水楊酸誘導(dǎo)果實采后抗病性機(jī)制研究進(jìn)展

孫鈞政 ，李美玲 ，唐金艷 ，明艷林 ，林河通 ，陳藝暉 *

(1. 福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002；2. 亞熱帶特色農(nóng)產(chǎn)品采后生物學(xué)福建省高校重點實驗室，福建 福州 350002；3. 福建省亞熱帶植物研究所／福建省亞熱帶植物生理生化重點實驗室，福建 廈門 361006)

近年來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用特克多、抑霉唑、苯萊特、撲海因等化學(xué)殺菌劑處理，對抑制病原菌生長及防治果實采后病害皆有顯著效果；但化學(xué)殺菌劑也引起藥物殘留、環(huán)境污染、病原物產(chǎn)生抗藥性，乃至危害人體健康等一系列問題，這些問題日益凸顯使得許多化學(xué)殺菌劑被禁止用于果實采后處理。因此，開發(fā)安全、高效和環(huán)保的采后病害防控技術(shù)是當(dāng)前生產(chǎn)亟待解決的問題。

水楊酸(Salicylic acid，SA)是普遍存在于植物體內(nèi)具有調(diào)控植物抗病和延緩衰老功能的小分子酚類物質(zhì)[1—4]，作為一種植物生長調(diào)節(jié)劑和重要的信號分子被廣泛應(yīng)用于果實采后抗性誘導(dǎo)[5—6]?？剐哉T導(dǎo)的機(jī)制涉及果實與病原菌、激發(fā)子之間復(fù)雜的互作關(guān)系。本文綜述 SA對多種果實采后病害的抑制效果及其抗病機(jī)制，旨在為生產(chǎn)上 SA應(yīng)用于果實采后病害控制、延長果實保鮮期提供技術(shù)參考。

1 水楊酸對果實采后病害的抑制效果

Zeng 等[7]報道 1 mmol·L-1SA 處理杧果(Mangifera indica)后，果實炭疽病(Colletotichum gloeosporioides)的發(fā)病率降低，且病斑直徑擴(kuò)展緩慢。曹建康等[8]用不同濃度外源 SA處理蘋果梨(Pyrus bretschneideri)果實，并于24 h后接種鏈格孢菌(Alternaria alternata)，在 17±2 ℃或 2±1 ℃下觀察其發(fā)病情況，研究顯示，0.5 g·L-1和1.0 g·L-1SA處理均有效抑制病斑擴(kuò)展，且在低溫貯藏條件下 SA的抑菌效果更明顯。Rocha Neto 等[9—10]用2.5 mmol·L-1SA 處理蘋果(Malus domestica)果實，然后浸泡接種青霉病菌(Penicillium expansum)，可有效抑制青霉病的發(fā)生。Iqbal等[11]研究表明，3 mmol·L-1SA處理能在一定程度上減少柑橘(Citrus reticulata)果實采后病害的發(fā)生；當(dāng)SA濃度高于6 mmol·L-1時則完全抑制柑橘青霉病菌(Penicillium digitatum)和綠霉病菌(Penicillium italicum)的生長。

2 水楊酸控制果實采后病害的作用機(jī)理

2.1 水楊酸對病原菌的直接抑制作用

Panahirad等[12]研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度SA(0.5、1、2、3、4、5 mmol·L-1)處理均能顯著抑制桃(Prunus persica)果實匍莖根霉菌(Rhizopus stolonifer)生長，其中5 mmol·L-1SA處理能完全抑制R. stolonifer生長。El-Mougy[13]研究發(fā)現(xiàn)，80 mmol·L-1SA處理能完全抑制黑曲霉(Aspergillus niger)、灰霉(Botrytis cinerea)、綠霉(Penicillium italicum)和青霉(Penicillium digitatum)生長。Yao 等[14]報道2 mmol·L-1SA處理對甜櫻桃(Prunus avivum)果實的褐腐病菌(Monilinia fructicola)生長和孢子萌發(fā)有直接抑制作用。He等[15]發(fā)現(xiàn)，5 mmol·L-1SA可有效抑制杧果炭疽病菌(Colletotrichum gloeosporioides)生長。由此表明，SA作為一種小分子酚類物質(zhì)，對病原菌生長繁殖具有直接抑制作用。

2.2 水楊酸對果實抗病性的誘導(dǎo)作用

2.2.1 水楊酸誘導(dǎo)果實抗氧化反應(yīng)

