葡萄采后贮藏过程中穗梗褐变的研究进展

李志谦， 李靖雯， 邹东方， 黄莹莹， 叶霞， 冯建灿

(河南农业大学园艺学院，河南 郑州 450002)

葡萄(Vitis)是全世界重要的果树之一。根据国家统计局数据，2019年中国葡萄种植面积达726.2×103hm2，产量达1 419.54万t，主要以鲜食葡萄为主。随着居民生活水平的提高，消费者除了对果实内在品质有较高的要求外，对果实的外观品质亦提出了更高的要求。葡萄成熟期集中，为了满足不同区域居民对鲜食葡萄的需求及实现葡萄的不断供应，葡萄在采摘以后通常需要经过远距离运输和长时间贮藏。然而，鲜食葡萄在采后贮藏过程中，极易发生果粒腐烂、穗梗褐变和落粒等现象[1-2]。穗梗褐变严重影响其外观品质和商品价值，是制约葡萄采后长期保存、远距离运输和销售的重要因素之一[3-4]。本文综述了国内外葡萄穗梗褐变的研究进展和穗梗保鲜的技术措施，并对发展趋势进行综述和展望。

1 葡萄穗梗褐变的概况

葡萄穗梗褐变是指葡萄采后贮藏和运输过程中，由于采前因素、环境因素或内含物质的变化引起的穗梗由绿色转变成褐色的现象。穗梗约占葡萄果穗鲜质量的4%[5]，其颜色和饱满状态是判断果穗新鲜程度的重要标志。绿色的穗梗通常表示果穗比较新鲜，提升消费者的购买欲。穗梗褐变则让消费者无法判断葡萄的新鲜度，降低消费者购买欲望[4]。穗梗褐变是葡萄采后保鲜技术发展的重要限制因素。因此，充分了解穗梗褐变的原因，对研发新的葡萄穗梗保鲜技术，提高果实的综合品质具有重要意义。

2 影响葡萄穗梗褐变的因素

2.1 采前因素

2.1.1 品种 不同的葡萄品种在贮藏过程中穗梗褐变速率和褐变指数差异较大。边凤霞[6]对‘紫香无核’‘无核白鸡心’和‘红地球’葡萄贮藏期间的穗梗褐变指数进行对比，发现3个品种在贮藏期间的穗梗褐变指数都呈上升趋势。但是，‘紫香无核’褐变指数最高，‘无核白鸡心’次之，‘红地球’最小。

2.1.2 砧木 砧木在葡萄栽培中对克服盐碱化和干旱方面发挥着重要作用[7]。通过嫁接，植物产生了独特的性状，例如产量提高，冷藏能力增加等[8-9]。LO’AY等[10]将‘优无核’嫁接到‘Paulsen’砧木上，结果期采后果穗进行贮藏，发现果穗失水率明显降低，与褐变相关的酶包括多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)和苯丙氨酸解氨酶(phenylalanineammonia-lyase，PAL)的含量明显减少，货架期穗梗褐变明显减轻；‘火焰无核’嫁接到‘Paulson’砧木上，同样减轻了贮藏期间的穗梗褐变[11]。但是，‘优无核’和‘火焰无核’嫁接到其他砧木，例如‘Freedom’则没有改变穗梗褐变状况，这表明选择合适的砧木进行嫁接可以改善穗梗褐变，延长葡萄货架期。

2.1.3 生长期套袋 生长期套袋有利于降低葡萄果穗受病虫害侵染的概率，提高果实光洁度，而且还利于采后果穗贮藏。高永彬[12]对贵州‘水晶’葡萄生长期进行套袋，对比了白色果袋和黄色果袋对采后果穗的保鲜效果，发现生长期套黄色的果袋可以明显减轻穗梗褐变，穗梗褐变等级仅为1～2级，显著低于白色果袋2～3级，提高了果穗品质。

2.2 葡萄内含物质的变化

2.2.1 乙烯的变化 葡萄属于非呼吸跃变型果实，在采后果实贮藏过程中，没有乙烯的释放高峰。但是，在相同条件下，穗梗的呼吸强度比果粒高11倍以上，且出现呼吸高峰和乙烯释放的高峰[13]，属于呼吸跃变型，采后进行旺盛的生理活动。研究表明，果实贮藏期间用500 mg·L-1的乙烯处理‘无核白’‘优无核’‘巨峰’和‘Yongyou NO.1’可以促进穗梗的褐变。1-MCP(1-methylcyclopropene)是一种果蔬采后保鲜中常用的乙烯受体抑制剂，安全无毒，使用方便，用1.0 mg·L-1、1.0或2.0 μL·L-1的1-MCP处理都可以有效抑制穗梗褐变[2,13-14]。成熟期的葡萄果穗置于密闭的容器中，用1.0 μL·L-11-MCP熏蒸处理24 h后，穗梗呼吸强度和乙烯释放量降低，穗梗中调控乙烯合成的关键基因ACS和ACO的转录水平受到抑制[3],表明乙烯是影响葡萄穗梗褐变的重要因素。

