采后激素处理抑制鲜食葡萄果穗褐变:内源激素稳态的调控机制

时间:2026年5月27日
来源:Scientia Horticulturae

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本研究旨在探讨采后激素处理对预防‘Fakhri’鲜食葡萄果穗褐变及延长贮藏寿命的效果。研究人员将葡萄果穗的离层区域分别浸入250、500 µM褪黑素(MT)、50、100 mM细胞分裂素(CK)、50、100 mM赤霉素(GA)或50、100 mM生长素(IA

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本研究旨在探讨采后激素处理对预防‘Fakhri’鲜食葡萄果穗褐变及延长贮藏寿命的效果。研究人员将葡萄果穗的离层区域分别浸入250、500 µM褪黑素(MT)、50、100 mM细胞分裂素(CK)、50、100 mM赤霉素(GA)或50、100 mM生长素(IAA)溶液中5分钟,随后置于2.5±1°C、相对湿度90–95%条件下贮藏30天。结果表明,激素处理显著延缓了果穗褐变(贮藏30天时,500 µM MT处理组褐变降低40%),其机制在于抑制关键褐变酶活力(贮藏30天时,500 µM MT处理组过氧化物酶(POD)活性降低25%,多酚氧化酶(PPO)活性降低55%)。处理后的果穗维持了较高的相对含水量(RWC)和叶绿素水平,这得益于抗氧化酶活性的增强(贮藏30天时,500 µM MT处理组过氧化氢酶(CAT)活性增加103%,超氧化物歧化酶(SOD)活性增加65%),从而有效缓解了氧化胁迫指标(贮藏30天时,500 µM MT处理组丙二醛(MDA)含量降低23%,100 mM CK处理组过氧化氢(H2O2)含量降低34%)。激素分析显示,果穗内源生长素(IAA)和赤霉素(GA)水平显著升高(贮藏30天时,100 mM IAA处理组IAA增加379%,100 mM GA处理组GA增加132%),同时脱落酸(ABA)含量显著降低(贮藏30天时,100 mM IAA处理组ABA降低50%)。在浆果层面,激素处理有效保持了果实硬度,降低了失重率,并更好地维持了抗坏血酸(ASA)含量。综合评估表明,500 µM MT、100 mM CK和100 mM IAA处理在维持整体感官品质方面效果最为显著。综上所述,采后激素处理是一种极具潜力的策略,可有效抑制鲜食葡萄果穗褐变并延长商业贮藏期。
研究背景与意义
鲜食葡萄采后贮藏期间,果穗(rachis)褐变是导致商品性下降和经济损失的主要生理失调现象。果穗仅占果穗鲜重的约4%,但其色泽和坚挺度是衡量整体品质的关键指标。果穗组织幼嫩、表皮薄,极易发生采后失水,进而诱发由多酚氧化酶(PPO)介导的氧化反应导致褐变。此外,失水还会引发落粒和萎蔫,破坏果穗完整性。果穗衰老受内源激素如脱落酸(ABA)、生长素(IAA)和赤霉素(GA3)的精密调控,而总酚(TPC)和类黄酮(TF)等物质在抗氧化防御与褐变底物转化中扮演双重角色。尽管已有1-MCP、二氧化氯、二氧化硫等多种物理化学方法被尝试用于延缓褐变,但关于植物生长调节剂(PGRs)通过调控果穗内源激素平衡来抑制褐变的机制尚不清晰。现有研究多采用整穗浸泡,本研究创新性地采用离层靶向处理方法,深入探究其对氧化应激、酶活性及激素动力学的调控机理,以期为开发绿色高效的保鲜技术提供理论依据。该研究成果发表于《Scientia Horticulturae》。
主要技术方法
研究人员选用伊朗Hamedan地区商业种植园的‘Fakhri’鲜食葡萄为样本队列,于商业成熟期采收。样本经预冷、消毒后,采用离层浸泡法进行处理:将果穗离层切除1-2厘米后立即浸入含有0.1% Tween 80的不同浓度激素溶液中5分钟。处理后置于2.5±1°C、90-95%相对湿度的冷库中贮藏30天。研究主要通过主观分级计算果穗褐变指数(RBI),测定相对含水量(RWC)、叶绿素、丙二醛(MDA)、过氧化氢(H2O2)、总酚(TPC)、类黄酮(TF)含量;利用分光光度法检测过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)及多酚氧化酶(PPO)活性;采用高效液相色谱(HPLC)定量分析内源激素ABA、IAA和GA3含量;同时对浆果的可溶性固形物(TSS)、可滴定酸(TA)、硬度、失重率和抗坏血酸(ASA)进行理化分析。数据采用SAS软件进行方差分析和Duncan多重比较,并利用R语言进行Pearson相关性分析、主成分分析(PCA)及层次聚类热图分析。
研究结果
3.1 激素处理抑制果穗褐变并维持相对含水量
贮藏期间RBI呈上升趋势,而所有激素处理均显著抑制了这一进程。贮藏30天后,500 µM MT、100 mM CK和100 mM IAA处理的RBI最低(2),显著优于对照组的3.3。同时,激素处理有效阻止了RWC的下降,500 µM MT和100 mM IAA处理组在30天时的RWC分别达到79.3%和77.7%,远高于对照组的59.8%。
3.2 激素处理维持果穗叶绿素水平
随着贮藏时间延长,果穗中的叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、总叶绿素(Chl t)和类胡萝卜素持续降解,而激素处理显著减缓了这一降解过程。500 µM MT处理在30天时对色素的保留效果最佳,其中Chl a、Chl b、Chl t和类胡萝卜素含量分别为219.1 mg kg-1、78.4 mg kg-1、299.1 mg kg-1和92.60 mg kg-1
