采后果蔬能量状态的调控措施研究进展

吕国昊，赵杰堂

（华南农业大学 园艺学院，广东 广州 510642）

新陈代谢是生物体生存的基础，其中能量代谢是一切生物体生命活动的动力，在生物体生长发育、形态建成、信号传导及抵御逆境中起着重要作用[1-2]。ATP（三磷酸腺苷）是植物体主要的直接利用能量物质，高能磷酸键断裂时能够释放能量，为植物体内的需能反应提供能量，其中可分为胞外ATP 和胞内ATP 2 种[1，3-4]。采摘后的果蔬仍为活的生命体，仍进行着一系列的物质及能量代谢活动。但采后果蔬在脱离母体后并无水分及营养物质的进一步供应，贮藏运输时间的延长及运输过程中环境变化、机械伤等因素不仅会造成果蔬重量、品质的下降，甚至会因为褐变、病害等造成毁灭性的损失[5]。采后果蔬品质劣变与生物体能量亏缺、代谢和功能出现紊乱、细胞结构受到破坏有密切联系。当ATP 合成不足，出现能量亏缺时产品对病原菌及生理逆境的抵抗能力下降[6]。衰老是一个能量亏缺的过程，保持较高的能量水平有助于延缓衰老，保持果蔬品质[1，3，5-14]。因此，对于采后果蔬能量状态的研究正成为一个热门话题，概述采后果蔬能量状态的提高措施及与酶系统的关系并提出展望，以期为通过能量状态进行果蔬采后保鲜的调控提供参考。

1 能量状态的提高措施

提高及维持采后果蔬的能量状态，维持稳定的能量产生速率是延缓产品衰老速度及品质劣变、延长货架期的关键[3，6]。主要从药剂处理、气体调节等方面综述能量状态的提高措施。

1.1 药剂处理

化学药剂种类多样，不同药剂作用机理也有所差别，且化学药剂普遍具有施用方法简单、效果均匀、起效快等优点，无论是研究还是实际生产应用领域都受到较大的关注。

用外源ATP 溶液处理属于直接增加果实尤其果皮中的ATP 含量，能够直接有效地延缓果皮褐变现象的发生。C Yi 等人[7]将荔枝果实用0.1 mmol/L 的ATP 溶液处理3 min 后果实体内ATP 浓度和EC（腺苷酸能电荷）都较高，保持着较高的能量水平，也使得膜脂过氧化和水解的酶活性较低，细胞膜系统更加稳定，有助于减缓因膜系统降解造成细胞死亡、果皮褐变现象的发生。Lili Song 等人[8]也做了类似的试验并取得了相似的结果，同时检测出荔枝果实经0.1 mmol/L 的ATP 溶液处理后果肉中可溶性固形物及抗坏血酸含量均比未处理的高，这表明经外源ATP 溶液处理后果实中的能量状态有所提高，对维持采后果实品质有积极作用。易春等人[9]用外源ATP 处理荔枝果实也检验出果皮中ATP 含量及能量状态都显著上升，且有助于维持细胞膜的完整性。

Bingxia Chen 等人[10]用50 mmol/L 的6 -苄氨基嘌呤（6-BA）溶液处理黄瓜果实，测出黄瓜果实的ATP 含量和能量电荷水平（EC）均有所提高，并且延缓了生成速度，降低膜的透性和脂质过氧化的增加，提高了相关抗氧化酶的活性，对于延缓黄瓜果实衰老、保持果实品质有积极有效的作用。赵素平等人[11]以30 mg/L 的6-BA 溶液浸泡处理采摘后的西兰花，经检测发现6-BA 的处理效果主要在贮藏后期开始显现并能维持较高ATP 含量和能荷水平，呈先上升后下降的趋势。6-BA 的作用机理可能与降低TCA、PPP 呼吸途径的运行比例，在电子传递链上提高AP 途径的运行比例抑制了组织内的积累、提高了超氧化物歧化酶（SOD）的活性[11-12]。

