果蔬采后生理研究生

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,果蔬采后生理Postharvest Physiology,1,采后生理,，是植物学的一个分支，它主要是研究农作物采收以后体内生理代谢变化及其调控的一门理论学科。,果蔬生命周期,生长,(growth),：,果蔬产品细胞分裂和膨大的过程。,成熟,(maturation),：,果蔬产品生长发育的最后阶段，达到,可采收的程度。,完熟,(ripening),：,某些果实达到最佳食用品质的过程。,衰老,(senescence),：,成熟或后熟后，果蔬组织崩溃，细胞,死亡的过程。,序言,2,第一章 果蔬成熟期间形态结构和,生长化学的变化,Configuration structure and growth chemistry changes during ripening of fruits and vegetables,3,第一节 果蔬成熟期间组织结构的变化,一、组织结构的变化,表皮组织结构的变化：表皮细胞形状扁平，排,列紧密，无间隙(clearance)，常形成角质层,(cuticle)。表皮上还分布有气孔(stoma)和皮,孔(lenticel)，有的还分化出表皮毛覆盖于外,表。既起到防止外来损伤和病虫侵入的作用，,有具有调节呼吸和蒸腾作用的功能，是植物的,保护组织。,4,5,内部薄壁组织的变化：,决定果蔬可食部分的品质，担负吸收、同化、贮藏、通气、传递的功能。随着成熟的进行，细胞间隙增大。,6,7,8,二、成熟与衰老期间细胞结构的变化,核糖体(ribosome)数目减少及叶绿体(chloroplast)破坏，以后是内质网(endoplasm net)和高尔基体消失，液泡(vacuole)膜在微器官完全解体之前崩溃,线粒体(chondriosome/mitochondrion)可以保持到衰老晚期。细胞核(nucleus)和质膜(cytoplasm membrane)最后被破坏，质膜的崩溃标志着细胞死亡。,9,第二节 蛋白质的合成与磷脂代谢,Synthesize of protein and metabolism of phosphorus lipids,一、蛋白质RNA的合成,在成熟过程中各种生物化学变化，几乎都是由酶所催化，而酶本身就是蛋白质。研究表明果蔬成熟期间蛋白质均出现净增加。蛋白质合成速率增加表示成熟时组织代谢速率加强，如果蛋白质合成受到抑制则不成孰。抑制果实内源乙烯生成，则成熟推迟，蛋白质合成同样也被推迟。说明成熟过程中蛋白质的合成是一个重要步骤。,10,二、核酸(nucleic acid)代谢与成熟的关系,核酸代谢与成熟也密切相关。研究表明，果实成熟阶段有新的mRNA转录并翻译成新的蛋白质，奠定了果实成熟的生物化学基础。使用RNA合成抑制剂和蛋白质合成抑制剂可以抑致成熟过程，表明成熟过程需要基因表达。,11,三、衰老期间磷脂和脂肪酸的代谢,1、磷脂和生物膜的生理意义：磷脂约占细胞和亚细胞器膜构成成分的30%-40%。,2、衰老期细胞膜的变化：膜脂破坏意味着膜结构发生变化，一般来说植物组织衰老期间膜脂下降，一方面是脂肪酸酯化成磷脂的水平下降，同时也是植物膜磷脂分解脱脂作用（deesterification）加强。,3、膜脂的过氧化作用：指不饱和脂肪酸发生的一系列自由基反应。,不饱和脂肪酸 氢过氧化物 短链挥发醛。,12,4、植物组织中自由基产生与保护机制,衰老植物组织中发现活性氧和自由基增加,自由基化学性质活泼，具有很强的氧化能力，对许多生物功能分子有破坏作用，对细胞膜也起到破坏作用,植物的防御系统有酶促和非酶促。超氧化物歧化酶（superoxidedismatase）就是植物细胞中最重要的酶促保护机制之一。,非酶促自由基清除剂：VE、VC、苯甲酸、没食子酸丙脂等。,13,第三节 果蔬成熟和衰老期间色、香、味、营养及质地的变化Changes of color, aroma, flavor and hardness during ripening and senescence,14,水果蔬菜的产品品质,品质,化学物质,特点,色,类胡萝卜素,叶绿素,花青素,黄酮类色素,橙色、黄色,绿色,红、紫、兰色,白、黄色,香,芳香物质,各种芳香味,味,糖,酸,单宁,氨基酸,辣椒素、姜酮等,糖苷,甜味,酸味,涩味,鲜味,辣味,苦味,营养,糖类、水分,脂类、蛋白质,矿物质、维生素,一般,次之,重要,质地,果胶物质,纤维素,水分,硬度、致密度、完整度,粗糙、细嫩,脆度,15,一、果实的色素及在成熟衰老期间的变化：,1、果蔬的色素：,叶绿素(chlorophyll),类胡萝卜素(carotenoids),花色素(anthocyanin),黄酮(flavone)类色素,16,2、成熟和衰老期间色素的变化,（1）,叶绿素,(Chlorophyll),主要由叶绿素a和b两种色素组成，二者在植物体内以3:1的比例存在。,脂溶性色素；在碱性介质中稳定。,生长发育过程中，合成大于分解；成熟采收期，合成停止，开始分解。,低温、气调可有效抑制其降解。,17,（2）,类胡萝卜素,胡萝卜素、番茄红素、番茄黄素、辣椒红素、辣椒黄素、叶黄素,由异戊二烯组成共轭多烯链,果蔬中胡萝卜素的85%是胡萝卜素，存在于胡萝卜、南瓜、番茄、辣椒等果蔬中,番茄红素、番茄黄素存在于番茄、西瓜、柑橘、杏等水果中,叶黄素 是胡萝卜素的含氧衍生物，呈黄色或橙黄色，存在于各种果蔬中,椒黄素、椒红素存在于辣椒、黄皮洋葱中，为黄色或白色,18,（3）,花色素,3.1 基本结构为二-苯基苯并芘喃环。