反式-2-己烯醛的生态生理功能及其在果蔬保鲜中的应用

王新策 ，朱莉莉，陈庆敏，岳凤丽，傅茂润，韩聪，孙斐*

（1.齐鲁工业大学<山东省科学院>食品科学与工程学院，生物基材料与绿色造纸国家重点实验室，山东济南 250353；2.江西农业大学农学院，江西南昌 330045；3.山东农业工程学院食品与工程学院，山东济南 250100）

(E)-2-己烯醛是由指植物体内C18和C16不饱和脂肪酸（亚麻酸或亚油酸）通过脂肪酸氧化酶（LOX）和脂氢过氧化物裂解酶（HPL）共同作用形成的含有6 个碳原子的醛类[1]，有绿叶或青草香气，普遍存在于植物中，在植物受到机械损伤或虫咬等胁迫后迅速释放。当亚麻酸作为合成前体，先经LOX 催化形成13-氢过氧化物，后经HPL催化形成顺式-3-己烯醛（(Z)-3-己烯醛）[2]，(Z)-3-己烯醛可经异构酶的作用异构化为反式-3-己烯醛（(E)-3-己烯醛）和反式-2-己烯醛（(E)-2-己烯醛），后者更易被异构化[3]。

(E)-2-己烯醛在众多植物中都有释放，且是占总挥发性物质最丰富的芳香活性化合物之一[4]。多数植物包括大型藻类等都能释放反式-2-己烯醛，甚至在昆虫、猪肉及其制品、油脂制品中也可检测到[5]。(E)-2-己烯醛是枣果实中丰度最高的挥发性组分[6]；风味活性值分析（odor activity values）结果表明，(E)-2-己烯醛对桃特征性风味的贡献排在所有挥发性物质的第四位[7]；(E)-2-己烯醛是香蕉独特风味和香气的重要组成成分[8]。(E)-2-己烯醛作为绿叶挥发物中的醛类物质，具有一定的抑菌特性，并在果蔬保鲜中得到相关应用。(E)-2-己烯醛对柑橘中酸腐病菌具有很强的抑制作用，可降低柑橘果实酸腐病的发病率、减缓发病程度[9]；在草莓中，(E)-2-己烯醛熏蒸处理能有效抑制草莓球腔菌的生长[10]。不同植物的不同发育阶段，都会消耗大量的物质原料和能量合成(E)-2-己烯醛，从进化理论分析，(E)-2-己烯醛应该有重要的生态生理功能，其合成途径才能在进化中保留下来。本文就(E)-2-己烯醛的生态生理功能、作用机理及在果蔬保鲜中的应用进行了归纳和总结，以期对(E)-2-己烯醛的深入研究提供参考。

1 (E)-2-己烯醛的生态生理功能

(E)-2-己烯醛又称3-丙基丙烯醛、青叶醛，分子式C6H10O，分子量98.15，沸点150 ℃。以C18不饱和脂肪酸亚麻酸为合成底物，通过LOX 催化形成13-脂肪酸氢过氧化物，后经两个途径进行分解：第一个途径是通过丙二烯合成酶（AOS）形成茉莉酸（JA），另一条途径是经过HPL 的催化形成(Z)-3-己烯醛，再经异构酶的作用形成(E)-2-己烯醛[11]。(E)-2-己烯醛在许多植物的茎、叶、果实和花中都有相对较高的释放水平，同时在植物受到机械损伤、昆虫咬食、病菌侵染等外界胁迫时也会大量释放。(E)-2-己烯醛作为C6醛类，有较强的抑菌活性，对细菌、真菌类等病原菌具有抵御防卫作用[12]。此外，(E)-2-己烯醛还具有抗虫特性，能通过直接或间接作用对害虫进行防御[13]；同时，(E)-2-己烯醛具有诱导植物产生抗病性的作用，作为信号分子不但可以加强自身抗病防卫系统的表达，同时还可诱导相邻植株抗病相关基因的表达，以提高植物的抗性[14]。

1.1 抑菌活性

植物挥发性物质从植物中释放并在植物间传导，目前已知的植物挥发性物质都具有一定的抑菌活性。研究发现，与其他类挥发性物质相比，醛类化合物被认为是对真菌孢子、菌丝和细菌细胞都具有最强的生长抑制和最致命的一类挥发性物质[15]。(E)-2-己烯醛作为C6醛，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都有抑制作用[16]。段腾飞等[17]研究发现，(E)-2-己烯醛对扩展青霉具有良好的抑制作用，他还将其与其他8 种抑菌物质进行对比，发现(E)-2-己烯醛的抑制效果最好，并且能完全抑制部分植株扩展青霉的生长；赵璐玲等[18]测定8 种绿叶挥发物对玉米贮藏过程中黄曲霉的抑菌效果，发现(E)-2-己烯醛具有较好的抑菌效果，并得出最小抑菌浓度和最小杀菌浓度分别为0.01、0.02 μL/mL。(E)-2-己烯醛对假单胞菌属（Pseudomonas）、黄单孢菌属（Xanthomonas）及欧文菌属（Erwinia）等病菌也具有强烈的抑制作用。

