NO诱导耐冷性在果蔬采后贮藏中的应用及研究进展

崔文玉，许新月，王文亮，刁丽娜，王延圣

（1.山东省农业科学院农产品研究所，山东省农产品精深加工技术重点实验室，农业部新食品资源加工重点实验室，山东济南 250100；2.山东农业工程学院，山东济南 250100）

0 引言

低温贮藏作为一种常见的果蔬采后贮藏手段，随着冷链物流技术的成熟与发展，得到了更加广泛的应用。然而，许多低温敏感型农产品，特别是一些热带或亚热带的水果，在低温环境下极易遭受冷害，从而降低果实采后的品质，通常表现为表面凹陷变色，内部组织破坏，无法正常后熟，失去原本风味，甚至腐烂变质[1]。冷害的发生严重影响了果蔬的贮藏品质，大大缩短了采后果蔬的货架期，从而限制了低温贮藏技术在果蔬采后贮运中的应用。近年来，各种调控果蔬采后冷害的技术层出不穷，其中采用外源一氧化氮诱导果蔬耐冷性的研究，成为国内外采后贮藏领域关注的热点[2]。

1 一氧化氮

20世纪末期Anderson et al.发现NO具有脂溶性、微溶于水且在铁盐溶液中溶解性进一步增强[3]。NO属于化学性质活泼的活性氮（RNS）类物质，以一氧化氮自由基、硝酰自由基和亚硝酸正离子3种形式存在[4]。因而，NO在细胞内和细胞间扩散比较容易，通过改变浓度来调控植物的多种生理活动[5]。经研究证实，NO在动植物体内的免疫反应、生理功能、信号传递、细胞凋亡、防御反应和酶调节等过程中都扮演着重要的角色[6]。NO在动物体内有很强的亲和力，能够取代CO2和O2的位置并能进一步促进血红素铁和非血红素铁结合，在舒张血管方面起着重要作用[7]。目前，NO对预防和治疗心脑血管等疾病具有良好的效果[8]。在植物体内NO同样扮演着重要的角色，经研究发现NO可以对植物的多项生理活动进行调节，采用外源NO处理芒果可以通过抑制呼吸速率，使抗氧化酶始终保持一个较高水平[9]。作为信号分子，NO参与了多种植物素的代谢过程[10]。NO能够有效提高植物体内抗氧化酶的活性，缓解盐胁迫对植物幼苗生长发育的抑制作用，促进植物幼苗的光合作用与生长发育[11-12]。

NO作为普遍存在于植物体内的气体分子，是一种重要的信号调节物质。NO在保鲜领域的研究已成为热点，研究表明NO能够抑制果蔬贮藏过程中冷害的发生，并且可以延缓在贮藏过程中的褐变进程[13]。目前，NO已经广泛应用于果蔬保鲜中，显著提高了采后果蔬的贮藏品质。外源NO能够显著延缓果实硬度的下降，可溶性固形物的升高和颜色的变化，较好地保持果实品质[14]。

