采后桃果實耐冷性機理研究進展

鄧紅軍， 劉 芳， 楊明飛， 黃 悅， 劉 偉， 李光鳳， 楊小娥

(1.貴陽康養(yǎng)職業(yè)大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)系，貴州貴陽 550081； 2.貴州省貴陽市花溪區(qū)人民醫(yī)院口腔科，貴州貴陽 550025；3.貴陽康養(yǎng)職業(yè)大學(xué)衛(wèi)生管理系，貴州貴陽 550081； 4.貴陽康養(yǎng)職業(yè)大學(xué)科研處，貴州貴陽 550081)

桃原產(chǎn)于我國，距今已有4 000多年的栽培歷史，我國桃種植面積和年產(chǎn)量分別為89.0萬hm和 1 599.3萬t，均居世界第1位。桃果肉鮮美多汁，色澤艷麗，富含多種營養(yǎng)物質(zhì)；除蟠桃外，多為圓形或長圓形；除油桃外，表皮均有茸毛；肉質(zhì)柔軟、脆硬或密韌。桃果實肉多皮薄，在采后易受到機械損傷，引起病原菌的侵染，加速腐爛變質(zhì)的進程，降低桃果實的商品和食用價值。桃果實是一種典型的冷敏型果實，采后易出現(xiàn)冷害癥狀，引起品質(zhì)劣變，耐冷性是評價桃果實耐貯性能的重要指標。低溫冷害是制約桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸之一，研究人員對桃果實冷藏過程中的耐冷性機理及其調(diào)控措施進行了探究，以期通過闡明耐冷性調(diào)節(jié)機制，采取有效措施，提高桃果實對冷害的抵抗力，增強耐冷性，減輕冷害，延緩品質(zhì)劣變。本文綜述了近年來國內(nèi)外研究人員對桃果實耐冷性機制調(diào)節(jié)方面的研究進展，以期為研究桃果實冷藏保鮮技術(shù)提供進一步參考。

1 桃果實冷害癥狀

桃屬于典型的呼吸躍變型果實，對低溫敏感性高，8 ℃以下貯藏2周以上就易發(fā)生冷害，冷害癥狀主要有絮敗、革質(zhì)化、果肉褐變、風(fēng)味異常、不能正常成熟等。

絮敗屬于典型的冷害癥狀，指后熟過程中出現(xiàn)果肉質(zhì)地綿化、汁液變少、固有風(fēng)味喪失、成熟軟化異常、果肉褐變、皮肉分離難度增大等一系列生理異?，F(xiàn)象。絮敗與細胞壁果膠質(zhì)關(guān)系緊密，多聚半乳糖醛酸酶(PG)、果膠甲酯酶(PME)是參與果膠質(zhì)降解的主要酶，冷藏導(dǎo)致桃果實細胞壁代謝相關(guān)的酶異常，打破了細胞壁新陳代謝的平衡。絮敗是冷脅迫破壞了果膠質(zhì)的增溶作用，在PME的作用下，形成了大量的低酯高分子量CDTA-果膠。果實軟化異常、硬度提高的原因也與原果膠增加及細胞間層發(fā)生果膠質(zhì)凝膠有關(guān)，導(dǎo)致果實棉化、汁液流失、不能正常成熟軟化，發(fā)生絮敗現(xiàn)象。革質(zhì)化與絮敗相比，果肉汁液更少，褐變更深，果肉組織非棉化，細胞壁異常增厚，硬度明顯增加。郜海燕等研究指出，七八成熟的水蜜桃冷藏期間硬度增加，貯藏一段時間后出汁率下降，后熟異常，出現(xiàn)革質(zhì)化，冷害特征明顯。

采后桃果實冷藏期間的褐變現(xiàn)象主要與酚類物質(zhì)、多酚氧化酶、氧氣等因素相關(guān)。Liu等研究發(fā)現(xiàn)，0～6 ℃低溫冷藏均促進了桃果實果肉褐變程度，不同溫度對桃果實褐變的影響不同，4、6 ℃冷藏比0、2 ℃貯藏褐變更嚴重。冷害會使桃果實貯藏期間后熟出現(xiàn)異常，不能正常成熟軟化。

