NO誘導耐冷性在果蔬采后貯藏中的應用及研究進展

崔文玉，許新月，王文亮，刁麗娜，王延圣

（1.山東省農業科學院農產品研究所，山東省農產品精深加工技術重點實驗室，農業部新食品資源加工重點實驗室，山東濟南 250100；2.山東農業工程學院，山東濟南 250100）

0 引言

低溫貯藏作為一種常見的果蔬采后貯藏手段，隨著冷鏈物流技術的成熟與發展，得到了更加廣泛的應用。然而，許多低溫敏感型農產品，特別是一些熱帶或亞熱帶的水果，在低溫環境下極易遭受冷害，從而降低果實采后的品質，通常表現為表面凹陷變色，內部組織破壞，無法正常后熟，失去原本風味，甚至腐爛變質[1]。冷害的發生嚴重影響了果蔬的貯藏品質，大大縮短了采后果蔬的貨架期，從而限制了低溫貯藏技術在果蔬采后貯運中的應用。近年來，各種調控果蔬采后冷害的技術層出不窮，其中采用外源一氧化氮誘導果蔬耐冷性的研究，成為國內外采后貯藏領域關注的熱點[2]。

1 一氧化氮

20世紀末期Anderson et al.發現NO具有脂溶性、微溶于水且在鐵鹽溶液中溶解性進一步增強[3]。NO屬于化學性質活潑的活性氮（RNS）類物質，以一氧化氮自由基、硝酰自由基和亞硝酸正離子3種形式存在[4]。因而，NO在細胞內和細胞間擴散比較容易，通過改變濃度來調控植物的多種生理活動[5]。經研究證實，NO在動植物體內的免疫反應、生理功能、信號傳遞、細胞凋亡、防御反應和酶調節等過程中都扮演著重要的角色[6]。NO在動物體內有很強的親和力，能夠取代CO2和O2的位置并能進一步促進血紅素鐵和非血紅素鐵結合，在舒張血管方面起著重要作用[7]。目前，NO對預防和治療心腦血管等疾病具有良好的效果[8]。在植物體內NO同樣扮演著重要的角色，經研究發現NO可以對植物的多項生理活動進行調節，采用外源NO處理芒果可以通過抑制呼吸速率，使抗氧化酶始終保持一個較高水平[9]。作為信號分子，NO參與了多種植物素的代謝過程[10]。NO能夠有效提高植物體內抗氧化酶的活性，緩解鹽脅迫對植物幼苗生長發育的抑制作用，促進植物幼苗的光合作用與生長發育[11-12]。

NO作為普遍存在于植物體內的氣體分子，是一種重要的信號調節物質。NO在保鮮領域的研究已成為熱點，研究表明NO能夠抑制果蔬貯藏過程中冷害的發生，并且可以延緩在貯藏過程中的褐變進程[13]。目前，NO已經廣泛應用于果蔬保鮮中，顯著提高了采后果蔬的貯藏品質。外源NO能夠顯著延緩果實硬度的下降，可溶性固形物的升高和顏色的變化，較好地保持果實品質[14]。