花色素的颜,色随环境的PH改变呈现不同的色泽。PH8.5,时为紫色，PH11时为蓝色，在不同的PH条件,下花色素分子的结构发生了变化，所以颜发,生了变化。,3.2 花色素与金属离子结合生成青色的络合物后,不受PH的影响。,3.3 花色素对光和温度极其敏感,光照和高温条件,下很快变成褐色。,3.4 花色素易受氧化剂和抗坏血酸等影响而变色,19,（4）黄酮类色素,水溶性色素，以游离或糖苷的形式存在于果蔬中，基本结构为2-苯基苯并芘喃酮,具有抗氧化，消除自由基，抗脂质过氧化活性，预防心血管疾病以及抗菌，抗病毒，抗过敏等功效,重要色素包括圣草苷、芸香苷、陈皮苷,20,二、挥发性(volatile)物质及其在成熟期间的变化：,果蔬芳香物质的组成：酯(easter)类、醇(alcohol)类、萜(terpene)类为主，其次为醛(aldehyde)类、酮(ketone)类，以及挥发酸等。,挥发性物质在果蔬成熟期间的积累,21,三、果蔬中的淀粉和糖及其在成熟、衰老期间的变化：,果蔬中的糖和淀粉：,糖和淀粉在贮藏期间的变化,22,四、果蔬中的有机酸在生长、衰老期间的变化,23,酸味是由,氢离子,的性质决定的。,果蔬中的酸味主要来自一些,有机酸,，如柠檬酸、苹果酸、酒石酸（这三种酸统称为果酸）等；,在某些果实和浆果中还含有少量的琥珀酸、草酸、苯甲酸、甲酸等。,24,果蔬中常见的几种酸味物质,柠檬酸,(,citric acid)：在柑橘类及浆果类水果中含量最多，并且大多与苹果酸并存，在柠檬中可达干重的6-8%。,酸味圆滑、滋美，入口即可达到最高酸感，但后味延续较短。,注意：柠檬酸在冷水中比热水中易溶。,25,苹果酸,（malic acid）存在于一切水果中，以仁果类中最多。,其酸味比柠檬酸强，酸味爽口，微有涩苦味。,酒石酸,（ tartaric acid），存在于许多水果中，以葡萄中含量最多，菠萝中也有。,其酸味比柠檬酸、苹果酸都强，口感稍有涩感。,26,影响酸味的因素,含酸量,酸根,的种类,解离度,有无缓冲物质,糖的含量注意：,糖酸比,在味觉上酸味可降低糖味。,27,表1-2 几种常见水果有机酸种类及含量,28,五、果蔬的硬度和质地,水分,果胶物质,纤维素和半纤维素,29,1、水分,水分是果蔬的主要成分之一，决定了果蔬的新鲜度、脆度和口感。,果蔬中所含的水分数量因品种不同有很大的差异，一般为75-90，少数可达96%。,一般新鲜的果蔬水分减少5%，就会失去鲜嫩特性和食用价值。,30,果蔬组织中的水主要有三种存在形式：,（1）游离水,（2）结合水,（3）化合水,31,2、果胶物质,（1）原果胶(pro-pectin),（2）果胶(pectin),（3）果胶酸(pectin acid),纤维素,原果胶 甲醇,可溶性果胶 还原糖,果胶酸,半乳糖醛酸,32,3、纤维素和半纤维素,（1）纤维素是植物细胞壁的主要化学组份之一，决定细胞的弹性、收缩强度和可塑性。不同植物的相同部位，或同一植物的不同组织或器官的细胞壁中，纤素的含量存在差异。,（2）纤维素是以-1，4糖苷键连接的葡聚糖链状分子。,33,（3）半纤维素是由木糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖等多种五碳糖和六碳糖组成的大分子物质。,（4）半纤维素不太稳定，可在果蔬体内分解为单体。既具有纤维素的支持功能，又具有淀粉的贮藏功能。,34,第四节 果蔬中的维生素与矿物质,果蔬中的维生素及其在成熟、衰老中的变化,35,一、维生素,1、维生素C,（Vitamin C）,1.1 维生素C是所有具有抗坏血酸(ascorbic acid)生物活性的化合物的统称,1.2 维生素C广泛存在于水果及蔬菜中,柑橘,枣,山楂,番茄,辣椒,豆芽等尤其多,36,2、维生素C的降解因素,维生素C对氧化十分敏感,光和Cu,2+,Fe,2+,等金属离子可加速他的氧化,PH,氧浓度和水分活度AW等因素也对反应速度有很大的影响,很容易的水解,形成一系列不具营养价值的物质.维生素C降解的最终产物被认为参与风味物质形成或非酶褐变,37,VC,表1-4 每100克果蔬可食部分VC含量（mg）,38,二、果蔬中的矿物质,1、在果蔬中的存在方式：,呈无机金属态；,有机金属盐类；,参与有机物质结合。,2、分类：,常量元素,微量元素,39,第二章 采前因素对果蔬采后生理及贮藏性的影响,Effects of pre-harvest factors on postharvest physiology and storage ability of fruits and vegetables,40,第一节 环境因素的影响Effects of environmental factors,一 、温度(Temperature),与其它因素相比，温度对园艺产品的品质和,耐贮性的影响更为重要。每种果蔬的生长发,育都有其适宜的温度范围和积温要求。在适,宜温度范围内，温度越高，果蔬生长的发育,期越短。温度对生长、果实着色、糖分、呼,吸强度、生理病害、耐贮性都有影响,41,二、光照(Sunlight),光照不足 营养积累不够,光照过强 日灼,光质 尤其是紫外光与着色有关,三、降雨(Raining),降雨过多,干旱少雨,42,四、地理条件(Geography conditions),纬度和海拔不同，生长期间温度、光照、,降雨量和空气的相对湿度会不同，从而影,响果蔬的生长发育、品质和耐贮性。,43,五、土壤结构(Soil structure),包括土壤的理化性状、营养状况、地下水位高低等。大多数果蔬适合生长在土质疏松、酸碱适中、营养充分、湿度适宜的土壤中。