NO对采后果实冷害的影响

NO对采后果实冷害的影响作者：张贝贝单位：山东农业大学化学院材料化学2班摘要：对于冷敏型果蔬来说，在不适宜的低温下会出现冷害症状，使其抗病性和耐贮性下降，造成品质劣变或严重腐烂，从而影响果蔬的食用与商品价值。因此对它的储存和保鲜的研究成了一大热点问题。有研究表明内源NO可通过抑制乙烯的生物合成和调控环化核苷酸在植物组织中的水平来延缓植物组织的成熟和衰老，延长果蔬贮藏货架期；NO还可诱导采后果蔬产生抗病防卫反应，提高果蔬的抗病胁迫能力。本文在阐述采后果蔬冷害的基本特征及其生理生化特性变化的同时，综述冷害的发生机理及控制技术的研究进展，并提出NO对采后果蔬冷害的进一步研究和需要解决的问题。关键词：NO;果实；冷害；机理；控制1.引言低温冷藏是采后果蔬保鲜最有效的方法之一。适宜的低温可以显著延缓果蔬组织衰老，抑制微生物生长，延长贮藏期。一般而言，在适合果蔬贮藏的安全温度范围内，贮藏温度越低，贮藏时间也越长。但是，对产于热带和亚热带以及某些温带的低温敏感型果蔬而言，当它们处于10~12℃以下的非冻害温度下，会发生冷害现象。它会造成果实细胞结构受损，使果实本身的抗病能力削弱，果实抗病性和耐藏性下降，造成品质劣变或严重腐烂，从而影响果蔬的食用和商品价值。自1996年，Leshem等[1]首次报道NO可在植物体内合成，到目前为止，人们已经发现它对植物的呼吸作用[2]、光形态建成、种子萌发[3]、根和叶片的生长发育[4-6]、气孔运动[7]、各种胁迫及抗病防御反应[8-9]、细胞凋亡[10-11]的生理过程都有影响。研究发现：NO可通过抑制内源乙烯的合成或降低组织对乙烯的敏感度从而延缓组织的成熟衰老；抑制果实水分的散失、延缓果实硬度及VC的下降、可溶性固形物的增加[12]，且内源NO在未成熟果实中的含量高于成熟果实，随着果实的成熟，内源NO含量逐渐降低而乙烯含量逐渐升高，而用外源NO处理鳄梨、香蕉、樱桃、番茄、猕猴桃、柿和甜橙后，未成熟果实产生的内源NO量均显著高于成熟果实，还可使草莓贮藏期延长50%[13]。近年来控制果蔬采后成熟与保鲜和腐烂等问题越来越受到关注，有关外源NO调控果蔬成熟、抗病和保鲜的研究报道越来越多，已成为采后生物学领域的研究热点之一，并取得了令人鼓舞的进展。本文概述了NO在果蔬采后延缓衰老、诱导抗病性等方面作用，初步探讨了NO处理对采后果实冷害的的影响及其作用机制，为进一步开发NO在果实保鲜上的大规模商业应用提供理论依据。1.NO对果蔬成熟衰老的影响2.1NO可延缓果蔬成熟衰老NO可调控植物的成熟和衰老[14]。目前，已有较多的证据表明，NO和它的衍生物（N2O）通过延缓组织衰老进程、抑制乙烯合成来提高果蔬贮藏过程中抵御逆境的能力，延长货架期，并改善果蔬采后贮藏的品质。20μL/L的NO处理可显著抑制中国冬枣PPO和PAL的活性、维持低的花青素和高的酚含量、延缓可溶性固形物（TSS）含量的增加和维生素C含量的降低，延缓其衰老[15]；与对照比较，500μL/L的NO处理可延长莴苣切片货架期70％，而500mg/L的DETA/NO处理可100％延长莴苣切片货架期[16]；Singh等[17]发现，10μL/L的NO处理可延缓日本李果实迟熟34d。一直以来，认为NO在空气中的半衰期极短，并迅速转化为N2O，因此，多数在无氧或低氧条件下对其作用机理进行研究，这增加了NO的应用推广难度。Wills等[18]发现DETA/NO、柠檬酸和小麦淀粉以1∶10∶20的比例混合可在干燥环境中稳定放置6个月，并与NO气体直接作用有同样货架期，这进一步促进了NO的商业应用。有研究表明[19,20],NO可通过影响CAT、SOD和APX的活性调节内源H2O2和O2·的含量。本试验结果显示,NO处理可以通过提高SOD、CAT、POD和APX等保护酶的活性,降低H2O2、O2·等活性氧的积累。同时,NO处理还可以提高果实组织中GSH和ASA的含量,从而减缓活性氧自由基累积引的MDA的大量产生以及膜透性的升高。