主题 | 水杨酸通过调节激素和脯氨酸代谢以及维持细胞结构来缓解‘海沃德’猕猴桃的冷害 | ||
| 题目 | Salicylic acid mitigates ’Hayward’ kiwifruit chilling injury by regulating hormone and proline metabolism, as well as maintaining cellular structure | ||
| 期刊 | Food Bioscience | ||
| 中科院 分区 | 1区 | 影响 因子 | 5.2 |
| 第一 作者 | Yaoxing Niu | 通讯 作者 | 罗安伟 |
| 单位 | College of Food Science and Engineering, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi, 712100, China | ||
| 原文 链接 | |||
“海沃德”猕猴桃在冷藏后期极易受到冷害（CI）的影响，从而限制了其储存质量和寿命。因此，减少CI造成的损失势在必行。水杨酸（SA）已被证明可以减轻水果和蔬菜中的CI。该研究对比分析了1 mM SA处理猕猴桃低温贮藏过程中脯氨酸代谢、关键内源激素水平以及对细胞结构和膜脂氧化的影响。结果表明，SA能减弱脂氧合酶（LOX）活性，增强过氧化氢酶（CAT）活性，抑制丙二醛（MDA）含量的升高，减轻细胞内淀粉颗粒的降解，保持细胞结构的完整性。
猕猴桃，是一种富含各种活性化合物的水果，收获后通常在低温下储存，以保持其储存质量。然而，长期低温贮藏可能导致猕猴桃在贮藏后期发生冷害（CI）。一般，猕猴桃在-2℃至2.5℃的温度范围内储存时容易发生CI，导致猕猴桃软化和腐烂。
水杨酸（SA），也称为邻羟基苯甲酸，是一种广泛分布于植物中的低分子量酚类化合物。近年来，大量研究表明水杨酸（SA）作为一种植物激素在赋予低温胁迫抗性方面发挥着关键作用。最近的研究表明，SA的应用可以有效地延缓猕猴桃成熟并保持其贮藏品质。此外，SA衍生物也被发现在延缓猕猴桃成熟方面发挥着非常重要的作用。但利用SA作为缓解CI的方法仍缺乏对其有效性的全面研究。因此，有必要进一步研究SA介导的CI保护的潜在机制，以制定提高猕猴桃质量和减少采后损失的有效策略。
之前有研究表明，水杨酸（SA）在苯丙烷代谢和植物激素信号转导中发挥调节作用，从而减轻猕猴桃的冷害。然而，水杨酸处理对猕猴桃内源激素水平的调节机制及其对膜脂氧化代谢和脯氨酸代谢的影响仍然难以捉摸。进一步阐明水杨酸对猕猴桃抗寒性的调控机制具有重要意义。因此，该研究假设SA的应用可以通过调节脯氨酸代谢和植物激素水平来减轻膜脂质过氧化，从而减轻猕猴桃的CI。为了验证这一假设，对SA处理的猕猴桃在低温贮藏过程中脯氨酸代谢、关键植物激素和细胞膜脂质的变化进行了一系列实验。目的是阐明SA处理介导的猕猴桃CI减轻的机制。该研究有望为减轻猕猴桃CI提供理论据和现实意义。
3.1 SA处理对猕猴桃CI发生率、MDA含量及LOX和CAT活性的影响
