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.

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.

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.

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.

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.

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 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)

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.