<<
>>

БИОХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ СОЗРЕВАНИЯ ПЛОДОВ


Е. Г. С АЛЬКОВА, П. П. МОРОЗОВА
Институт биохимии им. А. Н. Баха АН СССР
Изучению процессов, происходящих в созревающем плоде, посвящено много работ. Это ц понятно, так как чем полнее будут наши сведения о ходе созревания плодов, тем более рациональной будет практика их хранения.
Однако, несмотря на многолетние исследования, до сих нор еще нет достаточно стройной картины процессов, происходящих при созревании. Не претендуя на всестороннее освещение этой проблемы, мы остановимся на разборе положений, которые, по нашему мнению, имеют важное значение — обмене органических кислот в созревающем плоде и химическом составе поверхностной пленки плода, его кутикулы.
Выбраны эти показатели не случайно. В последние годы появляется все больше сообщений, показывающих, что нормальный обмен органических кислот позволяет плодам противостоять физиологическим заболеваниям. Напротив, нарушения в этом обмене быстро приводят к развитию подобного рода заболеваний н в конечном счете к преждевременной гибели плода. С другой стороны, становится все более очевидным, что интенсивность дыхания плодов — процесса, теснейшим образом связанного с их жизнедеятельностью, — является не только функцией обмена веществ, но также п функцией физических свойств плода: соотношения его поверхности и объема, строения и толщины покровных тканей и химического состава этих тканей. Изучение химического состава поверхностных тканей, взаимосвязи между их составом, составом внутренней атмосферы плода и интенсивностью дыхания может явиться основой для рационального выбора условий хранения и в первую очередь для подбора модифицированной атмосферы, соответствующей особенностям сорта плодов.
ДИНАМИКА ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ В ЯБЛОКАХ
Изменение содержания свободных кислот в яблоках, так называемая титруемая кислотность, достаточно хорошо изучена. При созревании плодов она понижается, доходя в некоторых
УгМ Биохимические основы защиты растений

случаях до нуля. Многочисленные данные об изменении кислотности плодов при их созревании приводятся в монографиях [1.2]. На большом материале доказано, что сорта яблок заметно отличаются друг от друга по содержанию кислот. Так. сорта умеренного пояса имеют в общем более высокую кислотность, чем южные. Однако изменения суммарного содержания кислот еще не дают представления об их роли в процессах созревания плода. Между тем изучение динамики отдельных органических кислот встречало определенные методические трудности, вызванные главным образом сложностью их отделения от сахаров. Лишь с появлением ионообменников, обладающих способностью избирательно поглощать кислоты, определение этой группы соединений стало более доступным. В серии работ, проведенных Хьюмом и Нилом [3, 4], показано, что в яблоках присутствуют яблочная, лимонная, лимонно-яблочная, янтарная, хинная, хлорогеновая и шикп- мовая кислоты. Кроме них, в яблоках обнаружены три кето- кислоты: щавелевоуксусная, пировиноградная и а-кетоглутаро- вая [5]. Основную массу составляет яблочная кислота [6], а из кетокислот — а-кетоглутаровая: содержание ее выше, чем суммарное содержание пировиноградной и щавелевоуксусной.
Естественно, что динамике и превращениям яблочной кислоты уделяется преимущественное вниманне.
Исследования Хьюма [6] показали, что в стареющих яблоках яблочная кислота не только окисляется в цикле Кребса, но и декарбоксилируется до ацетальдегида. Суммарно эта реакция может быть представлена следующим образом:
яблочная кислота —gt; ацетальдегпд + 2С02.
Диллей [7] показал, что эта реакция осуществляется в митохондриях и зависит от присутствия нпкотинамиддинуклеотид- фосфата (НАДФ):
НООС —СН2—СНОН—СООН — НЛДФ —* СН2СНО+2С02+НАДФ-Н.,.
Накопление ацетальдегида в тканях приводит, как известно, к развитию физиологических заболеваний и отмиранию тканей. До недавнего времени считали, что основная причина накопления ацетальдегида в плодах — недостаток кислорода, вследствие чего усиливаются анаэробные процессы. Образование ацетальдегида из яблочной кислоты происходит и при достаточном доступе кислорода и зависит не от степени аэробности тканей зрелого плода, а от нарушений в обмене органических кислот стареющего органа.
С нарушением обмена органических кислот связывают и раз- питие низкотемпературного побурения тканей яблок. Показано [5], что это заболевание тесно связано с нарушениями в обмене кетокислот, приводящими к накоплению а-кетоглутаровой и других кетокислот в тканях яблок при низкой температуре хранения.