,44,第二节 栽培管理条件的影响,Effects of cultivation condition,一、施肥 (Fertilizing)：N、P、K、Ca、Mg、硼等,二、修剪 (Pruning)：适当修剪和疏花疏果。,三、灌溉(Irrigating): 灌溉不足和过分灌溉均会影响果蔬的品质、产量和耐贮性。,45,第三节 果蔬生物学特性,Biology nature of fruits and vegetables,46,一、种类品种,(Species and cultivars)：,不同种类品种的果蔬具有不同的生物学,特性，其品质风味和贮藏性能也各异。,二、植株长势、树龄,(The way of growth and plant age),47,三、砧木(Stock)：以甜橙用砧为例，如下表所示,48,四、果实大小、结果部位(Size and Position of fruit),49,第四节 采前喷施化学药剂(Pre-harvest spray of chemistry substances),50,一、植物生长调节物质(Plant growth regulators),促进生长促进成熟：吲哚乙酸、耐乙酸、2，4-D（2，4-二氯苯氧乙酸）等；,促进生长抑制成熟衰老：细胞分裂素、赤霉素、等；,抑制生长促进成熟：乙烯利、B9、矮壮素（CCC）等。,抑制生长抑制成熟：青鲜素、多效唑等。,二、其它化学药剂(Other chemistry,substances)：防腐剂、杀菌剂。,51,第三章 果蔬采后生理学,Postharvest Physiology of Fruits and Vegetables,52,第一节 果蔬采后的呼吸生理(Respiration physiology),一、呼吸作用的生理意义(Physiological significance of respiration),维持生命,提供能量,提供原料,与抗病性有关,53,二、呼吸作用的代谢途径(Approaches of respiration metabolism),1、糖酵解程序（EMP Sequence）,Glucose,Glucose-1-Phosphate,Glucose-6-Phosphate,Fructose-6- Phosphate,Fructose-1，6-Diphosphate,Phosphoglyceraldehyde（磷酸甘油醛）,Phosphodihydroxyacetone磷酸二羟丙酮,1，3-DiPhosphoglycerate（1，3-二磷酸甘油酸）,3-Phosphoglycerate（3-磷酸甘油酸）,2-Phosphoglycerate（2-磷酸甘油酸）,Phosphoenolpyruvate（磷酸烯醇丙酮酸）,Pyruvate（丙酮酸）,54,糖酵解分为两个阶段共10个反应，每个,分子葡萄糖经第一阶段共5个反应，消耗,2个分子ATP为耗能过程，第二阶段5个,反应生成4个分子ATP为释能过程。,55,第一阶段,(1) 葡萄糖的,磷酸化,(phosphorylation of glucose),进入细胞内的葡萄糖首先在,己糖激酶,(hexokinase,HK)的作,用下于第6位碳上被磷酸化生成6-磷酸葡萄糖(glucose 6,phophate,G-6-P)。若葡萄糖来自于淀粉，则在淀粉磷酸化,酶（starch phosphorylase）的作用下形成1-磷酸葡萄糖,(glucose 1 phophate, G-1-P)，进而在磷酸葡糖变位酶,（phosphoglucomutase）的作用下转化为6-磷酸葡萄,糖。磷酸根由ATP供给，这一过程不仅活化了葡萄糖，有利,于它进一步参与合成与分解代谢，同时还能使进入细胞的葡,萄糖不再逸出细胞。己糖激酶催化的反应不可逆，反应需要,消耗能量ATP，Mg2+是反应的,激活剂,56,6-,磷酸葡萄糖异构反应,(,isomerization,of glucose-6-phosphate),是由磷酸己糖异构酶,(,phosphohexose,isomerase,),催化,6-,磷酸葡萄糖转变为,6-,磷酸果糖,(fructose-6-phosphate,F-6-P),的过程，此反应可逆。,57,(3) 6-磷酸果糖磷酸化(phosphorylation of fructose-6-phosphate),此反应是6磷酸果糖第一位上的C进一步磷酸化生成1,6-二磷酸果糖，磷酸根由ATP供给，催化反应的酶是,磷酸果糖激酶,(phosphofructokinase,PFK )。此反应是不可逆反应，它是糖的有氧氧化过程中最重要的限速酶，它也是变构酶，,柠檬酸,、ATP等是变构抑制剂，ADP、AMP、Pi、1,6-二磷酸果糖等是变构激活剂。,58,(4)1，6-二磷酸果糖裂解反应(cleavage of fructose-1,6-diphosphate),醛缩酶,(aldolase)催化1，6-二磷酸果糖生成磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛，此反应是可逆的。,59,(5)磷酸二羟丙酮的异构反应(isomerization of dihydroxyacetonephosphate),磷酸丙糖异构酶(triose phosphate isomerase)催化磷酸二羟丙酮转变为3磷酸甘油醛，此反应也是可逆的。,到此1分子葡萄糖生成2分子3-磷酸甘油醛，通过两次磷酸化作用消耗2分子ATP。,60,2.