世界甜樱桃产业前沿领域研究进展

张洪胜

（山东省烟台市农业科学研究院，烟台 265500）

甜樱桃（Prunus avium L.）是世界上最受欢迎的水果之一。甜樱桃因其口感、色泽、营养价值和保健作用深受消费者的重视。甜樱桃果实的重要品质特征是重量、颜色、硬度、甜度、酸度、风味和香气(Crisosto等，2006)。甜樱桃是一种极易腐烂的水果，含有大量的重要营养素，如钾，膳食纤维，抗坏血酸，类胡萝卜素，花青素和酚酸，同时还是一种低热量水果(FAO，2017年)。2022年世界樱桃总产量估计达到400万吨。本文综述了国外对甜樱桃品质构成因素的研究情况、影响果实品质、有益健康物质含量的因素及国外先进的贮藏技术，同时还展示分子标记辅助育种的最新进展。

1 甜樱桃品质构成因素

1.1 成熟度

果实成熟度是决定甜樱桃果实整体品质的关键因素之一。甜樱桃应选择在完全成熟时收获，以确保良好的食用品质(Serrano 等，2009年)。虽然甜樱桃的收获时间因品种不同而有所不同，但收获优质果实的时间跨度小于5天。成熟的果实收获后要注意避免机械损伤，并及时进行冷却，这两点非常重要(Dever 等，1996年; Chauvin 等，2009年)。

在果实成熟的早期阶段，果皮颜色发生变化，果实开始软化，葡萄糖和果糖积累，同时果实体积迅速增加。在发育后期，抗坏血酸和花青素积累，抗氧化活性增加，果肉颜色变暗（Serrano等，2005年）。‘黑皮’樱桃在成熟过程中总酚含量显著增加，因此抗氧化活性增加，推测酚类物质可能对健康有益（Serradilla等，2012年）。早采的樱桃由于甜度低而不受欢迎，而过熟的樱桃由于质地偏软也不受欢迎（Chauvin等，2009年）。晚采的甜樱桃果实，由于果皮颜色更好、风味更佳，获得了更高的感官评分（Serradilla等，2012年）。过熟的樱桃会出现果实质量减轻、糖酸平衡改变、颜色变化、果肉软化和果柄褐变等情况（Kappel等，2002年；Alique等，2005年）。在采后贮藏期间(20℃条件下贮藏4 d)，“ Ambrunés”果实的糖含量、果皮颜色、硬度和总酸含量都有所下降，可溶性固形物含量稳定，苹果酸含量下降了20%，说明苹果酸是樱桃呼吸作用的必需底物。

果实适宜采收期不能简单地通过一棵果树上果实的成熟情况来确定。使用果园测绘的方法，即在果实生长过程中通过不断的取样、测定果实可溶性固形物含量、果肉硬度，来确定适宜收获时间的方法是可取的，可能有助于安排未来的樱桃收获活动。这种通过质量映射来确定适宜采收期的例子并不少见，比如通过测定芒果园中某一地块中干物质含量来确定最适采收期(Subedi 等，2013年，Zude-Sasse 等，2016年)。

1.2 颜色、硬度和失水情况

樱桃颜色、果实大小、果柄鲜度、有无缺陷和果柄长度等外在品质，香气、风味、酸味、甜味、质地等内在品质，都会影响消费者的购买决策（Díaz Mula等，2009年）。这其中，影响购买决策的最重要的因素是果皮颜色（Mozeticet 等，2004年）。樱桃成熟过程中的果皮颜色变化主要是由于花青素含量增加，特别是花青素-3-O-芸香苷和花青素-3-O-葡萄糖苷（Serrano等，2009年）的增加。樱桃果实成熟过程转录组学研究发现，PacNCED1的转录诱导了樱桃成熟期间ABA的合成与积累，(Ren 等，2011年; Lo 等，2014年)；外源ABA刺激PacACO1表达，使甜樱桃产生大量的乙烯，从而开启花青素的生物合成(Luo 等，2014年)。

Zoratti 等综述了光对酚类化合物(主要是黄酮类化合物)生物合成的积极作用。已有研究证明，补充紫外线有改善甜樱桃果皮中的花青素水平的作用(Arakawa，1993年; Kataoka 等，1996年)。此外，研究发现，采后应用紫外光处理有助于延长水果货架期，延缓水果衰老，紫外线还能增加类黄酮含量和水果中抗氧化物质的活性(Wang 等，2009年; Crupi 等，2013年; Rivera-Pastrana 等，2013年; Li，2014年)。应用蓝色发光二极管（LEDs）处理，也可以提高樱桃中的花青素水平。（Arakawa 等, 2017年）。