因此，桃果實冷藏期間冷害癥狀因貯藏溫度、果實品種、成熟度、貯藏時間、貯藏微氣候組成環(huán)境等而各異。

2 桃果實耐冷性機理

桃果實的耐冷性(cold tolerance，CT)是指果實對冷害的抵抗力和冷脅迫的耐受能力，在低溫脅迫下保持膜脂的液晶狀態(tài)或可溶性蛋白質(zhì)的適當(dāng)活性，以使膜和代謝不被擾亂。冷害是冷敏型果實低溫貯藏過程中的主要障礙，桃果實的耐冷性是指果實對冷脅迫的抵抗力，抵御冷害損傷，保護果實采后品質(zhì)的重要性能。冷害的發(fā)生是受多種因素共同作用的復(fù)雜過程(圖1)，故耐冷性也受多種因素的多重影響，現(xiàn)有報道顯示：桃果實的耐冷性主要與貯藏過程中抗氧化體系、細胞壁代謝、細胞膜代謝、能量代謝、糖代謝等因素有關(guān)。

2.1 桃果實耐冷性與抗氧化體系的關(guān)系

不同外源物質(zhì)濃度處理對桃果實耐冷性的影響各異。0.1 mmol/L外源褪黑素(MT)處理桃果實后貯藏于0 ℃中發(fā)現(xiàn)，MT處理增加了葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(GPD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)和莽草酸脫氫酶(SKD)的活性，但抑制了PPO和POD的活性，這可能有助于激活總酚和內(nèi)源性水楊酸(SA)的積累，對增強果實耐冷性、降低冷害有直接作用。SA處理桃果實后于0 ℃貯藏35 d發(fā)現(xiàn)，所有SA處理組桃果實均表現(xiàn)出較高的SOD、CAT、POD和自由基清除活性(RSA)，但SA處理組PPO活性降低；經(jīng)2.0 mmol/L SA處理組桃果實抗氧化酶活性最高，質(zhì)量損失最少，硬度最大、pH值最小，果實的耐冷性更強，有利于保持果實的采后品質(zhì)。草酸(OA)處理通過調(diào)節(jié)CAT、POD、SOD活性及還原型抗壞血酸(AsA)、谷胱甘肽(GSH)含量的變化，提高桃果實低溫貯藏下抗氧化防御系統(tǒng)的能力和PPO活性，增強桃果實抵抗冷脅迫的能力，從而延緩果實的成熟和衰老。

酚類物質(zhì)對桃果實耐冷性的調(diào)節(jié)作用受到外源物質(zhì)的影響較大，不同外源物質(zhì)處理的效果各異。HW處理通過調(diào)節(jié)酚類和氨基酸代謝，維持較高水平的酚類和氨基酸含量，以增強桃果實的抗氧化能力，提高桃果實的耐冷性，減輕冷害。1-甲基環(huán)丙烯(1-MCP)和間歇加熱處理后2 ℃冷藏，2種方法單獨或者聯(lián)合處理均提高了桃果實在冷藏期和貨架期總酚物質(zhì)的量和抗氧化能力，二者聯(lián)合處理更有利于增強果實耐冷性，降低果實冷害，保持最好的果實品質(zhì)。外源甜菜堿(GB)可以有效減輕擬南芥和草莓的冷害，越來越多的證據(jù)表明外源GB通過增加香蕉、枇杷果實的抗氧化酶活性來提高耐冷性，增強對冷害的抵抗力，而對桃果實的研究發(fā)現(xiàn)，外源GB主要是通過調(diào)節(jié)酚和糖的代謝，保持較高的酚類物質(zhì)和蔗糖的量來增強桃果實的耐冷性，Gao等用24-油菜素內(nèi)酯(24-EPI)處理桃果實也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)論。

