一氧化氮抑制果蔬病害研究进展

　　摘 要：一氧化氮(NO)作为一种重要的信号分子，在果蔬成熟衰老和抗病应答中起着非常重要的作用。果蔬病害是 造成采后损失的重要原因，果蔬病害可分为生理性病害和侵染性病害。大量研究表明，采用外源NO处理采后果蔬能 够起到较好的防腐保鲜效果。本文结合最新研究成果和作者的研究工作，概述了 NO在果蔬保鲜和调控果蔬生理性 病害和侵染性病害方面的研究进展，并总结和展望了NO对果蔬贮藏期间病害的调控机制。

　　关键词：果蔬;NO;保鲜;病害

　　NO 是植物体内非常重要的内源信号小分子， 参与了植物成熟和衰老的调控[1] ，保持果蔬在贮藏 过程中的品质。作者在2008年综述了NO延缓园艺 产品成熟和衰老的生理效应的研究进展[2] 。近10年 来，有关 NO 调控果蔬成熟衰老和病害应答方面的 研究进展很快，本文分析总结了近年来 NO 在果蔬 保鲜和控制果蔬生理性病害和侵染性病害方面的研 究成果，并总结了 NO 对果蔬贮藏期间病害的调控 机制。 外源 NO 处理草莓[3] 、李 [4] 、枇杷[5] 、杧果[6] 、猕猴 桃[7] 、橙[8] 、芦笋[9] 、番木瓜[10] 、枣[11] 、苹果[12] 、杨梅[13] 、荔 枝[14] 等均有较好的保鲜效果。

　　研究表明：NO处理能 够延缓果蔬维生素 C、可溶性固形物含量和硬度的 下降，减少水分的散失，抑制叶绿素的降解。在对草 莓的处理中发现，20 μL·L-1 的 NO 熏蒸处理的草莓 果实维生素 C 含量显著高于对照组，同时也能较好 保 持 了 可 溶 性 固 形 物 含 量 与 硬 度 [3] 。 采 用 0.2 mmol·L-1 的NO供体硝普钠(SNP)处理的绿芦笋叶绿 素含量高于对照组，另外经过处理的绿芦笋贮藏期延 长了4 d左右[9] 。随着人们对NO认识的不断深入，关 于NO抑制果蔬病害方面的研究也取得了重要进展。

　　1 NO对采后果蔬冷害的影响

　　1.1 NO诱导果蔬采后耐冷性

　　研究表明采用适宜浓度的 NO处理能够延缓果 蔬冷害的发生。Zhu 等[15] 采用 15 μL·L-1 的 NO 气体熏蒸桃果实 2 h 后发现能够明显降低其在 5℃储藏 条件下的冷害指数，对照组的桃果实在贮藏 20 d时 出现褐变、絮败这些典型的冷害症状，而经过NO处 理的桃果实未观察到冷害症状的发生。

　　Wang 等[16] 研究发现 ，采用 0.05 mmol · L- 1 的 NO 供体硝普钠 (SNP)处理香蕉果实10 min能够提高其抗氧化酶活 性，同时显著加强了总酚和脯氨酸的积累，NO通过 介导香蕉果实的抗氧化反应和脯氨酸代谢来增强其 耐冷性。香蕉作为一种典型的热带水果对低温极其 敏感，在12 ℃的条件下贮藏较短时间就会出现褐变 和凹斑等冷害症状，经过 NO 处理后的香蕉发生冷害症状的程度明显减轻，并且在贮藏结束时处理组 香蕉的冷害指数比对照组低了13.4%。

　　黄瓜对低温 较为敏感，有研究表明采用 25 μL·L-1 的 NO 气体处 理黄瓜 12 h能够增强抗氧化系统，从而减轻了氧胁 迫对细胞膜造成的损伤，与对照组相比处理后的黄 瓜在2 ℃贮藏条件下的冷害指数显著降低[17] 。在对 脐橙的处理中发现，采用适宜浓度的 SNP处理后能 够降低其果皮和果肉中的脂质过氧化程度和过氧化 氢含量，维持细胞膜的完整性从而增强了脐橙对低 温的耐受性 ，处理后的果实冷害发生率有所下 降[18] 。另外 NO 能够抑制果蔬冷害在日本李[19] 、杧 果[20] 、哈密瓜[21] 、番茄[22] 、竹笋[23] 等上都有报道，表 1 总结了NO在诱导果蔬采后耐冷性的研究。

