余 經(jīng), 林育釗, 范中奇,3, 林藝芬,3, 林河通

(1.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002；2.亞熱帶特色農(nóng)產(chǎn)品采后生物學(xué)福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350002;3.福建農(nóng)林大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后技術(shù)研究所，福建 福州 350002)

果蔬是人類日常生活中必不可少的食物，含有人體所需的多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是無(wú)機(jī)鹽和維生素的主要來(lái)源。在采摘、分級(jí)、包裝、運(yùn)輸以及采后貯藏等過(guò)程中，新鮮的果蔬常常因?yàn)榘l(fā)生生理性病害(冷害、高溫傷害等)和侵染性病害(真菌、細(xì)菌侵染)而導(dǎo)致腐爛變質(zhì)，嚴(yán)重影響其食用價(jià)值和貨架期，并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1-3]。因此，探究果蔬采后病害發(fā)生的作用機(jī)制及其調(diào)控機(jī)理對(duì)研究果蔬采后貯藏保鮮具有重要意義。

果蔬采后病害的發(fā)生涉及許多復(fù)雜而有規(guī)律的生理代謝過(guò)程。大量研究表明，細(xì)胞膜的損傷是導(dǎo)致果蔬采后病害發(fā)生的主要原因[4-7]。細(xì)胞膜作為細(xì)胞的重要組成部分，對(duì)維持細(xì)胞完整的區(qū)域化結(jié)構(gòu)、為生物體提供正常的生理代謝活動(dòng)、抵御外界不利環(huán)境的影響起關(guān)鍵作用。在遭受外界逆境脅迫的情況下，果蔬生理代謝極易失衡，產(chǎn)生大量的活性氧(reactive oxygen species, ROS)，ROS的大量積累則造成細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞和功能的喪失, 最終導(dǎo)致病害的發(fā)生[4]。膜脂包含磷脂和脂肪酸組分，是細(xì)胞膜的重要組成成分。膜脂發(fā)生降解、不飽和脂肪酸含量降低等，都會(huì)加劇細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致病害的發(fā)生[5]。

本文對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)ROS和膜脂代謝在果蔬采后病害發(fā)生中的作用及其調(diào)控的研究進(jìn)行了綜述，旨在進(jìn)一步揭示果蔬采后病害的發(fā)生機(jī)制，為減緩果蔬采后病害的發(fā)生提供依據(jù)。

1 果蔬采后病害發(fā)生與ROS代謝的關(guān)系

1.1 ROS的產(chǎn)生

1.2 ROS清除系統(tǒng)和果蔬采后病害發(fā)生的關(guān)系

綜上研究可以發(fā)現(xiàn)，ROS代謝在果蔬采后病害發(fā)生中具有重要意義。因此，可以使用合適的物理、化學(xué)方法進(jìn)行調(diào)控，降低果蔬中ROS的含量或提高ROS清除酶活性來(lái)增強(qiáng)果蔬的抗病能力，減輕病害的發(fā)生，從而達(dá)到延長(zhǎng)保鮮期的目的。

2 果蔬采后病害發(fā)生與膜脂代謝的關(guān)系

細(xì)胞膜是主要由磷脂構(gòu)成的富有彈性的半透性膜，是防止細(xì)胞外物質(zhì)自由進(jìn)入細(xì)胞的屏障，保證了細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定，使各種生化反應(yīng)能夠有序運(yùn)行。研究發(fā)現(xiàn)，果蔬在遭受病原微生物脅迫時(shí)，細(xì)胞膜的膜脂發(fā)生降解、區(qū)域化結(jié)構(gòu)被破壞、流動(dòng)性降低，從而加速了果蔬病害發(fā)生與腐敗變質(zhì)的進(jìn)程[20-23]。

