不灌水黑心率高30%～40%[12]。
7 果实褐变与组织结构的关系
霍君生（1995）报道，随着黑心病的加剧，表面蜡质逐步被分解，出现许多碎块和丝纹结构及孔洞，导致果皮通透能力大大增强，造成病变过程中果实皮孔对气态分子和水分的通透性不断加强，从而对果实内部的各种需氧及生物氧化过程产生促进作用；同时也使果实中产生的各种有利于衰老和病变的不良成分逸出体外，在果实群体内产生不良影响。霍君生，张华云等（1995，1991）认为，鸭梨果皮过分致密，角质层过厚和胞间隙过小，会造成O2通透受阻，使CO2、乙醛和乙醇积累，对细胞有伤害而导致褐变。因此过厚的角质层和过小的胞间隙率可能是造成鸭梨果心易褐变的内在因素之一。陶世蓉（1992）等通过对不同梨果实的比较表明耐贮藏的鸭梨、黄县长把梨和窝梨果实表面的角质层较厚，且后期深入表皮细胞间隙，表皮下4～5层细胞含有大量单宁类物质。刘兴民等（1989）报道，在变褐色的细胞中，大部分细胞的细胞质已经收缩，而正常组织细胞中没有这种变化。
8 与有毒物质积累和代谢途径变化有关
鸭梨果心褐变时，乙烯、乙醇大量积累[9]，这些有毒物质使细胞受到生理伤害。有人认为作为果实呼吸末端酶的抗坏血酸氧化酶与果实衰老与褐变有特殊的关系[10]，关军锋[10]证明了鸭梨果心抗坏血酸氧化酶活性较高。刘兴民等（1989）报道鸭梨感病后果肉中细胞色素氧化酶活性明显下降；部分呼吸代谢有糖酵解——三羧酸循环途径转变为磷酸戊糖代谢途径（HMP途径），认为呼吸代谢途径的部分转变可能是造成鸭梨黑心的生理原因之一。而丁起盛等[12]认为，过氧化物酶和酚氧化酶（酪氨酸酶）对酚类化合物的氧化褐变，是发生黑心病的直接机理。鸭梨感黑心病后，直接关系到HMP途径的酶活性变化不显著，认为呼吸代谢途径的改变可能不是发生黑心病的主要生化机理。
9 产地、树龄和采收期与果实褐变的关系
鸭梨果实品质的好坏不仅取决于品种因素、环境因素和栽培管理措施，而且与采收期也有着密切联系。中科院北京植物所[1]研究认为，产地和树龄不是产生黑心病的主要因素。鸭梨采收早，成熟度低，风味差，产量低，采后失水率高，发病迟，黑心率低；采收晚，果实含酸量、淀粉含量减少、固形物含量增加，整体风味提高，但采后发病早，黑心率高。
裴素青等（1989）研究认为，用于通风库贮藏的鸭梨应在9月中下旬采收；而用于冷藏的鸭梨则应在9月上中旬采收[16]，即平均盛花期后155～160天为适时采收期，采摘最好在“呼吸高峰”前10天左右。推荐的适宜中长期贮藏的鸭梨采收指标为盛花后157～160天
，果实发育期有效积温3 617.1～3 714.6 ℃，种子色级指数23～26，果皮为黄绿色[19]。9月下旬采收及延期晚采的果实经过缓慢降温黑心病发生严重。C
H Crisosto[20]认为鸭梨果实采摘期不迟于盛花后180天就不会产生黑心，延迟预冷会增加褐变的发生。焦新之等[2]认为鸭梨冷藏初期黑心病的发生只是与采期有关，与采后在常温下放置一定时间引起的果实成熟度增高无明显关系。用于贮藏的果实，不仅要有较高淀粉含量和较低乙烯释放量，而且应具有较低的可溶性固形物含量、较高的果实硬度和可滴定酸含量，以满足贮藏期间的变化。
总之，关于鸭梨逆境伤害的原因说法多多，对逆境伤害发生机理的阐述也是不同角度与不同层面，采后诱发鸭梨逆境的最主要外因是冷害、钙缺乏和高CO2伤害，而这些因素都与细胞膜结构的稳定性密切相关。大多数研究学者注重了酚类物质在PPO作用下的生化反应和膜脂过氧化作用，同时也注意到成熟度、温度、高CO2、低O2、乙烯、低Ca，膜透性等有关生理指标的影响，但这些指标间有何联系？它们在鸭梨褐变代谢过程中的相互作用如何？鸭梨逆境伤害的机理到底是什么？目前还没有系统的研究报道。另外，笔者联想到以往文献中只是提及晚采果实容易发生果心褐变，但没有对其进行深入研究；文献提到缓慢降温过程是一个逐渐适应低温防止冷害发生的冷锻炼过程，但是没有相应的理论支持；并且前人对鸭梨高CO2伤害机理没有具说服力的证据。笔者选用不同采收成熟度的鸭梨，结合不同的降温方法，将较为系统地对鸭梨采后逆境伤害机理进行研究。着重对不同成熟度鸭梨果实对逆境的适应性；缓慢降温过程中鸭梨果实膜磷脂、脂肪酸及冷驯化蛋白的变化；不同成熟度和不同降温方法对鸭梨果实胞内CO2含量的影响进行较为深入研究。以期找到晚采鸭梨容易褐变的生理学原因，缓慢降温防止鸭梨褐变的生化和分子机理，以及高CO2伤害的机理，目的是对鸭梨逆境伤害的机理进一步补充与完善。
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