2 NO在誘導果蔬采后耐冷性中的應用

2.1 NO對果蔬采后耐冷性的影響

近年來，國內外學者圍繞著NO對低溫脅迫的響應機制及其在誘導果蔬采后耐冷性的作用展開了深入研究。

NO誘導果蔬耐冷性的應用見表1。

由表1可知，采用外源NO處理多種呼吸躍變型或非呼吸躍變型的水果，能夠顯著增強其在低溫貯藏下的耐冷性[15]。Dong J等人[16]將黃瓜放在0.5 g/L酵母多糖溶液中浸泡10 min，在4℃下貯藏15 d后，發現酵母糖能顯著提高黃瓜內源NO的含量，同時減輕了其受冷害的程度。而用NO清除劑和NO合成抑制劑處理的黃瓜NO的產生被削弱，其耐冷性也大大降低，受冷害程度加重。由酵母多糖誘導的NO突增可能是酵母多糖誘導黃瓜耐冷性機制中的一個早期上游信號。通過NO處理后的“新密3號”甜瓜，其采后的呼吸速率及乙烯釋放量被降低，從而更好地維持甜瓜果實的硬度和可溶性固形物含量，達到減輕低溫脅迫條件下對甜瓜冷害癥狀、延長甜瓜貯藏期的目的[17]。張小康[18]發現，經過15 mmol/L外源NO處理能有效維持桃果實在貯藏期間的能量代謝、緩解膜脂過氧化進程，從而達到增強桃果實的耐冷性的效果。有研究證明，適度的NO可以緩解櫻桃受低溫脅迫的影響[19]，還有研究發現NO與水楊酸（Salicylic acid）之間存在交互作用，水楊酸能夠誘導擬南芥中NO的合成。結果表明，NO在果蔬低溫脅迫響應機制中發揮著重要作用，能夠顯著降低果蔬對低溫條件的敏感性，從而保持貯藏品質并延長貨架期，再加上NO對果蔬無殘留毒性，使用濃度低，成本相對低廉，因此在果蔬采后貯藏保鮮領域有著廣闊的應用前景。采用NO處理采后果蔬來誘導耐冷性主要有2種方式，一種是直接采用NO氣體熏蒸，另一種則是利用NO供體溶液浸泡[20]。

表1 NO誘導果蔬耐冷性的應用

2.2 NO對果蔬采后葉綠素的影響

Manjunatha G等人[21]研究發現，NO在葉綠素代謝及果實成熟方面起著重要的調節作用。NO處理常溫貯藏下的西蘭花，可以有效緩解其葉片黃化，降低葉綠素降解的速度[22]。黑暗條件可以加速擬南芥葉片衰老，NO作為葉綠素代謝的調節因子，有助于維持葉片在衰老過程中類囊體膜的穩定性[23]。NO可以有效阻止葉綠體脂質和蛋白質氧化，此外還可以直接作用于葉綠體進而影響和調控一系列下游信號[24]。李艷嬌[15]研究發現，在低溫貯藏下，隨著貯藏時間的延長，葉綠素含量逐漸降低，但經過NO處理后可以延緩果實葉綠素下降的速度。

3 NO誘導果蔬采后耐冷性的作用機制

3.1 增強抗氧化體系

Xu M等人[25]發現，低溫1℃貯藏引起枇杷果實的內源NO含量大幅度增加，用NO清除劑C-PTIO處理枇杷后置于1℃和95%RH（相對濕度） 條件下貯藏，不僅大大減少了果實內NO的積累，冷害癥狀也隨之加重。此外，經C-PTIO處理后的枇杷果實中超氧陰離子（O2-）和過氧化氫（H2O2）的含量顯著高于對照組，而超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、抗壞血過氧化氫酶（APX）、過氧化物酶（POD） 的活性則明顯降低。經SNP處理有助于提高果實的抗氧化能力，減緩抗氧化酶活性的降低，提高活性氧清除能力并且可以降低活性氧積累，而經過L-NNA（活性氧自由基合成途徑抑制劑）處理后的果實則產生了相反的效果。同時，NO在調節呼吸代謝的過程中還對其他的生理活動產生影響，可以推測NO可能參與該信號網絡的調控[26]。Guo F等人[27]研究表明，低濃度NO能迅速清除超氧陰離子和脂質自由基（R-）并且可以通過誘導抗氧化酶基因的表達，進一步起到保護作用。Liu Y等人[28]研究發現，由低溫引起的NO積累能夠有效為植物細胞提供保護，使其受到氧化損傷的程度大大降低。NO可能作為一種抗氧化物直接清除活性氧自由基（ROS），也可能作為一種信號分子激活了果蔬在冷害下的抗氧化防御機制，從而大大增強了白皮松（Chorispora bungeana）懸浮細胞的耐冷性。NO外源供體硝普鈉（SNP）明顯降低了果蔬體內活性氧的含量，同時顯著提高了APX，CAT，GR，POD，SOD，ASA（抗壞血酸），GSH（還原型谷胱甘肽）等抗氧化酶的活性。

3.2 NO對細胞膜結構的影響

NO處理對減少丙二醛（MDA）含量、降低細胞膜透性具有積極作用，并且可以進一步緩解膜脂過氧化，達到保護細胞膜的目的。Chen F H等人[29]研究發現，NO處理枇杷果實，通過抑制H2O2及膜脂過氧化產物MDA的積累，來緩解低溫對其的影響。有研究表明，適度的NO處理可以抑制蓮霧果實中膜相對透性和丙二醛含量的升高[30]。高濃度的NO處理對果蔬細胞膜具有破壞作用而低濃度的NO對果蔬的細胞膜能夠起到保護作用，其濃度在30 mmol/L時效果最佳[31]。外源NO能夠增加UV-B脅迫下植物光合色素的含量，降低植物細胞的氧化損傷程度，保護植物細胞膜的完整性，維持植物細胞的結構與生理功能[32]。在低溫狀態下，經硝普鈉（SNP） 處理后的芒果抑制了果實離子滲透率，緩解了芒果果實細胞膜受低溫脅迫的癥狀[33]。