第二阶段：,(6) 3-磷酸甘油醛氧化反应(oxidation of glyceraldehyde-3-phosphate,此反应由3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde 3phosphatedehydrogenase)催化3-磷酸甘油醛氧化脱氢并磷酸化生成含有1个,高能磷酸键,的1，3二磷酸甘油酸，本反应脱下的氢和电子转给脱氢酶的辅酶NAD,+,生成NADH+H,+,，磷酸根来自无机磷酸。,61,(7) 1,3-二磷酸甘油酸的高能磷酸键转移反应,在磷酸甘油酸激酶(phosphaglycerate kinase,PGK)催化下，1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸，同时其C1上的高能磷酸根转移给ADP生成ATP，这种底物氧化过程中产生的能量直接将ADP磷酸化生成ATP的过程，称为,底物水平磷酸化,(substrate level phosphorylation)。此激酶催化的反应是可逆的。,62,3-,磷酸甘油酸的变位反应,在磷酸甘油酸变位酶,(,phosphoglycerate,mutase,),催化下,3-,磷酸甘油酸,C3,位上的磷酸基转变到,C2,位上生成,2-,磷酸甘油酸。此反应是可逆的。,63,(9)2-磷酸甘油酸的脱水反应,由烯醇化酶(enolase)催化，2-磷酸甘油酸脱水的同时，能量重新分配，生成含高能磷酸键的磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate PEP)。本反应也是可逆的。,64,(10)磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸转移,在,丙酮酸激酶,(pyruvate kinase,PK)催化下，磷酸烯醇式丙酮酸上的高能磷酸根转移至ADP生成ATP，这是又一次底物水平上的磷酸化过程。但此反应是不可逆的。,丙酮酸激酶是糖的有氧氧化过程中的限速酶，具有变构酶性质，ATP是变构抑制剂，ADP是变构激活剂，Mg2+或K+可激活丙酮酸激酶的活性，胰岛素可诱导PK的生成，烯醇式丙酮酸又可自动转变成丙酮酸。,65,2、TCA Cycle三羧酸循环,66,67,3、TCA Cycte 三羧循环的生化反应：,（1）乙酰（Acetyt）COA(辅酶A)与上次循环反应的最终产物草酰乙酸（oxaloacetale）结合。并获得一分子水，形成柠檬酸（citrate）,并逐渐产生COA。,CH2 COOH COOH,CO + CO +H2O 柠檬酸合成酶 CH2,Condensing enzyme,SCOA CH2 HO C COOH,乙酰辅酶A,COOH COOH,草酰乙酸 柠檬酸,68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,（TCA and glyoxylate cycles(三羧酸与乙醛酸循环): 1.condensing; 2.aconitase（顺乌头酸酶）; 3.isocitric dehydrogenase; 4.oxalosuccinic decarboxylase; 5.-Ketoglutaric decarboxylase; 6.Succinic dehydrogenase; 7.farmarase; 8.malic dehydrogenase; 9.isocitritase; 10. malate synthetase,78,4、,乙醇和乳酸途径,(1) 植物的无氧呼吸和酒精发酵,高等植物，酵母菌及其他一些微生物，在缺氧条件下，都以酒精发酵的方式进行无氧呼吸，最终产物为乙醇。无氧呼吸或酒精发酵都要经过糖酵解的全过程，形成丙酮酸之后，在丙酮酸脱羧酶作用下，脱去CO2,，形成乙醛。丙酮酸脱羧酶在酵母中活性最大，因此又称酵母脱羧酶。它在高等植物中也存在。乙醛作为氧化剂，在醇脱氢酶催化下，接受来自NADH的质子和电子而生成乙醇。由葡萄糖生成乙醇的过程称为酒精发酵。,79,2NADH + 2H,+,糖酵解,CH3,丙酮酸脱羧酶,CH3,醇脱氢酶,CH2,葡萄糖 2CO,2CHO 2CH2OH,COOH 2CO2,2NAD,+,2NAD,+,80,(2)乳酸发酵,葡萄糖进行乳酸发酵时，首先也要经过糖酵解阶段，生成丙酮酸。由于乳酸菌中没有脱羧酶，因此丙酮酸被糖酵解中形成的NADH还原成为乳酸，而NADH则被氧化为NAD,+,。这一反应是由乳酸脱氢酶催化的。它催化的反应如下。,81,2NADH + 2H,+,CH2 CH2,葡萄糖 糖酵解 2CO 乳酸脱氢酶 2HCOH,COOH COOH,2NAD 2NAD,+,82,利用乳酸发酵可以制造牛奶、泡菜、酸菜及青贮饲料等。高等植物进行无氧呼吸时，除生成酒精外，也常有乳酸生成。例如，在马铃薯块茎、胡萝卜根、玉米及豌豆进行的无氧呼吸中，都有乳酸的生成。,在缺氧条件下，糖酵解产物丙酮酸被还原成乙醇或乳酸时，NAD,+,即得到再生，这样就保证在缺氧条件下，糖酵解过程能继续进行。,83,5、,磷酸戊糖途径,（pentose phosphate pathway）,Racker(1954)、Gunsalus(1955)等人发现植物体内有氧呼吸代谢除EMP-TCA途径以外，还存在戊糖磷酸途径(Pentose phosphate pathway,PPP),又称已糖磷酸途径（hexose monophosphate pathway,HMP）。,84,该途径对于糖的完全氧化不是必需的，在产生能量方面也不显得重要，但可提供某些合成反应所需的碳链和还原型NADP，以及合成核酸所需的5-磷酸核糖。