Все изложенное показывает, что обмен органических кислот в созревающем плоде имеет важное значение и что нарушения этого обмена приводят к развитию физиологических заболеваний и отмиранию тканей плодов.
Нами начато изучение состава и динамики органических кислот в отечественных сортах яблок. В настоящем сообщении приводятся данные об изменении кислотности, величины pH, составе органических кислот и динамике яблочной кислоты у яблок сорта Антоновка, выращенных в различных климатических условиях.




Ч 7 10 1Ц 18 22 25 Время хранения, недели
Рис. 2. Изменение величины pH при созревании яблок Антоновка
а — яблоки из Рязанской области; б — яблоки из Подмосковья; в — зона побурения: средние значения pH: 1 — для яблок из Рязанской области; х — из Подмосковья



Кислотность определяли общепринятым методом титрования вытяжки 0,1 н. ]ЧаОН, пересчитывая показатели титрования на яблочную кислоту.
Величину pH измеряли потенцпометрическп с игольчатым платиновым электродом. В качестве электрода сравнения применяли насыщенный каломельный электрод. Между плодом и каломельным электродом находился мостик из фильтровальной бумаги, пропитанной КС1. Измерения pH проводили в зоне плода, расположенной на 1,5 мм от поверхности, в субэпидермальном слое. Величину pH определяли в нескольких точках одного и того же плода одновременно у нескольких (4—5) плодов.
Как видно из рис. 1, кислотность яблок при созревании снижается, причем у яблок, выращенных в Рязанской области, этот процесс происходит быстрее, чем у яблок, выращенных под Москвой. Кроме того, кислотность московских яблок была более высокой при закладке и при самом хранении. Эта разница
объясняется тем, что на хранение закладывались яблоки различной степени зрелости — рязанские яблоки были более зрелыми, чем московские.
На рис. 2 представлены данные по изменению величины pH в субэпидермальной зоне яблок. Эта величина заметно варьирует у плодов из одной пробы и даже в разных участках одного плода. Так, в октябре величина pH колебалась от 3,4 до 5,2. Колебания такого же порядка сохранялись на всем протяжении опыта. Поскольку измерения pH проводились в тканях, расположенных на одной и той же глубине от поверхности плода, можно заключить, что существует определенный градиент концентрации кислот по различным участкам плода. Однако на основании полученных нами данных еще нельзя выделить зоны с большей или меньшей величиной pH.
У плодов, выращенных в Рязанской области, значение pH быстро повышалось. Уже через 4 недели эти значения были не ниже 4,2, а верхний предел поднялся до 5,5. У подмосковных яблок величина pH в это время не изменилась. Еще через 3 недели отмечено некоторое повышение значений pH у подмосковных яблок и дальнейшее увеличение до pH 6,2 у рязанских. Спустя 14 недель хранения значения pH у рязанских яблок поднялись до 6,5—6,7, и было отмечено сильное развитие поверхностного побуренпя — загара. Измерения величины pH в зоне загара показали, что она составляет 5,5—6,5. Следует отметить, что у яблок, пораженных загаром, в местах, где поверхность сохраняла нормальную окраску, значения pH были более низкими— 4,5. Высокие значения pH (6,5—6,7) отмечены и у здоровых яблок, но возможно, что именно в этих местах и начнется побуренне тканей. У подмосковных яблок увеличение значений pH происходило гораздо медленнее, причем в течение всего времени хранения область значений pH у однородных плодов была шире, чем у рязанских яблок. Через 22—23 недели хранения отмечено повышение величины pH до 6,3—6,5. В это же время начинается развитие загара. Еще через 3 недели загар покрывал большинство плодов. Значения pH в это время колебались в пределах 4,0—6,3, причем в зоне загара величина pH составляла 5,3-6,3.
Развитие побуренпй в зонах плодов с высокими величинами pH вполне объяснимо, так как при значениях pH, близких к нейтральным, усиливается активность окислительных ферментов, в частности полифеиолоксидазы, что приводит к необратимому окислению фенольных веществ, присутствующих в тканях. В работе одного из авторов [8] было показано, что содержание спирторастворимых фенольных соединений в побуревших тканях яблок заметно снизилось по сравнению со здоровой тканью. В свою очередь повышение величины pH теснейшим образом связано с уменьшением количества свободных кислот в тканях.

