楊綠竹，王馨雨，王蓉蓉，單 楊，張 群，丁勝華,*

（1.湖南大學(xué)研究生 院隆平分院，湖南 長沙 410125；2.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，果蔬貯藏加工與質(zhì)量安全湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410125；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128）

陸生植物地上部分器官外覆蓋著一層疏水性脂質(zhì)結(jié)構(gòu)——角質(zhì)層[1]。植物角質(zhì)層早期被認為是沉積在表皮細胞壁上但不與之相連的細胞外脂質(zhì)層，后發(fā)現(xiàn)在細胞壁上存在纖維素（多糖）結(jié)構(gòu)域?qū)⒔琴|(zhì)層和細胞壁相連接，目前認為角質(zhì)層是一種復(fù)合的、異質(zhì)分布的生物聚合物[2]，基本結(jié)構(gòu)見圖1[3]。角質(zhì)層主要由角質(zhì)和蠟質(zhì)組成。角質(zhì)是一種由甘油、羥基脂肪酸及環(huán)氧脂肪酸組成的聚脂化合物；蠟質(zhì)分為表皮外蠟和表皮內(nèi)蠟兩部分。外蠟沉積在表皮細胞最外層，主要是脂肪族化合物（烷烴、脂肪酸、初級醇、醛），并可自我組裝，形成不同形態(tài)的蠟晶；內(nèi)蠟嵌在角質(zhì)聚合物基質(zhì)中，主要是萜類化合物和少量甾醇，呈無定形態(tài)，不具備晶體結(jié)構(gòu)[4-6]。部分植物的角質(zhì)層中還含有膠膜，這是一種脂質(zhì)生物聚合物，是角質(zhì)層水解后的殘渣部分，可增強角質(zhì)層疏水性，防止水分蒸發(fā)，增強植物對干旱的適應(yīng)能力[7-11]。此外，在角質(zhì)層中還檢測到了酚類、苯丙酮、黃酮類化合物及木質(zhì)素成分[12-14]。除地上部分器官有角質(zhì)層覆著外，最近一項研究發(fā)現(xiàn)擬南芥幼苗的根冠中也有角質(zhì)層存在，這是一種非典型的角質(zhì)層，它能夠在幼苗生長的關(guān)鍵階段保護根的分生組織、促進側(cè)根生成[15]。角質(zhì)層的存在有多方面的意義，如：營養(yǎng)器官和花器官中的角質(zhì)層能夠阻礙發(fā)育過程中器官融合；胚乳角質(zhì)層的擴散屏障作用可以調(diào)節(jié)種子萌發(fā)過程，保護胚胎不受各種氧化反應(yīng)的影響；同時角質(zhì)層還可控制蒸騰作用和氣體交換、控制親脂物質(zhì)的運輸、調(diào)節(jié)果實生理紊亂等[16-17]。

圖1 植物角質(zhì)層組分分布[3]Fig. 1 Distribution of plant cuticle constituents[3]

柑橘是一類非呼吸躍變型水果，是全球水果產(chǎn)業(yè)中最重要的水果之一。我國是柑橘生產(chǎn)和消費大國，近年來柑橘總產(chǎn)量保持著上升趨勢，大部分用于鮮銷，其中寬皮桔產(chǎn)量尤為突出[18]。但柑橘采后處理不當易失水、被霉菌感染或發(fā)生采后褐斑等，影響果實貯藏性能和商品價值[19]。而植物表皮角質(zhì)層作為一層天然屏障，具有減少非氣孔性水分損失、保持表面潔凈、防止微生物和昆蟲入侵及抵御非生物脅迫等功能[20-24]。關(guān)于柑橘表皮角質(zhì)層的研究主要涉及化學(xué)組分、合成、轉(zhuǎn)運、形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能等多個方面[25-28]?；谶@些成果，本文綜述了角質(zhì)層的組成、結(jié)構(gòu)、生物合成及其在柑橘貯藏中的作用，以期為角質(zhì)層的深層研究和柑橘的貯藏保鮮提供理論參考，并討論其未來可能的發(fā)展方向。

1 柑橘果皮角質(zhì)層的組分

1.1 角質(zhì)層組分的分離提取

角質(zhì)層分離包括蠟質(zhì)分離和角質(zhì)分離兩方面。大多數(shù)植物蠟質(zhì)是疏水化合物，易溶于有機溶劑。最初用有機溶劑浸泡提取表皮蠟質(zhì)，但提取物中內(nèi)外蠟雜合，不易區(qū)分，并可能含其他雜質(zhì)[29]。為避免這種現(xiàn)象，可先用機械分離法獲取表皮外蠟（機械剝離外蠟法主要有3 種，具體見表1）[30-32]，后用有機溶劑萃取法提取內(nèi)蠟。蠟層厚的植物表皮外蠟可直接刮掉；蠟層太薄則用黏合劑剝離外蠟。柑橘果皮角質(zhì)層的提取采用阿拉伯樹膠剝離外蠟，后將果實浸于氯仿提取內(nèi)蠟。總蠟提取后，同一果實用酶解法和有機溶劑萃取法相結(jié)合提取角質(zhì)[33-34]。柑橘果皮角質(zhì)層提取具體方法見圖2。