目前，关于(E)-2-己烯醛的抑菌机理未见有文献深入报道，但有以下三种关于其抑菌机理的推测。（1）(E)-2-己烯醛可以改变细胞膜的通透性，使细胞内大量物质外泄，导致细胞死亡[19-20]。病原菌体正常的生长代谢是以完整的细胞膜结构为基础[21]，大多数的抑菌物质是通过破坏细胞膜的完整性来起到抑菌效果。田虎[22]用(E)-2-己烯醛处理番茄采后分离出的寄生菌圆弧青霉时发现，用最小抑菌浓度处理的菌株与对照组相比，菌丝体出现明显凹痕，并导致胞内物质泄漏；当用最小杀菌浓度处理后发现菌株菌丝体完全干瘪，胞内物质大量外泄，说明(E)-2-己烯醛改变了菌体的通透性，破坏了其完整性；进一步测定了细胞脂质含量，发现其脂质含量明显下降，说明(E)-2-己烯醛可能改变了细胞膜的结构。(E)-2-己烯醛处理对青霉孢子膜的破坏作用呈浓度梯度模式，处理导致膜通透性参数的变化，包括细胞内三磷酸腺苷含量的释放、细胞外pH 降低及电导率增加等[23]。（2）(E)-2-己烯醛的抑菌活性源于醛类结构中α,β-不饱和羰基与病原菌细胞膜上的亲电基团发生加合反应，致使细胞失活[24]；(E)-2-己烯醛结构中的羰基以α,β-双键共轭形式存在，双键增加了羰基的亲电性能，也增加了它们的化学反应性，而这些分子容易发生一些特征性化学反应，包括Michael加成反应、亲核原子与双键中β-碳反应，同时α,β-不饱和羰基可以刺激防御相关基因的表达[25]。（3）(E)-2-己烯醛通过抑制己糖或氨基己糖等真菌细胞壁特有成分的生物合成路径，以破坏细胞壁达到抑菌作用[26]。真菌细胞的细胞膜和细胞壁起着维持细胞固有形态、完成胞内物质交换以及生物合成等作用，细胞壁的主要成分是己糖或氨基己糖，醛类物质中特定的化学物质可以阻碍细胞壁合成途径上的化学物质，改变细胞的通透性，起到杀菌效果。也有研究表明醛类中化学物质对细胞的破坏归因于它们抑制麦角固醇生物合成并同时抑制与麦角固醇结合的能力，预期了这些化合物对细胞壁的间接或次级作用[27]。

1.2 抗虫特性

植物和草食性昆虫在漫长协同进化的过程中，进化了一套完整、有效的防御系统来抵御昆虫的侵害[28]。(E)-2-己烯醛作为植物次级代谢产物，对草食性昆虫具有抵抗防御特性，此特性包括直接抗虫性和间接抗虫性。直接抗虫性指(E)-2-己烯醛对昆虫的直接毒害作用，研究报道，(E)-2-己烯醛可以减少害虫对棉花的危害，并诱导形成棉花植保素[29]。Gen-Ichiro 等[30]研究发现(E)-2-己烯醛对线虫具有很强的抑制活性，尽管这种抑制作用的确切机理尚不清楚，但结果表明，(E)-2-己烯醛处理抑制了线虫扩散能力，影响了营养物质代谢和消化酶活性，从而干扰了线虫正常的生理生化活性。

间接抗虫特性指(E)-2-己烯醛可以引诱草食性昆虫天敌到植物周围，从而达到间接保护植物的作用[31]。(E)-2-己烯醛可诱导昆虫捕食者快速找到目标是由于昆虫可以通过嗅觉感受到 (E)-2-己烯醛的快速释放。Christensen 等[32]研究发现降低了玉米中(E)-2-己烯醛合成途径的表达水平之后，与未处理植株相比，表达水平减少的植株对草食性动物天敌寄生蜂的吸引能力降低，也说明了(E)-2-己烯醛对昆虫的间接抵御能力。同时，(E)-2-己烯醛对草食性昆虫的直接和间接抵御作用可以作为系统抗性反应信号，在相邻植株间传导并引发抗虫性[33]。