采后桃果實耐冷性與抗氧化體系的關(guān)系已有較多的研究報道，酶促抗氧化體系和非酶促抗氧化體系對桃果實耐冷性的影響機制也不盡相同，且外源物質(zhì)(外界刺激)種類、處理方式方法、使用劑量、貯藏溫度和方式等因素都對抗氧化體系產(chǎn)生不同的影響，從而影響桃果實的耐冷性。

2.2 桃果實耐冷性與細胞壁代謝的關(guān)系

果實細胞壁主要由纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)組成，纖維素和果膠質(zhì)的酶解程度對果實軟化有直接的影響。果膠質(zhì)的代謝主要受到果膠酶的調(diào)節(jié)作用，但纖維素酶對果膠質(zhì)降解也有一定的影響，低溫脅迫引起桃果實冷害絮敗是因細胞壁果膠質(zhì)溶解不完全、降解過程受阻所致。冷藏桃果實經(jīng)外源乙烯處理后通過誘導(dǎo)編碼擴張蛋白和細胞壁水解酶基因的表達上調(diào)，尤其是提高木糖苷酶(XYL)和半乳糖苷酶(GAL)基因的表達量來提高采后桃果實耐冷性，減輕冷害，但也加速了果肉的軟化。

冷藏期間桃果實的細胞壁代謝與果膠質(zhì)代謝酶密切相關(guān)。在冷藏成熟過程中，粉狀桃果實(mealy fruit)中的內(nèi)源-1-4-葡聚糖酶(-1，4-GLU)、內(nèi)源-1-4-甘露聚糖酶(-1，4-MAN)、-阿拉伯糖苷(-ARA)、-半乳糖苷酶(-GAL)、多聚半乳糖醛酸酶內(nèi)切酶(endo-PG)活性比多汁果實(juicy fruit)更低，而PME活性在輕度粉狀果實中較低，在完全粉狀果實中較高，說明冷藏會影響多種細胞壁修飾酶的活性，對果膠代謝產(chǎn)生重要的影響。表面毛絨對桃果實冷藏期間品質(zhì)有不利影響，導(dǎo)致細胞壁溶解受阻，從而引起冷害加劇，發(fā)生棉化。冷藏桃果實細胞壁中共價結(jié)合型和離子結(jié)合型果膠質(zhì)的溶解不平衡，水溶性果膠含量顯著下降，耐冷性降低。冷藏期間桃果實果膠質(zhì)和纖維素的降解受阻，纖維素逐漸減少，導(dǎo)致高分子量的果膠質(zhì)過量積累，果汁黏度升高。桃果實果膠質(zhì)降解代謝的異常與PME和PG活性的變化密切相關(guān)，二者的不平衡是導(dǎo)致細胞壁中果膠質(zhì)代謝異常，產(chǎn)生本文所述冷害癥狀的主因。

因此，現(xiàn)有研究表明桃果實的耐冷性與果膠質(zhì)、細胞壁代謝相關(guān)的PG、PME、GAL、XYL、-1，4-GLU、-GAL、-1，4-MAN、-ARA等的活性變化密切相關(guān)。但現(xiàn)有研究對纖維素溶解、纖維素、半纖維素分解相關(guān)酶的變化與果實耐冷性的關(guān)系、果實細胞壁結(jié)構(gòu)改變與果實耐冷性的關(guān)系及桃果實細胞壁代謝相關(guān)酶在冷藏過程中互作機制的研究較少，后期應(yīng)加強對這幾方面的研究。

2.3 桃果實耐冷性與細胞膜代謝的關(guān)系

脂質(zhì)是構(gòu)成細胞膜的主要成分之一，穩(wěn)定的膜脂結(jié)構(gòu)能夠保持細胞的正常生命活動并維持其基本形態(tài)。細胞膜是最先感受到果實冷害的，低溫首先對細胞膜造成傷害，冷害脅迫會誘導(dǎo)細胞膜構(gòu)象和結(jié)構(gòu)作出響應(yīng)，也是最初的應(yīng)激反應(yīng)。