表1 機械剝離植物表皮外蠟的3 種方法Table 1 Three methods for mechanical peeling of plant epicuticularr wwaaxx

圖2 角質(zhì)層組分提取流程圖[33--34]Fig. 2 Flow chart of the extraction process of cuticle components[33-34]

1.2 角質(zhì)層含量與組分分析

植物蠟質(zhì)和角質(zhì)化學(xué)組分常采 用柱前衍生結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（g as chromatography-mass spectrometry，GC-MS）進行定性定量分析。樣品用于GC-MS分析前需加入一定體積的吡啶和等體積的N,O-雙(三甲基硅烷)三氟乙酰胺衍生含有活性氫的官能團，使角質(zhì)層組分轉(zhuǎn)化為三甲 基硅基衍生物，以改善峰型，獲得更高的分辨率[35]。植物角質(zhì)單體大多是飽和羥基化脂肪酸，以C16和C18單體為主。蠟質(zhì)組分主要是特長鏈脂肪族化合物及其衍生物。柑橘角質(zhì)層的研究涉及多個品種，表2列舉了一些柑橘類果實表皮角質(zhì)層的主要組分。

表2 柑橘角質(zhì)層組分Table 2 Composition of citrus cuticle

柑橘果皮角質(zhì)單體主要是含羥基的十六烷酸。Baker等[25]報道，檸檬和蜜柑角質(zhì)單體主要是16-羥氧代基-十六烷酸，分別占其總角質(zhì)的56%和57%，橙和克萊門氏小柑橘角質(zhì)單體主要是二羥基十六烷酸，分別占總角質(zhì)的51%和62%。然而，有研究者發(fā)現(xiàn)‘紐荷爾’臍橙表皮角質(zhì)單體主要是10-氧代基,16-羥基十六烷酸和10,16-二羥基十六烷酸，且角質(zhì)含量在開花后90～180 d持續(xù)增加，從（55.3±13.8）μg/cm2增加到（223.3±43.8）μg/cm2，到開花后2 1 0 d（此階段果實成熟）下降為（169.6±2.1）μg/cm2，表明角質(zhì)與果實發(fā)育時期有關(guān)，且在生長膨大階段不斷積累增加，但到果實成熟階段含量減少[34]。角質(zhì)組分的變化還受溫度影響。成熟的冰糖甜橙在采收時角質(zhì)單體主要成分是順-9-十六碳烯酸和肉桂酸，4 ℃貯藏40 d后，兩者含量都下降；但25 ℃下貯藏相同時間，二者含量上升，此外，角質(zhì)總含量也在低溫貯藏時減少，常溫貯藏時增加[37]。低溫貯藏誘導(dǎo)角質(zhì)降解，可能是為了生成其他物質(zhì)來提高果實抵御低溫脅迫的能力，而常溫下貯藏，更適于病原菌的生長，呼吸強度也較高，因此可通過提高角質(zhì)含量以提高自身對外界環(huán)境不利因素的抗性。目前，具體角質(zhì)單體組分的作用鮮有明確報道，未來可進行相關(guān)方面的研究，探究具體角質(zhì)單體組分的作用，通過外源手段提高對果實保鮮貢獻大的物質(zhì)含量，延長果實貯藏期，達到更好的保鮮效果。

蠟質(zhì)層組分的研究在橙、寬皮桔、柚和檸檬 等品種中較多。自柑橘果實發(fā)育至成熟階段，果皮蠟質(zhì)總量增加[28,34,40]。柑橘表皮蠟質(zhì)組分主要是脂肪族化合物和萜類化合物。脂肪族化合物主要為C23～C33醛、C20～C31初級醇、C16～C34偶數(shù)碳原子鏈飽和脂肪酸和C18:1、C18:2不飽和脂肪酸，C21～C33奇數(shù)碳原子鏈烷烴。其中C24、C26、C28是主要的醛類物質(zhì)，而C29和C31在烷烴中占主要地位。研究發(fā)現(xiàn)梨表皮蠟質(zhì)組成[41-42]與柑橘類似，但具體組分在碳原子數(shù)上有差異（C16～C18醛類、C17～C41初級醇、C16～C26脂肪酸、C16～C44烷烴），三十一烷（C31）是‘庫爾勒’、‘雪花’梨果實表皮蠟中最豐富的烷烴。此外，Sala[43]在‘Fortune’柑橘果實蠟層中檢測到豐富的蠟酯和酮，且發(fā)現(xiàn)蠟質(zhì)組分受光照的影響，位于樹體北面的果實表皮蠟質(zhì)中酮含量高，樹體南面上的烷烴、酯類、醛類含量高。萜類化合物主要是三萜類（主要包括香樹精、羽扇豆醇、軟木三萜酮）和甾醇類（主要為谷甾醇），部分還含有角鯊烯和法尼醇。與柑橘不同，‘October Sun’桃角質(zhì)層主要的三萜化合物是熊果酸和齊墩果酸[44]。此外，不同品種柑橘果實的萜類物質(zhì)種類和含量都有顯著的差異[39]，說明品種和環(huán)境對角質(zhì)層有較大影響。同時，在部分柑橘角質(zhì)層還檢測到次級代謝物微量膽固醇和類黃酮物質(zhì)[28,34]，推測目前對于角質(zhì)層組分的研究手段還存在些許不足，角質(zhì)層中的微量成分可能被忽略。