樱桃果皮对采后贮藏性能影响很大。甜樱桃果皮由角质聚合物基质组成，角质聚合物基质主要由链长为16或18个C原子的酯化羟基和环氧羟基脂肪酸组成，嵌入在角质层和表面沉积的表皮蜡中（Peschel等，2007年）。在樱桃发育过程中，C16和 C18单体水平下降(Peschel 等，2007年)，但在冷藏期间增加(Belge等，2014年)。

1.3 利于健康的化合物

1.3.1 酚类化合物 甜樱桃中的酚类化合物对于人类健康的作用已被公认，如抑制肿瘤生长（Serra等，2011年）、抑制炎症（Seeram等，2001年；Jacob等，2003年）、预防神经退行性疾病（Kim等，2005年）、降低人类癌症、心血管疾病、糖尿病和其他炎症疾病的风险等（McCune等，2010年）。还有研究表明，甜樱桃的提取物可能有预防氧化应激诱导的肠道炎症紊乱和神经元细胞死亡的作用 (Matias 等，2016年)。甜樱桃中的次级代谢产物单宁除具有收敛性，还有益于健康(Tomás-Barberán 和 Espín，2001年; McCune 等，2010年)。

1.3.2 维生素和类胡萝卜素 樱桃富含维生素和类胡萝卜素，特别是β-胡萝卜素、叶黄素和玉米黄质(Ferretti等，2010年; Leong 和 Oey，2012年)。在土耳其种植的7个甜樱桃品种中，每公斤鲜果中抗坏血酸(维生素 C)含量为4～7 g (Demir，2013年)。在甜樱桃果实中已经报道了类胡萝卜素，如 β-胡萝卜素，β-隐黄质和α-胡萝卜素的存在(Leong 和 Oey，2012年; Demir，2013年;Matteoet a，2016年)。樱桃类胡萝卜素水平通常很低，可能不会对人类健康产生重大影响。(Corbo 等，2014年)。

2 影响甜樱桃果实品质和有益健康物质含量的因素

2.1 砧穗互作

一些研究已经显示了不同砧穗组合对樱桃果实品质的影响(Schmitt 等，1989年; Facteauet 等，1996年;Shackel 等，1997年; Szot 和 Meland，2001年; Whiting等，2005年)。例如，“ Burlat”樱桃嫁接在 CAB 11E上，果实质地会较软；嫁接在 Gisela 5或P.avium上，果实质地会较硬 (Gonçalves 等，2006年)。

2.2 果园管理

降低成本和减少劳动力的使用是目前樱桃生产上的迫切要求。这意味着要选用正确的砧木和培养最佳的树冠结构。夏季修剪可以提高树冠的透光性，是生产高质量水果的重要条件。果实大小和甜度随着种植密度的增加而减少 (Eccherand Granelli，2006年)。强光会增加抗坏血酸含量，高温会增加花青素和总酚含量(Wang，2006年)。

Y型、高纺锤形、V型、超级细长纺锤形和UFO型等樱桃树形，都可以很好地增加树体负载量、改善樱桃树通风透光条件，从而改善产量负载、光照，以及增加樱桃中与健康有关的化合物含量。在缺水地区，拉宾斯果树上的灌溉试验发现，虽然滴灌的用水量仅为微喷灌的21%～29%，但是樱桃商品果率却提高了7%～12%，并且滴灌不影响水果产量、硬度、颜色和大小（Yin等，2011年）。低频滴灌增加了 ‘Cristalina’和 ‘Skeena’樱桃的可溶性固形物含量（Neilsen等，2014年）。也有研究发现，灌溉水平并不影响‘900-Ziraat’樱桃品种的可溶性固形物含量、pH值、可滴定酸含量、果实重量（Demirtas等，2008年）。水分管理，如调节亏缺灌溉（RDI）和部分根区干燥（PRD）可以在不降低产量的情况下提高水果的口感（Ripoll等，2016年）。果实收获后，对 ‘萨米特’甜樱桃树应用RDI，并不影响果实产量、硬度，还可以节省高达45%的水（Marsal等，2010年）。考虑到气候变化的影响，在樱桃树生长过程中，通过滴灌或RDI节约生产用水，可能有助于以更可持续的方式生产更健康的水果（Nora等，2012年）。

传粉媒介、授粉树都会影响樱桃的生产，然而，随着一种人工精确授粉技术的出现，传统的授粉工作将可能被它取代，该技术采用静电喷雾器喷洒液体花粉悬浮液的方法进行授粉（Whiting and Das, 2017年）。

