醋酸对草莓果实成熟影响及其生理机制

陆艺飞，沈元月

(农业应用新技术北京市重点实验室/北京农学院 植物科学技术学院，北京 102206)

根据成熟期间呼吸强度和乙烯高峰的有无，肉质果实的成熟可分为呼吸跃变型和非呼吸跃变型。呼吸跃变型果实的成熟已确定受乙烯(Ethylene, Eth)的严格调控[1]。以草莓果实为试验材料，非呼吸跃变型果实的成熟受多种激素的调控，涉及了脱落酸(Abscisic acid, ABA)[2]、油菜素内脂(Brassinosteroids, BR)[3]、茉莉酸(Jasmonic acid, JA)[4]、乙烯[5]、吲哚乙酸(Indole-3-acetic acid, IAA)[6]、赤霉素(gibberellin, GA)[7]和多胺(Polyamines, PAs)[8]。 因此，非呼吸跃变型果实成熟调控的生理机制十分复杂[9]。

草莓已成为研究非呼吸跃变型果实成熟的模式材料[2]。草莓果实成熟期间发生了一系列复杂的生理变化，主要表现在糖含量不断增加、果肉变软、花色苷含量上升和酸度降低[2, 3]。值得关注的是，果实中的蔗糖，不仅作为一种营养物质，而且还作为一种信号物质参与草莓的果实成熟调控[2, 10]。草莓果实中的酸主要为有机酸[11]。在草莓果实成熟过程中，颜色发生了从绿果-白果-红果的转变；随着果实膨大退绿，果实pH值逐渐降低，至白果降到低谷；此后随着果实着色逐渐增加，至全红达到峰值[3]。因此，推测，有机酸可能与草莓果实的成熟有一定的关系。考虑到食品安全，本试验选择醋酸处理果实，以研究其对草莓果实成熟的影响，最终为非呼吸跃变型果实成熟调控的机制及开发调控技术奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

草莓品种为‘甜查理’(Fragaria×ananassaDuch)，取自北京市昌平区北京农学院东大地盆栽草莓，草莓生长状况良好。根据报道[9]，将草莓果实发育期划分为7个时期：小绿(花后7 d)、大绿(花后14 d)、浅绿(花后19 d)、纯白(花后23 d)、始红(花后25 d)、片红(花后27 d)、全红(花后30 d)。每时期分别取发育一致的果实12个，液氮速冻并超低温冰箱保存备用。

1.2 处理方法

用0.5%醋酸喷施处理草莓植株上的大绿果实，每隔1 d 喷1次，共处理4次，以清水为对照。每组处理分别随机选取生长健壮、发育一致的果实6个(n= 6)，设3次重复。

1.3 果实pH值分析

从-80 ℃冰箱中取出果肉，混合研磨后取0.5 g，加入10 mL去离子水，匀浆后转入50 mL 三角瓶并室温条件下放置2 h。通过pH计DELTA 320测pH 值。每次取3个果实的果肉， 3次重复。

1.4 激素分析

从-80 ℃冰箱中取出果肉，混合研磨后取0.5 g。样品送中国农业大学, 用酶联免疫法分别测定果实中的ABA、IAA、IPA(Indole-3-propionic Acid，吲哚丙酸)、ZR(zeatin nucleoside，玉米素)、BR含量、GA3/GA4、Me-JA的含量。每次取3个果，3次重复。

采用 Excel 2016 和 SPSS 16.0 软件进行试验数据统计分析，应用Duncan氏新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 果实草莓果实发育过程中pH值得变化

将草莓果实7个时期 (图1)发育过程中pH值分析表明，从小绿果到白果期pH值逐渐降低，至白果期降到最低；此后，从白果到全红期逐渐升高，至成熟期达到最高。这些结果表明，pH值与果实的成熟存在密切的关系。

SG：小绿；LG：大绿；DG：浅绿；Wt：纯白；IR：始红；PR：片红；FR：全红图1 草莓果实发育期间pH变化趋势SG: Small green; LG: Large green; DG: de-green; Wt: White; IR: Initial red; PR: Partial red; FR: full redFig.1 Changes of pH values in strawberry fruit

2.2 醋酸处理对草莓果实成熟的影响

图2为0.5%醋酸溶液处理草莓大绿果的效果。结果表明，处理后17 d，对照水处理的果实全部成熟，颜色深红；而醋酸处理的果实还处于片红期，可延迟草莓果实4 d成熟。表明醋酸处理可抑制草莓果实的成熟。

图2 醋酸处理对草莓果实成熟的影响Fig.2 Effects of exogenous acetic acid on strawberry fruit ripening.