柑橘果皮角質(zhì)層合成受外源乙烯的調(diào)控，‘Navelate’柑橘果實經(jīng)乙烯處理，表皮總蠟量增加，且新合成的蠟質(zhì)中富含脂肪酸[27]。蘋果中也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象，而乙烯抑制劑（1-甲基環(huán)丙烯）則會延遲導(dǎo)致蘋果表面產(chǎn)生油膩感蠟質(zhì)成分的合成[45-46]。這些研究表明乙烯不僅可誘導(dǎo)蠟質(zhì)積累，還改變蠟質(zhì)組分。 從已有資料來看，乙烯似乎主要影響表皮外蠟脂肪族化合物的合成，可進一步探究乙烯處理后角質(zhì)層合成通路的情況，探究角質(zhì)層對這種外源物的響應(yīng)機制。大量的研究成果均表明柑橘角質(zhì)層組分具有多樣性，品種、地理環(huán)境、貯藏條件和外源物處理都可能影響角質(zhì)層組分及含量。

2 柑橘果皮形態(tài)結(jié)構(gòu)

脂肪族蠟組分可自我組裝成蠟質(zhì)晶體。Ensikat等[47]通過電子衍射、X射線粉末衍射研究了35 種植物表皮蠟質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)脂肪族蠟具有正交晶型結(jié)構(gòu)。一些掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果顯示大多數(shù)表皮外蠟呈三維結(jié)構(gòu)。常見的蠟晶結(jié)構(gòu)為顆粒狀、板狀、血小板狀、管狀等[4,48]。血小板狀蠟質(zhì)組分中常含高比例的醛類和烷烴，管狀蠟晶體有兩種：蠟質(zhì)含高比例的仲醇或β-二酮[49]，也有一些研究發(fā)現(xiàn)血小板狀蠟晶型表現(xiàn)出較高的形態(tài)學(xué)和化學(xué)變異性[50-51]。

柑橘果實表皮外蠟組分間的差異導(dǎo)致了果皮形態(tài)結(jié)構(gòu)不一。成熟柑橘類水果在采收時表皮外蠟通常呈扁平血小板狀，冰糖甜橙[37]、‘Foutune’柑橘果實[43]、‘紐荷爾’臍橙[28]表皮形態(tài)均為此結(jié)構(gòu)。但突變體表現(xiàn)不同，醛類和烷烴含量顯著下降的‘紐荷爾’臍橙突變體果皮蠟晶缺失、表皮光滑[28]，相似表型在黃瓜[52]和擬南芥[53]中也被觀察到。而蠟質(zhì)組分中醛類和烷烴含量高的果實，形成的蠟晶分布范圍更廣泛、尺寸更大[26]。此外，貯藏過程用乙烯處理果實可減少表皮蠟質(zhì)裂縫和缺蠟區(qū)域，使蠟質(zhì)更緊密、均勻[27]。證明烷烴和醛是形成柑橘表皮血小板狀蠟晶的必需物質(zhì)。

同時，表皮外蠟自組裝過程也受溫度、光強、濕度等環(huán)境因素的影響。較高溫度利于形成平行于角質(zhì)層的結(jié)構(gòu)，如：板狀、薄片狀；較低溫度利于形成垂直于角質(zhì)層的結(jié)構(gòu)，如：棒狀、管狀[54]。低溫會損害柑橘表皮晶體結(jié)構(gòu)。4 ℃貯藏的冰糖甜橙蠟晶減少、表面起皺開裂，而25 ℃貯藏時蠟晶增多聚合，形成更大的晶體[37]；葡萄柚樹冠果實外側(cè)向陽面的蠟晶尺寸大于內(nèi)側(cè)[55]；‘Foutune’柑橘果實在低溫條件下，果皮外蠟更易損傷裂化，但烷烴含量增加可顯著延緩蠟層的裂化[43]。烷烴在柑橘表皮蠟晶形成過程中有較大作用，從相關(guān)報道可知，柑橘角質(zhì)層中的烷烴主要是 C29和C31，雖已證明烷烴含量增加對蠟晶形成有利，但烷烴鏈長與蠟晶形態(tài)的關(guān)系未有說明。