李辉等人[13，15]用1.2 μL/L 的纸片型1-甲基环丙烯（1-MCP）与“油木奈”果实放在密封泡沫箱中进行处理，测得在贮藏后期果实内ATP 和ADP 的含量高于对照组，且经1-MCP 处理果实的能荷在贮藏各阶段均高于对照组，能有效降低贮藏中果实的呼吸强度和细胞膜渗透率等衰老劣变相关指数。陈莲等人[14]用1.8 μL/L 的1-MCP 纸片处理台湾青枣果实，测得对照组和1-MCP 处理组果实中ATP 含量和能荷值虽然随着贮藏时间的延长呈下降趋势，但1-MCP处理组中两者均始终高于对照组，能在贮藏中维持较高的能量水平，延缓果实品质劣变。1-MCP 的作用与其作为乙烯受体抑制剂，抑制乙烯作用相关[13-17]；也可能与其能够提高NADK 活性，催化NAD 磷酸化生成NADP，NADPH 与NADH 相比传递电子速率较慢，生成活性氧较少，且NADPH 在抗坏血酸-谷胱甘肽循环清除自由基上起重要作用[13-14]。

6-BA 属于细胞分裂素类化合物，在园艺产品采后保鲜上有重要应用价值，并已在绿芦笋、猕猴桃、莲子、西兰花及月季、百合等鲜切花的保鲜上有一定研究成果[18-23]。赵素平等人[11]用30 mg/L 的6-BA溶液对西兰花采取浸泡处理，能够显著降低贮藏中西兰花的总呼吸强度，并在贮藏后期降低了组织中三羧酸循环途径（TCA）的运行比例，提高组织中ATP 能量并延缓能荷水平的下降。朱雁青[20]对莲蓬中莲子也同样用6-BA 溶液浸泡处理，结果显示处理组和对照组ATP 含量均呈先下降、后上升、再下降的趋势，但处理组的ATP 含量始终高于对照组，能荷水平均呈先上升后下降趋势，处理组的同样均高于对照组，即经6-BA 处理后莲子组织能维持较高的能量状态和较好的采后品质。6-BA 的生理机制与其能够提高并维持组织中SOD、过氧化物酶（POD）较高活性，有效清除组织中自由基有关[11，24]。

此外，Yifen Lin等人[25]研究发现，没食子酸丙脂处理能够降低抗坏血酸氧化酶（AAO）活性和降低细胞色素C 氧化酶（CCO）活性，提高NADK 活性，延缓采后龙眼果实中ATP 含量和能荷水平的下降。曹毛毛[26]用p-香豆酸（p-CA）处理采后猕猴桃果实，检测发现处理组中ATP 含量显著高于对照组，且能显著降低猕猴桃果实EC 的损失。李灿婴等人[27]研究发现采后硝普钠（NO 的外源供体）处理生姜块茎能够有效延缓组织中ATP 含量和能荷水平的下降速度。林毅雄等人[28]在采前对龙眼果实喷施胺鲜酯（DA-6）也能够保持采后龙眼果皮中较高的ATP、ADP 含量和能荷水平，以及较高的果皮NADK 水平和NADP(H)含量。

1.2 气体处理

气体处理主要包括气调贮藏和特殊气体处理两大类。气调贮藏是指改变贮藏条件中的气体条件，主要是降低O2浓度和提高CO2浓度，以起到延长新鲜果蔬保鲜时间作用的一种贮藏手段[29]。特殊气体处理则是指通过气体分子对植物组织的特殊生理作用，以达到调节采后果蔬的生命活动，延长贮藏期。气体处理由于其物理形态特点具有处理效果均匀、可大面积处理的优点。

气调贮藏调节贮藏环境中O2和CO2的比例，抑制采后果蔬的呼吸作用和病原微生物繁殖速度[30-31]。过高的O2浓度对果蔬呼吸的抑制作用不佳，对建立持续且稳定的能量供应体系不利，过高的CO2浓度则会导致组织中pH 值明显降低，能荷水平降低，发生CO2伤害，只有恰当的气体浓度比例才能最大程度发挥气调贮藏的效果[32-33]。陈敬鑫等人[34]研究低氧对采后草莓能量代谢的影响发现2%O2+98%N2虽然导致ATP 含量降低，却能保持较高的能荷水平，同时保持了较高的琥珀酸脱氢酶（SDH）和钙离子ATP 酶（Ca2+-ATPase）活性，抑制了氢离子ATP 酶（H+-ATPase）活性。王亮等人[32]将西兰花放在不同O2/CO2比值的气调环境下进行贮藏，检测发现50%O2+50%CO2的能荷下降速率低于20%O2+80%CO2和80%O2+20%CO2，这可能与50%O2+50%CO2的气体比例下能保持西兰花组织中适宜的pH 值和呼吸关键酶活性有关。