2.3 醋酸处理对果实中内源激素水平影响分析

图3 为处理果实中内源激素水平的分析，其中包括生长素类IAA和IPA、赤霉素类GA3和GA4、细胞分裂素ZR、茉莉酸甲酯MeJA、脱落酸ABA和油菜素内酯BR。从图3可以看出，醋酸处理后的成熟果实/片红中各激素含量(ng/g FW)分别为23.03/49.65 (IAA)、4.21/6.61 (IPA)、5.47/5.65 (GA3)、4.31/5.40 (GA4)、6.32/10.44 (ZR)、13.79/16.65 (MeJA)、25.40/83.29 (ABA)和2.69/2.98 (BR)，依次增加了227.82% (ABA)、115.50% (IAA)、64.97% (ZR)、56.91% (IPA)、25.18% (GA4)、20.74% (MeJA)、10.57% (BR)和3.34% (GA3)。同对照相比，除了GA3差异不显著外，其余激素变化差异显著。含量及增长率最高的为ABA，其次是IAA。以上结果表明，醋酸处理能显著促进激素的积累，尤其ABA和IAA。

结果值为平均值±标准差(n = 3)，*P<0.05图3 醋酸处理对果实中内源激素水平影响分析Each data represents the mean ± SE (n = 3), *P<0.05Fig.3 Effects of acetic acid treatment on the contents of endogenous hormones in strawberry fruit

3 讨 论

呼吸跃变型果实的成熟主要受乙烯调控[1]，而非呼吸跃变型果实成熟调控受多种激素的调控[9]。草莓已成为研究非呼吸跃变型果实成熟的模式材料[2]。本研究发现，醋酸处理不仅抑制草莓果实的成熟(图2)，而且显著促进了多种激素的积累，如IAA、IPA、GA4、ZR、MeJA、ABA和BR，尤其ABA和IAA成倍数增加(图3)，暗示了二者是草莓果实成熟的主导激素。

早期的研究发现，发育中草莓果实IAA合成主要在种子，随着果实的成熟而逐渐降低；因此除去种子能促进草莓果实的成熟，而外施IAA则抑制成熟，证明了果实发育后期逐渐降低的IAA有利于成熟，而高水平的IAA则抑制成熟[12, 13]。在另一非呼吸跃变型葡萄果实中，施用生长素类物质BTOA (benzothiazole-2- oxyacetic acid) 显著抑制果实的成熟并同时促进了ABA的积累[14]。在草莓上也研究发现，ABA及ABA促释放剂二甲基亚砜都加速草莓果实的成熟，而ABA合成抑制剂氟啶酮(fluridone)抑制了果实的成熟[9]。此后一系列分子生物学证据进一步证实了ABA是调控草莓果实成熟的关键激素[2, 3]。研究发现，醋酸处理不仅促进草莓果实中ABA的积累，而且同时促进了IAA的积累(图3)。所以推测，醋酸处理抑制草莓果实的成熟可能与促进高水平IAA积累密切相关，而高水平的ABA可能是反馈调控所致；或者认为，IAA/ABA比值是草莓果实成熟的关键因素。另外，本试验也发现了GA4、ZR、MeJA和BR参与草莓果实的成熟调控(图3)。这一结果与以前的报道一致[3,4, 7]。

总之，本研究通过醋酸处理草莓果实试验，不仅证实了醋酸显著抑制果实的成熟，而且进一步证实了IAA和ABA是草莓果实成熟的关键调控激素，同时也为开发果实成熟调控技术提供新的思路。