冷害脅迫導(dǎo)致細胞膜的相變平衡被破壞，使膜脂從液晶態(tài)向凝膠態(tài)轉(zhuǎn)變，脂肪酸不飽和度降低，膜的外形和厚度也發(fā)生改變。細胞膜透性和丙二醛(MDA)含量的變化可作為植物的耐冷性指標。低溫冷藏環(huán)境破壞細胞膜相變平衡后，細胞膜透性增強，電導(dǎo)率(EI)增大和MDA含量增加，細胞內(nèi)物質(zhì)流動性異常，與細胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相關(guān)的酶活性發(fā)生改變，導(dǎo)致細胞膜代謝失調(diào)和結(jié)構(gòu)功能異常，產(chǎn)生有毒物質(zhì)，對細胞產(chǎn)生毒害，使果實的耐冷性降低，加重冷害。

溫度是影響細胞膜流動性的最直接因素之一。低溫脅迫因產(chǎn)生大量有害自由基對細胞膜產(chǎn)生毒害作用，破壞細胞膜，導(dǎo)致果實耐冷性降低，是冷害發(fā)生的主要原因。Liu等研究指出，0、2、4、6 ℃冷藏期間所有桃果實的EI都平穩(wěn)增加，表明細胞膜的完整性逐漸喪失，但0、2 ℃冷藏的桃果實顯著低于4、6 ℃。同時4、6 ℃冷藏也使MDA含量更高，表明適宜低溫冷藏可以延遲MDA水平的升高，利于保護果實細胞膜膜結(jié)構(gòu)的完整性和保持抗冷性。外源NO處理能夠提高細胞膜流動性，降低膜脂相變溫度和細胞膜的通透性，最大限度地維持細胞膜的正常結(jié)構(gòu)和功能，從而提高其抗冷性。不同熱處理方式和溫度對細胞膜代謝也有不同的影響。與對照相比，HA和HW處理均顯著抑制了桃果實冷藏14 d后的MDA含量，可能是熱處理減輕了膜脂過氧化，保持了細胞膜更好的完整性。

不同外源物質(zhì)處理對桃果實細胞膜代謝的調(diào)節(jié)機制各異，但主要與細胞膜結(jié)構(gòu)完整性和細胞膜透性相關(guān)。NO處理降低了桃果實0 ℃冷藏期間細胞膜的通透性和膜脂過氧化程度，減輕了冷脅迫對細胞膜的傷害。對冷藏桃果實的研究發(fā)現(xiàn)，1-MCP 處理組EI和MDA含量水平最低，這與 1-MCP 處理組桃果實耐冷性更高一致。連續(xù)的乙烯處理降低了冷藏期間桃果實細胞膜滲透率和MDA含量，進一步研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)的乙烯處理可以通過調(diào)節(jié)酚類和脂類代謝，特別是磷脂和鞘磷脂的全面重構(gòu)來減輕果實冷害，增加細胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

綜上，現(xiàn)有研究表明，采后桃果實細胞膜的完整性、細胞膜的滲透率、MDA含量、膜脂代謝等都可以作為衡量細胞膜抵抗冷害，感受冷脅迫的重要信號物質(zhì)，是桃果實耐冷性強弱的重要標志，而HW、HA、NO、1-MCP等外源物質(zhì)可以通過調(diào)節(jié)細胞膜的代謝來增強桃果實的耐冷性，減輕果實冷害的發(fā)生。

2.4 桃果實耐冷性與能量代謝的關(guān)系

能量代謝是采后果實生命活動的重要特征，能量代謝狀態(tài)與采后果實成熟、衰老、腐爛、褐變、損傷修復(fù)、冷藏品質(zhì)、耐冷性等相關(guān)。果實冷害的發(fā)生與能量狀態(tài)有關(guān)，不同溫度對能量代謝的影響各異。陳京京等研究指出，與5 ℃相比，貯藏于0 ℃下的桃果實三磷酸腺苷(ATP)、二磷酸腺苷(ADP)含量和能荷值更高，細胞能量虧缺少，果實的耐冷性最高，冷害程度最輕，表明桃果實冷害發(fā)生可能與能量供應(yīng)不足有關(guān)，能量虧損越多，耐冷性越弱，冷害越嚴重。

