开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
- 研究背景
香蕉,属芭蕉科(Musaceae)芭蕉属(Musa),通常为三倍体,是多年生的单子叶草本植物,热带地区广泛栽培食用。成熟鲜香蕉果肉质地柔软,香甜可口,营养丰富,富含碳水化合物、维生素B、维生素C等,具有低钠高钾、低脂肪的特点[1]。
香蕉是一种典型的呼吸跃变型水果,在成熟过程中,香蕉的皮肤颜色、味道和质地都会发生变化。这些参数与呼吸速率和乙烯产量密切相关[2]。因此,抑制这种激素的生物合成或其作用会减缓收获后所有相关的生理变化。香蕉在采后后熟过程中,会逐渐出现呼吸高峰和乙烯释放高峰期,且乙烯的高峰期会出现在呼吸高峰期之前,进而促使香蕉的转黄、褪绿、退涩、变甘、挥发出芳香风味” [3]。
目前,香蕉在全球发展速度迅猛,香蕉喜温热气候,主要分布在热带以及亚热带地区,以中美洲产量最多,其次是亚洲。中国作为香蕉产量的大国,在广东、福建、海南、云南、台湾等大面积种植。近20年来,由于国家对农业的鼓励和支持,以及交通运输的逐步发展变化,香蕉的产量和销量也在不断提升[4]。由于成熟香蕉的货架期短,因此在其七成熟左右、呈青绿色就可采收,经过长途运输后,在销售地短期贮藏,按照市场的需求进行人工催熟,达到销售品质后才能上架出售。我国生产的香蕉,由于贮藏技术落后,采后处理水平比较低,香蕉品质一般,基本上仅供给国内市场。每年中国都需要从国外进口大量香蕉,因此近年来,对香蕉的保鲜研究得到了越来越多的重视,保鲜技术也日益剧增,可大致分为三类,物理保鲜法(辐照保鲜,气调保鲜,减压保鲜等)[5],化学保鲜法(1-甲基环丙烯、3-环丙基-1-烯基丙酸钠、一氧化氮、硫化氢等)[6,7,8],生物保鲜法(赤霉素等)[9]。方法种类繁多,往往都是结合使用。
McMurchie等将植物中的乙烯合成分为系统I和系统II[10],系统I乙烯主要由营养生长阶段合成,主要发生在组织器官的发育过程中,生成量极低,未成熟的果实中也有痕量的乙烯产生;系统II乙烯主要由生殖生长阶段合成,主要发生在呼吸跃变型果实的成熟过程中,乙烯生成大并伴有释放高峰,而非跃变型果实没有系统II乙烯生成,因此没有明显的呼吸跃变高峰。果实中系统II乙烯合成过程期间,果实内部产生了一系列不可逆转的变化,如呼吸速率增大、硬度下降、颜色的变化等。乙烯作为香蕉成熟过程中一个可控的因素,往往被加以控制来实现保鲜的目的。
控制乙烯大致有两种方式。第一种是通过抑制香蕉内源乙烯的合成,内源乙烯由蛋氨酸被s-腺苷酰蛋氨酸合成酶催化合成s-腺苷酰蛋氨酸(SAM),SAM再由1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶催化合成1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC),最终ACC被ACC氧化酶(ACO)氧化生成乙烯[11]。最常见的抑制剂1-MCP(1-甲基环丙烯),而因为1-MCP会对香蕉的营养成分也有一定的抑制作用,因此报道了其与乙烯利共同协同作用来实现保鲜的目的[4,12],除1-MCP外还有一氧化氮、CPAS(3-环丙基-1-烯基丙酸钠)等以及最近报道的部分末端烯烃也可以与内源乙烯竞争受体[13]。第二种方法是吸附香蕉成熟过程中释放出的乙烯气体,关于乙烯的吸附主要分为三种,第一种物理吸附,例如活性炭等对乙烯有吸附作用的介质;第二种化学吸附,能与乙烯发生化学反应的物质,如高锰酸钾等等;第三种生物吸附,自然界中存在许多可以吸附乙烯的微生物甚至以乙烯作为碳源以及催化乙烯反应的相关酶类。
早在1976年,就报道了一种土壤细菌可以将乙烯作为碳源进行生长并转化成环氧乙烷,后来陆续出现了如Nocardioides sp. strain JS614[14],Nocardia corallina B-276[15],Pseudomonas putida Strain AJ and Ochrobactrum sp. Strain TD[16],strain RD-4[17],Mycobacterium[18]等微生物也能转化乙烯成环氧乙烷。然后在1992年,Harayama S[19]等发现了乙烯被微生物内部的单加氧酶催化加氧形成环氧乙烷,在某些微生物内还会进一步被辅酶M代谢[20]。
二. 拟解决问题
选择合适的对乙烯有吸附能力的微生物,将他们固定于包装材料中,研究这种活性包装材料对香蕉的保鲜效果。拟通过这种方法延长香蕉的货架期,减少因为香蕉因成熟太快所带来巨额的经济损失。
三.主要研究手段
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