1.3 诱导抗病性

病原菌对植物的侵染性与植物防御机制的产生是病原菌与植物长期相互作用的结果，由于病原菌长期进化过程中会形成一系列的侵染策略，植物也会不断进化防御系统用来抵御病原菌的侵入和扩展，这种保护机制被称为抗病性。植物对病原菌的抗性可分为基础抗性和诱导抗性，基础抗性是指病原体侵染前就预先存在的抗性因素，诱导抗性是指病原菌侵染后引起植物产生新的抗性结构及一系列生物化学反应。(E)-2-己烯醛被认为可能是植物抗病基因的调节因子，是病原菌侵染过程中植物自身或相邻植物间的信号分子。(E)-2-己烯醛熏蒸处理可以诱导黄瓜对灰霉产生抗性，同时提高了相关防御酶的活性以及黄瓜叶片中木质素的积累[34]；在柠檬中，(E)-2-己烯醛可以诱导防御相关基因LOX 基因、HPL 基因以及AOS 基因的表达[35]；(E)-2-己烯醛处理番茄，增加了番茄中乙烯受体、脂氧合酶和苯丙氨酸解氨酶（PAL）基因的mRNA 水平，增加了对灰霉的抗性[36]。这些研究表明(E)-2-己烯醛既具有直接抑菌作用，也具有诱导植物产生抗病性的作用。

(E)-2-己烯醛诱导自身及相邻植株产生抗病性的机理可分为3 个方面。（1）(E)-2-己烯醛可以诱导植物中木质素含量的增加，使细胞壁加厚并木质化，抵御病原菌对植物的侵染。当植物受到外来病原物侵染时，作为防御第一屏障的细胞壁会受到部分破坏，从而诱导细胞对细胞壁进行自我修复，细胞壁上的非蛋白物质快速堆积，加厚细胞壁并使其木质化[37]；(E)-2-己烯醛诱导植物中木质素的积累，木质素沉淀可以抵御病原菌对植物细胞的降解，并且木质素合成前体酚类物质对病原菌有毒性，起到抵御的作用[38]。（2）(E)-2-己烯醛增加了植物中植保素和几丁质酶的积累，提高植物防御酶活性。植物遭受外界胁迫后会产生或积累一类小分子抗菌物质，称为植物保卫素，(E)-2-己烯醛处理诱导拟南芥中植保素和几丁质酶的积累，可以抑制病原菌的生长和繁殖。(E)-2-己烯醛处理烟草可以诱导相关防御酶活性增加，通过防御酶活性增加和协调作用做出保护性反应[39]。（3）(E)-2-己烯醛可能作为信号分子，提高植物中防卫基因的表达量。信号识别、信号传导和防卫基因的表达是植物抵御外界侵害经过的三个阶段[40]，(E)-2-己烯醛处理明显增加了黄瓜叶片中苯丙氨酸酶（PAL）基因和几丁质酶的表达量，几丁质酶是JA 信号途径的标记基因，说明(E)-2-己烯醛作为诱导抗病信号可能通过JA 信号途径进行传导。

2 (E)-2-己烯醛在果蔬保鲜中的应用

果蔬采后是活的有机体，仍会进行呼吸、休眠、新陈代谢等生命活动[41]。果蔬采后在贮藏或运输过程中易受微生物污染，导致其营养损失、腐烂变质、损耗严重，并且会对人体产生危害，引起食源性疾病。为了防止病原体（如细菌和真菌）在果蔬收获后的侵染，常使用化学方法防治，这些方法存在化学污染、药物残留和难降解问题。植物释放出多种挥发性化合物，其中一些是水果、蔬菜、香料和草药中重要的风味品质因子[42]。挥发性化合物被认为在新鲜农产品防御腐烂微生物过程中起了重要作用[43]。(E)-2-己烯醛作为绿叶挥发物，已被用作抗真菌熏蒸剂，很多试验已经证明(E)-2-己烯醛可以在果蔬贮藏过程中降低果蔬腐烂速度，从而较长时间地维持其品质。

2.1 抑制果蔬真菌的生长

果蔬在贮藏过程中极易受到真菌感染，从而出现病变、品质降低等一系列不好的商业化现象[44]，青霉属（Penicillium）、曲霉属（Aspergillus）、葡萄孢属（Botrytis）和链格孢霉（Alternaria）等霉菌均是导致新鲜果蔬腐烂和病变的常见菌类[45]。Jihong 等[46]研究了(E)-2-己烯醛对番茄贮藏过程中主要病原体之一圆弧青霉的抗真菌活性和潜在的抑菌机理，试验数据表明环孢假单胞菌的膜通透性随着(E)-2-己烯醛浓度的增加而增加，并且(E)-2-己烯醛可以诱导总脂质含量和细胞外pH 的降低。这些结果表明，(E)-2-己烯醛对环孢假单胞菌的抗真菌活性可归因于细胞膜完整性的破坏，膜通透性的增加和细胞成分的泄漏。