,磷酸戊糖途径的总反应,6G-6-P + 12NADP,+,+ 7H2O 5G-6-P + 6CO2 + 12NADPH + 12H,+,+Pi,3 G-6-P+6NADP+ 3 CO2+6 NADPH+2 F-6-P+3-P-甘油醛,85,86,ATP,葡萄糖 ADP+Pi,CO2,6-P-G 6-P-G内酯 6-P-葡萄糖酸 5-P-核酮糖,NADP 6NADPH+H+ H2O NADP NADPH+H+,6-P-G 6-P-果糖,7-P-景天庚糖 5-P-核糖,3-P-甘油醛 5-P-木酮糖,4-P-赤藓糖,5-P-木酮糖,6-P-G 6-P-果糖 3-P-甘油醛 磷酸二羟丙酮,3-P-甘油醛,1，6-二磷酸果糖,6-P-G 6-P-果糖,Pi,图5 戊糖磷酸途径(Pentose phosphate pathway, PPP),87,可分为2个阶段：第一阶段是氧化反应，生成磷酸戊糖、NADPH+H,+,及CO,2,；第二阶段则是非氧化反应，包括一系列基团转移。,1、氧化反应阶段 六碳糖脱羧形成五碳糖（核酮糖，ribulose），并使NADP还原形成还原型NADPH+H,+,。氧化阶段共包括3步反应：,88,葡萄糖-6-磷酸在葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（glucose-6-phosphate dehydrogenase）的作用下形成6-磷酸葡萄糖酸-内酯（6-phosphoglucono-lactone）。酶的催化过程需要NADP+作为辅酶，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶高度严格地以NADP+为电子受体。,6-磷酸葡萄糖酸-内酯在6-磷酸葡萄糖酸-内酯酶（6-phosphoglucono-lactonase）作用下水解，形成6-磷酸葡萄糖酸（6-phosphogluconate）。,6-磷酸葡萄糖酸在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（6-phosphogluconate dehydrogenase）作用下，形成核酮糖-5-磷酸（ribulose-5-phosphate）。该酶也是以NADP+为电子受体，催化的反应包括脱氢和脱羧步骤。,89,2、非氧化反应阶段包括核酮糖-5-磷酸通过形成烯二醇中间步骤，异构化为核糖-5-磷酸。核酮糖-5-磷酸还通过差向异构形成木酮糖-5-磷酸，再通过转酮基反应和转醛基反应，转化为酵解中的两个中间代谢物果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸,将磷酸戊糖途径与糖无氧分解途径联系起来。,90,磷酸戊糖途径的意义,1）产生NADPH,NADPH的作用不同于NADH，不是进入呼吸链产生ATP，而是为物质合成提供原动力。生物体中许多物质如脂肪酸、固醇、四氢叶酸等的合成需要以NADPH为供氢体，同时，氨的同化、丙酮酸还原成苹果酸等的反应也需要NADPH。此外，NADPH还能维持谷胱甘肽的还原状态。,91,2) 为物质合成提供原料磷酸戊糖途径的中间产物为许多有机合成物的合成提供原料，如5-磷酸核糖是合成核苷酸的原料，也是NAD+、NADP+ 等的组成部分。另一方面，磷酸戊糖途径对五碳糖和六碳糖的代谢和转变起纽带作用。,92,3) 在植物体内虽然同时存在着EMPTCA途径和HMP途径，但绝不意味着在任何时期、任何情况下这些途径都是以相同的强度进行的。,在特定情况下，往往是某一途径占主导地位，而且常与某些生理功能和物质代谢有着密切的联系。例如，Gibbs和Beevers曾利用同位素跟踪法测定C6/C1比，研究不同植物和不同器官中糖酵解三羧酸循环与磷酸戊糖途径进行的相对强度，从而得到的结果中可以看出以下规律：,93, 不同植物的同一器官，以及同一植物的不同器官，其C6/C1的比值都不相同。, 同一器官的不同部位，C6/C1比值也不同，越近尖端的部位比值越大，说明糖酵解三羧酸循环途径进行得越强烈，距尖端越远的比值越小，说明HMP途径所占的比值较大。, 同一器官随年龄不同比值也发生改变。年龄增长时，C6/C1比值变小，即HMP途径的比重增大。,94,可见，年轻的、生长旺盛的组织，糖酵解三羧酸循环途径一般占主导地位，这是因为构成细胞原生质物质的生物合成，以及维持旺盛的生命活动，都需要通过三羧酸循环提供能量。而HMP途径则在老的组织，或生物合成次生物质、脂肪酸和固醇等旺盛的组织中占有优势，磷酸戊糖途径可为它们提供还原剂NADPH。,95,当一些植物如小麦、大麦、马铃薯等被病原物侵染时，寄主植物的呼吸强度明显提高。与此同时，感病寄主的糖代谢途径也由原来以糖酵解三羧酸循环为主改变为以HMP途径为主。,96,6、电子传递和氧化磷酸化,是与电子传递过程偶联的磷酸化过程。即将糖酵解和三羧酸循环中脱下的氢通过一系列氧化还原步骤进行传递，最终和氧结合形成水，能量则以ATP的形式被贮存起来以用于细胞中其他需要能量的反应，这种氧化与磷酸化相偶联的作用称为氧化磷酸化。,97,氧化磷酸化,（,ATP,生成的主要方式,）,代谢物脱下的氢由呼吸链传递给氧生成水(放能),的过程，,与ADP磷酸化生成ATP（吸能）的过程,相偶联，称为,氧化磷酸化,AH,2,C D E F G,O,2,H,2,O,ADP + Pi,ATP,ADP +,Pi,ATP,能 量,能 量,2H,B,返 回,主菜单,98,（1）电子传递,1、NADH呼吸链电子传递和水的生成,MH2 NAD+ FMNH2 CoQ 2e 2Fe2+ 1/2O2,M NADH+H+ FMN CoQH2 2Fe3+ O2-,2H+ H2O,2、FADH2呼吸链电子传递和水的生成,2H+,琥珀酸 FAD CoQH2 2Fe3+ O2- H2O,延胡索酸 FADH2 CoQ 2e 2Fe2+ 12O2,Fe-S,Fe-s,99,（2）氧化磷酸化,氧化磷酸化的指标为磷氧比(PO)，即每吸收1个氧原子所能配比的无机磷的数目或形成了多少个ATP。