硫化氢（H2S）为无色且具有“臭鸡蛋”气味的气体，是继一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）以外的第3 种气体信号分子，在最初被认为是对人体和环境有害的有毒气体[35]。近年的研究发现，H2S 能作为抑菌剂，有效抑制采后病原微生物活动，还能诱导采后果蔬产生较强的抗氧化能力，延缓衰老，调节能量代谢[36-37]。Dong Li 等人[38]用外源H2S 处理采后西兰花，提高了内源H2S 产生量，激活了能量代谢相关酶的活性，组织的能荷水平明显提高。Dong Li等人[39]对H2S 诱导香蕉果实贮藏耐寒性的试验当中发现H2S 通过提高参与能量代谢相关酶活性，减缓了ATP 含量和能荷水平的下降，提高了香蕉果实的耐寒性。Huali Hu 等人[40]研究发现H2S 能够刺激水菠菜（Ipomoea aquatica）内源H2S 合成酶活性的提高，抑制呼吸作用，维持能量状态，增强组织的抗氧化能量，延缓叶绿素的降解，有效保持其品质。H2S 在维持组织能量状态的作用机理可能于其能够增强Ca2+-ATPase，H+-ATPase，SDH 和细胞色素氧化酶（CCO）活性，调节组织中ATP，ADP，AMP 含量，进而影响采后园艺产品能量状态[39]。

NO 同样作为一种外源信号因子，在调控植物的成熟、衰老，应对非生物胁迫损伤上有重要作用[41-43]。NO 处理在延缓采后果蔬可溶性固形物、维C 含量、果实硬度下降和叶绿素降解等方面均有积极作用[42]。陈发河等人[44]用NO 对“解放钟”枇杷果实进行熏蒸处理，发现在贮藏30 d 后15，25 μL/L 处理组的ATP 浓度高于CK 组，且差异达到极显著水平，贮藏全过程NO 处理组的能荷水平也均高于CK 组。张小康[45]研究发现15 μmol/L 的外源NO 处理对维持桃果实在冷藏期间的能量代谢、延缓脂膜过氧化过程最为有效。宋丽君[46]对NO 在猕猴桃上的保鲜效应研究中，用外源SNP 处理猕猴桃果实，其中0.1 mmol/L和0.2 mmol/L 的SNP 处理组组织中ATP 含量分别在1 d，10～16 d 和4 d，10～16 d 显著高于对照组，EC含量分别在1，4，16，4，16 d 显著高于对照组。

二氧化氯（ClO2）因其具有消毒效果好、无污染、使用过程无三致（致畸、致癌、致突变）物质出现等优点而被广泛应用在环境美化、饮用水净化、医疗、食品等方面[47]。其中，气体ClO2穿透性和扩散性更好，也更安全，与液态相比更适合用于采后果蔬处理方面[48]。还有研究发现，ClO2不仅在采后病原菌的杀灭上有效果，还能影响采后果蔬组织的能量状态，延缓果蔬品质劣变[49-50]。Athiwat Chumyam等人[49]用ClO2气体熏蒸龙眼果实，检测发现ClO2能够快速显著提高果实中ATP 含量、EC、NAD/NADH比值，以及SDH 和CCO 活性。Beng Guat Oo 等人[51]用ClO2对青椒和番茄进行熏蒸处理，发现ClO2有效降低了两者的呼吸强度。