2 NO在诱导果蔬采后耐冷性中的应用

2.1 NO对果蔬采后耐冷性的影响

近年来，国内外学者围绕着NO对低温胁迫的响应机制及其在诱导果蔬采后耐冷性的作用展开了深入研究。

NO诱导果蔬耐冷性的应用见表1。

由表1可知，采用外源NO处理多种呼吸跃变型或非呼吸跃变型的水果，能够显著增强其在低温贮藏下的耐冷性[15]。Dong J等人[16]将黄瓜放在0.5 g/L酵母多糖溶液中浸泡10 min，在4℃下贮藏15 d后，发现酵母糖能显著提高黄瓜内源NO的含量，同时减轻了其受冷害的程度。而用NO清除剂和NO合成抑制剂处理的黄瓜NO的产生被削弱，其耐冷性也大大降低，受冷害程度加重。由酵母多糖诱导的NO突增可能是酵母多糖诱导黄瓜耐冷性机制中的一个早期上游信号。通过NO处理后的“新密3号”甜瓜，其采后的呼吸速率及乙烯释放量被降低，从而更好地维持甜瓜果实的硬度和可溶性固形物含量，达到减轻低温胁迫条件下对甜瓜冷害症状、延长甜瓜贮藏期的目的[17]。张小康[18]发现，经过15 mmol/L外源NO处理能有效维持桃果实在贮藏期间的能量代谢、缓解膜脂过氧化进程，从而达到增强桃果实的耐冷性的效果。有研究证明，适度的NO可以缓解樱桃受低温胁迫的影响[19]，还有研究发现NO与水杨酸（Salicylic acid）之间存在交互作用，水杨酸能够诱导拟南芥中NO的合成。结果表明，NO在果蔬低温胁迫响应机制中发挥着重要作用，能够显著降低果蔬对低温条件的敏感性，从而保持贮藏品质并延长货架期，再加上NO对果蔬无残留毒性，使用浓度低，成本相对低廉，因此在果蔬采后贮藏保鲜领域有着广阔的应用前景。采用NO处理采后果蔬来诱导耐冷性主要有2种方式，一种是直接采用NO气体熏蒸，另一种则是利用NO供体溶液浸泡[20]。

表1 NO诱导果蔬耐冷性的应用

2.2 NO对果蔬采后叶绿素的影响

Manjunatha G等人[21]研究发现，NO在叶绿素代谢及果实成熟方面起着重要的调节作用。NO处理常温贮藏下的西兰花，可以有效缓解其叶片黄化，降低叶绿素降解的速度[22]。黑暗条件可以加速拟南芥叶片衰老，NO作为叶绿素代谢的调节因子，有助于维持叶片在衰老过程中类囊体膜的稳定性[23]。NO可以有效阻止叶绿体脂质和蛋白质氧化，此外还可以直接作用于叶绿体进而影响和调控一系列下游信号[24]。李艳娇[15]研究发现，在低温贮藏下，随着贮藏时间的延长，叶绿素含量逐渐降低，但经过NO处理后可以延缓果实叶绿素下降的速度。

3 NO诱导果蔬采后耐冷性的作用机制

3.1 增强抗氧化体系

Xu M等人[25]发现，低温1℃贮藏引起枇杷果实的内源NO含量大幅度增加，用NO清除剂C-PTIO处理枇杷后置于1℃和95%RH（相对湿度） 条件下贮藏，不仅大大减少了果实内NO的积累，冷害症状也随之加重。此外，经C-PTIO处理后的枇杷果实中超氧阴离子（O2-）和过氧化氢（H2O2）的含量显著高于对照组，而超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血过氧化氢酶（APX）、过氧化物酶（POD） 的活性则明显降低。经SNP处理有助于提高果实的抗氧化能力，减缓抗氧化酶活性的降低，提高活性氧清除能力并且可以降低活性氧积累，而经过L-NNA（活性氧自由基合成途径抑制剂）处理后的果实则产生了相反的效果。同时，NO在调节呼吸代谢的过程中还对其他的生理活动产生影响，可以推测NO可能参与该信号网络的调控[26]。Guo F等人[27]研究表明，低浓度NO能迅速清除超氧阴离子和脂质自由基（R-）并且可以通过诱导抗氧化酶基因的表达，进一步起到保护作用。Liu Y等人[28]研究发现，由低温引起的NO积累能够有效为植物细胞提供保护，使其受到氧化损伤的程度大大降低。NO可能作为一种抗氧化物直接清除活性氧自由基（ROS），也可能作为一种信号分子激活了果蔬在冷害下的抗氧化防御机制，从而大大增强了白皮松（Chorispora bungeana）悬浮细胞的耐冷性。NO外源供体硝普钠（SNP）明显降低了果蔬体内活性氧的含量，同时显著提高了APX，CAT，GR，POD，SOD，ASA（抗坏血酸），GSH（还原型谷胱甘肽）等抗氧化酶的活性。

3.2 NO对细胞膜结构的影响

NO处理对减少丙二醛（MDA）含量、降低细胞膜透性具有积极作用，并且可以进一步缓解膜脂过氧化，达到保护细胞膜的目的。Chen F H等人[29]研究发现，NO处理枇杷果实，通过抑制H2O2及膜脂过氧化产物MDA的积累，来缓解低温对其的影响。有研究表明，适度的NO处理可以抑制莲雾果实中膜相对透性和丙二醛含量的升高[30]。高浓度的NO处理对果蔬细胞膜具有破坏作用而低浓度的NO对果蔬的细胞膜能够起到保护作用，其浓度在30 mmol/L时效果最佳[31]。外源NO能够增加UV-B胁迫下植物光合色素的含量，降低植物细胞的氧化损伤程度，保护植物细胞膜的完整性，维持植物细胞的结构与生理功能[32]。在低温状态下，经硝普钠（SNP） 处理后的芒果抑制了果实离子渗透率，缓解了芒果果实细胞膜受低温胁迫的症状[33]。