在标准格式的呼吸链中，从NADH开始氧化生成水，有三个磷酸化部位，PO3，形成3个ATP。FADH2是越过第一个磷酸化部位进入呼吸链的，它只能产生2个ATP，PO2。“抗氰呼吸”越过第二、三两个磷酸化部位只能形成1个ATP，PO1。苹果酸和柠檬酸氧化时，PO3，琥珀酸的PO2。,100,氧化磷酸化作用可被解偶联剂，如2，4二硝基苯酚(DNP)解偶联。解偶联后虽然能进行电子传递，但不能发生ADP的磷酸化作用，这时葡萄糖氧化所产生的能量，不能回收储存在ATP中，完全以热能的形式浪费掉。另外，如果切断呼吸链，磷酸化作用因得不到氧化作用释放的能量而不能进行。,101,三、呼吸作用的调控,一、呼吸调控机制,（一）糖酵解（EMP）的调节酶,（1）巴斯德效应：有氧条件下酒精发酵受抑制的现象，即O,2,可以降低糖类的分解代谢和减少EMP产物的积累。,（2）EMP途径两个关键酶：磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。ATP、柠檬酸、PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）为主要负效应物，而K、Mg、Pi可提高酶活性。,102,在有氧时丙酮酸进入线粒体生成ATP和柠檬酸抑制丙酮酸激酶，导致PEP、3-PGA量上升，进而对磷酸果糖激酶有反馈抑制作用；无氧时积累较多的Pi和ADP，有促进作用；有氧时细胞质中的NADH进入线粒体内膜的呼吸链，因缺乏NADH而丙酮酸不能被还原为酒精，因而发酵作用受抑制。,103,（3）巴斯德效应的应用,可以通过氧调节糖酵解速度:,当O2少时： EMP旺盛，产生较多 CO2,当O2多时： EMP受抑制， CO2释放量较少,当O2过多时： 有氧呼吸加强，释放较多CO2,所以， O2体积在3%-4%时为基点，过高过低都会使呼吸速率提高，利用这个效应，在储存苹果时，调节O2浓度利于储藏。,104,(二) 三羧酸途径(TCA) 和磷酸戊糖途径（PPP）的调节,1、TCA的调节,丙酮酸脱氢酶系：活性受CoA和NAD+的促进，受乙酰CoA和NADH的抑制；ATP浓度高时该酶被磷酸化而失活；丙酮酸浓度高时则会降低该酶的磷酸化程度提高此酶的活性，促进TCA循环。,105,其他：NADH和ATP对柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶等有抑制作用，NAD+、高比例的NAD+/NADH和ADP则为其激活剂；AMP对a-酮戊二酸脱氢酶有促进作用；反馈抑制：如a-酮戊二酸对异柠檬酸脱氢酶的抑制，草酰乙酸对苹果酸脱氢酶的抑制。,106,107,（2）PPP的调节,PPP主要受NADPH的调节。NADPH/NADP高时，抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶活性，使6-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸葡萄糖酸的速率下降，也抑制6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶活性，使6-磷酸葡萄糖酸转变为5-磷酸核酮糖的速率下降。所以， NADPH过多时，会对PPP产生抑制作用。,108,（三）能荷的调节,能荷（energy charge）：总的腺苷酸系统中所负荷的高能磷酸基数量,是细胞中高能磷酸状态一种数量上的衡量，体现着细胞中腺甘酸系统的能量状态。能荷的大小决定于ATP和ADP的多少。它的值可以从01,一般为0.750.95范围。当全部腺苷酸都转化成ATP时,能荷为1.0；全为ADP时EC=0.5；当全为AMP时EC=0。,109,细胞中贮存能量的化合物主要是腺苷酸类化合物，如AMP、ADP与ATP。腺苷酸中的ATPADPAMP在细胞中的总量是一定的，但是它们之间的比例却变化很大。ADP含有的能量是ATP的1/2，能荷就是表示这种腺苷酸能量水平的一个指标。,ATP + 12 ADP,能荷（%）=,ATP + ADP + AMP,110,ATP的生成和消耗途径以及细胞内的反应是和细胞内能量载荷状态相呼应的。能荷高时，ATP生成过程受抑制，合成代谢增强从而促进ATP的利用。能荷低时,减少利用ATP，增加分解代谢从而增加产生ATP。如高浓度ATP，低水平AMP会降低柠檬酸合成酶和异柠檬酸脱氢酶的活性，从而使TCA活性降低，表明生物体内ATP的利用和形成有自我调节与控制的作用。,111,112,四、有关呼吸的基本概念(Basic definitions of respiration)1、呼吸的种类,113,2.呼吸强度(Respiration rate),3.呼吸基质(Respiration substrate),114,4.呼吸商(Respiration Quotient),RQ的大小与呼吸底物和呼吸状态有关。,以葡萄糖为底物的有氧呼吸，RQ=1。,以含氧高的有机酸为底物的有氧呼吸，RQ1如：苹果酸，C,4,H,6,O,5,+5O,2,=8CO,2,+6H,2,O RQ=1.33,以含碳多的脂肪酸为底物的有氧呼吸，RQ1，如：硬脂酸甘油酯， C,18,H,36,O,2,+26O,2,=18CO,2,+18H,2,O，RQ=0.69。