葡萄采后貯藏過程中穗梗褐變的研究進展

李志謙， 李靖雯， 鄒東方， 黃瑩瑩， 葉霞， 馮建燦

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，河南 鄭州 450002)

葡萄(Vitis)是全世界重要的果樹之一。根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，2019年中國葡萄種植面積達726.2×103hm2，產(chǎn)量達1 419.54萬t，主要以鮮食葡萄為主。隨著居民生活水平的提高，消費者除了對果實內(nèi)在品質(zhì)有較高的要求外，對果實的外觀品質(zhì)亦提出了更高的要求。葡萄成熟期集中，為了滿足不同區(qū)域居民對鮮食葡萄的需求及實現(xiàn)葡萄的不斷供應(yīng)，葡萄在采摘以后通常需要經(jīng)過遠距離運輸和長時間貯藏。然而，鮮食葡萄在采后貯藏過程中，極易發(fā)生果粒腐爛、穗梗褐變和落粒等現(xiàn)象[1-2]。穗梗褐變嚴(yán)重影響其外觀品質(zhì)和商品價值，是制約葡萄采后長期保存、遠距離運輸和銷售的重要因素之一[3-4]。本文綜述了國內(nèi)外葡萄穗梗褐變的研究進展和穗梗保鮮的技術(shù)措施，并對發(fā)展趨勢進行綜述和展望。

1 葡萄穗梗褐變的概況

葡萄穗梗褐變是指葡萄采后貯藏和運輸過程中，由于采前因素、環(huán)境因素或內(nèi)含物質(zhì)的變化引起的穗梗由綠色轉(zhuǎn)變成褐色的現(xiàn)象。穗梗約占葡萄果穗鮮質(zhì)量的4%[5]，其顏色和飽滿狀態(tài)是判斷果穗新鮮程度的重要標(biāo)志。綠色的穗梗通常表示果穗比較新鮮，提升消費者的購買欲。穗梗褐變則讓消費者無法判斷葡萄的新鮮度，降低消費者購買欲望[4]。穗梗褐變是葡萄采后保鮮技術(shù)發(fā)展的重要限制因素。因此，充分了解穗梗褐變的原因，對研發(fā)新的葡萄穗梗保鮮技術(shù)，提高果實的綜合品質(zhì)具有重要意義。

2 影響葡萄穗梗褐變的因素

2.1 采前因素

2.1.1 品種 不同的葡萄品種在貯藏過程中穗梗褐變速率和褐變指數(shù)差異較大。邊鳳霞[6]對‘紫香無核’‘無核白雞心’和‘紅地球’葡萄貯藏期間的穗梗褐變指數(shù)進行對比，發(fā)現(xiàn)3個品種在貯藏期間的穗梗褐變指數(shù)都呈上升趨勢。但是，‘紫香無核’褐變指數(shù)最高，‘無核白雞心’次之，‘紅地球’最小。

2.1.2 砧木 砧木在葡萄栽培中對克服鹽堿化和干旱方面發(fā)揮著重要作用[7]。通過嫁接，植物產(chǎn)生了獨特的性狀，例如產(chǎn)量提高，冷藏能力增加等[8-9]。LO’AY等[10]將‘優(yōu)無核’嫁接到‘Paulsen’砧木上，結(jié)果期采后果穗進行貯藏，發(fā)現(xiàn)果穗失水率明顯降低，與褐變相關(guān)的酶包括多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)和苯丙氨酸解氨酶(phenylalanineammonia-lyase，PAL)的含量明顯減少，貨架期穗梗褐變明顯減輕；‘火焰無核’嫁接到‘Paulson’砧木上，同樣減輕了貯藏期間的穗梗褐變[11]。但是，‘優(yōu)無核’和‘火焰無核’嫁接到其他砧木，例如‘Freedom’則沒有改變穗梗褐變狀況，這表明選擇合適的砧木進行嫁接可以改善穗梗褐變，延長葡萄貨架期。

2.1.3 生長期套袋 生長期套袋有利于降低葡萄果穗受病蟲害侵染的概率，提高果實光潔度，而且還利于采后果穗貯藏。高永彬[12]對貴州‘水晶’葡萄生長期進行套袋，對比了白色果袋和黃色果袋對采后果穗的保鮮效果，發(fā)現(xiàn)生長期套黃色的果袋可以明顯減輕穗梗褐變，穗梗褐變等級僅為1～2級，顯著低于白色果袋2～3級，提高了果穗品質(zhì)。