ATP是生物細胞的直接能量物質(zhì)，線粒體是產(chǎn)生ATP的主要場所，ATP從一定程度上反映了果實的能量水平。低溫預(yù)貯可以有效抑制桃果實線粒體H-ATPase、Ca-ATPase酶活性的下降，使線粒體琥珀酸脫氫酶(SDH)和細胞色素氧化酶(CCO)活性保持較高的水平，維持較高能量水平，減輕果實冷害。

適當(dāng)?shù)耐饨绱碳た梢詫洳靥夜麑嵉哪芰看x發(fā)揮調(diào)節(jié)作用進而影響果實的耐冷性。Jin等對桃果實用外源OA處理后于0 ℃貯藏發(fā)現(xiàn)，OA處理桃果實中ATP、能荷量及能量代謝關(guān)鍵酶 H-ATPase、Ca-ATPase、SDH、CCO的活性顯著提高，表明外源OA對桃果實冷害的減輕作用可能是由于提高了與能量代謝相關(guān)酶的活性有關(guān)。冷鍛煉處理可以通過調(diào)節(jié)桃果實H-ATPase、Ca-ATPase、SDH、CCO酶活性，維持較高的能量水平，增強耐冷性，減輕冷害。0 ℃貯藏和CaCl處理增加了桃果實ATP、ADP、能荷量，增加了 Ca-ATPase 及其他能量代謝相關(guān)酶的活性，促進了PpCaM的表達，增加了PpCaM蛋白含量，說明PpCaM通過參與能量代謝和-氨基丁酸(GABA)代謝的調(diào)控，增強耐冷性，減輕冷害。NO通過維持桃果實冷藏期間的能量代謝，達到延緩細胞膜脂過氧化的進程，增強果實的耐冷性。減壓結(jié)合 1-MCP 處理能夠維持中華壽桃較高的ATP和ADP量，顯著降低一磷酸腺苷(AMP)含量水平，延緩了SDH和CCO活性的下降，從而保證了能量生成速率，為桃果實冷藏過程提供能量支持，增強了果實耐冷性。

綜上所述，桃果實冷藏過程的能量狀況與耐冷性密切相關(guān)，外源物質(zhì)(外界刺激)主要通過調(diào)控能量代謝過程中的關(guān)鍵酶H-ATPase、Ca-ATPase、SDH、CCO的活性及相關(guān)蛋白的表達量，調(diào)節(jié)ATP、ADP、能荷值的量，為桃果實冷藏過程提供能量支持，增強果實耐冷性，減輕冷害的發(fā)生。

2.5 桃果實耐冷性與糖代謝的關(guān)系

糖代謝是果實采后主要的物質(zhì)代謝之一，可溶性糖的代謝會影響采后桃果實的品質(zhì)和耐冷性能。外源激素(物質(zhì))處理可以調(diào)節(jié)采后桃果實可溶性糖的代謝，進而調(diào)控果實的耐冷性。HA和茉莉酸甲酯(MeJA)通過增加桃果實蔗糖的含量，提高蔗糖磷酸化合酶(SPS)的活性和基因表達量，降低酸性轉(zhuǎn)化酶(AI)的活性和基因表達量，從而增強果實耐冷性，緩解冷害脅迫。桃果實蔗糖的代謝也受SA的影響，SA通過大量增加蔗糖含量來提高總可溶性糖的量，同時發(fā)現(xiàn)蔗糖生物合成和降解相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平的變化與蔗糖含量的變化一致，SA處理還增加了冷脅迫蛋白轉(zhuǎn)錄因子的表達，表明SA通過提高蔗糖含量和激活冷脅迫蛋白基因表達水平等多種機制協(xié)同作用緩解桃冷害。進一步研究發(fā)現(xiàn)，SA和茉莉酸(JA)聯(lián)合處理也是通過調(diào)節(jié)蔗糖生物合成和降解相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄量，增加蔗糖含量，發(fā)揮協(xié)同增效作用，提高桃果實的耐冷性。單獨的JA處理桃果實則是通過調(diào)節(jié)乙烯和可溶性糖的代謝，增強耐冷性。外源物質(zhì)處理對桃果實可溶性糖含量的影響機制不同。GB處理促進桃果實蔗糖含量的積累，而果糖和葡萄糖含量較低，總酚和黃酮量保持在較高水平，GB通過調(diào)節(jié)酚和糖的代謝，維持單個酚和蔗糖處于較高水平，提高果實耐冷性。