3.3 调节脯氨酸代谢

脯氨酸作为一种具有稳定刚性构想的蛋白质氨基酸，能够维持蛋白质完整性的方式来保护细胞内稳态并对特定基因的表达起诱导作用，从而有助于缓解各种外界胁迫对植物的影响[34]。脯氨酸不但可以直接清除活性氧自由基，而且能够保护抗氧化酶并维持其活性，从而提高体系的抗氧化能力[35]。在通过对桃[36]、枇杷果实[37]采后耐冷性的研究发现，脯氨酸的积累对耐冷性有着重要的影响。Zhao R R等人[38]采用0.02 mmol/L SNP溶液对番茄进行真空渗透，贮藏在2℃条件下30 d后发现，与对照组相比，经0.02 mmol/L SNP溶液处理后番茄冷害指数明显得到控制，同时脯氨酸的含量明显提高。因此可以推论，通过调控脯氨酸的代谢增强耐冷性可能是NO应对外界低温胁迫响应的机制之一。

3.4 调节酚类代谢

Zhu L Q等人[39]用不同浓度的NO熏蒸冬枣3 h，并置于温度22℃和湿度95%条件下贮藏，发现20 μL/L的NO能够促进冬枣变红，并且抑制了其多酚氧化酶（PPO） 和苯丙氨酸解氨酶（PAL） 的活性，同时与对照相比有着更高的总酚含量，较低的总花青素含量。周慧等人[40]认为，NO同PPO活性位点中的一个铜原子结合形成NO-Cu（B）-PPO，改变了PPO活性位点的正常结构，从而降低了PPO的活性。低活性的PPO抑制了多酚的氧化和花青素的降解。经NO处理抑制了鲜切桃的PPO和POD活性，减轻其褐变程度，从而更好地保持了鲜切桃良好的外观和贮藏品质。Wang Y等人[41]研究发现，经NO处理后的香蕉可以通过增强抗氧化体系和次级代谢产物来缓解在低温贮藏条件下香蕉的冷害症状。

3.5 激活CBF

C-重复结合转录因子（CBF）是调控植物冷驯化相关基因表达的一种调控转录激活因子，在番茄受到低温胁迫后会大量表达，在增强番茄采后耐冷性方面发挥着重要作用[38]。研究表明，将拟南芥的3个CBF基因敲除，突变体与野生型的基础耐冷性方面没有太大差异，但突变体所获得的耐冷性降低，表明CBF基因在植物冷驯化及耐冷性获得的过程中发挥着至关重要的作用[42]。拟南芥突变体具有冷敏性特点，而诱导CBF的表达（ICE1）可以增加拟南芥的耐冷性[43]。

3.6 其他

Gupta K J等人[44]证明，存在于线粒体中的NO可以增加根瘤菌的能量水平。在低温贮藏条件下，经一氧化氮抑制剂C-PTIO处理后的枇杷，其耐冷性将会降低[25]。Zhang X等人[19]研究发现，多胺和内源NO含量的提高，可能是促进MeSA处理的番茄耐冷性提高的重要原因。经NO处理的香蕉中的DAO活性进一步提高，通过GABA的支路生成琥珀酸，然后进入三羧酸循环，从而保证了碳循环的进行，同时也保证了能量的供应[45-48]。

4 结语

由于NO的作用具有两面性，对于NO在不同果蔬中的施用浓度和作用条件仍需要进一步明确[49]。此外，目前有关NO在果蔬诱导抗逆性的研究多数是根据施用外源NO后对果蔬贮藏品质的影响[50-51]，但是关于果蔬内源NO在低温胁迫响应下的作用机制报道相对较少。NO同其他植物激素、次级代谢产物及冷害相关信号途径之间的关系有待进一步深入研究。