2.2 葡萄內(nèi)含物質(zhì)的變化

2.2.1 乙烯的變化 葡萄屬于非呼吸躍變型果實，在采后果實貯藏過程中，沒有乙烯的釋放高峰。但是，在相同條件下，穗梗的呼吸強度比果粒高11倍以上，且出現(xiàn)呼吸高峰和乙烯釋放的高峰[13]，屬于呼吸躍變型，采后進行旺盛的生理活動。研究表明，果實貯藏期間用500 mg·L-1的乙烯處理‘無核白’‘優(yōu)無核’‘巨峰’和‘Yongyou NO.1’可以促進穗梗的褐變。1-MCP(1-methylcyclopropene)是一種果蔬采后保鮮中常用的乙烯受體抑制劑，安全無毒，使用方便，用1.0 mg·L-1、1.0或2.0 μL·L-1的1-MCP處理都可以有效抑制穗梗褐變[2,13-14]。成熟期的葡萄果穗置于密閉的容器中，用1.0 μL·L-11-MCP熏蒸處理24 h后，穗梗呼吸強度和乙烯釋放量降低，穗梗中調(diào)控乙烯合成的關(guān)鍵基因ACS和ACO的轉(zhuǎn)錄水平受到抑制[3],表明乙烯是影響葡萄穗梗褐變的重要因素。

2.2.2 葉綠素的降解 葉綠素是所有高等植物捕獲光能進行光合作用的主要色素，廣泛存在于植物的葉片和莖稈等組織中[15-16]。葉綠素以色素蛋白的形式存在與類囊體中，主要包括葉綠素a和葉綠素b。在植物成熟和衰老過程中，由于葉綠素的降解會導(dǎo)致失綠現(xiàn)象。葉綠素的降解是導(dǎo)致植物綠色組織失綠的重要因素，例如果實成熟過程中果皮顏色的變化和葉片的衰老黃化[17-20]。在柑橘成熟過程中，果皮中葉綠素降解，果皮褪綠，轉(zhuǎn)為黃色[21-22]；銀杏葉片中葉綠素降解，葉片由綠轉(zhuǎn)黃[17]。褐變穗梗與用1-MCP處理后保持綠色穗梗相比，葉綠素?zé)晒夂腿~綠素含量明顯降低[13]，調(diào)控葉綠素降解速率的關(guān)鍵基因如HCAR、NYC和SGR1的表達明顯升高。這些研究結(jié)果表明，葉綠素降解引起的失綠是導(dǎo)致穗梗褐變的重要因素之一[1-3]，且葉綠素的降解受到乙烯的影響。柑橘中，乙烯響應(yīng)因子CitERF13可以通過結(jié)合到葉綠素降解途徑基因PPH的啟動子上，調(diào)控果皮褪綠過程中的葉綠素降解[21]。在葡萄采后貯藏過程中，穗梗乙烯釋放量升高，葉綠素含量降解，但是乙烯如何調(diào)控葉綠素降解還需要進一步研究。

2.2.3 酚類物質(zhì)的變化 酚類物質(zhì)在植物體內(nèi)的含量豐富，是植物組織褐變的重要底物。在正常的植物細(xì)胞中，酚類物質(zhì)與酶被生物膜所隔離。但當(dāng)細(xì)胞破裂時，在O2的參與下，酚類化合物被酶催化生成的醌類物質(zhì)進一步與蛋白質(zhì)等聚合，產(chǎn)生有色物質(zhì)沉積在組織表面而呈現(xiàn)褐變。PPO、PAL和過氧化物酶(Peroxidase，POD)是植物多酚類物質(zhì)代謝的關(guān)鍵酶。PAL是植物苯丙烷代謝途徑的第一個關(guān)鍵酶，對酚類物質(zhì)的產(chǎn)生至關(guān)重要，PPO可以把酚類物質(zhì)氧化成醌類物質(zhì)從而形成棕色、黑色或者紅色的色素[23]。氯吡苯脲[N-(2-chloro-4-pyridyl)-N′-phenylurea， CPPU]、高O2和CO2(20% CO2+20% O2+60% N2或4% O2+9% CO2)處理可以明顯抑制穗梗褐變，在褐變穗梗中，PPO活性明顯升高，VcPAL和VvGPO1基因表達明顯比綠色穗梗中高[24-25]，這些研究表明，葡萄褐變與葡萄果穗中PPO和PAL的含量變化有關(guān)。