3 影响甜樱桃货架期和采后有益健康物质含量的因素

3.1 贮存条件

优化贮存和运输条件可以延长甜樱桃货架期，减少长距离运输损耗（Martínez Romero等，2006年）。温度和相对湿度是影响樱桃采后贮藏品质的关键因素（Romano等，2006年）。据Bernalte等研究，甜樱桃的最佳贮藏温度为0.5℃，相对湿度为90%。在冷藏期间，一些甜樱桃品种的酚类化合物，如新绿原酸、对香豆酰奎宁酸、绿原酸、芦丁、儿茶素和表儿茶素，以及花青素，如花青素-3-O-芦丁苷和牡丹素-3-O-芦丁苷的含量增加。20°C条件下贮藏8 d的 ‘加拿大巨人’和‘Ferrovia’樱桃中的酚类物质含量增加，可能与成熟过程中失水或采后合成过程中酚类化合物的缩合有关（Kalt等，1999年）。然而，Esti等观察到，两个甜樱桃品种在1°C和95%相对湿度下放置15 d后总花青素含量下降了41%～52%，这一结果可能表明贮藏过程中没有花青素的净生物合成。

经过1周的冷藏（0°C，相对湿度95%）对比，水冷处理可以降低甜樱桃的果柄褐变和表面皱缩，而对“Tragana Edessis”和“Mpakirtzeika” 樱桃的腐烂、外部颜色和可溶性固形物含量没有影响(Manganariset等，2007年)。在水冷过程中加入CaCl2降低了呼吸速率、抗坏血酸降解和膜脂过氧化。此外，添加CaCl2使 ‘甜心’和‘拉宾斯’樱桃的总酚含量、抗氧化能力和果实硬度增加，总酸略有下降（Wang Y.等，2014年）。通过降低樱桃采后的温度，可以有效地提高樱桃的品质，且越早使用，效果越好。在果园中安装水冷便携式设备可能是一个不错的选择（Elansari，2009年）。

3.2 气调包装与贮藏

为了延长甜樱桃的货架期，人们发明了气调包装（MAP）和气调（CA）贮藏。长期储存的最佳CO2和O2水平已确定：O2含量2%～10%和CO2含量5%～20%（Meheriuk等，1997年；Spotts等，2002年）。较低的O2水平可能导致挥发性芳香化合物的减少和异味的形成（Kader，2002年），而高于30%的CO2水平与果皮变棕有关（Kader，1997年）。高O2水平（70% O2+0% CO2）可以抑制乙醇的产生，但也会导致抗坏血酸含量的快速下降，造成损伤使果皮发生褐变（Tian等，2004）。MAP与低温贮藏相结合，在稳定可溶性固形物含量、总酸含量、保持果柄颜色的同时，降低了果实腐烂的发生率。同时，水果表现出更高的抗氧化能力、较好硬度，拥有更明亮的果皮颜色（劳拉等，2015年）。高浓度二氧化碳环境及冷藏处理都有利于净花青素合成（Remón等，2000年；Conte等，2009年）。花青素增加可能是由于富含二氧化碳的大气对多酚氧化酶活性产生了抑制，因为多酚氧化酶氧化酚类物质会导致果实颜色发生变化（Vamos Vigyazó，1981年）。氧气浓度5%、二氧化碳浓度10%的MAP和CA两种贮藏方式，降低了PPO和POD活性，防止了果肉褐变，减少了果实腐烂的发生，利于保持果肉硬度。

‘0900 Ziraat’樱桃使用0.20 μm低密度聚乙烯进行气调包装（MA/MH）时，鲜果重量减少不明显、果柄外观影响较小，果实中PG和PPO活性也较低（Özkaya 等，2015年）。MAP对于甜樱桃的保质期延长是有效的，但在实践中却不能大规模实施，因为价格较高且有一定的风险。

3.3 天然化合物

天然化合物已被开发用于延长樱桃的货架期。使用30 mm β-氨基丁酸（BABA）浸泡10 min的方法处理红灯樱桃，20℃下贮藏8 d后，浸泡过的果实呼吸速率、失重率、可滴定酸含量、总酚、总糖和抗坏血酸含量均降低，且樱桃抗坏血酸、过氧化物酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽还原酶均升高，超氧化物歧化酶活性增强（Wang等，2016年）。这些天然化合物延长了甜樱桃的贮存期，且安全性有保障，对环境友好。