3.3 調節脯氨酸代謝

脯氨酸作為一種具有穩定剛性構想的蛋白質氨基酸，能夠維持蛋白質完整性的方式來保護細胞內穩態并對特定基因的表達起誘導作用，從而有助于緩解各種外界脅迫對植物的影響[34]。脯氨酸不但可以直接清除活性氧自由基，而且能夠保護抗氧化酶并維持其活性，從而提高體系的抗氧化能力[35]。在通過對桃[36]、枇杷果實[37]采后耐冷性的研究發現，脯氨酸的積累對耐冷性有著重要的影響。Zhao R R等人[38]采用0.02 mmol/L SNP溶液對番茄進行真空滲透，貯藏在2℃條件下30 d后發現，與對照組相比，經0.02 mmol/L SNP溶液處理后番茄冷害指數明顯得到控制，同時脯氨酸的含量明顯提高。因此可以推論，通過調控脯氨酸的代謝增強耐冷性可能是NO應對外界低溫脅迫響應的機制之一。

3.4 調節酚類代謝

Zhu L Q等人[39]用不同濃度的NO熏蒸冬棗3 h，并置于溫度22℃和濕度95%條件下貯藏，發現20 μL/L的NO能夠促進冬棗變紅，并且抑制了其多酚氧化酶（PPO） 和苯丙氨酸解氨酶（PAL） 的活性，同時與對照相比有著更高的總酚含量，較低的總花青素含量。周慧等人[40]認為，NO同PPO活性位點中的一個銅原子結合形成NO-Cu（B）-PPO，改變了PPO活性位點的正常結構，從而降低了PPO的活性。低活性的PPO抑制了多酚的氧化和花青素的降解。經NO處理抑制了鮮切桃的PPO和POD活性，減輕其褐變程度，從而更好地保持了鮮切桃良好的外觀和貯藏品質。Wang Y等人[41]研究發現，經NO處理后的香蕉可以通過增強抗氧化體系和次級代謝產物來緩解在低溫貯藏條件下香蕉的冷害癥狀。

3.5 激活CBF

C-重復結合轉錄因子（CBF）是調控植物冷馴化相關基因表達的一種調控轉錄激活因子，在番茄受到低溫脅迫后會大量表達，在增強番茄采后耐冷性方面發揮著重要作用[38]。研究表明，將擬南芥的3個CBF基因敲除，突變體與野生型的基礎耐冷性方面沒有太大差異，但突變體所獲得的耐冷性降低，表明CBF基因在植物冷馴化及耐冷性獲得的過程中發揮著至關重要的作用[42]。擬南芥突變體具有冷敏性特點，而誘導CBF的表達（ICE1）可以增加擬南芥的耐冷性[43]。

3.6 其他

Gupta K J等人[44]證明，存在于線粒體中的NO可以增加根瘤菌的能量水平。在低溫貯藏條件下，經一氧化氮抑制劑C-PTIO處理后的枇杷，其耐冷性將會降低[25]。Zhang X等人[19]研究發現，多胺和內源NO含量的提高，可能是促進MeSA處理的番茄耐冷性提高的重要原因。經NO處理的香蕉中的DAO活性進一步提高，通過GABA的支路生成琥珀酸，然后進入三羧酸循環，從而保證了碳循環的進行，同時也保證了能量的供應[45-48]。

4 結語

由于NO的作用具有兩面性，對于NO在不同果蔬中的施用濃度和作用條件仍需要進一步明確[49]。此外，目前有關NO在果蔬誘導抗逆性的研究多數是根據施用外源NO后對果蔬貯藏品質的影響[50-51]，但是關于果蔬內源NO在低溫脅迫響應下的作用機制報道相對較少。NO同其他植物激素、次級代謝產物及冷害相關信號途徑之間的關系有待進一步深入研究。