采后生物学课程教学大纲级.docx
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采后生物学课程教学大纲级
《采后生物学》课程教学大纲
采后生物学
Posh-harvestBiology
(学时34)
一、简要说明
采后生物学是食品科学与工程专业学生必修的专业基础课,共34学时,2.0学分。
二、课程的性质、地位和任务
采后生物学是食品科学与工程专业的一门专业基础课,是学生在具备了必要的原料学、生物化学、微生物学、食品化学、食品营养学等基本知识之后的一门具有承上启下意义的课程,其后续课程为食品科学与工程专业核心课程—“食品贮藏与保鲜”。
植物产品采收后仍然是有生命的有机体,延续着采收前的代谢活动。
采收后的产品断绝了水分和矿物质的供应,提供碳源和能量的光合作用也基本停止,采摘和采后处理过程会造成机械损伤,产品采后的温度、湿度和气体条件等环境条件也发生了很大的变化。
这些胁迫条件都会刺激植物产品的代谢活动,加速产品的衰老和变质,造成采后的严重损耗。
学习采后生物学课程的目的就是要了解植物产品采收以后的生命活动规律及其调控原理,为植物产品贮藏保鲜技术的研究、开发和应用提供理论基础。
三、教学基本要求和方法
采后生物学课程是食品科学与工程专业的一门重要专业基础课,其理论性强,课程内容涉及植物细胞学、植物解剖学、植物生理学、植物逆境生理学、植物病理学、分子生物学等多个学科。
由于食品科学与工程专业的学生普遍缺乏以上有关的生物学知识,因此,除课堂认真讲授、加强多媒体直观教学外,课后要多讨论,使学生能够掌握采后生物学的基本内容、基础理论,能将理论与实际相结合,为植物产品贮藏保鲜技术的研究、开发和应用提供理论依据和生产实践指导。
四、授课教材及主要参考书目
1、授课教材
(1)罗云波主编.果蔬采后生理与生物技术.北京:
中国农业出版社.2010.(全国高等农林院校教材“十一五”规划教材)
(2)罗云波,生吉萍主编.园艺产品贮藏加工学(贮藏篇)(第2版).北京:
中国农业大学出版社.2010.(普通高等教育“十一五”国家级规划教材)
(3)茅林春,赵丽芹主编.果蔬采后生理学.北京:
中国轻工业出版社.2011.(全国高等学校专业教材)
2、主要参考书目
(1)KennethC.Gross,ChienYiWang,MikalSaltveit(Eds.).TheCommercialStorageofFruits,Vegetables,andFloristandNurseryStocks.AgriculturalHandbookNumber66.USA.2004.
(2)潘永贵,谢江辉编著.现代果蔬采后生理.北京:
化学工业出版社.2009.
(3)黄绵佳.热带园艺产品采后生理与技术(全国高等农林院校教材).北京:
中国林业出版社.2007.
(4)张维一,毕阳编著.果蔬采后病害与控制.北京:
中国农业出版社.1996.
(5)戚佩坤主编.果蔬贮运病害.北京:
中国农业出版社.1994.
(6)潘瑞炽,董愚得编著.植物生理学(第五版).北京:
高教教育出版社.2004.
(7)宋纯鹏编著.植物衰老生物学.北京:
北京大学出版社.1998.
(8)陆定志,傅家瑞,宋松泉编著.植物衰老及其调控.北京:
中国农业出版社.1997.