SA誘導(dǎo)植物抗病的機(jī)制與抑制過氧化氫酶(CAT)活性，使植物細(xì)胞過氧化氫(H2O2)濃度上升有關(guān)。Zhu等[16]研究發(fā)現(xiàn)，外源 SA處理可誘導(dǎo)柑橘體內(nèi)H2O2積累，認(rèn)為H2O2作為重要的信使分子可誘導(dǎo)細(xì)胞壁抗性增強(qiáng)，并誘導(dǎo)植物抗病相關(guān)物質(zhì)的生物合成和防御相關(guān)基因的表達(dá)，使感病植物對病原菌產(chǎn)生抗性。Wang等[17]也發(fā)現(xiàn)，SA浸泡處理采后杏(Prunus armeniacaL.)果實能有效抑制CAT和抗壞血酸過氧化物酶(APX)的活性，增加H2O2積累。同時，Buron-Moles等[18]和 Cumplido-Najera等[19]報道，H2O2還參與了木質(zhì)素的生物合成、聚合和沉積，從而增強(qiáng)果實對病原體感染的防御；而一些抗氧化酶，如APX和超氧化物歧化酶(SOD)等，在植物與病原菌互作中具有重要作用。Huang等[20]研究 SA對6 ℃和20 ℃條件下貯藏的臍橙(Citrus sinensis)果實活性氧代謝的影響，結(jié)果顯示，SA處理能顯著增加臍橙果實H2O2積累，提高SOD活性，降低了CAT活性和丙二醛(MDA)含量。采后番石榴(Psidium gujava)[21]和橙[22]果實經(jīng)SA處理后，在低溫貯藏環(huán)境中果實 MDA含量顯著降低。Suiubon等[23]采用2 mmol·L-1和 3 mmol·L-1SA 浸 泡 處 理 龍 眼(Dimocarpus longan)果實后，增強(qiáng)了果實在10 ℃貯藏過程中的SOD和APX活性。Dokhanieh等[24]研究表明，櫻桃果實采后用 SA(1 mmol·L-1和2 mmol·L-1)浸泡處理5 min，有利于果實中抗氧化物質(zhì)(總酚、類黃酮、花青素和還原型抗壞血酸)在貯藏期間維持較高含量水平，并增強(qiáng)DPPH自由基清除能力。大量研究表明，對采后荔枝(Litchi chinensis)、葡萄(Vitis vinifera)、蘋果和油桃采用SA處理均可提高果實在貯藏期間的抗氧化物質(zhì)含量[25—28]。Supapvanich 等[29]使用 2 mmol·L-1SA 對番木瓜(Carica papaya)果實進(jìn)行浸泡處理后，提高了果實的抗壞血酸含量和抗氧化活性。Koyuncu等[30]對石榴(Punica granatum)進(jìn)行 SA 處理后，提高了果實在6 ℃貯藏環(huán)境中的抗氧化能力。據(jù)報道，SA還能顯著提高采后火龍果(Hylocereus polyrhizus)[31]、山竹(Garcinia mangostana)[32]、杏[33]和酸橙[34]等果實的抗氧化能力。

此外，SA處理能調(diào)節(jié)抗氧化系統(tǒng)從而減輕果實膜脂過氧化作用。Xu等[35]利用蛋白羰基化的免疫測定技術(shù)研究外源 SA調(diào)控甜櫻桃果實抗氧化反應(yīng)，結(jié)果表明，2 mmol·L-1SA處理能有效誘導(dǎo)甜櫻桃果實 CAT、幾丁質(zhì)酶(CHI)、過氧化物酶(POD)和β-1，3葡聚糖酶(GLU)的活性，以及相關(guān)基因在RNA轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)，還能減輕由青霉菌(Penicillium expansum)侵染造成的氧化脅迫，降低蛋白羰基化程度，有效抑制青霉菌對甜櫻桃果實的侵染程度，說明 SA處理激發(fā)甜櫻桃果實抗氧化反應(yīng)是其誘導(dǎo)果實抗病性的一個重要機(jī)制。

2.2.2 水楊酸誘導(dǎo)果實防御反應(yīng)