2.2.4 ROS(reactive oxygen species)的產(chǎn)生 果實采后的褐變和衰老過程中會產(chǎn)生ROS，ROS的積累會導(dǎo)致脂質(zhì)的損傷，形成一種多不飽和脂肪酸的膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛(malondialdehyde，MDA)。MDA含量代表脂質(zhì)過氧化程度，反映了植物細(xì)胞膜的狀態(tài)和完整性，被廣泛用作氧化損傷的指標(biāo)。與‘Cardinal’葡萄綠色穗梗相比，褐變的穗梗中，MDA含量明顯升高，與之合成相關(guān)的基因VvAPX和GCAT的表達量明顯升高[25]，細(xì)胞膜通透性增加[2]。對‘巨峰’和‘甬優(yōu)一號’葡萄的穗梗進行顯微結(jié)構(gòu)觀察，發(fā)現(xiàn)褐變的果穗中，MDA含量明顯較高，穗梗中的細(xì)胞，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)幾乎完全降解[2]，與細(xì)胞壁降解相關(guān)的多聚半乳糖醛酸酶、磷脂酶D和β-半乳糖苷酶在褐變穗梗中的表達明顯較高[2]。說明采后的氧化應(yīng)激反應(yīng)影響穗梗的褐變過程。

2.3 采后濕度和溫度對葡萄穗梗的影響

采后植物組織脫水會引起一系列的生理活動，如組織衰老和軟化。在衰老過程中，細(xì)胞內(nèi)的離子和代謝物平衡性被打破，代謝失衡，最終導(dǎo)致細(xì)胞壁和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)損傷。葡萄穗梗的表皮缺少蠟質(zhì)作為保水屏障，因而容易失水。在‘火焰無核’葡萄貯藏過程中，穗梗質(zhì)量下降3.1%時，嚴(yán)重褐變，而質(zhì)量下降2.4%時則不褐變[11,26]。然而，當(dāng)把‘優(yōu)無核’和‘無核白’葡萄在濕度為75%(低濕)或95%(高濕)，溫度為10或20 ℃條件下進行貯藏時，發(fā)現(xiàn)20 ℃‘優(yōu)無核’葡萄穗梗即使在高濕條件下也會發(fā)生明顯褐變；在相同條件下，‘無核白’葡萄穗梗綠色保持較好。在10 ℃高濕條件下貯藏時，‘優(yōu)無核’和‘無核白’的穗梗褐變指數(shù)明顯降低[27]。說明還有其他因素影響穗梗褐變的過程。對成熟期的陽光玫瑰葡萄進行貯藏，相對濕度95%的條件下，貯藏溫度為25 ℃，穗梗在貯藏14 d時，已完全褐變，而貯藏在16℃時，穗梗褐變明顯延遲，這表明，濕度對穗梗褐變的抑制作用一定程度上取決于貯藏溫度。冰溫結(jié)合1-MCP處理可以顯著降低穗梗褐變指數(shù)，維持葡萄感官品質(zhì)[28]；‘木訥格’葡萄采用保鮮包裝+冰溫貯藏和‘巨峰’葡萄高濃度CO2+冰溫貯藏都可以有效保持貯藏期間穗梗的綠色，提高果實品質(zhì)[29-30]，這些研究結(jié)果說明，低溫貯藏是保持葡萄采后品質(zhì)的有效手段。

3 葡萄穗梗褐變的抑制方法

3.1 物理保鮮

物理保鮮常用的方法有臭氧保鮮和氣調(diào)貯藏。臭氧可以抑制果蔬呼吸強度、減緩果蔬貯藏過程中抑制的釋放率，延緩果蔬衰老。用臭氧處理可以明顯抑制‘美人指’葡萄貯藏期間PPO活性的變化，保持果實的外觀品質(zhì)[31]。且與SO2處理相比，臭氧不會對葡萄產(chǎn)生漂白傷害。然而，臭氧極不穩(wěn)定，常溫條件下難以保存，大大降低了其使用的效率。