五、学分和学时分配
本课程总学时为34学时,具体分配如下:
章次
内容
学时
0
绪论(Introduction)
2
1
呼吸代谢(RespiratoryMetabolism)
6
2
植物乙烯生理及其调控(EthyleneEffects)
4
3
采后色素、质地、风味和营养成分变化
(ChangesofColor,Texture,FlavorandNutrition)
6
4
采后病害(Post-harvestDiseases)
7
实验一
呼吸强度的测定(DeterminationofRespiratoryRate)
3
实验二
叶绿素和类胡萝卜素含量的测定
(DeterminationofContentsofChlorophyllandCarotenoid)
3
实验三
细胞膜透性的测定(DeterminationofRelativeLeakageRate)
3
六、教学内容及学时分配
(一)理论教学内容(25学时)
0绪论(Introduction)(2学时)
1、目的要求
植物产品采收后仍然是有生命的有机体,延续着采收前的代谢活动。
采收后的产品断绝了水分和矿物质的供应,提供碳源和能量的光合作用也基本停止,采摘和采后处理过程会造成机械损伤,产品采后的温度、湿度和气体条件等环境条件也发生了很大的变化。
这些胁迫条件都会刺激植物产品的代谢活动,加速产品的衰老和变质,造成采后的严重损耗。
学习本课程的目的就是要了解植物产品采收以后的生命活动规律及其调控原理,为植物产品贮藏保鲜技术的研究、开发和应用提供理论基础。
2、要点
(1)植物产品的基本特性
(2)采后生物学科的性质
(3)采后生物学研究的重要性
第一章呼吸代谢(RespiratoryMetabolism)(6学时)
1、目的要求
呼吸作用的主要概念包括有氧呼吸、无氧呼吸、呼吸强度、呼吸商、呼吸热和呼吸基质等。
呼吸代谢为产品的生命活动提供能量的同时,也造成贮藏成分的解降和热能的释放。
合理调控产品的呼吸代谢也就成贮藏保鲜技术的最基本要求。
有氧呼吸代谢包括糖酵解和三羧酸循环二个阶段和电子传递过程。
戊糖磷酸途径在植物产品的成熟衰老过程和胁迫环境中可能是一种比较重要的呼吸代谢途径。
糖酵解产生的丙酮酸部分氧化分解产生酒精或乳酸,这种无氧呼吸过程的能量产率低,而且还产生有害物质。
呼吸代谢过程存在着自身调控的机制,以适应环境和生理状况的改变。
按照呼吸强度的变化曲线,可以将果实大致地分成跃变型果实和非跃变型果实。
乙烯刺激果实的呼吸,诱导果实成熟。
跃变型果实和非跃变型果实的内源乙烯合成水平和对外源乙烯的反应都有明显的不同。
影响呼吸作用的因素有外部的环境条件和产品本身的品质和特点,对产品呼吸代谢的合理调控主要是改善采后的环境条件。
采前栽培管理和采后处理方法直接关系到产品的品质,也影响到产品的呼吸作用。
2、要点
第一节呼吸作用的概念和意义
1、呼吸作用的基本概念
2、呼吸作用的意义
第二节呼吸代谢过程
1、糖酵解
2、三羧酸循环
3、戊糖磷酸途径
4、电子传递和氧化磷酸化
5、无氧呼吸
6、呼吸作用的调控
第三节果实成熟与呼吸跃变
1、果实的呼吸类型
2、乙烯与呼吸类型的关系
3、呼吸跃变的机理
第四节影响呼吸作用的因素
1、温度
2、湿度
3、气体成分
4、产品类型
5、含水量
6、发育阶段
7、损伤和病虫害
8、比表面积
9、表面状况
10、采前和采后处理方法
第二章植物乙烯生理及其调控(EthyleneEffects)(4学时)
1、目的要求
植物个体的生理发育过程可分为生长、成熟、衰老和死亡四个阶段。
乙烯是诱导植物成熟的主要因素,生长素、赤霉素和细胞激动素抑制成熟,脱落酸也有刺激成熟的作用。
各激素之间相互作用和相互平衡决定了产品的生理发育过程。
乙烯通过蛋氨酸途径合成,ACC合成酶和ACC氧化酶是影响乙烯生物合成的关键酶。
反义导入ACC合成酶或ACC氧化酶基因、正义导入细菌ACC脱氨酶基因或正义导入噬菌体SAM水解酶基因是控制乙烯生成有效途径。