　　1.2 NO抑制果蔬冷害的机制

　　低温贮藏是目前果蔬贮藏保鲜的有效方法之一，但是不适宜的低温条件会导致果蔬发生冷害， 使果蔬的食用价值和商品价值受到不利影响。采 后果蔬发生冷害后细胞膜会发生膜脂相变，使得细 胞出现代谢紊乱，产生大量对细胞有毒害作用的物 质。这些物质影响细胞的成分和结构，最终导致果 蔬出现失水皱缩、褐变、异常泛黄、絮败、木质化、组织腐烂等冷害症状。适宜浓度的 NO 处理能够显 著降低果蔬在低温贮藏过程中冷害的发生，多年来 国内外学者对 NO 抑制果蔬冷害的机制做了大量 的基础研究，这些研究揭示了 NO 提高果蔬耐冷性 的内部机制。另外也有一些研究从分子生物学的 角度出发，探索 NO 处理对果蔬抗冷性有关基因的 影响。

　　1.2.1 活性氧代谢

　　果蔬中最具有代表性的活性氧 (ROS)清除系统主要包括：抗坏血酸过氧化物酶 (APX)、超 氧 化 物 歧 化 酶(SOD)、过 氧 化 氢 酶 (CAT)、过氧化物酶(POD)和谷胱甘肽还原酶(GR) 等。NO与活性氧特别是H2O2能够共同参与到果蔬 的抗逆反应中，然而冷害的发生会使 H2O2等活性氧 过量积累加重果蔬的冷害症状。在对植物体中 NO 和 H2O2平衡机制的研究中发现，NO 能够使 APX 的 第 32 位半胱氨酸发生亚硝基化从而正向调控该酶的活性，加速植物体将 H2O2转化成 H2O 的进程[24] 。

　　另外一些果蔬经过适宜浓度的NO处理后其抗氧化 酶的活性会显著提高[17-18, 22,25] ，这一系列过程使果蔬的抗氧化能力增强，减缓冷害症状的发生。植物体 中除了直接的抗氧化系统外还存在着间接的抗氧化 系统，抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环是一个单 一的间接抗氧化系统，该系统主要是由 3 个相互依 赖 的 氧 化 还 原 对(NADPH/NADP, GSH/GSSG 和 AsA/DHA)以及主要的抗氧化酶：脱氢抗坏血酸还 原酶(DHAR)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)、 GR 和 APX 组成[26] 。

　　这 3 个氧化还原对的含量及比 例能够反映出植物体对 ROS 的清除能力，在 NO 抑 制桃果实冷害的研究中发现，外源 NO 显著提高了 桃贮藏过程中 AsA∶DHA 的比例，提高了抗坏血酸 的抗氧化能力 ，NO 处理还增加了果实中 GSH∶ GSSG的比例和谷胱甘肽含量，表明NO能够通过调 节AsA-GSH循环，有效降低桃在冷藏过程中的氧化 应激能力[27] 。

　　1.2.2 脯氨酸代谢

　　有研究表明，脯氨酸含量同果 蔬耐冷性存在一定的联系，脯氨酸含量的升高会使 果蔬的耐冷性增强[28] 。在脯氨酸代谢机制中，1-吡 咯琳-5-羧酸合成酶(P5CS)和脯氨酸脱氢酶(PDH) 被认为分别是脯氨酸合成和降解过程中的限速 酶[29] 。采用 NO 处理后，使果蔬 P5CS活性提高的同 时 抑 制 了 PDH 的 活 性 ，最 终 导 致 脯 氨 酸 的 积 累[16, 23] 。NO 处理对果蔬冷害的减轻作用可能通过 调节脯氨酸代谢从而提高脯氨酸含量来实现。

　　1.2.3 能量代谢

　　果蔬在低温胁迫条件下能量的合成会受到阻碍，能量不足会影响机体的活性氧清除 机制，当活性氧含量过高时会破坏细胞结构导致冷 害症状加重。国内外已经有很多研究表明果蔬的耐 冷性与能量水平呈正相关，维持较高的能量水平能 够有效缓解冷害的发生。

　　线粒体内膜上关键的呼吸 酶 包 括 琥 珀 酸 脱 氢 酶(SDH)、细 胞 色 素 氧 化 酶 (CCO)、氢离子ATP酶(H+ -ATPase)和钙离子ATP酶 (Ca2+ -ATPase)，这些酶直接或间接参与到三羧酸循 环以及氧化磷酸化过程中，从而在一定程度上能够 反映线粒体能量合成的状态。关于NO用于减缓果 蔬冷害的研究中发现，采用 NO 处理后能够显著提 高冷藏过程中果实的 ATP含量和能荷水平，同时也 可以保持这些与能量合成有关酶的活性[5, 30-31] 。NO 处理通过调节能量代谢及其相关酶的活性，为果蔬 应对冷害提供充足的能量和一些基础物质。

