水杨酸诱导果实采后抗病性机制研究进展

孙钧政 ，李美玲 ，唐金艳 ，明艳林 ，林河通 ，陈艺晖 *

(1. 福建农林大学食品科学学院，福建 福州 350002；2. 亚热带特色农产品采后生物学福建省高校重点实验室，福建 福州 350002；3. 福建省亚热带植物研究所／福建省亚热带植物生理生化重点实验室，福建 厦门 361006)

近年来，农业生产中应用特克多、抑霉唑、苯莱特、扑海因等化学杀菌剂处理，对抑制病原菌生长及防治果实采后病害皆有显著效果；但化学杀菌剂也引起药物残留、环境污染、病原物产生抗药性，乃至危害人体健康等一系列问题，这些问题日益凸显使得许多化学杀菌剂被禁止用于果实采后处理。因此，开发安全、高效和环保的采后病害防控技术是当前生产亟待解决的问题。

水杨酸(Salicylic acid，SA)是普遍存在于植物体内具有调控植物抗病和延缓衰老功能的小分子酚类物质[1—4]，作为一种植物生长调节剂和重要的信号分子被广泛应用于果实采后抗性诱导[5—6]。抗性诱导的机制涉及果实与病原菌、激发子之间复杂的互作关系。本文综述 SA对多种果实采后病害的抑制效果及其抗病机制，旨在为生产上 SA应用于果实采后病害控制、延长果实保鲜期提供技术参考。

1 水杨酸对果实采后病害的抑制效果

Zeng 等[7]报道 1 mmol·L-1SA 处理杧果(Mangifera indica)后，果实炭疽病(Colletotichum gloeosporioides)的发病率降低，且病斑直径扩展缓慢。曹建康等[8]用不同浓度外源 SA处理苹果梨(Pyrus bretschneideri)果实，并于24 h后接种链格孢菌(Alternaria alternata)，在 17±2 ℃或 2±1 ℃下观察其发病情况，研究显示，0.5 g·L-1和1.0 g·L-1SA处理均有效抑制病斑扩展，且在低温贮藏条件下 SA的抑菌效果更明显。Rocha Neto 等[9—10]用2.5 mmol·L-1SA 处理苹果(Malus domestica)果实，然后浸泡接种青霉病菌(Penicillium expansum)，可有效抑制青霉病的发生。Iqbal等[11]研究表明，3 mmol·L-1SA处理能在一定程度上减少柑橘(Citrus reticulata)果实采后病害的发生；当SA浓度高于6 mmol·L-1时则完全抑制柑橘青霉病菌(Penicillium digitatum)和绿霉病菌(Penicillium italicum)的生长。

2 水杨酸控制果实采后病害的作用机理

2.1 水杨酸对病原菌的直接抑制作用

Panahirad等[12]研究发现，不同浓度SA(0.5、1、2、3、4、5 mmol·L-1)处理均能显著抑制桃(Prunus persica)果实匍茎根霉菌(Rhizopus stolonifer)生长，其中5 mmol·L-1SA处理能完全抑制R. stolonifer生长。El-Mougy[13]研究发现，80 mmol·L-1SA处理能完全抑制黑曲霉(Aspergillus niger)、灰霉(Botrytis cinerea)、绿霉(Penicillium italicum)和青霉(Penicillium digitatum)生长。Yao 等[14]报道2 mmol·L-1SA处理对甜樱桃(Prunus avivum)果实的褐腐病菌(Monilinia fructicola)生长和孢子萌发有直接抑制作用。He等[15]发现，5 mmol·L-1SA可有效抑制杧果炭疽病菌(Colletotrichum gloeosporioides)生长。由此表明，SA作为一种小分子酚类物质，对病原菌生长繁殖具有直接抑制作用。

