采后果蔬能量狀態的調控措施研究進展

呂國昊，趙杰堂

（華南農業大學 園藝學院，廣東 廣州 510642）

新陳代謝是生物體生存的基礎，其中能量代謝是一切生物體生命活動的動力，在生物體生長發育、形態建成、信號傳導及抵御逆境中起著重要作用[1-2]。ATP（三磷酸腺苷）是植物體主要的直接利用能量物質，高能磷酸鍵斷裂時能夠釋放能量，為植物體內的需能反應提供能量，其中可分為胞外ATP 和胞內ATP 2 種[1，3-4]。采摘后的果蔬仍為活的生命體，仍進行著一系列的物質及能量代謝活動。但采后果蔬在脫離母體后并無水分及營養物質的進一步供應，貯藏運輸時間的延長及運輸過程中環境變化、機械傷等因素不僅會造成果蔬重量、品質的下降，甚至會因為褐變、病害等造成毀滅性的損失[5]。采后果蔬品質劣變與生物體能量虧缺、代謝和功能出現紊亂、細胞結構受到破壞有密切聯系。當ATP 合成不足，出現能量虧缺時產品對病原菌及生理逆境的抵抗能力下降[6]。衰老是一個能量虧缺的過程，保持較高的能量水平有助于延緩衰老，保持果蔬品質[1，3，5-14]。因此，對于采后果蔬能量狀態的研究正成為一個熱門話題，概述采后果蔬能量狀態的提高措施及與酶系統的關系并提出展望，以期為通過能量狀態進行果蔬采后保鮮的調控提供參考。

1 能量狀態的提高措施

提高及維持采后果蔬的能量狀態，維持穩定的能量產生速率是延緩產品衰老速度及品質劣變、延長貨架期的關鍵[3，6]。主要從藥劑處理、氣體調節等方面綜述能量狀態的提高措施。

1.1 藥劑處理

化學藥劑種類多樣，不同藥劑作用機理也有所差別，且化學藥劑普遍具有施用方法簡單、效果均勻、起效快等優點，無論是研究還是實際生產應用領域都受到較大的關注。

用外源ATP 溶液處理屬于直接增加果實尤其果皮中的ATP 含量，能夠直接有效地延緩果皮褐變現象的發生。C Yi 等人[7]將荔枝果實用0.1 mmol/L 的ATP 溶液處理3 min 后果實體內ATP 濃度和EC（腺苷酸能電荷）都較高，保持著較高的能量水平，也使得膜脂過氧化和水解的酶活性較低，細胞膜系統更加穩定，有助于減緩因膜系統降解造成細胞死亡、果皮褐變現象的發生。Lili Song 等人[8]也做了類似的試驗并取得了相似的結果，同時檢測出荔枝果實經0.1 mmol/L 的ATP 溶液處理后果肉中可溶性固形物及抗壞血酸含量均比未處理的高，這表明經外源ATP 溶液處理后果實中的能量狀態有所提高，對維持采后果實品質有積極作用。易春等人[9]用外源ATP 處理荔枝果實也檢驗出果皮中ATP 含量及能量狀態都顯著上升，且有助于維持細胞膜的完整性。

Bingxia Chen 等人[10]用50 mmol/L 的6 -芐氨基嘌呤（6-BA）溶液處理黃瓜果實，測出黃瓜果實的ATP 含量和能量電荷水平（EC）均有所提高，并且延緩了生成速度，降低膜的透性和脂質過氧化的增加，提高了相關抗氧化酶的活性，對于延緩黃瓜果實衰老、保持果實品質有積極有效的作用。趙素平等人[11]以30 mg/L 的6-BA 溶液浸泡處理采摘后的西蘭花，經檢測發現6-BA 的處理效果主要在貯藏后期開始顯現并能維持較高ATP 含量和能荷水平，呈先上升后下降的趨勢。6-BA 的作用機理可能與降低TCA、PPP 呼吸途徑的運行比例，在電子傳遞鏈上提高AP 途徑的運行比例抑制了組織內的積累、提高了超氧化物歧化酶（SOD）的活性[11-12]。