糖代謝對桃果實耐冷性的影響還與成熟度有關(guān)，未成熟桃果實蔗糖含量越低，對低溫的敏感性越高。水蜜桃果實的抗冷性與不同成熟度果實中可溶性糖的含量相關(guān)，在一定成熟度范圍內(nèi)，成熟度越低可溶性糖含量越少，耐冷性也越弱。

綜上所述，現(xiàn)有研究表明糖代謝對桃果實耐冷性的影響主要與蔗糖含量和果實成熟度相關(guān)，外源SA、JA、GB、MeJA、HA可以通過單獨作用或共同作用，調(diào)節(jié)桃果實冷藏過程中蔗糖生物合成和降解相關(guān)基因的表達量、蔗糖代謝相關(guān)酶的活性及桃果實抗冷害脅迫相關(guān)蛋白的表達量來增強果實耐冷性，而蔗糖對桃果實的耐冷性起到關(guān)鍵調(diào)控作用。

3 小結(jié)與展望

低溫冷藏是果蔬采后貯藏保鮮的主要措施之一，桃果實作為典型呼吸躍變型冷敏型果實，成熟期正值高溫，不耐貯藏，采后易受到冷害，出現(xiàn)果肉褐變、絮敗、革質(zhì)化、失去固有芳香和風(fēng)味、成熟軟化異常等癥狀，使采后貯藏品質(zhì)下降，造成商品價值損失。綜合國內(nèi)外研究報道，桃果實遭受冷害脅迫后會誘發(fā)自身的耐冷性機制發(fā)揮作用，增強抗冷性，減輕果實冷害。現(xiàn)有研究表明，桃果實的耐冷性主要與果實抗氧化系統(tǒng)、細胞壁代謝、細胞膜代謝、能量代謝、糖代謝等相關(guān)，研究人員已采用外源激素如JA、SA、MeJA、MT等，化學(xué)物質(zhì)如GB、24-EPI、NO、1-MCP等，物理方法如低溫、HA、HW等處理采后桃果實，探究對果實耐冷性的調(diào)控機制。不同類型桃果實，亦或同一類型桃果實的不同品種、不同成熟度的果實，采后冷藏期間品質(zhì)劣變癥狀、生理生化特點差異較大，尤其是對低溫的敏感性、發(fā)生冷害的時間節(jié)點，品質(zhì)劣變綜合表征、對外界調(diào)控的響應(yīng)機制各異。

綜合本文所述，建議研究人員從以下幾方面加強對桃果實耐冷性機理的研究：(1)不同成熟度、不同肉質(zhì)類型的桃果實對低溫的敏感性、耐冷性機理及綜合冷害癥狀的研究；(2)用2種或多種方法聯(lián)合處理對采后桃果實的耐冷性影響機理；(3)外源激素和果實內(nèi)源激素物質(zhì)互作調(diào)節(jié)桃果實耐冷性的機制；(4)針對同一品種的桃果實，采用酶學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)、分子生物學(xué)等現(xiàn)代生物技術(shù)手段，研究調(diào)控桃果實耐冷性的關(guān)鍵基因和蛋白質(zhì)分子，系統(tǒng)闡明桃果實耐冷性機制的生物學(xué)途徑；(5)植物天然提取物質(zhì)處理對桃果實耐冷性的影響機制；(6)桃果實冷鏈物流配套技術(shù)研發(fā)。相信隨著對上述問題研究的不斷深入，開發(fā)出安全、高效、節(jié)能、便捷的桃果實采后保鮮技術(shù)，對減少桃果實采后品質(zhì)劣變、提升產(chǎn)業(yè)鏈價值、推動桃產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。