3 柑橘果皮角質(zhì)層組分在采后貯藏期的變化

柑橘類果實發(fā)育模式一般分4 個階段：細胞分化期、分裂期、果實發(fā)育膨大期、果實成熟期[56]。角質(zhì)層組分除果實生長發(fā)育期間不斷變化外，貯藏期也 有所差異。溫州蜜柑冷藏過程中角質(zhì)層含量先上升后下降，而相同條件下貯藏的冰糖甜橙角質(zhì)層含量在整個貯藏期持續(xù)下降[37,57]?！~荷爾’臍橙和溫州蜜柑貯藏期蠟質(zhì)中脂肪酸比例上升，醛類、烷烴比例下降，并在‘紐荷爾’臍橙中檢測到了法尼醇和角鯊烯，溫州蜜柑中沒有[26]，這與Liu Dechun等[28]的報道結(jié)果一致，表明果皮結(jié)構(gòu)也會影響蠟質(zhì)成分。此外，還發(fā)現(xiàn)‘庫爾勒’和‘玉露香’梨在貯藏期間脂肪酸含量也發(fā)生了變化[42]。曾有報道，角質(zhì)層單體C16/C18的比例影響薊葉子和花角質(zhì)層的機械性能，C16單體含量高時剛性較強；C16單體和C18單體含量相當時則具有較高的彈性[58]，而烷烴和醛類的積累對防止果實水分流失有重要作用[26,59]。貯藏過程中角質(zhì)層組分的變化影響角質(zhì)層的性能，進而改變果實特性。脂肪酸比例的上升伴隨著醛類、烷烴比例的下降，可能是蠟質(zhì)組分互相轉(zhuǎn)變的結(jié)果。這與隨著貯藏期延長，果實成熟度增加、硬度下降、表皮逐漸軟化、結(jié)構(gòu)變得疏松、剛性下降相符合。且某些脂肪酸成分還可抑制病原菌生長，對果實起到保護作用。

4 柑橘果實果皮角質(zhì)層合成途徑及基因調(diào)控

4.1 蠟質(zhì) 生物合成及基因調(diào)控

植物表皮角質(zhì)層是由多酶復(fù)合物參與一系列酶促反應(yīng)而合成，關(guān)于這方面的研究主要是以擬南芥為材料進行的[60-64]，相關(guān)基因調(diào)控及合成轉(zhuǎn)運途徑如圖3所示。脂肪族蠟組分合成大體可分為兩個階段。第一階段是在質(zhì)體中從頭合成C16和C18脂肪酸。首先是乙酰輔酶A與來自丙二酸-?；d體蛋白（acyl carrier protein，ACP）的C2分子縮合以延長碳鏈，這一過程的丙二 酸-ACP由丙二酸單酰輔酶A合成。丙二酸單酰輔酶A由乙酰輔酶A羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACCase）催化乙酰輔酶A羧化而來，且此步反應(yīng)為不可逆反應(yīng)，并且控制著脂肪酸合成速率，因此ACCase催化反應(yīng)被認為是脂肪酸合成的限速步驟[63,65]；縮合后再經(jīng)β-酮酰ACP還原、β-羥基酰ACP脫水、反式-Δ2-烯酰ACP還原3 個連續(xù)反應(yīng)，4 個反應(yīng)構(gòu)成一個循環(huán)。由脂肪酸合酶復(fù)合體催化循環(huán)反應(yīng)，每個循環(huán)使碳鏈增加兩個碳原子，重復(fù)6～7 次，最終生成C16-ACP和C18-ACP。?；鵄CP硫酯酶（acyl ACP thioesterase，F(xiàn)ATB）催化酰基使其從?；d體蛋白中釋放，再經(jīng)長鏈脂酰輔酶A合成酶（long-chain ac yl-coenzyme A synthase，LACS）轉(zhuǎn)化生成C16和C18脂酰輔酶A[3]?！~荷爾’臍橙突變體中，CsCAC3、CsCAC1和LACS相關(guān)基因表達水平被下調(diào)，C16、C18脂肪酸前體和長鏈脂酰輔酶A的合成受到抑制，最終表皮呈光滑表型[33,60]。Jessen等[66]發(fā)現(xiàn)LACS1和LACS4基因雙缺失的擬南芥突變體花粉被膜脂質(zhì)含量顯著降低。此外，在缺失FATB基因的擬南芥突變體中觀察到莖和葉總蠟量都減少[67]。

圖3 角質(zhì)層組分合成和轉(zhuǎn)運[3,60--61]Fig. 3 Biosynthesis and export of cuticle components[3,60-61]