植物抗病相關(guān)酶在抵御各種病原菌的侵染過程中起重要作用，主要包括酚類物質(zhì)代謝系統(tǒng)中的相關(guān)酶和病原相關(guān)蛋白家族(PR蛋白)，如苯丙氨酸解氨酶(PAL)、POD和多酚氧化酶(PPO)。PPO可催化醌類化合物及木質(zhì)素形成，構(gòu)成保護(hù)性屏障使植物細(xì)胞避免病菌侵害[36—37]；在木質(zhì)素生物合成的最后一步反應(yīng)過程中，POD通過催化 H2O2分解起重要作用[38—39]；而PAL是苯丙烷類代謝途徑中的首要關(guān)鍵酶，PAL活性與植物體產(chǎn)生酚類化合物和抗毒素密切相關(guān)[17]。

Wang等[17]研究發(fā)現(xiàn)，用 2 mmol·L-1SA 減壓(0.02 kPa)浸泡‘大黃’杏果實2 min，可顯著提高杏果實在2 ℃貯藏期間POD和PAL酶活性以及類黃酮和總酚含量。Mustafa 等[40]報道，0.1 mmol·L-1和1 mmol·L-1SA處理可提高楊桃(Averrhoa carambola)果實在6 ℃低溫貯藏期間PPO和POD活性。Zhou等[41]的研究也表明，用2.5 mmol·L-1SA處理可有效提高柑橘果實在20 ℃貯藏期間PAL、POD和PPO活性。Yao等[14]也證實2 mmol·L-1SA浸泡甜櫻桃果實2 min后，貯藏期間發(fā)病率降低與SA處理顯著提高PAL、POD和GLU活性有關(guān)。石亞莉等[42]使用150 mg·L-1SA浸泡蘋果果實20 min后，其POD、PPO、PAL、CHI和GLU活性顯著上升，從而有效地抑制了采后果實灰霉病的發(fā)生。Shi等[43]的研究發(fā)現(xiàn)，SA處理顯著提升采后葡萄柚(Citrus paradise)果實的POD、CHI和GLU活性。Supapvanich等[44]采用2 mmol·L-1SA浸泡番石榴果實，可增強(qiáng)其采后貯藏過程中的POD活性。Xu等[35]的研究也表明，2 mmol·L-1SA處理可誘導(dǎo)‘紅燈’甜櫻桃果實CHI和GLU活性升高。

此外，苯丙烷途徑是合成酚類物質(zhì)的重要途徑[45]。由于酚類物質(zhì)自身對病原菌的生長有良好的抑制效果，能對病原物產(chǎn)生拮抗作用，同時酚類物質(zhì)也是合成木質(zhì)素的重要前體物質(zhì)，而木質(zhì)素與纖維素共同作用在植物細(xì)胞壁中可增強(qiáng)果實表皮結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增強(qiáng)果實的抗病性[46]。Yuan等[47]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)1.5 mmol·L-1SA處理的采后棗(Ziziphus jujuba)果實，其肉桂酸4-羥化酶(C4H)和PAL活性顯著提高，進(jìn)而誘導(dǎo)苯丙烷代謝，增強(qiáng)果實的抗病性。Dokhanieh 等[24]采用 1.0 mmol·L-1和 2.0 mmol·L-1SA對櫻桃果實進(jìn)行浸泡處理，結(jié)果顯示SA處理可以進(jìn)一步增強(qiáng)櫻桃果實的苯丙烷代謝途徑。另外，Zhou等[41]證實，2.5 mmol·L-1SA處理柑橘果實后，顯著增強(qiáng)貯藏期間果實的苯丙烷途徑相關(guān)酶活性。