,115,RQ,也与呼吸的状态有关，当无氧呼吸发生时，吸入的氧气少，RQ1，RQ值越大，无氧呼吸所占的比例越大；当无氧呼吸与有氧呼吸各占一半时，RQ=8/6=1.33；若RQ1.33，无氧呼吸占主导。,RQ,还与温度有关，如茯苓黄橙在025度范围内RQ值接近1。在38度时RQ值接近1.5。在冷害温度下，果实发生异常代谢，RQ值无规律，如黄瓜在13度时，RQ=1，在0度时，RQ有时小于1，有时大于1。,116,5.呼吸消耗和呼吸热,(Respiration consumption and heat),6.呼吸温度系数,：,在生理温度范围内，温度升高10呼吸速率与原来温度速率的比值。用Q10表示。它能反映呼吸速率随温度变化的程度，如Q10=22.5时，表示呼吸速率增加了11.5倍；该值越高，说明产品受温度影响越大。研究表明，园艺产品的Q10在低温下较大，因此，在贮藏中应严格控制温度，即维持适宜稳定的低温。,7.呼吸高峰：,有些果实在发育过程中，呼吸强度会随着发育阶段的不同而不同，在果实成熟时会出现一个呼吸高峰。,117,五、果实采后的呼吸类型,（Kader , 1992）,跃变型果实,苹果，杏，香蕉，面包果，柿，李，榴莲，无花果，猕猴桃，甜瓜，红毛丹，桃，梨，芒果，西番莲，番石榴，番茄，,非跃变型果实,黑莓，樱桃，茄子，葡萄，柠檬，枇杷，荔枝，豌豆，辣椒，菠萝，红莓，草莓，葫芦，枣，龙眼，柑橘类，黄瓜，橄榄，石榴，西瓜,118,1、呼吸跃变型果实与非跃变型果实的区别（Difference between climacteric and non-climacteric fruits）,119,以成熟时是否出现呼吸跃变来区分两类果实。二者的主要区别如下：,1)两者,组织内存在着两种不同的乙烯生物合成系统。,系统负责跃变迁果实中低浓度的基础乙烯生成；系统负责跃变时成熟过程中乙烯自我催化大量生成。非跃变型果实缺乏系统。,2）对外源乙烯的刺激反应不同。呼吸跃变型果实只在高峰前对乙烯反应强烈，非跃变型果实如何时候都有反应。,3）对外源乙烯浓度的反应不同。,4）两者呼吸速率变化幅度不同。,5）内源乙烯含量不同。,120,2、,呼吸跃变发生的原因(Cause of climacteric),（1）Blackman等（1928）：细胞阻力降低，原生质透性增加，使酶和基质相互接触机会增多，加速了各种代谢反应。,（2）Millerd（1953）：氧化磷酸化解偶联学说。他的实验表明油梨在呼吸跃变前期加入二硝基苯酚（DNP）（氧化磷酸化解偶联剂），促进了呼吸上升，但对跃变后期的果实无影响。,121,（3）Pearson等（1954）蛋白质合成增强学说。在苹果上发现呼吸高峰期蛋白质合成加强。,（4）膜透性增大学说。果实在成熟时细胞内膜透性增大，是呼吸跃变发生的原因。细胞内的底物与酶彼此隔离在不同的区域或细胞器内，相互 作用的机会受到限制，果实进入成熟期，在乙烯和其它因素的刺激下，细胞结构发生改变，增大了膜透性，酶与底物能很容易接触，从而促进了各种代谢活动。,122,六、呼吸作用对贮藏寿命的影响(Effects of respiration on storage life),123,七、,影响呼吸作用的外界因素(Extrinsic factors affecting respiration,),1.温度（Temperature）: 是最重要的因素。,124,125,2.相对湿度（Relative humidity）,126,3.气体成分（Gas composition）,4.化学因素：（Chemical factors）生长调节剂如萘乙酸甲脂、马莱酰肼等。,5.涂膜、包装等（Coating and packaging）,6.机械损伤和微生物侵染（Mechanical injury and microorganism infection）,127,八、影响呼吸作用的内部因素(Intrinsic factors affecting respiration),128,1、,种类和品种(species and variety),果蔬种类繁多，结构和生理方面有很大差异，采后的呼吸作用有很大不同。夏季成熟品种的呼吸比秋冬成熟品种强；南方生长的比北方的要强。,同一类产品，品种之间呼吸也有差异。一般来说，由于,晚熟品种,生长期较长，积累的营养物质较多，呼吸强度高于早熟品种；,129,2. 成熟度（Degree of maturation）,在产品的系统发育成熟过程中，幼果期幼嫩组织处于细,胞分裂和生长阶段代谢旺盛阶段，且保护组织尚未发育完,善，便于气体交换而使组织内部供氧充足，呼吸强度较高、,呼吸旺盛，随着生长发育、果实长大，呼吸逐渐下降。,成熟产品表皮保护组织如蜡质、角质加厚，使新陈代谢,缓慢，呼吸较弱。跃变型果实在成熟时呼吸升高，达到呼吸,高峰后又下降，非跃变型果实成熟衰老时则呼吸作用一直缓,慢减弱，直到死亡。块茎、鳞茎类蔬菜田间生长期间呼吸强,度一直下降，采后进入休眠期呼吸降到最低，休眠期后重新,上升。,130,3.组织器官（Tissues and organs）,生殖器官新陈代谢异常活跃，呼吸强度一般大于营养器,官，而营养器官又大于贮藏器官，所以通常以花的呼吸作用,最强，叶次之，其中散叶型蔬菜的呼吸要高于结球型，因为,叶球变态成为积累养分器官，最小为根茎类蔬菜，如直根、,块根、块茎(Tubers)、鳞茎(Bulbs)的呼吸强度相对最小。