氣調(diào)貯藏是通過調(diào)節(jié)貯藏環(huán)境中的氣體成分及配比，從而調(diào)控果蔬的生理代謝。氣調(diào)貯藏可以分為自發(fā)氣調(diào)貯藏(modified atmosphere, MA)和機械氣調(diào)庫貯藏(controlled atmosphere, CA)。MA主要依靠果實自身的呼吸代謝來調(diào)節(jié)貯藏環(huán)境中的CO2和O2，主要方式為氣調(diào)包裝；CA是通過儀器調(diào)節(jié)CO2、O2和乙烯的濃度使其一直保持恒定。CA 較之 MA 具有設(shè)備先進、貯藏量大、貯藏質(zhì)量好的特點，是氣調(diào)貯藏的發(fā)展主流。調(diào)節(jié)空氣中CO2和O2的含量都可以有效保持葡萄采后品質(zhì)[2,13,26,31]。將葡萄貯藏在高體積分?jǐn)?shù)CO2的條件下，可以抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，降低乙烯合成關(guān)鍵基因ACS、酚類物質(zhì)合成相關(guān)基因GPO和PAL合成基因的表達，抑制穗梗褐變[25]。高體積分?jǐn)?shù)O2(80%)處理可以降低纖維素酶、果膠酶和聚半乳糖醛酸酶的活性，有效保持果實的硬度、風(fēng)味和細(xì)胞膜的完整性，維持果穗品質(zhì)。高體積分?jǐn)?shù)O2、CO2或提高貯藏環(huán)境中O2(H-O2)/20% CO2(H-CO2)的比例，同時結(jié)合1-MCP處理，可以明顯降低葡萄穗梗中葉綠素降解，保持穗梗細(xì)胞完整性，減輕穗梗褐變[2]。

3.2 化學(xué)試劑處理保鮮

在葡萄采后保鮮過程中常用的試劑包括植物激素和其他化學(xué)試劑。植物激素調(diào)控生長發(fā)育及采后貯藏的各種生物學(xué)過程[32-34]。赤霉素(gibberellins，GA)是植物生長發(fā)育過程中常用的生長調(diào)節(jié)物質(zhì)。研究表明，‘奇妙無核’在果實發(fā)育過程中用GA處理可以增加穗梗的鮮質(zhì)量和縱橫徑，減輕貯藏過程中的穗梗褐變[1]。細(xì)胞分裂素在延遲植物衰老過程中發(fā)揮著重要調(diào)節(jié)作用[35-36]，細(xì)胞分裂素處理在調(diào)控穗梗褐變過程中的作用還存在爭議。氯吡苯脲(N-(2-chloro-4-pyridyl)-N′-phenylurea，CPPU)是一種人工合成的細(xì)胞分裂素，CARVAJAL等[5]用0、2.5和5 mg·L-1的CPPU在‘火焰無核’葡萄坐果后進行處理，穗梗中PPO的的活性降低了36%，穗梗的色澤明顯優(yōu)于對照，2.5和5 mg·L-1處理沒有明顯的區(qū)別?！Ｄ穭诘聼o核’葡萄果實直徑發(fā)育至4、5、7、9 mm時，用0、5、10、15 mg ·L-1進行處理，發(fā)現(xiàn)5 mg· L-1或者更高質(zhì)量濃度的CPPU處理，可以明顯增加果實大小、延遲成熟、減少果實萎縮和穗梗壞死[37]?！t地球’葡萄采前1 d用400 μL·L-1的細(xì)胞分裂素BA處理，可以明顯保持穗梗的綠色[38]。但是，RABAN等[1]用2 mg·L-1的CPPU處理‘奇妙無核’‘優(yōu)無核’和 ‘克瑞森無核’發(fā)育至6～8 mm的果實，成熟期采收葡萄果穗結(jié)果顯示，穗梗干質(zhì)量沒有明顯變化，且貯藏過程中穗梗褐變并沒有得到抑制。對這些研究結(jié)果進行對比分析發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞分裂素在穗梗褐變過程中的作用可能與使用的質(zhì)量濃度相關(guān)。