2.2 水杨酸对果实抗病性的诱导作用

2.2.1 水杨酸诱导果实抗氧化反应

SA诱导植物抗病的机制与抑制过氧化氢酶(CAT)活性，使植物细胞过氧化氢(H2O2)浓度上升有关。Zhu等[16]研究发现，外源 SA处理可诱导柑橘体内H2O2积累，认为H2O2作为重要的信使分子可诱导细胞壁抗性增强，并诱导植物抗病相关物质的生物合成和防御相关基因的表达，使感病植物对病原菌产生抗性。Wang等[17]也发现，SA浸泡处理采后杏(Prunus armeniacaL.)果实能有效抑制CAT和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性，增加H2O2积累。同时，Buron-Moles等[18]和 Cumplido-Najera等[19]报道，H2O2还参与了木质素的生物合成、聚合和沉积，从而增强果实对病原体感染的防御；而一些抗氧化酶，如APX和超氧化物歧化酶(SOD)等，在植物与病原菌互作中具有重要作用。Huang等[20]研究 SA对6 ℃和20 ℃条件下贮藏的脐橙(Citrus sinensis)果实活性氧代谢的影响，结果显示，SA处理能显著增加脐橙果实H2O2积累，提高SOD活性，降低了CAT活性和丙二醛(MDA)含量。采后番石榴(Psidium gujava)[21]和橙[22]果实经SA处理后，在低温贮藏环境中果实 MDA含量显著降低。Suiubon等[23]采用2 mmol·L-1和 3 mmol·L-1SA 浸 泡 处 理 龙 眼(Dimocarpus longan)果实后，增强了果实在10 ℃贮藏过程中的SOD和APX活性。Dokhanieh等[24]研究表明，樱桃果实采后用 SA(1 mmol·L-1和2 mmol·L-1)浸泡处理5 min，有利于果实中抗氧化物质(总酚、类黄酮、花青素和还原型抗坏血酸)在贮藏期间维持较高含量水平，并增强DPPH自由基清除能力。大量研究表明，对采后荔枝(Litchi chinensis)、葡萄(Vitis vinifera)、苹果和油桃采用SA处理均可提高果实在贮藏期间的抗氧化物质含量[25—28]。Supapvanich 等[29]使用 2 mmol·L-1SA 对番木瓜(Carica papaya)果实进行浸泡处理后，提高了果实的抗坏血酸含量和抗氧化活性。Koyuncu等[30]对石榴(Punica granatum)进行 SA 处理后，提高了果实在6 ℃贮藏环境中的抗氧化能力。据报道，SA还能显著提高采后火龙果(Hylocereus polyrhizus)[31]、山竹(Garcinia mangostana)[32]、杏[33]和酸橙[34]等果实的抗氧化能力。

此外，SA处理能调节抗氧化系统从而减轻果实膜脂过氧化作用。Xu等[35]利用蛋白羰基化的免疫测定技术研究外源 SA调控甜樱桃果实抗氧化反应，结果表明，2 mmol·L-1SA处理能有效诱导甜樱桃果实 CAT、几丁质酶(CHI)、过氧化物酶(POD)和β-1，3葡聚糖酶(GLU)的活性，以及相关基因在RNA转录水平的表达，还能减轻由青霉菌(Penicillium expansum)侵染造成的氧化胁迫，降低蛋白羰基化程度，有效抑制青霉菌对甜樱桃果实的侵染程度，说明 SA处理激发甜樱桃果实抗氧化反应是其诱导果实抗病性的一个重要机制。

2.2.2 水杨酸诱导果实防御反应

植物抗病相关酶在抵御各种病原菌的侵染过程中起重要作用，主要包括酚类物质代谢系统中的相关酶和病原相关蛋白家族(PR蛋白)，如苯丙氨酸解氨酶(PAL)、POD和多酚氧化酶(PPO)。PPO可催化醌类化合物及木质素形成，构成保护性屏障使植物细胞避免病菌侵害[36—37]；在木质素生物合成的最后一步反应过程中，POD通过催化 H2O2分解起重要作用[38—39]；而PAL是苯丙烷类代谢途径中的首要关键酶，PAL活性与植物体产生酚类化合物和抗毒素密切相关[17]。

Wang等[17]研究发现，用 2 mmol·L-1SA 减压(0.02 kPa)浸泡‘大黄’杏果实2 min，可显著提高杏果实在2 ℃贮藏期间POD和PAL酶活性以及类黄酮和总酚含量。Mustafa 等[40]报道，0.1 mmol·L-1和1 mmol·L-1SA处理可提高杨桃(Averrhoa carambola)果实在6 ℃低温贮藏期间PPO和POD活性。Zhou等[41]的研究也表明，用2.5 mmol·L-1SA处理可有效提高柑橘果实在20 ℃贮藏期间PAL、POD和PPO活性。Yao等[14]也证实2 mmol·L-1SA浸泡甜樱桃果实2 min后，贮藏期间发病率降低与SA处理显著提高PAL、POD和GLU活性有关。石亚莉等[42]使用150 mg·L-1SA浸泡苹果果实20 min后，其POD、PPO、PAL、CHI和GLU活性显著上升，从而有效地抑制了采后果实灰霉病的发生。Shi等[43]的研究发现，SA处理显著提升采后葡萄柚(Citrus paradise)果实的POD、CHI和GLU活性。Supapvanich等[44]采用2 mmol·L-1SA浸泡番石榴果实，可增强其采后贮藏过程中的POD活性。Xu等[35]的研究也表明，2 mmol·L-1SA处理可诱导‘红灯’甜樱桃果实CHI和GLU活性升高。