2.2.2 叶绿素的降解 叶绿素是所有高等植物捕获光能进行光合作用的主要色素，广泛存在于植物的叶片和茎秆等组织中[15-16]。叶绿素以色素蛋白的形式存在与类囊体中，主要包括叶绿素a和叶绿素b。在植物成熟和衰老过程中，由于叶绿素的降解会导致失绿现象。叶绿素的降解是导致植物绿色组织失绿的重要因素，例如果实成熟过程中果皮颜色的变化和叶片的衰老黄化[17-20]。在柑橘成熟过程中，果皮中叶绿素降解，果皮褪绿，转为黄色[21-22]；银杏叶片中叶绿素降解，叶片由绿转黄[17]。褐变穗梗与用1-MCP处理后保持绿色穗梗相比，叶绿素荧光和叶绿素含量明显降低[13]，调控叶绿素降解速率的关键基因如HCAR、NYC和SGR1的表达明显升高。这些研究结果表明，叶绿素降解引起的失绿是导致穗梗褐变的重要因素之一[1-3]，且叶绿素的降解受到乙烯的影响。柑橘中，乙烯响应因子CitERF13可以通过结合到叶绿素降解途径基因PPH的启动子上，调控果皮褪绿过程中的叶绿素降解[21]。在葡萄采后贮藏过程中，穗梗乙烯释放量升高，叶绿素含量降解，但是乙烯如何调控叶绿素降解还需要进一步研究。

2.2.3 酚类物质的变化 酚类物质在植物体内的含量丰富，是植物组织褐变的重要底物。在正常的植物细胞中，酚类物质与酶被生物膜所隔离。但当细胞破裂时，在O2的参与下，酚类化合物被酶催化生成的醌类物质进一步与蛋白质等聚合，产生有色物质沉积在组织表面而呈现褐变。PPO、PAL和过氧化物酶(Peroxidase，POD)是植物多酚类物质代谢的关键酶。PAL是植物苯丙烷代谢途径的第一个关键酶，对酚类物质的产生至关重要，PPO可以把酚类物质氧化成醌类物质从而形成棕色、黑色或者红色的色素[23]。氯吡苯脲[N-(2-chloro-4-pyridyl)-N′-phenylurea， CPPU]、高O2和CO2(20% CO2+20% O2+60% N2或4% O2+9% CO2)处理可以明显抑制穗梗褐变，在褐变穗梗中，PPO活性明显升高，VcPAL和VvGPO1基因表达明显比绿色穗梗中高[24-25]，这些研究表明，葡萄褐变与葡萄果穗中PPO和PAL的含量变化有关。

2.2.4 ROS(reactive oxygen species)的产生 果实采后的褐变和衰老过程中会产生ROS，ROS的积累会导致脂质的损伤，形成一种多不饱和脂肪酸的膜质过氧化产物丙二醛(malondialdehyde，MDA)。MDA含量代表脂质过氧化程度，反映了植物细胞膜的状态和完整性，被广泛用作氧化损伤的指标。与‘Cardinal’葡萄绿色穗梗相比，褐变的穗梗中，MDA含量明显升高，与之合成相关的基因VvAPX和GCAT的表达量明显升高[25]，细胞膜通透性增加[2]。对‘巨峰’和‘甬优一号’葡萄的穗梗进行显微结构观察，发现褐变的果穗中，MDA含量明显较高，穗梗中的细胞，细胞膜结构几乎完全降解[2]，与细胞壁降解相关的多聚半乳糖醛酸酶、磷脂酶D和β-半乳糖苷酶在褐变穗梗中的表达明显较高[2]。说明采后的氧化应激反应影响穗梗的褐变过程。