李輝等人[13，15]用1.2 μL/L 的紙片型1-甲基環丙烯（1-MCP）與“油木奈”果實放在密封泡沫箱中進行處理，測得在貯藏后期果實內ATP 和ADP 的含量高于對照組，且經1-MCP 處理果實的能荷在貯藏各階段均高于對照組，能有效降低貯藏中果實的呼吸強度和細胞膜滲透率等衰老劣變相關指數。陳蓮等人[14]用1.8 μL/L 的1-MCP 紙片處理臺灣青棗果實，測得對照組和1-MCP 處理組果實中ATP 含量和能荷值雖然隨著貯藏時間的延長呈下降趨勢，但1-MCP處理組中兩者均始終高于對照組，能在貯藏中維持較高的能量水平，延緩果實品質劣變。1-MCP 的作用與其作為乙烯受體抑制劑，抑制乙烯作用相關[13-17]；也可能與其能夠提高NADK 活性，催化NAD 磷酸化生成NADP，NADPH 與NADH 相比傳遞電子速率較慢，生成活性氧較少，且NADPH 在抗壞血酸-谷胱甘肽循環清除自由基上起重要作用[13-14]。

6-BA 屬于細胞分裂素類化合物，在園藝產品采后保鮮上有重要應用價值，并已在綠蘆筍、獼猴桃、蓮子、西蘭花及月季、百合等鮮切花的保鮮上有一定研究成果[18-23]。趙素平等人[11]用30 mg/L 的6-BA溶液對西蘭花采取浸泡處理，能夠顯著降低貯藏中西蘭花的總呼吸強度，并在貯藏后期降低了組織中三羧酸循環途徑（TCA）的運行比例，提高組織中ATP 能量并延緩能荷水平的下降。朱雁青[20]對蓮蓬中蓮子也同樣用6-BA 溶液浸泡處理，結果顯示處理組和對照組ATP 含量均呈先下降、后上升、再下降的趨勢，但處理組的ATP 含量始終高于對照組，能荷水平均呈先上升后下降趨勢，處理組的同樣均高于對照組，即經6-BA 處理后蓮子組織能維持較高的能量狀態和較好的采后品質。6-BA 的生理機制與其能夠提高并維持組織中SOD、過氧化物酶（POD）較高活性，有效清除組織中自由基有關[11，24]。

此外，Yifen Lin等人[25]研究發現，沒食子酸丙脂處理能夠降低抗壞血酸氧化酶（AAO）活性和降低細胞色素C 氧化酶（CCO）活性，提高NADK 活性，延緩采后龍眼果實中ATP 含量和能荷水平的下降。曹毛毛[26]用p-香豆酸（p-CA）處理采后獼猴桃果實，檢測發現處理組中ATP 含量顯著高于對照組，且能顯著降低獼猴桃果實EC 的損失。李燦嬰等人[27]研究發現采后硝普鈉（NO 的外源供體）處理生姜塊莖能夠有效延緩組織中ATP 含量和能荷水平的下降速度。林毅雄等人[28]在采前對龍眼果實噴施胺鮮酯（DA-6）也能夠保持采后龍眼果皮中較高的ATP、ADP 含量和能荷水平，以及較高的果皮NADK 水平和NADP(H)含量。

1.2 氣體處理

氣體處理主要包括氣調貯藏和特殊氣體處理兩大類。氣調貯藏是指改變貯藏條件中的氣體條件，主要是降低O2濃度和提高CO2濃度，以起到延長新鮮果蔬保鮮時間作用的一種貯藏手段[29]。特殊氣體處理則是指通過氣體分子對植物組織的特殊生理作用，以達到調節采后果蔬的生命活動，延長貯藏期。氣體處理由于其物理形態特點具有處理效果均勻、可大面積處理的優點。

氣調貯藏調節貯藏環境中O2和CO2的比例，抑制采后果蔬的呼吸作用和病原微生物繁殖速度[30-31]。過高的O2濃度對果蔬呼吸的抑制作用不佳，對建立持續且穩定的能量供應體系不利，過高的CO2濃度則會導致組織中pH 值明顯降低，能荷水平降低，發生CO2傷害，只有恰當的氣體濃度比例才能最大程度發揮氣調貯藏的效果[32-33]。陳敬鑫等人[34]研究低氧對采后草莓能量代謝的影響發現2%O2+98%N2雖然導致ATP 含量降低，卻能保持較高的能荷水平，同時保持了較高的琥珀酸脫氫酶（SDH）和鈣離子ATP 酶（Ca2+-ATPase）活性，抑制了氫離子ATP 酶（H+-ATPase）活性。王亮等人[32]將西蘭花放在不同O2/CO2比值的氣調環境下進行貯藏，檢測發現50%O2+50%CO2的能荷下降速率低于20%O2+80%CO2和80%O2+20%CO2，這可能與50%O2+50%CO2的氣體比例下能保持西蘭花組織中適宜的pH 值和呼吸關鍵酶活性有關。