1.3 物理处理

物理处理只通过物理或机械手段调节采后果蔬的能量状态，目前主流的物理处理手段为热处理和涂抹处理等。热处理包括热水、热空气、热蒸汽处理等[52]，与药剂处理相比，热处理具有无残留、无污染、无毒等优点，在贮前处理的各种手段中备受关注[53]。热处理能够杀灭或抑制果蔬中的病原微生物，也能通过热激作用调节果蔬的生理代谢，抑制果蔬后熟，提高组织的能量水平，延缓果蔬衰老[53-54]。孔静[53]对“金冠”苹果放入38 ℃的恒温箱中进行72 h的热处理，检测发现热处理推迟了组织中ATP 含量下降时间，延缓了ATP 和ADP 含量的下降。朱芹[54]研究发现对采后水蜜桃热处理抑制了ATP 和ADP 的降解，维持组织中较高的能量水平，而热处理与褪黑素处理的效果更好。Ziming Wu 等人[55]对葡萄进行采后热水处理，发现处理后葡萄中与能量代谢相关蛋白的表达量增加，包括丙酮酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、ATP 合酶等。张群等人[56]对采后“红地球”葡萄分别进行1%壳聚糖溶液的涂抹处理和热处理，发现2 种处理均能延缓葡萄果实ATP 水平的下降，且涂抹处理效果优于热处理。张群等人[57]对采后“Victoria”葡萄进行钙联合涂膜和热处理，结果显示钙联合涂膜较热处理能更有效地延缓果实能量水平的下降，保持较高的ATP，ADP，AMP 水平，延缓果实衰老，这与涂抹处理能够减轻呼吸损耗、抑制脂氧化酶活性、保持膜系统的完整性有关。

2 酶系统与能量代谢

采后果蔬的能量状态受到多种酶的调控，许多能量状态的调控手段也是通过调控相关酶的活性来实现的，因此查明相关酶的种类及作用机理对于更好地调控采后果蔬的能量状态、延缓品质劣变有着重要意义[58]。采后能量代谢与线粒体呼吸代谢关键酶有着重要联系，其中包括琥珀酸脱氢酶（SDH）、细胞色素氧化酶（CCO）、氢离子ATP 酶（H+-ATPase）、钙离子ATP 酶（Ca2+-ATPase）等。

2.1 琥珀酸脱氢酶（SDH）

SDH 为呼吸代谢的关键酶，能够催化琥珀酸氧化为延胡索酸，并将H+传递到FAD 形成FADH2，是三羧酸循环正常运作的重要保证，其活性可作为三羧酸循环运行程度的评价指标之一[59]。三羧酸循环作为植物组织产能的重要途径，采后果蔬能量状态与其运行情况有着密切联系，因此SDH 的活性为检测能量状态的重要指标之一。张小康[45]进行NO 对采后肥城桃果实能量代谢影响的研究发现，在整个贮藏过程中经NO 处理的桃果实SDH 活性始终高于对照组，经NO 处理果实的ATP 含量和能荷水平也始终高于对照组，且SDH 活性越高的处理组，其能荷水平也越高，即SDH 活性与能荷水平有一定的正相关性。这可能与保持较高的SDH 活性能提高质子及电子的传递速率，从而提高ATP 的合成速率有关。

2.2 细胞色素氧化酶（CCO）

CCO 为电子传递链的末端氧化酶，同样在呼吸代谢中起着重要作用，可反映采后果蔬呼吸代谢水平[60]。CCO 能将接收到的电子传递并激发O2，与线粒体基质中的H+结合生成水，并将基质中的H+泵到膜间隙[59]。在采后贮藏中，保持较高的CCO 活性有助于保证稳定的能量供应，延缓因能量亏缺导致的采后衰老。张苗等人[60]用甜菜碱和冷激处理西葫芦，发现两者分开及结合处理均能保持较高的CCO活性，延缓ATP 和ATP 含量的下降，维持西葫芦贮藏期间较高的能荷水平，且CCO 的活性变化趋势与ATP、ADP 含量及能荷水平有一定的正相关关系。高兆银等人[61]对H2S 延缓荔枝衰老机理的研究中发现，1 mmol/L 的H2S 能够保持CCO 的活性，保持了果实中的能量供应，延缓ATP 含量的下降，延缓荔枝果实的衰老。