结合NO处理对贮藏中呼吸速率和烯释放量的影响,可以认为,在采后初期果实内积累的活性氧水平较低,随着果实的衰老,乙烯大量产生和呼吸速率升高,产生大量活性氧,活性氧的产生反过来促进乙烯合成[21]。NO可以通过调控ACC合成酶的活性调节生长素及ACC氧化酶的辅助因子(抗坏血酸和Fe2+)而抑制乙烯的合成[22],从而间接调控组织中活性氧的含量,抑制果实的衰老。由于NO独特的化学性质,它可与H2O2、O2·反应,也能作用于多种含离子的蛋白,因而可调节SOD、CAT、APX等酶的活性[23,24];此外,它还可以诱导交替氧化酶基因(AOX)的表达,抑制活性氧的产生[25]。因此，NO能直接清除H2O2、O2·,阻断包括脂质过氧化在内的ROS参与的伤害反应;也可能作为信号分子诱导抗氧化酶基因的表达,提高组织的抗氧化能力[26];同时,NO可作用于鸟苷酸环化酶(cGC)及其相关信号途径,调控基因表达,响应组织衰老胁迫[27],间接地提高组织的抗氧化能力,抑制活性氧的累积,防止膜脂过氧化,从而保护细胞器和原生质体的完整性及区隔化,延缓果实的衰老;NO也可能通过调控果实中乙烯的生物合成及果实对其的敏感度而延缓果实的衰老。2.2NO延缓果蔬成熟衰老的机理及影响NO对生物体的作用具有双重性。一方面，低浓度的NO能迅速清除超氧阴离子和脂质自由基，阻断包括脂质过氧化在内的活性氧参与的各种伤害效应，而且能诱导抗氧化酶基因的表达，从而对机体具有保护作用；另一方面，高浓度的NO与超氧阴离子相互作用生成大量的过氧亚硝酸阴离子，后者质子化再形成具有强氧化性的过氧亚硝酸，从而破坏了生物大分子的结构和功能，最终对细胞造成毒害。在植物中，NO通过直接或间接两种方式对植物的抗病反应起作用，一方面NO主要通过阻止病原体从接种部位的传播来参与介导植物的过敏性抗病反应（HR），植物细胞对病原体侵入的反应之一是产生大量的ROS，也称氧爆，伴随氧爆的发生NO也迅速产生，NO可直接杀灭病菌[28]。一些研究表明NO在植物体内的杀菌作用可能是通过与O2-.反应形成ONOO-进行的，但这种作用还有待证实。另一方面，NO也可以间接作用的方式诱导植物的HR，这种作用主要也是以信号转导的方式来诱导抗病基因的表达。在烟草上的试验证实了NO作为信号分子和ROS协同作用激活植物防卫基因的表达和过敏性反应，病毒感染烟草植株可诱导NO的增加。同时cGMP升高，利用外源NO供体（SNP）处理烟草植株也可观察到同样结果[29]。NO不仅同ROS有协同作用，而且还能通过依赖于水杨酸信号途径激活或增强植物防卫反应。NO也能激活如苯丙氨酸解氨酶（PAL）基因，PAL是phenylprpanoid合成途径中的第一个酶，它参与许多低分子量抗菌物质如植保素的合成，从而提高植物抗病力。生物协迫及干旱、盐胁迫、极端温度、机械损伤、臭氧和紫外辐射等各种非生物胁迫都能对植物造成伤害，这些伤害作用在细胞水平上就表现为生物膜的脂质过氧化，最终引起细胞死亡。NO可保护逆境条件下植物细胞免受氧化胁迫伤害。用NO共体SNP处理小麦叶片对氧化损伤有明显缓解作用。不同浓度NO均能使干旱胁迫下小麦叶片的相对含水量先降后升，而MDA含量先升后降，O2释放速率下降，SOD活性升高，POD活性降低并提高脯氨酸含量[30]。NO还可在影响植物线粒体过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶和细胞色素c氧化酶等含血红素铁的酶活性的同时也增强抗氰呼吸，避免因线粒体电子传递链受阻而导致的ROS积累，提高植物对逆境的适应能力[31]。总之，NO通过对过氧化物淬灭和诱导植物抗氧化酶系统的活性来减轻细胞的脂质过氧化，增强植物对逆境胁迫的适应能力，而且这种作用存在存在剂量效应和部位差异。有人发现在环境和病原菌的胁迫条件下，NO和NOS可能作为对乙烯有抑制作用的胁迫对抗因子，从而对胁迫发生响应[32-33]。