硫化氫（H2S）為無色且具有“臭雞蛋”氣味的氣體，是繼一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）以外的第3 種氣體信號分子，在最初被認為是對人體和環境有害的有毒氣體[35]。近年的研究發現，H2S 能作為抑菌劑，有效抑制采后病原微生物活動，還能誘導采后果蔬產生較強的抗氧化能力，延緩衰老，調節能量代謝[36-37]。Dong Li 等人[38]用外源H2S 處理采后西蘭花，提高了內源H2S 產生量，激活了能量代謝相關酶的活性，組織的能荷水平明顯提高。Dong Li等人[39]對H2S 誘導香蕉果實貯藏耐寒性的試驗當中發現H2S 通過提高參與能量代謝相關酶活性，減緩了ATP 含量和能荷水平的下降，提高了香蕉果實的耐寒性。Huali Hu 等人[40]研究發現H2S 能夠刺激水菠菜（Ipomoea aquatica）內源H2S 合成酶活性的提高，抑制呼吸作用，維持能量狀態，增強組織的抗氧化能量，延緩葉綠素的降解，有效保持其品質。H2S 在維持組織能量狀態的作用機理可能于其能夠增強Ca2+-ATPase，H+-ATPase，SDH 和細胞色素氧化酶（CCO）活性，調節組織中ATP，ADP，AMP 含量，進而影響采后園藝產品能量狀態[39]。

NO 同樣作為一種外源信號因子，在調控植物的成熟、衰老，應對非生物脅迫損傷上有重要作用[41-43]。NO 處理在延緩采后果蔬可溶性固形物、維C 含量、果實硬度下降和葉綠素降解等方面均有積極作用[42]。陳發河等人[44]用NO 對“解放鐘”枇杷果實進行熏蒸處理，發現在貯藏30 d 后15，25 μL/L 處理組的ATP 濃度高于CK 組，且差異達到極顯著水平，貯藏全過程NO 處理組的能荷水平也均高于CK 組。張小康[45]研究發現15 μmol/L 的外源NO 處理對維持桃果實在冷藏期間的能量代謝、延緩脂膜過氧化過程最為有效。宋麗君[46]對NO 在獼猴桃上的保鮮效應研究中，用外源SNP 處理獼猴桃果實，其中0.1 mmol/L和0.2 mmol/L 的SNP 處理組組織中ATP 含量分別在1 d，10～16 d 和4 d，10～16 d 顯著高于對照組，EC含量分別在1，4，16，4，16 d 顯著高于對照組。

二氧化氯（ClO2）因其具有消毒效果好、無污染、使用過程無三致（致畸、致癌、致突變）物質出現等優點而被廣泛應用在環境美化、飲用水凈化、醫療、食品等方面[47]。其中，氣體ClO2穿透性和擴散性更好，也更安全，與液態相比更適合用于采后果蔬處理方面[48]。還有研究發現，ClO2不僅在采后病原菌的殺滅上有效果，還能影響采后果蔬組織的能量狀態，延緩果蔬品質劣變[49-50]。Athiwat Chumyam等人[49]用ClO2氣體熏蒸龍眼果實，檢測發現ClO2能夠快速顯著提高果實中ATP 含量、EC、NAD/NADH比值，以及SDH 和CCO 活性。Beng Guat Oo 等人[51]用ClO2對青椒和番茄進行熏蒸處理，發現ClO2有效降低了兩者的呼吸強度。