3.3 激素处理抑制丙二醛和过氧化氢积累
对照组果穗的MDA和H2O2水平在贮藏期间急剧上升,表明氧化损伤严重。相比之下,激素处理显著抑制了这两种氧化标志物的积累。贮藏30天时,500 µM MT和100 mM CK处理组的MDA和H2O2含量最低,分别为63.5 nmol g-1和1265.4 nmol g-1
3.4 激素处理抑制总酚和类黄酮的异常积累
果穗TPC和TF在贮藏前10天略有下降,随后在20至30天显著回升,这种后期积累通常与衰老相关。除50 mM GA外,其余外源激素处理均有效抑制了这种后期的TPC和TF积累。30天时,100 mM IAA、100 mM CK和500 µM MT处理组的TPC值最低,表明其有效减轻了衰老相关的代谢异常。
3.5 激素处理维持过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性
CAT和SOD活性在贮藏前期(至20天)上升,随后下降。激素处理组在整个贮藏期的酶活性均显著高于对照组。500 µM MT和100 mM CK处理在30天时效果最显著,CAT活性分别达107.2和101.7 U mg-1蛋白,SOD活性分别达153.8和142.4 U mg-1蛋白。
3.6 激素处理抑制过氧化物酶和多酚氧化酶活性
POD和PPO活性随贮藏时间显著增加,驱动了褐变反应。外源激素处理显著抑制了这两种酶的活性。30天时,500 µM MT、100 mM IAA和100 mM CK处理效果最好,POD活性分别降至117.2、121.3和126.5 U mg-1蛋白,PPO活性分别降至0.34、0.36和0.37 U mg-1蛋白。
3.7 激素处理抑制内源脱落酸并维持生长素和赤霉素水平
内源ABA水平在对照组中持续升高,而激素处理显著抑制了其积累,100 mM IAA和100 mM CK处理在30天时ABA含量最低。同时,内源IAA和GA3随贮藏时间推移逐渐下降,但外源激素处理显著减缓了这一下降趋势,维持了较高的激素水平。
3.8 激素处理抑制浆果可溶性固形物上升且不影响可滴定酸
浆果TSS随贮藏时间增加,但除50 mM IAA外,各处理组在30天时的TSS均低于对照组。TA在整个贮藏期间保持稳定,未受处理和贮藏时间的显著影响。
3.9 激素处理维持浆果硬度并抑制失重
对照组浆果硬度下降幅度最大,30天时仅为4.9 N,而100 mM IAA处理组保持在6.4 N。失重率(WL)随时间增加,30天时对照组失重最高(4.65%),100 mM IAA处理组最低(3.12%)。
3.10 激素处理维持浆果抗坏血酸含量
贮藏10天后,各处理组浆果抗坏血酸含量均有所上升,且激素处理组的升幅高于对照组。30天时,500 µM MT处理组的抗坏血酸含量最高(13.3 mg kg-1),显著高于对照组的7.3 mg kg-1
3.11 果穗褐变指数与关键品质性状的相关性
相关性分析表明,RBI与H2O2、MDA、POD、PPO及ABA呈极显著正相关,与叶绿素、硬度、RWC、IAA及GA3呈极显著负相关。这表明氧化损伤和激素失衡是驱动褐变的关键因素。
3.12 主成分分析有效区分果穗与浆果的品质性状
PCA结果显示,第一主成分(PC1, 67.8%)主要反映了与氧化损伤和品质劣变相关的变量(WL、RBI、H2O2、MDA、PPO、POD、ABA),而第二主成分(PC2, 20.9%)则主要由抗氧化酶系统(SOD、CAT、抗坏血酸)贡献。
3.13 层次聚类分析清晰区分处理组与品质性状
热图聚类分析将贮藏早期(0-10天)与长期贮藏(20-30天)明显分开。MT、CK和IAA(尤其是高浓度)处理聚为一类,与高色素保留、高硬度和低氧化胁迫相关联;而对照组在长期贮藏后形成独立聚类,表现为高RBI和高氧化损伤。GA处理则处于中间状态。
讨论与结论总结
研究人员在讨论中指出,果穗褐变主要受氧化应激和内源激素失衡驱动。激素处理通过减少ABA并提升IAA和GA3水平,重构了果穗的激素稳态。褪黑素(MT)作为渗透保护剂和抗氧化剂,通过促进脯氨酸和可溶性糖积累来维持细胞水分,同时清除活性氧(ROS)以保护膜完整性。生长素(IAA)则通过促进维管组织发育,增强果穗水力传导性以对抗干燥。此外,细胞分裂素(CK)和MT通过抑制乙烯生物合成及叶绿素降解酶(如叶绿素酶)活性,有效延缓了叶绿素降解。
研究结论证实,外源施用MT、CK、GA和IAA能有效缓解‘Fakhri’葡萄采后果穗褐变。其作用机制包括:(i) 增强抗氧化酶(CAT、SOD)活性,抑制脂质过氧化(MDA)和ROS(H2O2)积累;(ii) 下调褐变相关酶(POD、PPO)活性,阻断酚类氧化;(iii) 维持叶绿素和水分,延缓可见衰老;(iv) 重塑内源激素平衡,降低ABA并维持IAA和GA水平。其中,MT、CK和IAA对果穗外观、硬度和生化稳定性的保护效果最为显著。该研究首次揭示了采后激素处理可通过调控葡萄果穗内源激素稳态来缓解褐变,为鲜食葡萄采后保鲜提供了新的分子靶点和实践策略。

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