　　1.2.4 细胞膜脂代谢

　　细胞膜是果蔬感受低温冷害 的重要部位，细胞膜的流动性受到膜脂成分的影响， 这与细胞膜中脂肪酸的组成以及含量密切相关。在 植物膜脂中含有主要的一些不饱和脂肪酸包括油 酸、亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸等，提高不饱和脂 肪酸含量，能使果蔬细胞膜具有较高的流动性，从而 提高果蔬的耐冷性。关于不饱和脂肪酸含量与耐冷 性的关系在枇杷[32] 、桃[33] 和猕猴桃[34] 果实中均有报 道，NO 处理果蔬后能够提高总脂肪酸和不饱和脂 肪酸含量，较好保持细胞膜的结构和功能，以达到提 高果实抗冷性的效果。

　　1.2.5 CBF抗冷途径

　　冷害诱导相关抗冷性基因的 表达在植物上有相应的报道，其中 CBF抗冷途径被 认为是目前最关键也是研究最清楚的植物冷响应调 控途径，CBF基因是该途径的枢纽。另外 CBF基因 可能起着上游基因的作用，调控着下游一系列抗冷 性相关基因的表达，从而使得植物对低温的耐受能 力增强[35] 。CBF基因调控的植物冷响应机制可以概 括为：低温导致细胞膜流动性下降，使得细胞中的第 二信使 Ca2 + 浓度上升，激活蛋白激酶和转录因子 CBF，从而调控下游抗冷基因 COR的表达引起冷响 应[36] 。外源和内源的 NO能够调控番茄果实 CBF基 因的表达，当番茄果实在2 ℃的环境条件下贮藏时， LeCBF1的表达分别在0.5 h和4 h的时候出现峰值， SNP 处理提升了峰值，而一氧化氮合酶抑制剂处理 降 低 了 峰 值 [22] 。 类 似 的 结 论 在 哈 密 瓜 果 实 的 CmCBF1/3基因中也有报道[21] 。

　　2 NO对果蔬侵染性病害的影响

　　2.1 NO抑制果蔬侵染性病害

　　采后果蔬由于病原菌作用而造成的侵染性病害 也是引起果蔬损耗的重要原因之一，水果在贮藏期 间的侵染性病害主要是由真菌所引起的。植物体在 遭受病原菌侵染后会通过一系列信号转导过程产生 抗病性，并且有大量的结果表明 NO 与该过程密切 相关，因此 NO 在抑制果蔬侵染性病害方面越来越 受到人们关注。采后病害是影响柑橘果实贮藏期的 重要因素，由炭疽杆菌引起的炭疽病是其最常见的 采后病害之一。

　　Zhou 等[37] 采用 50 μmol·L-1 的 SNP 溶液浸泡柑橘果实 10 min 后对其进行损伤接种处 理，在贮藏过程中发现，利用外源NO处理后能有效 抑制柑橘果实炭疽病的发生。采摘后的猕猴桃果实 极易受到病原菌的侵染，其中灰霉病和软腐病是猕 猴桃果实常见的两种病害，在 NO 诱导采后猕猴桃 抗病性的研究中发现，经过诱导后的果实自然发病 率要明显低于对照[7] 。有研究表明不同浓度的 NO 处理均能抑制番茄果实灰霉病的发生，其中较低浓 度的 NO(0.02 mmol·L-1 )处理能够显著抑制接种后 灰霉病原菌(Botrytis cinerea Pers)的生长繁殖[38] 。 NO 处理可显著抑制圣女果[39] 、草莓[40] 、杧果[41] 、桃[42] 果实病害的发生。

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　　3 展 望

　　近年来，国内外的学者对 NO 用于抑制采后果蔬病害方面做了大量的研究工作。随着研究的不断 深入，也出现了许多需要解决的问题。

　　(1)目前关于 NO抑制果蔬病害的机制研究大多是在生理生化层面，NO 诱导果蔬抗病性的效果表现为相应抗病有 关酶活性的上升，以及一些化学物质含量的变化，然 而关于这一系列作用的分子机制还存在着太多的未 知数。从分子层面揭示植物体中NO调控果蔬病害 机制值得进一步探索。

　　(2)果蔬病害造成的损失是我 国农业方面的一个重大问题，NO 处理采后果蔬具 有多效性的优势。NO处理后能够延缓多种果蔬采 后品质的下降，同时可以诱导果蔬自身的抗性，抑制 果蔬病害的发生，这种多效性使 NO 在采后领域具 有广阔的应用前景。科学合理地将NO的研究成果 运用到抑制果蔬病害上，需要研究人员不断思考。

　　参考文献 References：

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　　作者： 杨 睿1 ，林小翠1 ，窦 媛1 ，朱丽琴1，2* ，陈金印2