在第56天观察到猕猴桃中CI的开始，如图1A所示，在整个贮藏过程中CI的速率持续增加。在整个储存过程中，SA处理组的CI发生率始终低于对照组，这表明SA处理有效地抑制了储存期间CI的发生。图1B显示了整个储存期MDA水平的变化。该图显示了存储期间MDA含量的持续增加。SA处理显著抑制MDA含量的增加，导致储存结束时MDA的含量（2.97 nmol g-1）低于对照组（3.84 nmol g-1）。这表明，SA处理可以通过减少细胞膜损伤，有效抑制脂质过氧化，降低储存过程中的CI。图1C说明了猕猴桃在储存过程中不同处理下LOX活性的波动。LOX活性表现出最初的增加，随后降低，在第70天达到峰值。SA处理组的LOX活性与对照组相比有统计学意义的降低（p<0.05）。这表明SA处理可以有效抑制储存过程中LOX活性的增加。储存期间CAT活动的变化如图1D所示。很明显，随着储存时间的延长，最初的趋势是先增加后减少，最终在第70天达到峰值。此外，除第28天外，SA处理组的CAT活性比对照组显著增加（p<0.05），表明SA能有效刺激CAT活性，增强抗氧化能力。
图1：SA处理对猕猴桃采后贮藏期间CI发生率（A）、MDA含量（B）、LOX活性（C）和CAT活性（D）的影响；垂直线表示标准误差。大写字母不同表示同一处理组样品在不同储存时间点的数据存在显著差异，小写字母不同表示不同处理在相同储存时间点数据存在显著差别（p<0.05）。
图2显示了SA处理对不同贮藏期猕猴桃细胞超微结构特征的影响。如图2A所示，新鲜收获的猕猴桃果肉细胞富含大而独特的淀粉颗粒。然而，随着时间的推移，淀粉颗粒逐渐分解。到第126天，与SA处理组相比，对照组表现出淀粉颗粒的显著降解。这表明SA的应用在延缓猕猴桃细胞内淀粉颗粒的降解和保持细胞结构完整性方面是有效的。通过透射电子显微镜获得的显微照片显示，在新鲜收获的猕猴桃果肉细胞中，细胞壁的完整性很高。图2B说明了新鲜收获的猕猴桃的细胞壁有序、均匀厚，结构完整，具有明显的明暗分区。细胞间层表现为一条薄的暗带，具有均匀、连续的高电子密度。细胞膜结构的完整性保持完整，没有发生胞浆裂解。但是，储藏126天后，对照果实细胞壁结构出现了严重的变形和质解现象。细胞壁呈絮状空洞。细胞间层崩解，胶体液化，导致细胞失去附着力。SA处理组果实细胞壁结构较为松弛，稍有扭曲，细胞间层部分分解。然而，浅色和深色的隔墙仍然清晰可辨，细胞壁结构相对完整。与对照组相比，SA处理显著抑制了果实细胞壁的降解。在贮藏末期，对照果细胞中连接相邻细胞的胞间质消失，细胞结构松动，导致胞间空间消失(图2C)。与对照组相比，SA处理组的果实表现出更好的细胞结构维持，细胞间基质只有最小的降解。
综上所述，SA处理可以抑制猕猴桃低温贮藏过程中细胞壁的降解，延缓淀粉粒的降解，维持细胞间的粘附，从而保持相对完整的细胞结构。
图2：猕猴桃不同处理组细胞超微结构在不同贮藏期的变化。
脯氨酸代谢的调控是一个动态的、精细的过程。图3描述了SA处理后与脯氨酸代谢相关的关键代谢物和酶的变化。在低温贮藏期间，不同处理组猕猴桃脯氨酸含量呈现先增加后减少的趋势(图3A)。SA处理猕猴桃贮藏期间脯氨酸含量显著高于对照组（p<0.05）。各处理组在第42天脯氨酸含量最高，SA处理组达63.68 μg−1，对照组达32.09 μg−1，说明SA处理能有效维持低温贮藏条件下猕猴桃脯氨酸的高含量。
图3B显示了猕猴桃在低温贮藏过程中不同处理的OAT活性变化。总体OAT活动呈现出波动上升的趋势。贮藏期间，除第14、84、98、112天外，SA处理组的OAT活性显著高于对照组（p<0.05）。贮藏第70天，SA处理组的活性水平为106.27 μg−1，显著高于对照组的78.33 μg−1。由此可见，外源SA处理增强了猕猴桃OAT活性。