2.2.3 水楊酸調(diào)控果實呼吸代謝

研究表明，果實采后衰老、病害發(fā)生通常與較高的呼吸強(qiáng)度和較低的能量狀態(tài)有關(guān)[48—50]，較高的呼吸強(qiáng)度會大量消耗呼吸基質(zhì)，加速衰老，病害爆發(fā)，進(jìn)一步縮短果實保質(zhì)期[50—52]。果實呼吸代謝包括三羧酸循環(huán)(TCA)、糖酵解途徑(EMP)、磷酸戊糖途徑(PPP)、線粒體電子傳遞鏈(CCP)等多條呼吸代謝途徑，每條呼吸代謝途徑在生命活動中都具有獨特的功能[52—53]。呼吸代謝途徑主要受呼吸關(guān)鍵酶的調(diào)控。其中，琥珀酸脫氫酶(SDH)是TCA循環(huán)的關(guān)鍵酶，它催化琥珀酸氧化生成延胡索酸[52，54—56]。磷酸己糖異構(gòu)酶(PGI)是EMP途徑的關(guān)鍵酶，6-磷酸葡萄糖可在PGI的作用下轉(zhuǎn)化為6-磷酸果糖[52]。葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G-6-PDH)被認(rèn)為是 PPP途徑的第一個關(guān)鍵酶，它與6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶(6-PGDH)一起構(gòu)建穩(wěn)定的不可逆酶系統(tǒng)，將6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯水解為6-磷酸葡萄糖酸，之后氧化脫羧，生成核酮糖-5-磷酸，并生成還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)。PPP呼吸代謝途徑是NADPH的主要來源，以提供抵御逆境脅迫所需要的氧化還原電位，NADPH在固醇、脂肪酸等的生物合成和丙酮酸羧化還原成蘋果酸等過程中起重要作用[57]。細(xì)胞色素C氧化酶(CCO)被認(rèn)為是CCP途徑的關(guān)鍵酶，發(fā)揮質(zhì)子泵的作用，將基質(zhì)內(nèi) H+抽提到細(xì)胞膜間隙，并通過血紅素中鐵原子的氧化還原作用，將電子傳遞給還原的氧而形成水，并在氧化磷酸化過程的能量產(chǎn)生中起關(guān)鍵作用[52—56]。

果實細(xì)胞中主要的吡啶核苷酸種類，如氧化型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)、氧化型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)和NADPH，它們參與果實呼吸代謝的調(diào) 控 和 電子 傳遞 等代 謝 過程[48，50，58]。 NAD 激 酶(NADK)是唯一能夠催化 NAD與 ATP磷酸化生成NADP的酶，它直接作用于NAD從而生成NADP[59]。NAD和 NADP是影響果實細(xì)胞氧化還原狀態(tài)的氧化劑，在其含量發(fā)生變化之后，細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)也隨之改變，同時它們也在呼吸代謝途徑中參與反應(yīng)[59]。其中，NAD主要與EMP和TCA循環(huán)相關(guān)，這是健康果實組織中的主要呼吸代謝途徑；而NADP主要參與PPP途徑，其在病原菌侵染下會增強(qiáng)[49，58]。NAD和NADP在獲得電子后，會轉(zhuǎn)變?yōu)閷?yīng)的還原態(tài)形式，即NADH和NADPH，它們以電子供體的形式進(jìn)一步參與呼吸代謝的電子傳遞；NADH和NADPH的含量高低可分別用來評價呼吸代謝中EMP-TCA途徑和PPP途徑的強(qiáng)弱[50]。Chen等[60]研究發(fā)現(xiàn)，與接種龍眼擬莖點霉(Phomopsis longanae)果實相比，SA處理能降低接種龍眼擬莖點霉的龍眼果實病害指數(shù)，降低果實呼吸速率和果皮PGI、SDH和 CCO活性，但提高了 G-6-PDH和6-PGDH總活性；同時，SA處理能降低 NAD和NADH含量，有效提高龍眼果皮的 NADK活性和NADP、NADPH含量以及能荷值。據(jù)此認(rèn)為，SA處理延緩龍眼擬莖點霉侵染所致龍眼果實采后病害發(fā)生，與SA維持較高的能荷值，增強(qiáng)PPP途徑及降低EMP、TCA、CCP等多條呼吸代謝途徑有關(guān)。

2.2.4 水楊酸誘導(dǎo)果實抗病基因的表達(dá)