第二階段是C16和C18脂肪酸被轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)中，由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的脂肪酸延長酶（fatty acid elongase，F(xiàn)AE）復(fù)合物延長為C20～C34特 長鏈脂肪酸（very long chain fatty acids，VLCFAs）及其衍生物。FAE以C16和C18脂酰輔酶A為底物，整個合成過程由β-酮酰輔酶A合成酶（β-ketoacyl-CoA synthase，KCS）、β-酮酰輔酶A還原酶、β-羥基酰輔酶A水解酶和反式烯酰輔酶A還原酶催化的4 個連續(xù)反應(yīng)構(gòu)成一個循環(huán)反應(yīng)。通過丙二酸單酰輔酶A轉(zhuǎn)移到?；d體蛋白上，經(jīng)每個循環(huán)在原碳鏈上增加2 個碳原子。KCS是脂肪酸鏈延伸的限速酶，決定了最終脂酰輔酶A產(chǎn)物的長度[61]。在‘紐荷爾’臍橙中檢測到了CsKCS19、CsKCS6/CER6、CsKCS11-LIKE1、CsKCS10、CsKCS2-LIKE1、CsKCS2-LIKE2等幾種KCS基因，且其在突變體果皮中表達水平下調(diào)[33,60]。VLCFAs可以通過脫羰基途徑轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的醛、烷烴、二級醇和酮，也可以通過酰基還原途徑轉(zhuǎn)化為初級醇和蠟酯。研究發(fā)現(xiàn)，CER4編碼脂酰輔酶A還原酶與初級醇形成有關(guān)，克隆擬南芥CER4基因發(fā)現(xiàn)其可特異地合成C24～C28的初級醇[68]。相關(guān)基因表達量低的柑橘果實蠟質(zhì)中初級醇含量也低[33]。形成的初級醇可單獨存在或與游離脂肪酸形成蠟酯。首先在擬南芥中發(fā)現(xiàn)WSD1基因與蠟酯合成有關(guān)[69]。最近還發(fā)現(xiàn)，WSD2、WSD7參與擬南芥葉和莖的表皮蠟酯生成，且在干旱、鹽和脫落酸（abscisic acid，ABA）脅迫下可被高度誘導(dǎo)[70]。在番茄中也發(fā)現(xiàn)ABA在干旱條件下可誘導(dǎo)蠟質(zhì)積累[71]。CER3、CER1基因主要參與烷烴合成，KCS6、CER3和CER1基因表達量高的果實表皮蠟質(zhì)中醛類、脂肪酸和烷烴含量高，MYB家族基因也參與蠟質(zhì)合成，MYB96表達水平較高，蠟質(zhì)含量高，而MYB94和MYB96雙缺失則造成蠟質(zhì)損失嚴重[26,34,72]。此外，還發(fā)現(xiàn)CER22是CER1的等位基因，也可編碼烷烴形成[73]，而CER2與蠟組分碳鏈原子分布有關(guān)，主要作用是將碳鏈延長至大于28 個碳原子[26,74]。

蠟質(zhì)組分中的萜類化合物由C5單元（異戊烯基二磷酸）組成。三萜化合物的合成主要有三步：第一步是由氧化角鯊烯環(huán)化酶催化2,3-氧化角鯊烯環(huán)化，構(gòu)建三萜基本骨架；第二步是骨架被修飾成疏水的皂苷元；最后通過糖基化增加三萜的水溶性，改變其生物活性[75]。對柑橘中與萜類物質(zhì)合成有關(guān)的基因研究發(fā)現(xiàn)，CsDXP3、CsFKP1、CsFPD2、CsCDPMEK、CsCHX2等基因與萜類化合物的骨架生成有關(guān)，ScFDFT1與角鯊烯合成有關(guān)，CsLUP4-LIKE1/2與β-香樹精的合成有關(guān)[60]。

4.2 角質(zhì)合成相關(guān)基因及調(diào)控

與蠟質(zhì)合成一致，角質(zhì)單體合成也始于質(zhì)體中脂肪酸的從頭合成。C16和C18脂酰輔酶A后形成，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中發(fā)生ω-羥基化，中鏈羥基化和形成?；o酶中間體最后生成二羥基十六烷酸輔酶A酯，目前對這3 個反應(yīng)發(fā)生的順序還未能明顯區(qū)分，但相關(guān)酶作用已有報道。如在擬南芥花瓣中CYP86A酶催化ω-羥基化反應(yīng)，CYP77A6酶催化碳鏈中部的羥基化[3]。目前在柑橘中被報道的與角質(zhì)單體合成有關(guān)的基因主要有：WIN1、GDSL1、MYB106、MBY41、SHN1/WIN1、WIN2、WIN3、ZIL1、CYP86A1、CYP86A2、GPADT8、BDG等。且它們大多既參與角質(zhì)合成，也在蠟質(zhì)合成中起作用，比如MYB106、MBY41、SHN1/WIN1直接調(diào)控角質(zhì)合成并可間接影響蠟質(zhì)合成[26,34]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)WIN1和其相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子過表達除能提高蠟產(chǎn)量外，還可調(diào)節(jié)角質(zhì)層滲透性，增強植物適應(yīng)干旱的能力[76]。