果,实类蔬菜介于叶菜和地下贮藏器官之间，其中水果中以浆果,(Berries)呼吸强度最大，其次是桃、李、杏等核果(Stone,fruits)，苹果、梨等仁果类(Pomes)和葡萄呼吸强度较小。,131,第二节 果蔬采后蒸腾生理Transpiration physiology,132,一、蒸腾失水对果蔬的影响,（ effect of Water loss on fruits and vegetables）,失重和失鲜（weight and freshness loss）,影响正常的生理代谢，降低贮藏性能（Interfere with normal metabolism and lower storage ability）,133,二、影响水分蒸腾的因素和条件,（Factors and conditions affecting transpiration）,果蔬本身因素：,（1）表面积比(Ratio of surface area to weight),（2）表面保护组织(Surface protection tissues),（3）细胞持水力(Cells ability to maintain water),134,种类品种和成熟度(（Species, cultivars and Degree of maturation）,外界环境条件,（1）空气湿度,（2）温度,（3）通风条件(Ventilation conditions),（4）气压(air pressure),135,三、抑制水分蒸腾的方法,(Ways of controlling water evaporation),湿度管理温度管理涂料与包装(coating and packaging,136,第三节 乙烯的生物合成与调节,Biosynthesis and regulation of ethylene,一、乙烯的生理作用及其与果蔬成熟的关系,(Physiological function of ethylene and relationship between ethylene and maturation),137,1.乙烯与果蔬成熟的关系,（1）促进果蔬成熟 对于有后熟作用或者有呼吸高峰的果实来说，只要有微量的乙烯存在，就足以使果实成熟。下表为几种果实的乙烯阈值（Threshold value）,138,（2）促进果实的呼吸作用 在跃变型和非跃变型两类果实中，乙烯对其呼吸作用的促进有明显的差异。,139,2、乙烯作用的机理(Mechanism of ethylene activity),（1）乙烯在生物体内具有很好的流动性；,（2）乙烯不直接参与植物体内的生化反应，但,它可以与含金属离子的受体结合。CO2为,乙烯受体的竞争体。,（3）乙烯可改变膜的透性。,140,（4）乙烯促进了酶的活性。苯丙氨酸解氨酶（PAL）、过氧化物酶、多酚氧化酶和绿原酸酶活性增加。Abeles等研究证明乙烯能诱导RNA生成，促进新的蛋白质合成，进而形成果实成熟所需的一套酶体系，导致果实成熟。,141,二、乙烯的生物合成途径,Lieberman和Mapson（1964年）首先发现蛋氨酸（Methionine:甲硫氨酸）能形成乙烯。杨祥发和adams（1979年）发现ACC（1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid，1-氨基环丙烷羧基）是乙烯生物合成的直接前体，并逐步确定了植物体内乙烯生物合成的途径。,1、乙烯的生物合成途径,142,143,2、蛋氨酸循环(Methionine cycle),MTA-甲硫腺苷；MTR-甲硫核糖；KMB-甲硫氨基丁酮酸,与乙烯生成有关的蛋氨酸循环,144,1)蛋氨酸在ATP酶的参与下形成SAM后，SAM进一步在ACC合成酶催化下裂解为两个产物：即ACC和甲硫腺苷（MTA）。ACC在有,O,2,的作用下形成乙烯，MTA 去路如何？,2)早在1969年S.F.,Yang等就提出了苹果组织产生乙烯的过程，蛋氨酸中的S必须循环利用。因为植物组织中蛋氨酸的浓度是很低的，假如硫不再循环而失掉的话，则会限制植物组织中蛋氨酸到乙烯的转化。,145,3)Adam和Yang（1977）证实在乙烯产生的同时，蛋氨酸的CH,3,-S基团从SAM中以MTA形式释放以后，进一步水解成甲硫核糖（MTR），再通过MTR-1-P（甲硫核糖-1-磷酸）和KMB（甲硫氨基丁酮酸）重新生成蛋氨酸。这样CH,3,-S基团就不断循环利用。乙烯的碳原子来源于ATP分子中的核糖，构成了蛋氨酸循环。,146,三、乙烯的生物合成的调节,（Regulation of ethylene biosynthesis）,1、果实成熟与衰老的调节(Regulation of fruit maturation and senescence)：未成熟果实乙烯合成能力低，成熟时合成能力急增，到衰老时合成又下降。,2、生长素（IAA）促进乙烯的产生：对跃变型果实来说，主要是诱导了ACC合成酶的形成。但是对非跃变型果实并不能引起乙烯的合成。,147,3、乙烯对乙烯生物合成的调节：跃变型果实成熟前使用少量外源乙烯（exogenous ethylene）可诱发大量内源乙烯(endogenous ethylene) 生成。,4、多胺、水杨酸（SA，邻羟基苯甲酸）、自由基（无机氧自由基、有机氧自由基）,148,5、胁迫因素导致乙烯的产生(stress factors causing ethylene production):Including mechanical injury、radiation、high temperature、chilling injury、froz