2.3 采后湿度和温度对葡萄穗梗的影响

采后植物组织脱水会引起一系列的生理活动，如组织衰老和软化。在衰老过程中，细胞内的离子和代谢物平衡性被打破，代谢失衡，最终导致细胞壁和细胞膜结构损伤。葡萄穗梗的表皮缺少蜡质作为保水屏障，因而容易失水。在‘火焰无核’葡萄贮藏过程中，穗梗质量下降3.1%时，严重褐变，而质量下降2.4%时则不褐变[11,26]。然而，当把‘优无核’和‘无核白’葡萄在湿度为75%(低湿)或95%(高湿)，温度为10或20 ℃条件下进行贮藏时，发现20 ℃‘优无核’葡萄穗梗即使在高湿条件下也会发生明显褐变；在相同条件下，‘无核白’葡萄穗梗绿色保持较好。在10 ℃高湿条件下贮藏时，‘优无核’和‘无核白’的穗梗褐变指数明显降低[27]。说明还有其他因素影响穗梗褐变的过程。对成熟期的阳光玫瑰葡萄进行贮藏，相对湿度95%的条件下，贮藏温度为25 ℃，穗梗在贮藏14 d时，已完全褐变，而贮藏在16℃时，穗梗褐变明显延迟，这表明，湿度对穗梗褐变的抑制作用一定程度上取决于贮藏温度。冰温结合1-MCP处理可以显著降低穗梗褐变指数，维持葡萄感官品质[28]；‘木讷格’葡萄采用保鲜包装+冰温贮藏和‘巨峰’葡萄高浓度CO2+冰温贮藏都可以有效保持贮藏期间穗梗的绿色，提高果实品质[29-30]，这些研究结果说明，低温贮藏是保持葡萄采后品质的有效手段。

3 葡萄穗梗褐变的抑制方法

3.1 物理保鲜

物理保鲜常用的方法有臭氧保鲜和气调贮藏。臭氧可以抑制果蔬呼吸强度、减缓果蔬贮藏过程中抑制的释放率，延缓果蔬衰老。用臭氧处理可以明显抑制‘美人指’葡萄贮藏期间PPO活性的变化，保持果实的外观品质[31]。且与SO2处理相比，臭氧不会对葡萄产生漂白伤害。然而，臭氧极不稳定，常温条件下难以保存，大大降低了其使用的效率。

气调贮藏是通过调节贮藏环境中的气体成分及配比，从而调控果蔬的生理代谢。气调贮藏可以分为自发气调贮藏(modified atmosphere, MA)和机械气调库贮藏(controlled atmosphere, CA)。MA主要依靠果实自身的呼吸代谢来调节贮藏环境中的CO2和O2，主要方式为气调包装；CA是通过仪器调节CO2、O2和乙烯的浓度使其一直保持恒定。CA 较之 MA 具有设备先进、贮藏量大、贮藏质量好的特点，是气调贮藏的发展主流。调节空气中CO2和O2的含量都可以有效保持葡萄采后品质[2,13,26,31]。将葡萄贮藏在高体积分数CO2的条件下，可以抑制氧化应激反应，降低乙烯合成关键基因ACS、酚类物质合成相关基因GPO和PAL合成基因的表达，抑制穗梗褐变[25]。高体积分数O2(80%)处理可以降低纤维素酶、果胶酶和聚半乳糖醛酸酶的活性，有效保持果实的硬度、风味和细胞膜的完整性，维持果穗品质。高体积分数O2、CO2或提高贮藏环境中O2(H-O2)/20% CO2(H-CO2)的比例，同时结合1-MCP处理，可以明显降低葡萄穗梗中叶绿素降解，保持穗梗细胞完整性，减轻穗梗褐变[2]。

3.2 化学试剂处理保鲜

在葡萄采后保鲜过程中常用的试剂包括植物激素和其他化学试剂。植物激素调控生长发育及采后贮藏的各种生物学过程[32-34]。赤霉素(gibberellins，GA)是植物生长发育过程中常用的生长调节物质。研究表明，‘奇妙无核’在果实发育过程中用GA处理可以增加穗梗的鲜质量和纵横径，减轻贮藏过程中的穗梗褐变[1]。细胞分裂素在延迟植物衰老过程中发挥着重要调节作用[35-36]，细胞分裂素处理在调控穗梗褐变过程中的作用还存在争议。氯吡苯脲(N-(2-chloro-4-pyridyl)-N′-phenylurea，CPPU)是一种人工合成的细胞分裂素，CARVAJAL等[5]用0、2.5和5 mg·L-1的CPPU在‘火焰无核’葡萄坐果后进行处理，穗梗中PPO的的活性降低了36%，穗梗的色泽明显优于对照，2.5和5 mg·L-1处理没有明显的区别。‘希姆劳德无核’葡萄果实直径发育至4、5、7、9 mm时，用0、5、10、15 mg ·L-1进行处理，发现5 mg· L-1或者更高质量浓度的CPPU处理，可以明显增加果实大小、延迟成熟、减少果实萎缩和穗梗坏死[37]。‘红地球’葡萄采前1 d用400 μL·L-1的细胞分裂素BA处理，可以明显保持穗梗的绿色[38]。但是，RABAN等[1]用2 mg·L-1的CPPU处理‘奇妙无核’‘优无核’和 ‘克瑞森无核’发育至6～8 mm的果实，成熟期采收葡萄果穗结果显示，穗梗干质量没有明显变化，且贮藏过程中穗梗褐变并没有得到抑制。对这些研究结果进行对比分析发现，细胞分裂素在穗梗褐变过程中的作用可能与使用的质量浓度相关。