(E)-2-己烯醛能明显抑制果蔬贮藏过程中病原菌菌落直径的扩展，降低孢子萌发率以及抑制孢子芽管的伸长；同时对细胞膜形态和结构有一定的抑制作用，(E)-2-己烯醛处理可改变病原菌菌丝表面形态，使其干瘪，表面变得粗糙不规则。(E)-2-己烯醛可增大细胞膜透性，使MDA 含量增加。这说明经(E)-2-己烯醛处理的病原菌的细胞膜发生膜脂过氧化，细胞遭到不同程度的损伤，可见(E)-2-己烯醛处理对果蔬保鲜具有积极作用。但是，使用(E)-2-己烯醛存在局限性，有文献报道高浓度的(E)-2-己烯醛直接抑制真菌的生长，可能与植物中不良反应的诱导有关[47]；在低浓度下，(E)-2-己烯醛可能会促进菌丝的生长[48]。

2.2 增强果蔬防御酶活性并清除活性氧

果蔬成熟衰老过程通常伴随着活性氧的过量产生，活性氧自由基是由电子传递链产生的超氧阴离子，可通过与细胞内成分发生反应生成破坏性很强的羟基自由基和过氧亚硝基阴离子自由基，破坏核酸结构和功能，使蛋白质失活，从而造成细胞变形、突变和衰老[49]。Junko 等[50]研究发现(E)-2-己烯醛可以有效减少草莓果实采后灰霉菌的感染，并且可以诱导抗病性，此抗病性可能与抗真菌相关基因有关；Neri 等[51]将接种过扩展青霉的梨在20 ℃下进行(E)-2-己烯醛熏蒸处理，研究发现接种后24 h 或48 h施用(E)-2-己烯醛处理，可以更大程度地减少腐烂程度、扩展青霉感染和棒曲霉素含量，而在接种后2 h 施用则无效，施用后贮藏温度（-1 ℃）不影响果实的抗真菌活性，且处理对果实理化性状无影响。(E)-2-己烯醛可诱导植物相关防御酶活性的提高，过氧化物酶（POD）等保护酶活性的增加可以及时清除活性氧，使植物体内活性氧的产生和清除处于动态平衡之中，自由基维持在一个较低的水平，从而提高果蔬的抗性，避免活性氧对细胞造成伤害，延长果蔬贮藏期。

2.3 保持果蔬品质

质地是果实品质和商品性的保证，也是评估果蔬采后贮藏品质的重要参数，果蔬中糖和酸等碳水化合物比例及含量是影响口味的重要因素[52]。张智毅[53]将(E)-2-己烯醛和正己醛联合使用对鲜切菠萝蜜进行熏蒸处理，研究发现联合处理可以延缓鲜切菠萝蜜的褐变和软化现象，同时抑制了抗坏血酸、还原糖含量的下降以及可滴定酸含量的上升，较好地保持了鲜切菠萝蜜的风味和口感。(E)-2-己烯醛和正己醛联合处理可以清除鲜切菠萝蜜贮藏初期产生的活性氧自由基，保持抗氧化相关酶的酶活，一定程度上能起到抗衰老作用。

3 展望

绿叶挥发物(E)-2-己烯醛作为植物源天然抑菌剂具有无毒无害、高效、低残留等优点，对植物病原菌起到了很好的抑制作用，能有效抑制贮藏期间果蔬微生物的侵染，但其对果蔬品质保持的效果一般。如果将(E)-2-己烯醛与保鲜剂（如1-甲基环丙烯）复配熏蒸使用，可以将两种保鲜效果结合，并且(E)-2-己烯醛已可工业生产，两者复配制成熏蒸剂有望在果蔬采后运输贮藏中得到应用。关于(E)-2-己烯醛生态生理功能的报道较多，但对其机制机理、作用位点尚不十分明确，且过高过低浓度是否会对果蔬抑菌性及品质产生影响也尚不明确，因此，(E)-2-己烯醛生态生理功能有待深入探索。文献报道单细胞藻类已具有合成(E)-2-己烯醛的能力，但是这一进化时期陆生植物、食草昆虫和植物病原菌尚未完成进化，这意味着科学界普遍认为的(E)-2-己烯醛参与抑菌、抗虫和诱导抗性等功能与进化理论可能存在一定的矛盾。而(E)-2-己烯醛的产生和释放都在叶绿体内膜上完成，因此是否可能存在着挥发性物质和质体转化的一种可能诱导关系或者(E)-2-己烯醛可能作为质体转化的上游或下游信号，也有待研究探索。