4.3 角質(zhì)層組分轉(zhuǎn)運及調(diào)控

蠟質(zhì)組分與角質(zhì)前體在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成后，穿過質(zhì)膜和細胞壁，最終沉積在細胞壁最外層形成新的角質(zhì)層。目前的研究認為蠟質(zhì)和角質(zhì)前體在質(zhì)膜上的轉(zhuǎn)運輸出主要依賴于ATP-結(jié)合盒（ATP-binding cassette，ABC）轉(zhuǎn)運體。擬南芥中，ABCG12/CER5、ABCG32和ABCG13基因為蠟質(zhì)轉(zhuǎn)運所必需[77-79]。ABC家族轉(zhuǎn)運蛋白在柑橘表皮角質(zhì)層組分的運輸中具有重要作用。Liu Dechun等[33,60]報道了CsABCG15、CsABCG32、CsABCG36、CsABCG11-LIKE1～CsABCG11-LIKE4、CsABCG1～CsAB CG3在蠟含量少的突變體‘紐荷爾’臍橙中表達下調(diào)，表明ABC轉(zhuǎn)運蛋白表達水平的減少會導(dǎo)致蠟質(zhì)從膜內(nèi)輸出受阻，最后造成表皮蠟質(zhì)含量減少。脂質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白也參與角質(zhì)層組分的轉(zhuǎn)運過程，但在柑橘中少有報道。

5 柑橘果實果皮角質(zhì)層對柑橘采后貯藏的意義

柑橘果實采后會失水或發(fā)生青霉病，導(dǎo)致果實皺縮腐爛，影響銷售，造成經(jīng)濟損失。我國柑橘產(chǎn)量大，90%以上用于新鮮消費，采后貯藏至關(guān)重要[80]。柑橘表皮角質(zhì)層可阻礙果實水分流失、抵御外界微生物的侵害和調(diào)節(jié)果實內(nèi)部環(huán)境防止生理紊亂的發(fā)生。

5.1 防止水分流失

果皮角質(zhì)層可以減少果實非氣孔性失水，在沒有或少有氣孔時，角質(zhì)層的蒸騰作用是水分流失的主要方式，而角質(zhì)層的疏水性可有效防止水分流失[81]。以前普遍認為，角質(zhì)層厚度決定表皮透水性。而后研究表明，角質(zhì)層厚度和蠟質(zhì)總量與透水性都沒有相關(guān)性，水擴散主要屏障是一個小范圍的富含高度結(jié)構(gòu)化的蠟質(zhì)區(qū)域[82-84]。Parsons等[85]對辣椒角質(zhì)層的分析表明，水分損失率與角質(zhì)層組成顯著相關(guān)。角質(zhì)層的保水能力主要由蠟質(zhì)組分中的烷烴、三萜和甾醇含量及比例決定，烷烴可能是最有效的保水組分，還可提高植株抗旱性，而萜類對保水力有反作用[86-88]。角質(zhì)層沉積的物理結(jié)構(gòu)以及蠟質(zhì)組分的排列對建立有效的表皮運輸屏障必不可少，而蠟質(zhì)和角質(zhì)沉積厚度不影響角質(zhì)層滲透性[89]。

柑橘表皮角質(zhì)層滲透性的改變影響水分擴散，角質(zhì)層功能嚴重受損時，水分滲透性增加，果實失水快[90]。去除表皮蠟質(zhì)后的柑橘果實在貯藏期間水分損失率顯著增加，如：‘紐荷爾’臍橙[26]、溫州蜜柑[26,38]、冰糖橙[37-38]。蠟質(zhì)組分與蠟晶結(jié)構(gòu)對角質(zhì)層水分運輸起關(guān)鍵作用。‘紐荷爾’臍橙和溫州蜜柑在貯藏期間隨烷烴含量下降，果實失水率增加。溫州蜜柑由于蠟質(zhì)含量低、無定形程度高、晶型結(jié)構(gòu)疏松表現(xiàn)出更高的失水率[26]。Schirra等[91]用不同溫度熱水浸泡‘Fortune’柑橘果實后觀察并檢測表面蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)與貯藏性能，也得出了相同結(jié)論。由此可見，角質(zhì)層起保水作用的主要是外蠟組分中能形成晶體結(jié)構(gòu)的烷烴，烷烴含量高，蠟晶結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸大，則保水性好，有利于防止柑橘采后水分流失。內(nèi)蠟似乎對保水并無作用。但水分子在角質(zhì)層具體如何運輸、在非晶體區(qū)域與晶體 區(qū)域的運輸方式有何不同，還需要進一步地研究。此 外，角質(zhì)層沉積還與環(huán)境因素有關(guān)。一般在高濕度環(huán)境下的植物角質(zhì)層沉積少，而干旱條件下角質(zhì)層沉積較多[92]。干旱條件下角質(zhì)層沉積增加，可能合成更多蠟質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)防止水分散失。