此外，苯丙烷途径是合成酚类物质的重要途径[45]。由于酚类物质自身对病原菌的生长有良好的抑制效果，能对病原物产生拮抗作用，同时酚类物质也是合成木质素的重要前体物质，而木质素与纤维素共同作用在植物细胞壁中可增强果实表皮结构，进而增强果实的抗病性[46]。Yuan等[47]研究发现，经1.5 mmol·L-1SA处理的采后枣(Ziziphus jujuba)果实，其肉桂酸4-羟化酶(C4H)和PAL活性显著提高，进而诱导苯丙烷代谢，增强果实的抗病性。Dokhanieh 等[24]采用 1.0 mmol·L-1和 2.0 mmol·L-1SA对樱桃果实进行浸泡处理，结果显示SA处理可以进一步增强樱桃果实的苯丙烷代谢途径。另外，Zhou等[41]证实，2.5 mmol·L-1SA处理柑橘果实后，显著增强贮藏期间果实的苯丙烷途径相关酶活性。

2.2.3 水杨酸调控果实呼吸代谢

研究表明，果实采后衰老、病害发生通常与较高的呼吸强度和较低的能量状态有关[48—50]，较高的呼吸强度会大量消耗呼吸基质，加速衰老，病害爆发，进一步缩短果实保质期[50—52]。果实呼吸代谢包括三羧酸循环(TCA)、糖酵解途径(EMP)、磷酸戊糖途径(PPP)、线粒体电子传递链(CCP)等多条呼吸代谢途径，每条呼吸代谢途径在生命活动中都具有独特的功能[52—53]。呼吸代谢途径主要受呼吸关键酶的调控。其中，琥珀酸脱氢酶(SDH)是TCA循环的关键酶，它催化琥珀酸氧化生成延胡索酸[52，54—56]。磷酸己糖异构酶(PGI)是EMP途径的关键酶，6-磷酸葡萄糖可在PGI的作用下转化为6-磷酸果糖[52]。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G-6-PDH)被认为是 PPP途径的第一个关键酶，它与6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(6-PGDH)一起构建稳定的不可逆酶系统，将6-磷酸葡萄糖酸内酯水解为6-磷酸葡萄糖酸，之后氧化脱羧，生成核酮糖-5-磷酸，并生成还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)。PPP呼吸代谢途径是NADPH的主要来源，以提供抵御逆境胁迫所需要的氧化还原电位，NADPH在固醇、脂肪酸等的生物合成和丙酮酸羧化还原成苹果酸等过程中起重要作用[57]。细胞色素C氧化酶(CCO)被认为是CCP途径的关键酶，发挥质子泵的作用，将基质内 H+抽提到细胞膜间隙，并通过血红素中铁原子的氧化还原作用，将电子传递给还原的氧而形成水，并在氧化磷酸化过程的能量产生中起关键作用[52—56]。

果实细胞中主要的吡啶核苷酸种类，如氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)、氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)和NADPH，它们参与果实呼吸代谢的调 控 和 电子 传递 等代 谢 过程[48，50，58]。 NAD 激 酶(NADK)是唯一能够催化 NAD与 ATP磷酸化生成NADP的酶，它直接作用于NAD从而生成NADP[59]。NAD和 NADP是影响果实细胞氧化还原状态的氧化剂，在其含量发生变化之后，细胞的氧化还原状态也随之改变，同时它们也在呼吸代谢途径中参与反应[59]。其中，NAD主要与EMP和TCA循环相关，这是健康果实组织中的主要呼吸代谢途径；而NADP主要参与PPP途径，其在病原菌侵染下会增强[49，58]。NAD和NADP在获得电子后，会转变为对应的还原态形式，即NADH和NADPH，它们以电子供体的形式进一步参与呼吸代谢的电子传递；NADH和NADPH的含量高低可分别用来评价呼吸代谢中EMP-TCA途径和PPP途径的强弱[50]。Chen等[60]研究发现，与接种龙眼拟茎点霉(Phomopsis longanae)果实相比，SA处理能降低接种龙眼拟茎点霉的龙眼果实病害指数，降低果实呼吸速率和果皮PGI、SDH和 CCO活性，但提高了 G-6-PDH和6-PGDH总活性；同时，SA处理能降低 NAD和NADH含量，有效提高龙眼果皮的 NADK活性和NADP、NADPH含量以及能荷值。据此认为，SA处理延缓龙眼拟茎点霉侵染所致龙眼果实采后病害发生，与SA维持较高的能荷值，增强PPP途径及降低EMP、TCA、CCP等多条呼吸代谢途径有关。