3.4 可降解膜

将生物降解膜应用于气调包装的保存技术（MAP）已经出现（Giacalone和Chiabrando，2013年；Koutsimanis等，2014年）。可生物降解薄膜具有减少环境污染（Almenar等，2012年）、延迟颜色变化、果肉软化和降低酸度损失的作用（Giacalone和Chiabrando，2013年）。微穿孔聚乳酸（PLA）膜与大孔径袋相比，在抑制甜樱桃真菌生长，保持了糖度、色泽、硬度、可溶性固形物含量，减轻了果实失重方面更有优势。储存在聚乳酸包装中的樱桃具有更好的外观、质地、风味，整体贮藏品质更佳（Koutsimanis等，2014年）。这种包装技术可能成为现实（Koutsimanis等，2014年），而能否顺利应用，将取决于此类薄膜生产中的废物产生和价格之间的平衡。

3.5 可食性涂膜

可食性涂膜是一种很有前途的果蔬保鲜技术（Dhall，2013年）。可食性涂膜技术可以替代改良气调储存，利于健康化合物的载体。该技术不仅可以延长保质期，还能使生物活性化合物，如抗氧化剂、抗菌剂、益生菌、香料和营养物质，从涂层转移到水果皮上（Quirós-Sauceda等，2014年）。食用涂层可降低呼吸和蒸腾速率，减少硬度损失，并减缓衰退（Velickova等，2013年）。将刺槐豆胶、虫胶、聚山梨酯80、甘油和蜂蜡涂层涂在‘Burlat’樱桃上，可降低果实重量损失、减少擦伤、减少表面凹痕和减缓果肉硬度下降，从而延长保质期（Rojas Argudo等，2005年）。壳聚糖能诱导真菌防御相关酶活性，并增加酚类化合物水平的抗菌化合物的生成（Liu等，2007年）。壳聚糖包衣的甜樱桃，水分损失较低，颜色变化延迟，总酚、黄酮和花青素含量较高（Petriccione等，2014年）。Misir等综述了芦荟凝胶作为新鲜水果食用涂层的应用，发现涂抹芦荟凝胶可以提高甜樱桃等水果的采后寿命和品质。与对照果实相比，芦荟凝胶减轻了质量损失，降低了呼吸速率，延迟了颜色变化和果实软化，樱桃果实中的可滴定酸损失也减少（Martínez Romero等，2006年）。

4 分子标记辅助育种研究进展

甜樱桃基因组的研究进展有助于识别影响水果质量的候选基因、信号传导和代谢途径。（Carrasco等，2013年）。目前大约有133个基因被认为与樱桃果实的质地、颜色、风味和抗寒性有关（Ogundivin等，2009年）。甜樱桃基因连锁图谱的构建有助于与质量性状相关的数量性状位点（QTL）的识别和特征化（Guajardo等，2015年）。目前已确定了与大樱桃果实重量和硬度（Campoy 等，2015年）、果实大小（Zhang等，2010年；Franceschi等，2013年；Rosyara等，2013年）、果皮和果肉颜色（Sooriyapathirana等，2010年）及果实抗裂性（Balbontín等，2013年）相关的QTL。此外，在甜樱桃中，还建立了与表皮发育（从开花到成熟）和应激反应相关的外果皮特异性转录本（Alkio等，2014年）。尽管果实质量性状相关的基因较多，使MAS的使用受到了限制，但MAS技术仍是核果类果树育种中一项重要的生物技术。（Salazar等，2014年）。通过测序进行基因分型（GBS）可生成更为详尽的遗传图谱，从而有助于识别QTL和发现单核苷酸多态性（SNP）（Guajardo等，2015年；Salazar等，2017年），目前研究应侧重于寻找甜樱桃品质的QTL，而不是寻找促进有益健康物质合成的QTL。CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)，即规律间隔成簇段回文重复序列，是一种强大的基因编辑技术，可以对生物的DNA进行修剪、切断、替换和添加。CRISPR和CRISPR/Cas9基因编辑系统在了解遗传变异、遗传、基因组组织和表型表现等方面具有重要意义，同时，在蔷薇科植物新品种选育中也具有重要的作用（Peace，2017年）。尽管CRISPR/Cas9基因编辑技术尚未在樱桃中应用，但它已被有效地应用于提高柑橘溃疡病抗性（Peng等，2017年），调节番茄中乙烯合成（成熟抑制基因）（Ito等，2015年），以及有效地敲除L-idonate脱氢酶基因（IdnDH），参与葡萄酒石酸代谢途径等多项研究（Ren等，2016年）。