1.3 物理處理

物理處理只通過物理或機械手段調節采后果蔬的能量狀態，目前主流的物理處理手段為熱處理和涂抹處理等。熱處理包括熱水、熱空氣、熱蒸汽處理等[52]，與藥劑處理相比，熱處理具有無殘留、無污染、無毒等優點，在貯前處理的各種手段中備受關注[53]。熱處理能夠殺滅或抑制果蔬中的病原微生物，也能通過熱激作用調節果蔬的生理代謝，抑制果蔬后熟，提高組織的能量水平，延緩果蔬衰老[53-54]。孔靜[53]對“金冠”蘋果放入38 ℃的恒溫箱中進行72 h的熱處理，檢測發現熱處理推遲了組織中ATP 含量下降時間，延緩了ATP 和ADP 含量的下降。朱芹[54]研究發現對采后水蜜桃熱處理抑制了ATP 和ADP 的降解，維持組織中較高的能量水平，而熱處理與褪黑素處理的效果更好。Ziming Wu 等人[55]對葡萄進行采后熱水處理，發現處理后葡萄中與能量代謝相關蛋白的表達量增加，包括丙酮酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、ATP 合酶等。張群等人[56]對采后“紅地球”葡萄分別進行1%殼聚糖溶液的涂抹處理和熱處理，發現2 種處理均能延緩葡萄果實ATP 水平的下降，且涂抹處理效果優于熱處理。張群等人[57]對采后“Victoria”葡萄進行鈣聯合涂膜和熱處理，結果顯示鈣聯合涂膜較熱處理能更有效地延緩果實能量水平的下降，保持較高的ATP，ADP，AMP 水平，延緩果實衰老，這與涂抹處理能夠減輕呼吸損耗、抑制脂氧化酶活性、保持膜系統的完整性有關。

2 酶系統與能量代謝

采后果蔬的能量狀態受到多種酶的調控，許多能量狀態的調控手段也是通過調控相關酶的活性來實現的，因此查明相關酶的種類及作用機理對于更好地調控采后果蔬的能量狀態、延緩品質劣變有著重要意義[58]。采后能量代謝與線粒體呼吸代謝關鍵酶有著重要聯系，其中包括琥珀酸脫氫酶（SDH）、細胞色素氧化酶（CCO）、氫離子ATP 酶（H+-ATPase）、鈣離子ATP 酶（Ca2+-ATPase）等。

2.1 琥珀酸脫氫酶（SDH）

SDH 為呼吸代謝的關鍵酶，能夠催化琥珀酸氧化為延胡索酸，并將H+傳遞到FAD 形成FADH2，是三羧酸循環正常運作的重要保證，其活性可作為三羧酸循環運行程度的評價指標之一[59]。三羧酸循環作為植物組織產能的重要途徑，采后果蔬能量狀態與其運行情況有著密切聯系，因此SDH 的活性為檢測能量狀態的重要指標之一。張小康[45]進行NO 對采后肥城桃果實能量代謝影響的研究發現，在整個貯藏過程中經NO 處理的桃果實SDH 活性始終高于對照組，經NO 處理果實的ATP 含量和能荷水平也始終高于對照組，且SDH 活性越高的處理組，其能荷水平也越高，即SDH 活性與能荷水平有一定的正相關性。這可能與保持較高的SDH 活性能提高質子及電子的傳遞速率，從而提高ATP 的合成速率有關。

2.2 細胞色素氧化酶（CCO）

CCO 為電子傳遞鏈的末端氧化酶，同樣在呼吸代謝中起著重要作用，可反映采后果蔬呼吸代謝水平[60]。CCO 能將接收到的電子傳遞并激發O2，與線粒體基質中的H+結合生成水，并將基質中的H+泵到膜間隙[59]。在采后貯藏中，保持較高的CCO 活性有助于保證穩定的能量供應，延緩因能量虧缺導致的采后衰老。張苗等人[60]用甜菜堿和冷激處理西葫蘆，發現兩者分開及結合處理均能保持較高的CCO活性，延緩ATP 和ATP 含量的下降，維持西葫蘆貯藏期間較高的能荷水平，且CCO 的活性變化趨勢與ATP、ADP 含量及能荷水平有一定的正相關關系。高兆銀等人[61]對H2S 延緩荔枝衰老機理的研究中發現，1 mmol/L 的H2S 能夠保持CCO 的活性，保持了果實中的能量供應，延緩ATP 含量的下降，延緩荔枝果實的衰老。