Leshem等[34]利用NO的新型独特探针DAF-2DA(4，5-diaminoreceindiacetate)研究园艺植物组织中NO在成熟和衰老过程中的变化，以及在胁迫条件下NO与乙烯的关系。实验发现果实可以产生NO，且未成熟果实中的NO含量比成熟果实中NO的含量高，如鳄梨和香蕉，未成熟组织中NO的含量分别约是成熟组织中的10倍和4倍，且随着果实的成熟和衰老其内源NO的水平逐渐降低，乙烯的水平逐渐升高[35]。同样，花卉也可以释放NO，三友花新鲜时期NO的释放量约是调萎时期释放量的2.5倍。由此可推断，NO可能通过抑制内源乙烯的合成或降低组织对乙烯的敏感度从而延缓组织的成熟衰老。对苜蓿幼芽进行37℃热处理，发现随着热处理时间的延长，苜蓿芽中的乙烯含量逐渐下降，而NO的含量逐渐升高。在处理2h后，芽中的乙烯含量几乎降至原来的1/3，而NO的含量却升高为原来的2倍，很明显，植物体通过提高内源NO的含量，降低乙烯的含量对热胁迫产生反应。因此，在植物组织中NO和乙烯存在比例关系，在植物的成熟和衰老过程中，NO可能是作为一个胁迫的对抗因子来发挥其生理作用[36]。Leshem[37]在对几种柑橘的试验中发现，有色品种果皮中的NO含量大约是白色品种的4倍。同时在对甜橙和软毛猕猴桃果皮中NO和叶绿素之间关系的实验中发现，光辐射可以提高这两种果实果皮中的NO的含量，而对于绿色的未成熟的果实，光辐射的作用大于对成熟果实的作用。因此，对于绿色果皮的果蔬等产品来说，内源NO的释放位点可能与叶绿素有关。综上结果表明，NO延长果蔬货架寿命的作用对不同果实存在着一定的剂量效应。乙烯也可能是作为一种调节物质调控组织中NO的水平，在果实生长及成熟衰老的调节中，内源NO与乙烯比值的大小似乎比NO或乙烯的单独作用更重要。可见NO可通过调控乙烯的生物合成，调节植物内源环化核苷酸的水平，两种途径参与植物组织的成熟和衰老调控，还可能存在其他的调控路径，如NO不与乙烯受体结合，而通过自己的信号传递途径而诱导新的蛋白产生，抑制乙烯受体的转录，从而影响乙烯信号的传递，这还有待证明。此外，有关NO在乙烯的启动及合成中的作用机理还有待进一步的研究证明。3.展望及问题目前，虽然在植物学领域中有关NO的研究进展令人振奋，但与动物体中NO功能的研究相比还有很大的差距。近年来，NO在果蔬中的研究越来越多，通过本文的阐述对NO延缓果蔬产品成熟衰老和抗病的作用机理有了进一步的了解，为探索NO在果蔬采后贮藏保鲜的广泛应用提供理论依据。对于冷敏型果蔬而言，在不适宜的低温下会出现冷害症状。遭受冷害的果蔬，其抗病性和耐贮性均下降，造成品质劣变或严重腐烂，从而影响果蔬的食用和商品价值。尽管目前人们对果蔬在低温贮藏中冷害的产生及调控机制有了较深刻的认识，但是仍有以下几个方面需要进一步地研究：①果蔬是如何感知外界低温逆境信号，并进行信号传递，从而作出响应的；②果蔬处于低温逆境时，可以通过冷驯化激发膜蛋白的活性而获得抗冷性，那么膜蛋白与冷害机理有何关系；③如何运用新的科学技术（如分子生物学和生物工程等）来研究影响冷害的因素，培育出具有抗冷性的新品种；④全面深入地研究果蔬冷害机理，并在此基础上寻求更有效的延缓或防止果蔬冷害的新技术。参考文献:[1]LESHEMYY,HARAMATYE.ThechatacterizationandcontrastingeffectsofthenitricoxidefreeradicalinvegetativestressandsenescenceofPisumsativumLinnfoliage[J].PlantPhysiol,2009,148(3/4):258-263.[2]MILLARAH,DAYDA.Nitricoxideinhibitsthecytochromeoxidasebutnotthealternativeoxidaseofplantmitochondria[J].FEBSLett,2011,398(3):155-158.[3]CAROA,PUNTARULOS.Nitricoxidegenerati