Изучение величины pH в яблоках показало, что она заметно отличается у плодов одного сорта, выращенных в различных условиях.
Помимо кислотности и величины pH, нами проводилось определение некоторых органических кислот.
Растительный экстракт, предназначенный для определения органических кислот, предварительно очищали по методу, предложенному Фатеевой [9]. Спиртовой экстракт пропускали через колонку с катионитом КУ-2 в Н+-форме. На этой колонке адсорбировались вещества основного характера, аминокислоты и т. д. С этой колонки экстракт подавался на колонку с анионитом



АВ-17 в ОН--форме. На анионите задерживались все кислоты. После промывания колонки водой кислоты вытесняли 0,1 н. щелочью. Щелочной раствор солей органических кислот подавали на третью колонку с катионитом КУ-2 в Н+-форме. На этой колонке происходило превращение солей в свободные кислоты, которые вытекали из колонки. Раствор кислот упаривали досуха, и остаток растворяли в спирте. Спиртовые растворы кислот хранили до хроматографического анализа. Для разделения кислот применяли растворитель бутанол—уксусная кислота—вода. После разделения кислот бумагу вынимали из камеры и просушивали в течение 24 час. до полного удаления следов уксусной кпслоты. Высушенную бумагу опрыскивали индикатором бром- крезолзеленым. Кислоты выступали в виде желтых пятен на зеленом фоне. В качестве свидетелей применяли яблочную, лимонную, янтарную и щавелевую кислоты. Для сравнительно-количественных определений сравнивали площадь пятен, измеренную планиметром.
На рис. 3 показана динамика яблочной кислоты в яблоках из Московской области. Содержание яблочной кислоты быстро снижалось в течение первых 8 педель хранения — с октября по
декабрь. В последующие недели отмечено незначительное уменьшение количества яблочной кислоты в мякоти яблок. При сравнении кривых, представленных на рис. 3, с кривыми рис. 1 видно, что в начале хранения расходуется преимущественно яблочная кислота, тогда как расход других кислот незначителен.
Напротив, во вторую половину хранения идет трата в основном других кислот. Абсолютное содержание яблочной кислоты в рязанских яблоках меньше, чем в московских, что согласуется с данными по титруемой кислотности.
В кожуре яблок содержание кислот и яблочной кислоты, в частности, меньше, чем в мякоти. Убыль ее из кожуры яблок происходила более равномерно, чем из мякоти; определения показали, что содержание яблочной кислоты постепенно снижалось при хранении плодов.
Особый интерес представляло определение яблочной кислоты в плодах, пораженных загаром. В мякоти таких плодов содержание яблочной кислоты составляло 60—70% от содержания ее в мякоти здоровых. В кожуре различия были более значительными: в побуревшей кожуре сохранялось лишь 40—50% яблочной кислоты.
Таким образом, в плодах, пораженных физиологическими заболеваниями, усиливался распад яблочной кислоты. Это согласуется с наблюдениями Хьюма [6] об активировании ферментов, декарбоксилирующих яблочную кислоту с одновременным образованием ацетальдегида.
Для выяснения факта декарбоксплированпя яблочной кислоты были проведены специальные опыты. Тонкие срезы ткани яблок (кожуры или мякоти) помещали в сосуды Варбурга и инкубировали их с яблочной кислотой. Определяли поглощение кислорода и одновременно выделение углекислого газа срезами, помещенными в яблочную кислоту или в воду. Срезы мякоти яблок обладали слабой способностью окислять добавленную яблочную кислоту. При этом увеличивалось как потребление кислорода, так и выделение углекислого газа. Соотношения между выделенным СОг и потребленным Ог сохранялось равным единице. Следовательно, в наших условиях опыта не происходило декарбоксили- рования яблочной кислоты мякотью яблок. Однако эти опыты еще не доказывают, что такой процесс отсутствует. Весьма возможно, что мы не смогли уловить его из-за очень низкой окислительной активности этой ткани и нужны иные условия опыта, например изучение этого процесса в выделенных митохондриях.
Срезы кожуры яблок обладали гораздо более высокой активностью. В табл. 1 приведены данные об интенсивности окисления и декарбоксилирования яблочной кислоты срезами кожуры яблок.
Как видно из табл. 1, срезы кожуры яблок Антоновка почти не окисляли яблочную кислоту: поглощение кислорода в вариантах с добавленной кислотой превышало поглощение кисло-

Декарбокеилирование яблочной кислоты в кожуре яблок (в мкл 02 и СО, на 1 г наг)

Месяц определения

Поглощение

( к

Выделение СО;

яблочная
кислота

контроль

0
от контроля

яблочная
кислота

контроль

0
от контроля




Антоновка



Ноябрь ....