外源 SA處理可誘導(dǎo)抗病基因表達(dá)，從而提高果實抗病原菌侵染的能力[61]。Chong等[62]研究葡萄果實兩個與抗病信號傳遞相關(guān)的調(diào)控因子 VvNHL1和VvEDS1，它們類似于擬南芥(Arabidopsis thaliana)的抗病調(diào)控因子 NDR1和 EDS1，結(jié)果表明，外源SA可以誘導(dǎo)VvEDS1表達(dá)，盡管SA對VvNHL1沒有直接的誘導(dǎo)效果，但可以誘導(dǎo)葡萄果實中抗灰霉病基因的表達(dá)。Chen等[63]的試驗也表明，SA通過誘導(dǎo)葡萄果實PAL基因mRNA的表達(dá)而激發(fā)PAL合成，并提高PAL活性，從而增強(qiáng)葡萄果實的抗病性。Wang等[64]研究認(rèn)為，SA處理通過提高PAL和GLU酶活性以及CsCHI和CsPR4A的mRNA水平，從而增強(qiáng)臍橙對柑桔潰瘍病菌(Erwinia carotovora)的抗性。另外，多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)是植物抵抗真菌致病菌因子多聚半乳糖醛酸酶(PG)的重要蛋白，能有效地抑制病原真菌生長。Liang等[65]在桃果實上克隆到一個抵抗真菌病害的多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白基因(PGIP1)，該基因cDNA全長1380 bp，具有一個含330個氨基酸的可讀框，屬于低拷貝基因，外源 SA處理可誘導(dǎo)該基因表達(dá)，從而提高桃果實抵抗病原菌侵染的能力。Chan等[66]研究SA處理對桃果實CAT基因的誘導(dǎo)效果，在處理48 h后CAT基因的表達(dá)強(qiáng)度尤為明顯，證實SA處理可提高果實抗氧化蛋白基因表達(dá)。

不過，SA誘導(dǎo)果實抗病性的作用機(jī)制仍存在爭議。SA通過抑制CAT活性誘導(dǎo)植物組織內(nèi)H2O2積累，從而使寄主植物產(chǎn)生對病原菌的抗性；或者通過提高CAT活性和CAT基因表達(dá)，從而提高果實抵抗病原菌侵染能力。其作用機(jī)制有待進(jìn)一步證實。

2.2.5 水楊酸誘導(dǎo)抗性相關(guān)蛋白的表達(dá)

SA能夠誘導(dǎo)多種抗性相關(guān)蛋白的表達(dá)，從而增強(qiáng)植物對病原菌的廣譜抗性[67]。Chan等[66]利用蛋白質(zhì)組學(xué)方法研究桃果實對SA誘導(dǎo)的抗性應(yīng)答機(jī)制，結(jié)果表明，外源 SA處理顯著提高桃果實甲硫氨酸亞砜還原酶、SOD、CAT、POD、過敏蛋白和抗氧化蛋白的表達(dá)。在SA誘導(dǎo)的13個差異表達(dá)蛋白中，有2個PR蛋白，即櫻桃過敏蛋白(Cherry allergen Pru av)和谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)，該蛋白的表達(dá)量在SA處理后24～48 h顯著增加，證實SA處理提高桃果實抗性相關(guān)蛋白的表達(dá)有利于增強(qiáng)果實對青霉菌侵染的抵抗力。Chan等[68]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，不同發(fā)育期的甜櫻桃果實對 SA的抗性應(yīng)答機(jī)制有差異，與成熟度高的果實對比，成熟度低的果實抗性誘導(dǎo)效果更好。試驗通過質(zhì)譜鑒定出44個差異表達(dá)的蛋白，其中15個蛋白為PR蛋白，18個蛋白與能量代謝相關(guān)，5個蛋白與細(xì)胞結(jié)構(gòu)相關(guān)，6個蛋白與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)。而試驗發(fā)現(xiàn)，處理后有4個脫氫酶蛋白和5個熱激蛋白被SA誘導(dǎo)，這些蛋白參與了EMP和TCA循環(huán)，這說明SA誘導(dǎo)甜櫻桃果實的抗性與能量代謝途徑相關(guān)蛋白有密切關(guān)系。

3 結(jié)語

SA可作為植物內(nèi)源信號分子誘導(dǎo)果實抗病反應(yīng)，進(jìn)而抑制果實病害的發(fā)生，延長果實保鮮期，但有關(guān) SA誘導(dǎo)果實采后抗性的分子機(jī)制尚缺乏系統(tǒng)研究。SA在誘導(dǎo)果實采后抗病性機(jī)制方面還存在許多問題需要深入闡述：(1)果實、病原菌、SA相互作用中哪些抗病基因的表達(dá)增強(qiáng)了采后果實的抗病性？(2)哪些蛋白參與了誘導(dǎo)抗性的反應(yīng)？因此，加強(qiáng) SA與果實抗病反應(yīng)的研究是十分必要的，無疑將促進(jìn)果實-病原菌-SA三者互作中基因表達(dá)和調(diào)控的研究，對推動果實采后抗病理論的發(fā)展和指導(dǎo)生產(chǎn)實踐具有重要意義。