CC BY
111
УДК 634.11:577.3:581.1
ИССЛЕДОВАНИЕ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ И ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА ПОВЕРХНОСТЬЮ ЯБЛОК ПРИ АНАЛИЗЕ ИХ КАЧЕСТВА
С.А. РОДИКОВ, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник
ВНИИ садоводства им. И.В. Мичурина E-mail: vniis@pochta.ru
Резюме. Установлено, что по мере созревания яблок флуоресценция хлорофилла сначала возрастает, затем снижается, а у побуревших яблок во время хранения интенсивность флуоресценции по мере увеличения загара снижается. Результаты исследований показывают, что на основании коэффициентов отражения света, флуоресценции поверхности яблок и их отношения, можно судить о качестве плодов как во время созревания, так и при хранении.
Ключевые слова: флуоресценция хлорофилла, коэффициенты отражения света, яблоки, созревание, хранение, загар.
Важнейший вопрос контроля качества яблок - разработка неразрушающих методов анализа функционального состояния плодов, как во время съема в саду, так и при хранении. При созревании яблок происходит разрушение хлорофилла, которое продолжается и во время хранения. Кроме того, в кожице яблок через несколько месяцев хранения развиваются физиологические нарушения, в результате чего их поверхность приобретает бурый цвет (загар). В связи с этим представляется актуальной разработка быстрых и неразрушающих методов контроля этих нарушений на ранней стадии их развития.
Основная часть видимого света, поглощённого хлорофиллами и каротиноидами кожицы яблок, используется в процессе фотосинтеза. Небольшая часть абсорбированного света переиспускается в виде тепла или как красная флуоресценция хлорофилла, характеризующаяся двумя максимумами в области 685...690 и 735 нм. Известен способ определения содержания хлорофилла в листьях растений, сущность которого состоит в разделении его флуоресцентного излучения с помощью спектрально-селективного интерференционного фильтра на два луча с длинами волн Х1=685 нм и Х2=735 нм с одновременным измерением интенсивностей излучения на указанных длинах волн двумя идентичными фотоприёмниками и определением их отношения с помощью усилителя отношений Х1/Я2. В этом случае индукционные изменения флуоресцентного излучения одинаковы в обеих полосах, а их отношение не зависит от индукции [1]. Равенство интенсивностей излучения флуоресценции на двух длинах волн наблюдается у полностью зеленого листа. При разрушении хлорофилла флуоресценция в области 685 нм намного выше, чем в области 735 нм. В результате отношение Р685/Р735 возрастает и, таким образом, может быть использовано в качестве показателя, характеризующего содержание хлорофилла, а также краткосрочный (спад фотосинтеза) или долгосрочный стресс [2].
Цель нашей работы - изучение флуоресценции и отражения света поверхностью яблок в красной области спектра для использования при оценке качества яблок неразрушающим способом.
Условия, материалы и методы. В опыте использовали плоды яблони сорта Антоновка обыкновенная, выращенные в районе г. Мичуринска в опытно-произ-
водственном хозяйстве ВНИИ садоводства им. И.В.Ми-чурина и Ренет Симиренко, собранные в «ЗАО Агрофирма «Сад-Гигант» Краснодарского края. Яблоки снимали в саду (по 5 плодов каждого варианта), проводили маркировку, при которой фиксировали следующие варианты: солнечная сторона дерева, солнечная сторона яблока; солнечная сторона дерева, теневая сторона яблока; теневая сторона дерева, солнечная сторона яблока; теневая сторона дерева, теневая сторона яблока. Затем привозили в лабораторию и проводили измерения коэффициентов отражения и флуоресценции. При хранении анализировали яблоки на степень поражения загаром (побурение кожицы), который появляется на плодах через 2.4 месяца хранения.
Флуоресценцию хлорофилла возбуждали светом длиной волны 470 нм, спектр ее регистрировали в диапазоне 685.735 нм. Выход флуоресценции хлорофилла определяется уровнем восстановленности 0Д - первичного стабильного акцептора ФС II. Чем больше восстановлен 0Д, тем выше выход флуоресценции [3]. Интенсивность флуоресценции пропорциональна интенсивности возбуждающего света и поглощению, чем больше квантов поглощается в единицу времени, тем больше и излучается [4].
При измерениях использовали блок монохроматоров с дифракционной решеткой спектрофлуориметра иУ 3 СБ, в качестве источника света применяли ксеноновую лампу и фотоумножитель Я928Б для регистрации флуоресценции. Измерение отражения поверхности плодов проводили на приборе БресогС м40.
Результаты и обсуждение. Спектр возбуждения хлорофилла имеет пики на длинах волн 440 нм и 470 нм. Спектр флуоресценции имеет максимум на длине волны 685 нм и небольшое плечо в диапазоне 720.740 нм (рис. 1). При этом у побуревших яблок интенсивность
Рис. 1. Спектры возбуждения и флуоресценции хлорофилла плодов сорта Антоновка обыкновенная (дата анализа 19 декабря 2001 г.): 1 - здоровая ткань яблока, 2 - слабое побурение теневой стороны яблока, 3 - сильное побурение теневой стороны яблока.
флуоресценции по мере увеличения загара снижается.
На теневой стороне яблока отношение коэффициентов флуоресценции больше, чем на солнечной. Это соответствует результатам ранее проведенных исследований по отражению поверхности яблок, показывающим, что хлорофилла на теневой стороне яблока больше, чем на солнечной [4].
Спектры отражения поверхности плодов сорта Ренет Симиренко во время хранения показывают (см. табл.), что у здоровых плодов и у плодов со следами загара со__ Достижения науки и техники АПК, №09-2010
Таблица. Коэффициенты отражения поверхности яблока и их отношения.