许多药剂可以成功地控制乙烯的合成和作用。
2、要点
第一节成熟衰老的激素学说
1、成熟和衰老的概念
2、乙烯对果实成熟的作用
3、其它激素的生理功能
第二节乙烯的生物合成及其调控
1、乙烯的生物合成途径
2、乙烯生物合成的关键酶
3、控制乙烯合成的基因工程技术
4、乙烯合成和作用的调控
第三章采后色素、质地、风味和营养成分变化
(ChangesofColor,Texture,FlavorandNutrition)(6学时)
1、目的要求
果实发育可分为生长、成熟和衰老三个阶段。
果实成熟过程中,贮藏成分水解、色泽改变、风味变化、硬度下降。
植物色素主要包括叶绿素、类胡萝卜素、花色素和黄酮类色素。
各色素在采后发生着合成和解降,从而影响着产品的色泽和品质。
影响植物质地的主要成分是淀粉和细胞壁组分(果胶物质、纤维素、半纤维素等)。
采后植物(尤其是果实)的成熟软化是植物质地变化的主要特征,软化是果实成熟的最重要标志。
细胞壁(含果胶物质)和细胞贮藏物质(如淀粉)的水解引起果实软化。
在成熟过程中,细胞贮藏物质淀粉、细胞壁中纤维素、半纤维素、果胶在淀粉酶、蔗糖磷酸合成酶、多聚半乳糖醛酸酶、果胶脂酶、木葡聚糖内糖基转移酶、β-半乳糖苷酶、纤维素酶等各种水解酶的催化下发生分解。
影响植物产品风味的主要成分是碳水化合物和有机酸,各类产品中含量不同。
产品中各种成分的变化趋势取决于该成分的合成代谢和分解代谢比较结果。
采收后,产品内的各种成分普遍减少。
芳香物质包括脂、内脂、醇、酸、醛、酮、缩醛、烃、酚、醚和环氧化合物。
产品种类、成熟度、栽培措施、贮藏和处理方法都会影响产品中芳香物质的含量。
按照苯环数,可以将酚类物质分成单环酚、双环酚和多环酚。
产品中酚类化合物的含量发生着明显的变化,不仅影响着产品的风味,而且还会影响产品的色泽。
植物产品包括糖、酸、维生素C、可溶性固形物、酚类化合物、黄酮等营养成分,在植物产品成熟和采后贮藏期间,其营养成分不断发生变化,与植物产品的品质密切相关。
2、要点
第一节植物色素
1、植物色素的类型
2、产品中色素的变化
第二节果实质地变化
1、果实软化
2、果实成熟软化过程的淀粉、细胞壁组分及其相关酶活性的变化
第三节碳水化合物和有机酸
1、单糖和寡聚糖
2、多糖
3、有机酸
4、产品中碳水化合物和有机酸的变化
第四节芳香物质和酚类物质
1、芳香物质的类型
2、产品中芳香物质的变化
3、酚类物质
4、产品中酚类物质的变化
第五节营养成分变化
第四章采后病害(Post-harvestDiseases)(7学时)
1、目的要求
采后病害包括由温度、水分和气体胁迫等生理因素引起的生理性病害和由微生物引起的病理性病害两种,与农产品采后损失密切相关。
植物产品在高于或低于正常温度的环境中发生着生理和生化代谢的调整,热激蛋白和冷冻蛋白的诱导产生有利于防御这种不良的温度环境。
温度变化过度就会导致生化代谢和细胞膜结构的严重伤害。
水分以气态方式离开产品表面,造成品质和生理代谢的改变。
产品种类和表面特性是影响蒸腾作用的最主要内部因素。
通过改变环境温度、湿度、通风状况、气压、包装和光照条件可以调节产品的蒸腾作用。
降低氧气浓度或提高二氧化碳水平能抑制产品的呼吸作用、抑制乙烯的合成和作用。
过多或过少的氧气或二氧化碳对产品造成伤害。
环境中的乙烯则会刺激产品的成熟和衰老过程。
由微生物引起的腐烂是农产品采后损失最主要的原因。
通过了解引起采后农产品腐烂的病原菌种类、侵染方式、病原菌控制的条件,为控制农产品采后病害、减少采后腐烂损失、延长农产品贮藏保鲜期有重要的科学意义,同时为农产品贮藏保鲜提供生产指导。
2、要点
第一节温度胁迫
1、高温胁迫
2、低温冷害
3、低温冻害
第二节水分胁迫
1、蒸腾作用
2、水分胁迫的作用
3、影响蒸腾的因素
4、水分胁迫的控制
第三节气体伤害
1、氧气胁迫
2、二氧化碳胁迫
3、乙烯胁迫
第四节采后微生物病害
1、病原菌种类
2、病原菌侵染方式
3、采后病害控制