P5CS在储存过程中的活性变化如图3C所示。如图所示，P5CS活性在贮藏过程中呈现先下降后上升再下降的趋势，在贮藏第56天达到峰值。贮藏过程中，SA处理组P5CS活性持续高于对照组，在第14、28、42、56、98、112天差异均有统计学意义（p<0.05）。结果表明，SA处理可提高P5CS活性，促进脯氨酸的生物合成。
ProDH是脯氨酸降解限速步骤中的关键酶。如图3D所示，SA处理组和对照组的ProDH活性在贮藏过程中均呈现先升高后持续下降的趋势，在第28天达到峰值。除贮藏第98天外，SA处理组的ProDH活性与对照组相比均有显著降低（p<0.05）。结果表明，SA处理对猕猴桃低温贮藏过程中ProDH活性的抑制效果较好。
上述结果表明，SA处理可以通过上调脯氨酸合成酶活性和下调脯氨酸降解酶活性来动态维持脯氨酸的高水平，从而增强果实的抗寒能力。
图3：SA处理对采后猕猴桃贮藏期脯氨酸含量(A)、OAT活性(B)、P5CS活性(C)和ProDH活性(D)的影响;竖线表示标准误差;不同大写字母表示同一处理组样品在不同存储时间点的数据差异显著，不同小写字母表示不同处理在同一存储时间点的数据差异显著(p<0.05)。
图4A描述了SA含量在初始储存阶段的下降，随后逐渐增加，在第84天达到峰值，随后下降，直到储存结束。外源SA在后期促进内源含量的增加，抑制内源含量的下降，除收获期和第28天外，在整个贮藏期内均显著高于对照（p<0.05）。如图4B所示，在整个贮藏期内，SA处理组的MeJA含量总体呈增加趋势。在低温贮藏期间，除贮藏结束时外，SA处理组与对照组MeJA水平无显著差异（p<0.05）。结果表明，外源SA处理对猕猴桃低温贮藏过程中内源MeJA水平的影响很小。SA处理对猕猴桃中ABA含量的影响如图4C所示。由图可知，在低温贮藏过程中，各处理组的ABA含量呈现出波动。除贮藏初期和第56天外，SA处理组ABA含量均显著高于对照组。贮藏结束时，SA处理组ABA含量为462.25 ng g−1，显著高于对照组(321.95 ng g−1)。这些结果表明，SA处理能有效提高贮藏过程中内源ABA水平。
GA能促进植物生长发育。图4D显示了SA处理组GA含量的持续下降，而对照组GA含量呈现先增加后减少后增加的趋势。贮藏过程中，SA处理组GA含量显著低于对照组，说明SA处理可以抑制低温贮藏过程中GA含量的增加。
图4：SA处理对采后猕猴桃贮藏过程中SA含量(A)、MeJA含量(B)、ABA含量(C)和GA含量(D)的影响;竖线表示标准误差;不同大写字母表示同一处理组样品在不同存储时间点的数据差异显著，不同小写字母表示不同处理在同一存储时间点的数据差异显著(p<0.05)。
通过对外源SA处理猕猴桃脯氨酸和激素代谢的分析，结果表明SA处理减轻猕猴桃冷害的机制主要包括以下几个方面:
(1) SA处理通过减少细胞膜脂质过氧化和维持细胞结构的完整性来缓解猕猴桃CI。
(2) SA调节脯氨酸代谢，促进脯氨酸合成，减轻CI。
(3)外源SA通过增加SA和ABA含量，降低GA含量，平衡内源激素的合成和代谢，增强抗寒能力。
这些研究结果为研究经SA处理的猕猴桃抗冻机理奠定了理论框架和基础，并为猕猴桃低温保鲜提供了新的思路。
本文图表均来自本文献
文献解读：皮西瑞
编辑：皮西瑞
校稿：赵沁雨
审核：马婷婷
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