在葡萄貯藏過程中，常用的其他化學(xué)保鮮試劑有SO2、ClO2和1-MCP。SO2熏蒸是傳統(tǒng)葡萄采后保鮮常用的方法，通常使用硫磺熏蒸釋放SO2，結(jié)合低溫貯藏，抑制葡萄貯藏期間的真菌生長并漂白穗梗，漂白的穗梗色澤比褐色穗梗誘人，但是與新鮮葡萄的綠色穗梗相差甚遠[4]。但是，葡萄對SO2濃度比較敏感，低濃度處理無法起到保持果實品質(zhì)的作用，高濃度則易導(dǎo)致植物毒性[39]，且果實長期處于SO2的環(huán)境中，出庫時果實容易帶有異味，影響果實品質(zhì)，開發(fā)新的無殘留、無污染的保鮮劑將是今后葡萄保鮮發(fā)展重點。

ClO2是一種強氧化劑和消毒劑，10 μL·L-1ClO2處理‘紅提’葡萄及15 μL·L-1ClO2處理‘巨峰’葡萄，可以降低果實的腐爛率、脫粒率、延緩果梗褐變干枯的速率、減少可滴定酸、抗壞血酸及SSC的消耗，使果實保持較好的外觀和風(fēng)味[40-41]。

1-MCP是一種乙烯受體抑制劑，廣泛用于果蔬采后保鮮[2,42-44]。葡萄穗梗屬于呼吸躍變型，在采后貯藏過程中有明顯的乙烯釋放高峰。葡萄采后用1 μL·L-1的1-MCP處理，可以明顯抑制乙烯信號通路基因ACS和ACO的表達，降低呼吸速率和PPO含量，有效保持穗梗綠色[13]。此外，1-MCP熏蒸處理還可以明顯改善‘伊莎貝拉’‘陽光玫瑰’和‘寒香蜜’貯藏期間葡萄落粒情況[45-46]，但是1-MCP處理對環(huán)境條件有一定的限制，需要在密閉空間或環(huán)境中進行。這在很大程度上限制了1-MCP的應(yīng)用。

3.3 天然提取物處理保鮮

植物天然提取物安全環(huán)保，近年來在果蔬保鮮方面的研究逐漸增多。通過天然提取物處理葡萄穗梗，可以降低組織中的水分流失。蘆薈提取物處理‘理克瑞森’無核葡萄，在4 ℃貯藏21 d時，失水率從10%降低至5%[47]。用60 mg·L-1苦菜凍干粉水提液浸漬葡萄5 min，可以降低葡萄貯藏期間的落粒、減緩穗梗褐變[48]?！暮凇咸言谌夤鸷丸袢~復(fù)合精油1∶2浸泡處理60 s，果穗質(zhì)量下降率、穗梗褐變指數(shù)和腐爛率明顯降低[49]。用0.5 mmol·L-1亞精胺和腐胺浸泡處理‘火焰’無核葡萄5 min，穗梗質(zhì)量下降和褐變明顯減輕[50]。在‘京秀’葡萄采前10 d，用1 g·L-1的殼聚糖噴灑處理果穗，同樣可以減輕穗梗的質(zhì)量下降率[51]?？梢姡烊惶崛∥镌谄咸巡珊蟊ｕr方面發(fā)揮著重要作用，研制葡萄采后保鮮的天然提取物保鮮劑對提高果穗的品質(zhì)和安全性具有重要意義。

4 結(jié)語

葡萄采收以后，在穗梗褐變過程中，穗梗乙烯釋放量明顯增加，葉綠素含量明顯降低，葉綠體結(jié)構(gòu)損壞，PPO活性增高，穗梗組織脫水。長期以來，國內(nèi)外學(xué)者主要從氣調(diào)貯藏、組織失水和乙烯調(diào)控的角度等對葡萄穗梗褐變現(xiàn)象進行研究，但是目前穗梗褐變分子機理研究還缺乏系統(tǒng)研究。利用轉(zhuǎn)錄組、代謝組、蛋白組和轉(zhuǎn)基因技術(shù)等現(xiàn)代生物學(xué)手段挖掘穗梗褐變過程中起調(diào)控作用的關(guān)鍵基因和代謝物質(zhì)對揭示穗梗褐變機理，對研發(fā)精準(zhǔn)調(diào)控穗梗褐變抑制劑和利用基因工程技術(shù)培育耐貯藏品種具有重要意義。隨著國民生活水平的提高，對水果保鮮劑安全性的關(guān)注度增加，亟待研制天然無毒葡萄保鮮劑，以提高葡萄的經(jīng)濟效益和果穗的綜合品質(zhì)，滿足消費者對優(yōu)質(zhì)果品的要求。