230

200

115

255

220

115

Декабрь ....

185

175

106

218

198

110

Декабрь ....

184

178

103

235

189

124



Пепин шафранный


Ноябрь ....

480

240

200

500

220

230

Декабрь ....

325

210

150

980

245

400




Славянка



Декабрь ....

440

495

90

1120

545

200


рода в контроле (вода) лишь на 15% в ноябре и на 6% в начале декабря. Срезы кожуры яблок Славянка также не окисляли яблочную кислоту. Однако у яблок сорта Пепин шафранный обнаружено довольно энергичное окисление добавленной яблочной кислоты: поглощение кислорода в ее присутствии возрастало на 100% в ноябре и на 50% в декабре.
В кожуре яблок Антоновка яблочная кислота окислялась в ноябре и начале декабря полностью до конечных продуктов СОг и воды. Об этом свидетельствует тот факт, что прирост выделенной углекислоты относился к приросту поглощенного в присутствии яблочной кислоты кислорода, как 1:1. Но в конце декабря отмечено, что прирост выделенной углекислоты превышал прирост поглощенного кислорода на 21% , т. е. часть добавленной яблочной кислоты декарбоксилировалась до углекислоты и ацет- альдегпда. Процесс декарбоксилирования яблочной кислоты особенно резко выражен у яблок сорта Славянка. В кожуре этого сорта яблочная кислота, как уже было отмечено, не окислялась, а подвергалась декарбоксилированию — выделение углекислоты в присутствии яблочной кислоты возрастало вдвое. В кожуре Пепина шафранного отмечено слабое декарбокеилирование яблочной кислоты в ноябре и значительное усиление этого процесса в декабре. В тканях этого сорта происходили одновременно оба процесса — окисление и декарбокеилирование яблочной кислоты.
Таким образом, начатое нами изучение обмена органических кислот и в первую очередь яблочной кислоты показало, что в плодах имеются по меньшей мере два пути превращения яблочной кислоты — окисление ее в процессе дыхания до конечных продуктов — углекислоты и воды — и декарбоксилирование до углекислоты и ацетальдегида. Процесс декарбоксилирования усиливался по мере созревания яблок. Показано, что интенсивность этого процесса заметно отличалась у разных сортов. Судя по полученным нами данным, непосредственная связь между активностью малатной системы и подверженностью сорта к функциональным заболеваниям отсутствует. Действительно, яблоки Антоновка легко поражаются загаром, тогда как Пепин шафранный не страдает от этого заболевания. Но способность декарбоксили- ровать яблочную кислоту у последних значительно выше, чем у Антоновки. Весьма возможно, что в кожуре яблок Пепин шафранный ферментная система, превращающая ацетальдегид в продукты, используемые в обмене веществ плода, значительно более активна, чем аналогичная система в кожуре Антоновки. Вследствие этого в тканях последней происходит накопление ацеталь- дегпда, приводящее к отравлению клеток, тогда как в тканях Пепина шафранного ацетальдегид накапливается в незначительных количествах.
<< | >>
Источник: Метлицкий Л.В. (ред). Биохимические основы защиты растений. 1966

Еще по теме БИОХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ СОЗРЕВАНИЯ ПЛОДОВ:

  1. ИЗУЧЕНИЕ БИОХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ УСТОЙЧИВОСТИ ХЛОПЧАТНИКА К ВОЗБУДИТЕЛЮ ВЕРТПЦИЛЛЕЗНОГО УВЯДАНИЯ
  2. СОЗРЕВАНИЕ СПЕРМИЕВ (СПЕРМИОГЕНЕЗ) И ЯИЦ (ОВОГЕНЕЗ)
  3. СОЗРЕВАНИЕ СПЕРМИЕВ (СПЕРМИОГЕНЕЗ) И ЯИЦ (ОВОГЕНЕЗ)
  4. Глава 11 Созревание семьи
  5. Общие представления о созревании семьи
  6. 6.4.3.7. Биохимический метод
  7. 9.8. БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ И ИХ ИЗМЕНЧИВОСТЬ
  8. Биохимические процессы в почвах
  9. РОЛЬ ПИТАНИЯ В БИОХИМИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ РАС ФИТОФТОРЫ КАРТОФЕЛЯ
  10. ПЛОДОВЫЕ САДЫ В ЗАСУШЛИВЫХ РАЙОНАХ