2.2.4 水杨酸诱导果实抗病基因的表达

外源 SA处理可诱导抗病基因表达，从而提高果实抗病原菌侵染的能力[61]。Chong等[62]研究葡萄果实两个与抗病信号传递相关的调控因子 VvNHL1和VvEDS1，它们类似于拟南芥(Arabidopsis thaliana)的抗病调控因子 NDR1和 EDS1，结果表明，外源SA可以诱导VvEDS1表达，尽管SA对VvNHL1没有直接的诱导效果，但可以诱导葡萄果实中抗灰霉病基因的表达。Chen等[63]的试验也表明，SA通过诱导葡萄果实PAL基因mRNA的表达而激发PAL合成，并提高PAL活性，从而增强葡萄果实的抗病性。Wang等[64]研究认为，SA处理通过提高PAL和GLU酶活性以及CsCHI和CsPR4A的mRNA水平，从而增强脐橙对柑桔溃疡病菌(Erwinia carotovora)的抗性。另外，多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)是植物抵抗真菌致病菌因子多聚半乳糖醛酸酶(PG)的重要蛋白，能有效地抑制病原真菌生长。Liang等[65]在桃果实上克隆到一个抵抗真菌病害的多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白基因(PGIP1)，该基因cDNA全长1380 bp，具有一个含330个氨基酸的可读框，属于低拷贝基因，外源 SA处理可诱导该基因表达，从而提高桃果实抵抗病原菌侵染的能力。Chan等[66]研究SA处理对桃果实CAT基因的诱导效果，在处理48 h后CAT基因的表达强度尤为明显，证实SA处理可提高果实抗氧化蛋白基因表达。

不过，SA诱导果实抗病性的作用机制仍存在争议。SA通过抑制CAT活性诱导植物组织内H2O2积累，从而使寄主植物产生对病原菌的抗性；或者通过提高CAT活性和CAT基因表达，从而提高果实抵抗病原菌侵染能力。其作用机制有待进一步证实。

2.2.5 水杨酸诱导抗性相关蛋白的表达

SA能够诱导多种抗性相关蛋白的表达，从而增强植物对病原菌的广谱抗性[67]。Chan等[66]利用蛋白质组学方法研究桃果实对SA诱导的抗性应答机制，结果表明，外源 SA处理显著提高桃果实甲硫氨酸亚砜还原酶、SOD、CAT、POD、过敏蛋白和抗氧化蛋白的表达。在SA诱导的13个差异表达蛋白中，有2个PR蛋白，即樱桃过敏蛋白(Cherry allergen Pru av)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)，该蛋白的表达量在SA处理后24～48 h显著增加，证实SA处理提高桃果实抗性相关蛋白的表达有利于增强果实对青霉菌侵染的抵抗力。Chan等[68]进一步研究发现，不同发育期的甜樱桃果实对 SA的抗性应答机制有差异，与成熟度高的果实对比，成熟度低的果实抗性诱导效果更好。试验通过质谱鉴定出44个差异表达的蛋白，其中15个蛋白为PR蛋白，18个蛋白与能量代谢相关，5个蛋白与细胞结构相关，6个蛋白与信号转导相关。而试验发现，处理后有4个脱氢酶蛋白和5个热激蛋白被SA诱导，这些蛋白参与了EMP和TCA循环，这说明SA诱导甜樱桃果实的抗性与能量代谢途径相关蛋白有密切关系。

3 结语

SA可作为植物内源信号分子诱导果实抗病反应，进而抑制果实病害的发生，延长果实保鲜期，但有关 SA诱导果实采后抗性的分子机制尚缺乏系统研究。SA在诱导果实采后抗病性机制方面还存在许多问题需要深入阐述：(1)果实、病原菌、SA相互作用中哪些抗病基因的表达增强了采后果实的抗病性？(2)哪些蛋白参与了诱导抗性的反应？因此，加强 SA与果实抗病反应的研究是十分必要的，无疑将促进果实-病原菌-SA三者互作中基因表达和调控的研究，对推动果实采后抗病理论的发展和指导生产实践具有重要意义。