2.3 交替氧化酶（AOX）

AOX 為抗氰呼吸途徑的末端氧化酶，能夠不經過復合體Ⅲ、Ⅳ直接將電子傳遞到O2形成H2O，在植物適應生長環境、提高抗逆性有重要意義[59，62-64]。雖然抗氰呼吸幾乎不進行氧化磷酸化，不合成ATP，但抗氰呼吸途徑能夠消耗三羧酸循環中產生的過量電子，減輕其對線粒體膜的破壞，且能產生許多反應中間產物，對穩定細胞生理功能和能量狀態有重要意義。朱芹[54]進行外源褪黑素和熱處理對水蜜桃冷害影響的研究中發現，2 種處理分開和結合進行均能讓AOX 活性保持在較高水平，有效延緩能荷水平的下降。

2.4 氫離子ATP 酶（H+-ATPase）和鈣離子ATP 酶（Ca2+-ATPase）

H+-ATPase 和Ca2+-ATPase 都是運轉離子的酶類，在維持能量代謝的正常進行中起著重要作用。H+-ATPase 位于細胞膜上，將質子從膜內側泵到胞外，產生跨質膜的H+電化學梯度，為各物質的跨膜運輸提供動力，并維持細胞內pH 值的相對穩定，保證細胞內生理活動的正常進行[65]。位于線粒體膜的H+-ATPase 也有相似的作用，有助于維持線粒體機能的穩定性。Ca2+在植物體各生理活動中起著重要的調節作用，Ca2+-ATPase 作為Ca2+泵，是真核生物細胞中鈣離子濃度的重要調節因子[66]。線粒體膜上的Ca2+-ATPase 能夠將Ca2+運轉到細胞內，維持膜內外Ca2+含量的穩定，對維持線粒體生理功能的穩定有重要意義[45，66]。張小康[45]進行NO 對采后桃能量代謝影響的試驗中發現15 μmol/L 的NO 能夠最有效延緩H+-ATPase 和Ca2+-ATPase 的活性下降，保持較高的ATP 含量和能荷水平。曹毛毛[26]研究表明，p-CA 處理顯著提高了獼猴桃果實H+-ATPase 和Ca2+-ATPase活性，ATP 含量是對照組的6 倍，降低了EC 的損失，延緩了果實衰老。

3 結語

果蔬的采后衰老問題嚴重制約著園藝產業的發展，能量狀態與采后果蔬的衰老有著密切關系，能量虧缺造成組織自我修復能力減弱，清除自由基能力下降，脂氧化酶活性提高，膜系統完整性受破壞，引起采后果蔬品質劣變。目前，在維持采后果蔬能量水平的措施上已經有了長足進展，各措施在許多果蔬上已經有許多成功案例，但目前對于這些調控措施的作用機制上的研究還比較欠缺，研究也僅對與能量代謝相關指標有所測定，包括ATP 和ADP 含量，相關酶及輔酶的活性及含量等，但各措施對這些指標的調控機理尚未明確，包括植物組織對這些措施的信號感應及轉化傳導機理，對相關基因表達及上游調控因子的調控等。因此，今后可以在能量合成及消耗的整個反應過程進行研究，闡明完整的能量合成、消耗反應鏈，還包括上游的調控因子，以便于日后能更有針對性地對采后果蔬能量狀態進行調控。此外，關于能量狀態的調控措施的研發還應本著綠色、環保、無毒、低價、高效的原則進行，杜絕以犧牲食品安全為代價的調控方式。

另外，維持采后果蔬的能量水平，能有效抑制褐變現象的發生，而在植物組織培養中，褐變現象對細胞所造成的毒害作用嚴重制約著許多種類植物無菌培養體系的建立。外植體中褐變現象的發生普遍被認為切割損傷導致酶和底物相遇并反應生成褐色物質。但切割損傷涉及的只有最外圍的少量細胞，在實際組培過程中隨著培養時間的增加，其余未被直接損傷的細胞也會發生褐變現象，并最終導致外植體的死亡和組培的失敗。對于切割損傷中未受傷的細胞或組織，褐變原因可能是其所處環境條件發生變化，外植體出現能量虧缺，細胞的膜系統遭到損傷，酶和底物反應產生褐色物質。植物組織培養中也能借鑒采后調節能量狀態的手段，讓外植體的能量水平維持穩定，減輕組織衰老和膜系統的破壞，有助于延緩組培中褐變現象的發生。