5.2 抵御外界微生物的侵害

果實抗病性隨成熟期和貯藏期的延長而降低，某些情況下，真菌可以通過物理作用、酶降解作用或兩種結(jié)合的方法穿透果實表面，而無法直接穿透果實表皮的病原菌，可以通過皮孔、氣孔或自然裂縫感染果實，長期貯藏后，果實對傷口和機械損傷的敏感性逐漸增強，為感染的發(fā)生提供了途徑。此外，表皮結(jié)構(gòu)可影響病菌孢子的沉積和黏附[93]。角質(zhì)層對外來物的入侵有防御作用，其他文獻中有相關(guān)報道[94-95]。因此，角質(zhì)層對抵御外界微生物入侵 具有重要作用。

柑橘角質(zhì)層對采后青霉菌感染有抑制作用。乙烯處理后新蠟的合成可有效地阻止外界青霉菌感染‘Navelate’柑橘果實[27]。Dore等[96]用碳酸氫鈉處理柑橘果實也有相同效果。雖然蠟質(zhì)層可以阻礙病原菌入侵，但并非所有組分都可抑菌，具有抑菌作用的主要是蠟質(zhì)層中的萜類物質(zhì)。張靜等[57]通過體外實驗發(fā)現(xiàn)，冷藏過程中溫州蜜柑表皮外蠟對指狀青霉菌落的生長有促進作用，而內(nèi)蠟則會顯著抑制其生長和孢子萌發(fā)。此外，更耐貯的‘紐荷爾’臍橙成熟果實角質(zhì)層蠟中存在法尼醇和角鯊烯[26]。法尼醇可抑制青霉菌的菌絲生長并促進其細胞凋亡，角鯊烯可參與清除自由基和提高氧負荷，兩者均有保鮮作用[97-98]。而最近一項研究發(fā)現(xiàn)表皮蠟層缺失的‘紐荷爾’臍橙突變體茉莉酸合成顯著增加，并對病原菌表現(xiàn)出更強的耐受性[99]。與蠟質(zhì)一樣，茉莉酸也源于 質(zhì)體中脂肪酸的合成，且二者合成量呈負相關(guān)。突變體中茉莉酸合成的增加是對病原菌抗性增強的直接原因，但這種調(diào)控機制尚未明確。此外，蠟質(zhì)中的烷烴組分似乎也與果實自身防御緊密相關(guān)。易受感染發(fā)生褐斑的‘Navelina’橙在 成熟過程烷烴含量高于非易感品種，這可能是果實抵抗外界干擾的結(jié)果[40]。擬南芥中MYB30基因可調(diào)節(jié)超敏反應(yīng)，作為細胞死亡信使，其過表達會導(dǎo)致蠟質(zhì)含量增加，其中C29和C30烷烴含量增加2 倍[100]。烷烴含量與蠟質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，但并未明確指出是其形成的致密晶體結(jié)構(gòu)抵御了病原菌的入侵還是其組分對病原菌有抑制作用。

除果實自身角質(zhì)層蠟外，人工蠟涂層也可以延緩柑橘果實衰老，添加伊馬唑利的蠟涂層可進一步保護果實抵抗青霉病，延長果實貯藏期[101]。同時，使用納米抗菌劑可提高表皮滲透性，控制柑橘黃龍病的發(fā)生[102]。

5.3 柑橘果皮角質(zhì)層與果實生理紊亂的關(guān)系

果實出現(xiàn)生理紊亂現(xiàn)象主要是因為角質(zhì)層沉積與果實發(fā)育膨大之間不協(xié)調(diào)，一般表現(xiàn)為褐斑和開裂[103]。果實開裂主要在果實接近成熟或成熟期間，西紅柿[104]、蘋果[105]、西瓜[106]等作物均有開裂現(xiàn)象發(fā)生。

表皮厚度和表皮細胞密度與果實開裂程度顯著相關(guān)，易開裂的果實表皮角質(zhì)層較薄、結(jié)晶蠟較少[107]。通過改變表皮細胞密度、角質(zhì)層厚度和成分，可控制果實開裂的發(fā)生。隨著生長發(fā)育，柑橘果實尺寸變大，更易開裂，而蠟質(zhì)組分中烷烴含量高的果實開裂率低[40]。在甜櫻桃中也發(fā)現(xiàn)，表皮蠟質(zhì)中烷烴的類型和比例對果實抗裂性至關(guān)重要[108]。此外，有新蠟合成、表皮缺蠟區(qū)域減少的柑橘，果實開裂程度下降[27]。同時，蠟晶結(jié)構(gòu)受損是‘Fortune’柑橘果實果皮褐斑和凹陷的因素之一。Sala[43]報 道了與健康果實相比，果皮凹陷的柑橘果實表面蠟層更具有非晶性。低溫會誘導(dǎo)‘Fortune’柑橘果實表皮細胞破裂，嚴重發(fā)生凹陷的果皮晶體丟失或無晶體結(jié)構(gòu)，表面粗糙，發(fā)生冷害的果實角質(zhì)層滲透性顯著增加[90]。蠟質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)與果實生理紊亂及采后病害顯著相關(guān)，更緊密的蠟質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)在能調(diào)控生理紊亂的同時也減少了果實病害的發(fā)生率。由于CER1、CER3基因與烷烴合成相關(guān)，適量過表達可提高蠟組分中烷烴含量，利于蠟晶形成，提高果實貯藏性。