2.1 膜脂降解相關(guān)酶和果蔬采后病害發(fā)生的關(guān)系

采后果蔬發(fā)生病害時(shí)，膜脂發(fā)生降解是細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)遭到破壞、膜功能喪失、膜透性增加、抗病性下降的基本特征，是一個(gè)不可逆的過(guò)程。膜脂降解相關(guān)酶包括磷脂酶D(phospholipase D, PLD)、脂酶(lipase)和脂氧合酶(lipoxygenase, LOX)等，酶活性的升高是導(dǎo)致膜脂降解的主要原因[21]。其中，PLD是膜脂結(jié)構(gòu)降解的起始酶，是細(xì)胞磷脂催化分解的一個(gè)關(guān)鍵酶，可催化磷脂生成磷脂酸(phosphatidic acid, PA)和膽堿等降解產(chǎn)物，因此磷脂的降解程度可以用PLD的活性來(lái)判斷[24-27]。磷脂催化生成的降解產(chǎn)物在脂酶的進(jìn)一步作用下，生成游離的脂肪酸和自由基。LOX則是脂肪酸代謝途徑中的重要酶，將油酸、亞油酸、亞麻酸等不飽和脂肪酸(unsaturated fatty acids, USFAs)催化成游離脂肪酸，降低膜脂中USFAs含量，使細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，引起膜系統(tǒng)損傷、細(xì)胞膜透性增加，從而導(dǎo)致膜功能喪失[27-29]。Zhang et al[27]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)可可毛色二孢[Lasiodiplodiatheobromae(Pat.) Griff. &Maubl.]接種的龍眼果實(shí)，其果實(shí)果皮PLD、脂酶和LOX活性均升高，破壞了果皮細(xì)胞膜的完整性，進(jìn)而誘發(fā)果實(shí)采后病害的發(fā)生。另有報(bào)道指出，采后用熱空氣處理的橄欖果實(shí)[30]、用1-甲基環(huán)丙烯(1-methylcyclopropene, 1-MCP)處理的油木奈果實(shí)[31]和臺(tái)灣青棗[32]，或者采前噴施胺鮮酯的龍眼果實(shí)[33]，在采后貯藏中膜脂降解相關(guān)酶的活性均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，并保持較低的細(xì)胞膜透性，從而降低了細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的改變程度，具有較強(qiáng)的耐貯性，有效減緩了采后病害的發(fā)生。此外，劉夢(mèng)竹等[34]研究表明，黃金梨果心褐變的發(fā)生與果心膜脂過(guò)氧化水平密切相關(guān)；另外，采收期可影響貯藏過(guò)程中果心的膜脂過(guò)氧化水平、褐變發(fā)生時(shí)間以及發(fā)生率，適時(shí)采收可以較好地抑制黃金梨采后果心褐變。因此，果蔬可通過(guò)適當(dāng)?shù)谋ｕr技術(shù)處理，有效調(diào)控膜脂降解相關(guān)酶的酶活性，進(jìn)而增強(qiáng)果蔬采后耐貯性、減少病害的發(fā)生、延長(zhǎng)果蔬貨架期。

2.2 膜磷脂組分和果蔬采后病害發(fā)生的關(guān)系

磷脂作為生物膜的重要成分，在細(xì)胞正常的生命活動(dòng)中起到信號(hào)識(shí)別、傳導(dǎo)、運(yùn)輸、維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)等作用[35]。植物細(xì)胞中磷脂組分主要由磷脂酰膽堿(phosphatidylcholine, PC)和磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol, PI)組成，且PC是細(xì)胞膜磷脂結(jié)構(gòu)中最主要的一種組分，PI對(duì)調(diào)節(jié)細(xì)胞反應(yīng)、應(yīng)答等有關(guān)鍵作用。PA是PC在PLD催化下的水解產(chǎn)物，也是植物體中參與細(xì)胞間信息識(shí)別、傳導(dǎo)的重要物質(zhì)。然而，當(dāng)果蔬發(fā)生衰老或受到外界的逆境脅迫(如冷害、機(jī)械損傷、病原菌侵染)時(shí)，會(huì)促使PLD活性增強(qiáng)，促進(jìn)磷脂組分(PC、PI等)的降解和PA的累積，磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)遭到破壞，細(xì)胞膜完整性喪失，膜透性增大，采后抗病能力減弱，進(jìn)而促進(jìn)病害發(fā)生[36-40]。Lin et al[25]研究表明，采后龍眼果皮細(xì)胞膜透性的增大與磷脂組分改變(即PC和PI含量減少、PA含量升高)密切相關(guān)，進(jìn)而破壞果皮細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致果實(shí)采后抗病性下降、病害的發(fā)生。另有研究報(bào)道，經(jīng)茉莉酸甲酯處理的青椒，其總磷脂含量高于對(duì)照組(未經(jīng)茉莉酸甲酯處理)，PA含量低于對(duì)照組，且PI、PC、磷脂酰甘油(1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphorylglycerol, POPG)含量的下降趨勢(shì)也低于對(duì)照組，青椒的貯藏性增加[41]。因此，磷脂組分含量可以間接地評(píng)價(jià)果蔬細(xì)胞膜透性和損傷程度，為判斷果蔬的抗病性和耐貯性提供依據(jù)。