在葡萄贮藏过程中，常用的其他化学保鲜试剂有SO2、ClO2和1-MCP。SO2熏蒸是传统葡萄采后保鲜常用的方法，通常使用硫磺熏蒸释放SO2，结合低温贮藏，抑制葡萄贮藏期间的真菌生长并漂白穗梗，漂白的穗梗色泽比褐色穗梗诱人，但是与新鲜葡萄的绿色穗梗相差甚远[4]。但是，葡萄对SO2浓度比较敏感，低浓度处理无法起到保持果实品质的作用，高浓度则易导致植物毒性[39]，且果实长期处于SO2的环境中，出库时果实容易带有异味，影响果实品质，开发新的无残留、无污染的保鲜剂将是今后葡萄保鲜发展重点。

ClO2是一种强氧化剂和消毒剂，10 μL·L-1ClO2处理‘红提’葡萄及15 μL·L-1ClO2处理‘巨峰’葡萄，可以降低果实的腐烂率、脱粒率、延缓果梗褐变干枯的速率、减少可滴定酸、抗坏血酸及SSC的消耗，使果实保持较好的外观和风味[40-41]。

1-MCP是一种乙烯受体抑制剂，广泛用于果蔬采后保鲜[2,42-44]。葡萄穗梗属于呼吸跃变型，在采后贮藏过程中有明显的乙烯释放高峰。葡萄采后用1 μL·L-1的1-MCP处理，可以明显抑制乙烯信号通路基因ACS和ACO的表达，降低呼吸速率和PPO含量，有效保持穗梗绿色[13]。此外，1-MCP熏蒸处理还可以明显改善‘伊莎贝拉’‘阳光玫瑰’和‘寒香蜜’贮藏期间葡萄落粒情况[45-46]，但是1-MCP处理对环境条件有一定的限制，需要在密闭空间或环境中进行。这在很大程度上限制了1-MCP的应用。

3.3 天然提取物处理保鲜

植物天然提取物安全环保，近年来在果蔬保鲜方面的研究逐渐增多。通过天然提取物处理葡萄穗梗，可以降低组织中的水分流失。芦荟提取物处理‘理克瑞森’无核葡萄，在4 ℃贮藏21 d时，失水率从10%降低至5%[47]。用60 mg·L-1苦菜冻干粉水提液浸渍葡萄5 min，可以降低葡萄贮藏期间的落粒、减缓穗梗褐变[48]。‘夏黑’葡萄在肉桂和桉叶复合精油1∶2浸泡处理60 s，果穗质量下降率、穗梗褐变指数和腐烂率明显降低[49]。用0.5 mmol·L-1亚精胺和腐胺浸泡处理‘火焰’无核葡萄5 min，穗梗质量下降和褐变明显减轻[50]。在‘京秀’葡萄采前10 d，用1 g·L-1的壳聚糖喷洒处理果穗，同样可以减轻穗梗的质量下降率[51]。可见，天然提取物在葡萄采后保鲜方面发挥着重要作用，研制葡萄采后保鲜的天然提取物保鲜剂对提高果穗的品质和安全性具有重要意义。

4 结语

葡萄采收以后，在穗梗褐变过程中，穗梗乙烯释放量明显增加，叶绿素含量明显降低，叶绿体结构损坏，PPO活性增高，穗梗组织脱水。长期以来，国内外学者主要从气调贮藏、组织失水和乙烯调控的角度等对葡萄穗梗褐变现象进行研究，但是目前穗梗褐变分子机理研究还缺乏系统研究。利用转录组、代谢组、蛋白组和转基因技术等现代生物学手段挖掘穗梗褐变过程中起调控作用的关键基因和代谢物质对揭示穗梗褐变机理，对研发精准调控穗梗褐变抑制剂和利用基因工程技术培育耐贮藏品种具有重要意义。随着国民生活水平的提高，对水果保鲜剂安全性的关注度增加，亟待研制天然无毒葡萄保鲜剂，以提高葡萄的经济效益和果穗的综合品质，满足消费者对优质果品的要求。