6 結(jié) 語

植物角質(zhì)層是植物組織與外界環(huán)境的屏障，與果蔬表型、采后衰老、病害緊密相關(guān)，對提高果蔬耐貯性具有重要意義。角質(zhì)層組分及結(jié)構(gòu)對其功能起決定性作用，相關(guān)基因的表達不同造成組分間的差異，同時引起蠟質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)改變，進而影響其功能。環(huán)境因素對角質(zhì)層也有較大影響，低溫環(huán)境下角質(zhì)層受損，而干旱則會誘導(dǎo)角質(zhì)層含量的增加。目前，對柑橘角質(zhì)層研究雖涉及了生物合成、組分變化、功能等多個方面，但也存在局限性。首先，現(xiàn)階段具體研究對象范圍較狹窄，大多都集中在角質(zhì)、蠟質(zhì)含量和組分的表征，而對膠膜、多糖、酚類等其他組 分的研究較少。其次，角質(zhì)層具有多種功能，這些功能是否具有相關(guān)性并沒有說明，基本上都是單獨闡述。同時，角質(zhì)層具體組 分與其功能的關(guān)系未有全面深入探究，目前研究得較多的組分是烷烴，已知烷烴在角質(zhì)層的保水性、控制病害等方面都具有較大貢獻，但有關(guān)脂肪酸、酮、醇等的報道很少。由于不同角質(zhì)層組分作用不同，有針對性地研究具體組分及其變化在果實生長發(fā)育和采后貯運中的作用是今后研究的重要方向。此外，在多種植物中均發(fā)現(xiàn)角質(zhì)層還具有反射紫外輻射的作用[109]，但在柑橘中鮮有相關(guān)報道，可以增強這方面的研究。

柑橘采后被病原微生物侵染是主要的病害發(fā)生方式，真菌入侵植物表面可通過物理作用、酶降解作用或二者結(jié)合的方式，表皮結(jié)構(gòu)可影響孢子沉積，但附著的真菌孢子可通過分泌黏附劑來依附宿主[93]?，F(xiàn)階段的研究主要是表征微生物入侵后蠟質(zhì)含量和結(jié)構(gòu)上的變化，而對霉菌侵染柑橘果實的機制、角質(zhì)層對病原菌入侵的防御機制還未可知，因此，可進一步研究明確相關(guān)調(diào)控機制和通路從入侵源頭減少果實采后病害。

在柑橘中還觀察到外源處理物會引起角質(zhì)層的變化[27,70-71]，但其機制沒有報道，關(guān)于角質(zhì)層組分合成的研究、脂肪族蠟質(zhì)組分的研究較多，也較為透徹，但有關(guān)角質(zhì)和表皮內(nèi)蠟的萜類化合物合成研究相對較少。尤其是角質(zhì)組分合成的研究，還存有疑點，如：某些反應(yīng)順序并未能明顯區(qū)分。同時，最近的研究報道了缺脂肪族蠟質(zhì)的柑橘果實可以通過茉莉 酸介導(dǎo)調(diào)控增強對病原菌的抗性，提示角質(zhì)層的保鮮作用具有復(fù)雜的調(diào)控機制，除了可單獨起到保鮮的作用外，也與果實內(nèi)其他組分互相影響，從而影響果實性能，但目前這方面的研究較少。

關(guān)于角質(zhì)層仍有許多尚未解決的問題，而利用自身角質(zhì)層提高柑橘采后貯藏保鮮效果能減少保鮮劑的使用且更安全經(jīng)濟，有望成為未來柑橘保鮮的新趨勢。未來的研究可引入一些生物技術(shù)，如：基因編輯技術(shù)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)、代謝組學(xué)技術(shù)等根據(jù)角質(zhì)層相關(guān)功能，有針對性地表達或沉默某些角質(zhì)層基因，使各組分合理協(xié)調(diào)，形成保水、抑菌效果均佳的角質(zhì)層，提高果蔬的耐貯性。還可開發(fā)貯藏性能高的新品種進行培育種植，節(jié)約貯藏成本、提高經(jīng)濟效應(yīng)，對柑橘采后有重要意義，也可為其他果蔬保鮮提供一定的參考。