Показатель \ Здоровая \ Следы загара \Загар 100 %
RyQQ 45,5 44,3 36,3
R75O 72,2 72,1 52,9
R750/R700 1,59 1,63 1,46
(1/R550-1/RyQQ )/R 750 -0,3 5,6 65,6
держание хлорофилла практически одинаково. При этом поверхность плодов, пораженная побурением на 100 %, поглощает свет в большей степени на длинах волн 700.750 нм, что связано с образованием бурых пигментов на кожице плода. Наибольшее изменение коэффициента отражения у загоревших яблок происходит на длинах волн 550 и 750 нм (рис. 2).
Речь идет не только о содержании хлорофилла, но и о его фотохимической активности, которая выражается в интенсивной флуоресценции [5]. Именно этим объясняется снижение флуоресценции побуревшей кожицы плодов. Соотношение Р685/Р735 для здоровых плодов равно 3,4, слабо побуревших - 2,9 и сильно побуревших -1,5 (см. рис. 1).
О ----- ---- ----- ---- ---- ---- ---- ----і----------- -і--1
350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
Длина волны,нм
Рис. 2. Спектры отражения поверхности плодов сорта Ренет Симиренко во время хранения (дата анализа 6 марта 2QQ2 г.): 1 - здоровая ткань, 2 - слабый загар теневой стороны яблока, 3 - сильный загар теневой стороны яблока.
По результатам исследований мы рассчитали коэффициенты (1/R550-1/R700)/R750, которые не зависят от содержания хлорофиллов и каротиноидов и могут быть использованы для недеструктивной оценки степени развития загара в плодах при их хранении (см. табл.) [6]. Они
значительно отличаются в зависимости от развития загара. Так для здоровой кожицы соотношение коэффициентов равно -0,3, для кожицы со следами загара - 5,6, для полностью побуревшей кожицы - 65,6.
По мере созревания яблок флуоресценция хлорофилла сначала возрастает, а затем снижается (рис. 3).
созревания и хранения яблок сорта Антоновка обыкновенная,
1998 г. (Я , = 470 нм, X. = 685 нм): солнечная сторона дере' возб. ’ флуор. ' ~ 1 1 ~
ва 1 - солнечная сторона яблока, 2 - теневая; теневая сторона дерева 3 - солнечная сторона яблока, 4 - теневая.
Во время хранения (дата съема 4 сентября 1998 г) флуоресценция солнечной стороны яблока возрастает и к середине января достигает значений в 13 раз превосходящих величину этого показателя при съеме, а флуоресценция теневой стороны яблока уменьшается к середине января в 2 раза, затем они практически выравниваются.
Выводы. Результаты проведенных исследований показывают, что, используя коэффициенты отражения света поверхности яблок и их отношения, можно судить о качестве плодов, как во время созревания, так и при хранении. Например, отношение коэффициентов отражения поверхности яблок (1/Р550-1/Р700)/Р750 здоровых плодов практически равно нулю, а при развитии загара оно увеличивается, достигая 65,6.
Минимальная интенсивность флуоресценции теневой стороны поверхности яблок на длине волны 685 нм показывает полное созревание плодов, а равенство значений интенсивности флуоресценции теневой и солнечной сторон яблока во время хранения может служить основанием для определения окончания срока их хранения.
Литература.
1. Заявка № 92-010565 МПК 5 G 01N 21/01. Способ определения содержания хлорофилла в листьях растений / Э.А. Захидов, М.А. Касымджанов, Ф.М. Миртаджиев, Д.С. Саттаров, П.К. Хабибуллаев.
2. Lichtenthaler H.K., Lang M., Stober F. Nature and Variation of Blue Fluorescence Spectra of Terrestrial Plants,.// Geoscience and Remote Sensing Symposium, IGARSS '91, Vol. IV, pp. 2283-2286.
3. Duysens L.N.M., Sweers H.E. Mechanisms of the two photochemical reactions in algae as studied by means of fluorescence // Studies on microalgae and photosynthetic decteria ///. Tokyo: Univ. Tokyo Press, 1963. P. 353.
4. Родиков С.А. Диагностика физиологического состояния листьев и плодов по спектрам отражения. Научные основы устойчивого садоводства в России // Сборник докладов конференции 11-12 марта 1999 г. / ВНИИС им.И.В.Мичурина. - С. 112-114.
5. Лебедев С.И. Физиология растений. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1982. - 463 с.
6. Reflectance Spectral Features and Detection of Superficial Scald-induced Browning in Storing Apple Fruit / O.B. Chivkunova, A.E. Solovchenko, S.G. Sokolova, M.N. Merzlyak, I.V. Reshetnikova, A.A. Gitelson// J. Russian Phytopathol. Soc. Vol. 2, January -June 2001. - pp. 73-77.
ANALYSIS OF APPLE FRUIT QUALITY AND INVESTIGATIONS OF FLUORESCENCE AND LIGHT
REFLECTION BY APPLE SURFACE
S.A. Rodikov
Summary. Fluorescence of apple fruit surface (cv. Antonovka obyknovennaya) was measured at 685 and 735 nm ware length on sun exposed and shaded side. Intact and scald injured fruit were used for investigations. Increase of chlorophyll fluorescence was established during onset of ripening followed by its decrease. Fluorescence intensity is reduced with the development of scald in stored apples characterized by browning. The investigations conducted show that the coefficients of light reflection and fluorescence of apple surface should be used for determination of fruit quality during ripening and also storage.
Key words: chlorophyll fluorescence, coefficients of light reflection, apples, maturing, storage, scald.
Достижения науки и техники АПК, №09-2010 _______________________________________________________ 33