(二)实验教学内容(9学时)
实验一:
呼吸强度的测定(验证性、3学时)
1、实验目的:
呼吸作用是农产品收获后进行的重要生理活动,是影响贮运效果的重要因素。
测定呼吸强度可衡量呼吸作用强弱,了解农产品收获后生理状态,为低温和气调贮运以及呼吸热计算提供必要数据。
因此,在研究或处理农产品贮藏问题时,呼吸强度是经常测定的指标。
2、实验方法:
呼吸强度的测定通常是采用定量碱液吸收农产品在一定时间内呼吸所释放出来的CO2,再用酸滴定剩余的碱,即可计算出呼吸所释放出来的CO2量,求出其呼吸强度。
单位通常用每公斤每小时释放CO2毫克数(CO2mg/kg·h)表示。
本实验用气流法测定农产品呼吸强度。
3、实验仪器:
气流法测定呼吸强度装置。
真空干燥器,大气采样器,吸收管,滴定管架,铁夹,25mL滴定管,150mL三角瓶,500mL烧杯,10mL移液管,洗耳球,100mL容量瓶,万用试纸,台秤。
红外线CO2分析仪测定呼吸强度装置。
4、实验试剂与材料:
实验试剂:
钠石灰,20%氢氧化钠,0.4mol/L氢氧化钠,0.1mol/L草酸,饱和氯化钡溶液,酚酞指标剂,正丁醇,凡士林。
实验材料:
苹果,梨,柑桔,番茄,马铃薯,青菜。
5、实验操作方法:
气流法的特点是产品处在气流畅通的环境中进行呼吸,比较接近自然状态。
因此,可以在恒定的条件下进行较长时间的多次连续测定。
测定时使不含CO2的气流通过呼吸室,将产品呼吸时释放的CO2带入吸收管,被管中定量的碱液吸收。
经一时间的吸收后,取出碱液,用酸滴定剩余的碱液,由碱量差值计算出CO2量。
(1)按气流法测定呼吸强度装置(暂不串接吸收管)连接好大气采样器,同时检查不使有漏气。
开动大气采样器中的空气泵,如果在装有20%NaOH溶液的净化瓶中不断有气泡产生,说明整个系统气密性良好,否则应检查各接口是否漏气。
(2)用台秤称取材料1kg,放入呼吸室,先将呼吸室与安全瓶连接,拨动开关,将空气流量调至400mL/min左右,将定时钟旋钮按反时钟方向转到30min处,先使呼吸室抽空平衡半小时,然后连接吸收管开始正式测定。
(3)空白滴定用移液管吸收0.4mol/L的NaOH10mL,放入1支吸收管中,加一滴正丁醇,稍加摇后再将其中碱液毫无损失地移到三角瓶中,用煮沸过的蒸馏水冲洗几次,直到显中性为止,加5ml饱和BaCl2溶液和酚酞指示剂2滴,然后用0.1mol/L草酸滴定至粉红色消失即为终点。
记下滴定量,重复一次,取平均值,即为空白滴定量(V1)。
如果两次滴定相差超过0.1mL,必须重新滴定一次,同时取一支吸收管装好同量碱液和一滴正丁醇,放在大气采样器的管架上备用。
(4)当呼吸室抽空半小时后,立即接上吸收管,把定时针重转到30min处,调整流量大约400mL/min。
待样品测定半小时后,取下吸收管,将碱液移入三角瓶中,加饱和BaCl25mL和酚酞指示剂2滴,用0.1mol/L草酸滴定,操作同空白滴定,记下滴定量(V2)。
M-H2C2O4摩尔浓度(mol/L)
W-样品重量(kg)
h-测定时间(小时)
V1—空白滴定量(mL)
V2—样液滴定量(mL)
44—CO2的毫克数
6、记录与计算:
(1)将测定数据填入下表:
(2)列出计算式并计算结果
实验二:
果蔬中叶绿素和类胡萝卜素含量的测定(综合性、3学时)
1、实验目的:
了解果蔬中叶绿素和类胡萝卜素的特性、测定的原理与方法及果蔬中叶绿素、类胡萝卜素含量变化与保鲜的关系。
2、实验方法:
根据叶绿素和类胡萝卜素提取液对可见光谱的吸收,利用分光光度计在某一特定波长测定其吸光度,即可用公式计算出提取液中各色素的含量。
根据朗伯—比尔定律,某有色溶液的吸光度A与其中溶质浓度C和液层厚度L成正比,即A=αCL式中:
α比例常数。
当溶液浓度以百分浓度为单位,液层厚度为1cm时,α为该物质的吸光系数。
各种有色物质溶液在不同波长下的吸光系数可通过测定已知浓度的纯物质在不同波长下的吸光度而求得。