2.3 交替氧化酶（AOX）

AOX 为抗氰呼吸途径的末端氧化酶，能够不经过复合体Ⅲ、Ⅳ直接将电子传递到O2形成H2O，在植物适应生长环境、提高抗逆性有重要意义[59，62-64]。虽然抗氰呼吸几乎不进行氧化磷酸化，不合成ATP，但抗氰呼吸途径能够消耗三羧酸循环中产生的过量电子，减轻其对线粒体膜的破坏，且能产生许多反应中间产物，对稳定细胞生理功能和能量状态有重要意义。朱芹[54]进行外源褪黑素和热处理对水蜜桃冷害影响的研究中发现，2 种处理分开和结合进行均能让AOX 活性保持在较高水平，有效延缓能荷水平的下降。

2.4 氢离子ATP 酶（H+-ATPase）和钙离子ATP 酶（Ca2+-ATPase）

H+-ATPase 和Ca2+-ATPase 都是运转离子的酶类，在维持能量代谢的正常进行中起着重要作用。H+-ATPase 位于细胞膜上，将质子从膜内侧泵到胞外，产生跨质膜的H+电化学梯度，为各物质的跨膜运输提供动力，并维持细胞内pH 值的相对稳定，保证细胞内生理活动的正常进行[65]。位于线粒体膜的H+-ATPase 也有相似的作用，有助于维持线粒体机能的稳定性。Ca2+在植物体各生理活动中起着重要的调节作用，Ca2+-ATPase 作为Ca2+泵，是真核生物细胞中钙离子浓度的重要调节因子[66]。线粒体膜上的Ca2+-ATPase 能够将Ca2+运转到细胞内，维持膜内外Ca2+含量的稳定，对维持线粒体生理功能的稳定有重要意义[45，66]。张小康[45]进行NO 对采后桃能量代谢影响的试验中发现15 μmol/L 的NO 能够最有效延缓H+-ATPase 和Ca2+-ATPase 的活性下降，保持较高的ATP 含量和能荷水平。曹毛毛[26]研究表明，p-CA 处理显著提高了猕猴桃果实H+-ATPase 和Ca2+-ATPase活性，ATP 含量是对照组的6 倍，降低了EC 的损失，延缓了果实衰老。

3 结语

果蔬的采后衰老问题严重制约着园艺产业的发展，能量状态与采后果蔬的衰老有着密切关系，能量亏缺造成组织自我修复能力减弱，清除自由基能力下降，脂氧化酶活性提高，膜系统完整性受破坏，引起采后果蔬品质劣变。目前，在维持采后果蔬能量水平的措施上已经有了长足进展，各措施在许多果蔬上已经有许多成功案例，但目前对于这些调控措施的作用机制上的研究还比较欠缺，研究也仅对与能量代谢相关指标有所测定，包括ATP 和ADP 含量，相关酶及辅酶的活性及含量等，但各措施对这些指标的调控机理尚未明确，包括植物组织对这些措施的信号感应及转化传导机理，对相关基因表达及上游调控因子的调控等。因此，今后可以在能量合成及消耗的整个反应过程进行研究，阐明完整的能量合成、消耗反应链，还包括上游的调控因子，以便于日后能更有针对性地对采后果蔬能量状态进行调控。此外，关于能量状态的调控措施的研发还应本着绿色、环保、无毒、低价、高效的原则进行，杜绝以牺牲食品安全为代价的调控方式。

另外，维持采后果蔬的能量水平，能有效抑制褐变现象的发生，而在植物组织培养中，褐变现象对细胞所造成的毒害作用严重制约着许多种类植物无菌培养体系的建立。外植体中褐变现象的发生普遍被认为切割损伤导致酶和底物相遇并反应生成褐色物质。但切割损伤涉及的只有最外围的少量细胞，在实际组培过程中随着培养时间的增加，其余未被直接损伤的细胞也会发生褐变现象，并最终导致外植体的死亡和组培的失败。对于切割损伤中未受伤的细胞或组织，褐变原因可能是其所处环境条件发生变化，外植体出现能量亏缺，细胞的膜系统遭到损伤，酶和底物反应产生褐色物质。植物组织培养中也能借鉴采后调节能量状态的手段，让外植体的能量水平维持稳定，减轻组织衰老和膜系统的破坏，有助于延缓组培中褐变现象的发生。