2.3 膜脂脂肪酸組分和果蔬采后病害發(fā)生的關(guān)系

膜脂代謝進(jìn)程中時(shí)常伴隨著細(xì)胞膜不可逆的降解過(guò)程。在這過(guò)程中，磷脂會(huì)水解成游離脂肪酸，同時(shí)脂肪酸也會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，USFAs會(huì)被氧化成飽和脂肪酸(saturated fatty acids, SFAs)，而細(xì)胞膜的流動(dòng)性與USFAs/SFAs(U/S)有著直接聯(lián)系。果蔬細(xì)胞膜中USFAs比例越高，細(xì)胞膜的完整性、流動(dòng)性、功能特性通常越好，細(xì)胞膜透性越低，抗病能力越強(qiáng)，更容易貯藏；相反，果蔬細(xì)胞膜中USFAs比例越低，細(xì)胞膜的完整性、流動(dòng)性、功能特性則越差，細(xì)胞膜透性越高，抗病能力越弱，更容易腐敗變質(zhì)[42-43]。Lin et al[37]研究報(bào)道，用H2O2處理采后龍眼果實(shí)，其PA和SFAs呈現(xiàn)出較高水平，PC、PI和USFAs含量較低，并且有較低的USFAs指數(shù)和較低U/S，龍眼果肉中膜USFAs的氧化和磷脂的降解，最終導(dǎo)致龍眼在貯藏期間果肉細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞和果肉分解，降低果蔬的抗病能力，縮短保鮮期。另有報(bào)道指出，荔枝在貯藏中，果實(shí)脂肪酸的組成、含量及酯酶活性與其抗病性具有密切的關(guān)聯(lián)[44]。因此，果蔬中不飽和脂肪酸的降解和飽和脂肪酸的生成都會(huì)影響細(xì)胞膜的功能和結(jié)構(gòu)特性，從而降低果蔬的抗病能力，導(dǎo)致采后病害的發(fā)生。

3 結(jié)論與展望

果蔬采后病害嚴(yán)重影響其食用品質(zhì)和保鮮期，也是制約遠(yuǎn)距離運(yùn)輸、銷售的重要因素。在果蔬采后貯藏期間，ROS清除酶活性降低、內(nèi)源抗氧化物質(zhì)含量減少，導(dǎo)致植物細(xì)胞內(nèi)ROS產(chǎn)生—清除系統(tǒng)失衡，ROS大量積累，進(jìn)而發(fā)生細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用，完整的膜結(jié)構(gòu)被破壞，膜功能缺失，抗病能力減弱，從而促進(jìn)果蔬采后病害的發(fā)生；并且在貯藏期間，在膜脂降解酶的催化下細(xì)胞膜膜脂會(huì)發(fā)生不可逆的降解，磷脂水解、USFAs發(fā)生氧化，最終導(dǎo)致細(xì)胞膜透性增加、流動(dòng)性降低、功能特性減弱、膜結(jié)構(gòu)完整性被破壞，使果蔬的抗病能力變?nèi)?、病害發(fā)生，不利于果蔬采后貯藏。果蔬采后病害發(fā)生是各種內(nèi)外因素共同作用的結(jié)果，但有關(guān)ROS代謝和膜脂代謝在果蔬采后病害發(fā)生中的作用及其調(diào)控的報(bào)道還較少。隨著技術(shù)的發(fā)展、研究方法的創(chuàng)新，可以從分子和基因表達(dá)調(diào)控的層面進(jìn)一步剖析果蔬采后病害的發(fā)生機(jī)制，如通過(guò)尋找增強(qiáng)果蔬ROS清除酶和抗病相關(guān)酶的基因來(lái)減緩果蔬病害發(fā)生。另外也可以從生物防治、天然物質(zhì)的提取并配合冷藏、冷鏈物流等開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方面，為有效控制果蔬采后病害的發(fā)生、延長(zhǎng)保鮮期提供技術(shù)支持。