如果溶液中有数种吸光物质,则此混合液在某一波长下的总吸光度等于各组分在相应波长下吸光度的总和。
这就是吸光度的加和性。
今欲测定色素混合提取液中叶绿素和类胡萝卜素的含量,只需测定该提取液在440nm、645nm、663nm三个特定波长下的吸光度A440、A645、A663,并根据叶绿素和类胡萝卜素在该波长下的吸光系数即可求出其浓度。
本实验用分光光度法测定果蔬中叶绿素和类胡萝卜素含量。
3、实验仪器:
分光光度计,电子天平,研钵,棕色容量瓶,小漏斗,定量滤纸,吸水纸,擦境纸,滴管。
4、实验试剂与材料:
新鲜的果蔬,80%丙酮,石英砂,碳酸钙粉。
5、实验操作方法:
(1)取新鲜果蔬材料,擦净组织表面污物,剪碎,混匀。
(2)称取剪碎的新鲜样品0.5g,放入研钵中,加少量石英砂和碳酸钙粉及3mL80%丙酮,研成均浆,再加80%丙酮10mL,继续研磨至组织变白,静置3~5min。
(3)取滤纸1张,置漏斗中,用80%丙酮湿润,沿玻棒把提取液倒入漏斗中,过滤到50mL棕色容量瓶中,用少量80%丙酮冲洗研钵、研棒及残渣数次,最后连同残渣一起倒入漏斗中。
(4)用滴管吸取80%丙酮,将滤纸上的色素全部洗入容量瓶中。
直至滤纸和残渣中无绿色为止。
最后用80%丙酮定容至50mL,摇匀。
(5)把色素提取液倒入光径1cm的比色杯内,以80%丙酮为空白,在波长440nm、645nm和663nm下测定吸光度,记录吸光度A440、A645、A663,按Arnon公式计算叶绿素和类胡萝卜素含量:
叶绿素浓度Ca+b(mg/L)=20.2A645+8.02A663
类胡萝卜素浓度C类胡(mg/L)=4.7A440-0.27Ca+b
色素含量(mg/g果皮)=C色素浓度×V提取液总体积×0.1/W(g)
实验三:
细胞膜透性的测定(综合性、3学时)
1、实验目的:
植物组织衰老或在受到各种不利的贮藏环境条件(如采后失水、低温冷害、高温伤害、低O2或高CO2伤害)危害时,细胞膜的结构和功能首先受到伤害,细胞膜透性增大。
若将受伤害的组织浸入无离子水中,其外渗液中电解质的含量比正常组织外渗液中含量增加,组织受伤害越严重,电解质含量增加越多。
用电导仪测定外渗液电导率的变化,可反映出质膜受伤害的程度。
2、实验方法:
用电导仪法测定细胞膜透性。
3、实验仪器:
不同温度贮藏设施;DDS-11A型电导仪法;真空泵;真空干燥器;水浴锅;打孔器;剪刀;洗瓶;试管;移液管;玻棒;滤纸。
4、实验试剂与材料:
去离子水;低温处理过的柑橘、香蕉等材料。
5、实验操作方法:
(1)清洗器具:
由于电导仪变化非常灵敏,稍有杂质即产生很大误差。
因此所用玻璃器具均需先用热肥皂水洗,再用洗液洗涤,然后用自来水、无离子水各冲4~5遍(最好是容器口朝下用水冲)。
向洗净的试管中加入去离子水,用电导仪测定电导值,检查试管是否确实冼净。
(2)取样及处理:
选取果品,一份放入适温下贮藏,另一份放入过低温度下使其受冷害,作为处理。
用打孔器及切片器将样品制成厚薄均匀,大小一致的组织圆片,精确称取2g(或10个圆片),放入试管内,用去离子水冲洗3次,然后加入30mL去离子水。
对照和处理均设3~4个重复。
将试管放入真空干燥器内,开动真空泵抽气10min,以抽出细胞间隙空气。
缓慢放入空气,水即渗入细胞间隙,组织圆片变成透明状,细胞内溶质易于渗出,取出试管,间隔几分钟振荡一次,在室温下保持30min。
(3)测定:
将DDS-11A型电导仪电极插入试管,测定外渗液的电导值(C1)。
测定之后,将试管放入水浴锅沸水中5min以杀死组织。
待冷至室温后,再次测定外渗液的电导值(C2)。
6、计算:
以细胞膜相对透性大小表示细胞受害的程度。
通常按下式计算:
细胞膜相对透性(%)=C1/C2×100
式中:
C1:
组织杀死前外渗液的电导值;
C2:
组织杀死后外渗液的电导值。
编写人:
食品科学系林河通教授、陈艺晖讲师
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