NO誘導(dǎo)耐冷性在果蔬采后貯藏中的應(yīng)用及研究進(jìn)展

崔文玉，許新月，王文亮，刁麗娜，王延圣

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品研究所，山東省農(nóng)產(chǎn)品精深加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部新食品資源加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南 250100；2.山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，山東濟(jì)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(shù)的成熟與發(fā)展，得到了更加廣泛的應(yīng)用。然而，許多低溫敏感型農(nóng)產(chǎn)品，特別是一些熱帶或亞熱帶的水果，在低溫環(huán)境下極易遭受冷害，從而降低果實(shí)采后的品質(zhì)，通常表現(xiàn)為表面凹陷變色，內(nèi)部組織破壞，無法正常后熟，失去原本風(fēng)味，甚至腐爛變質(zhì)[1]。冷害的發(fā)生嚴(yán)重影響了果蔬的貯藏品質(zhì)，大大縮短了采后果蔬的貨架期，從而限制了低溫貯藏技術(shù)在果蔬采后貯運(yùn)中的應(yīng)用。近年來，各種調(diào)控果蔬采后冷害的技術(shù)層出不窮，其中采用外源一氧化氮誘導(dǎo)果蔬耐冷性的研究，成為國(guó)內(nèi)外采后貯藏領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)[2]。

1 一氧化氮

20世紀(jì)末期Anderson et al.發(fā)現(xiàn)NO具有脂溶性、微溶于水且在鐵鹽溶液中溶解性進(jìn)一步增強(qiáng)[3]。NO屬于化學(xué)性質(zhì)活潑的活性氮（RNS）類物質(zhì)，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(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間擴(kuò)散比較容易，通過改變濃度來調(diào)控植物的多種生理活動(dòng)[5]。經(jīng)研究證實(shí)，NO在動(dòng)植物體內(nèi)的免疫反應(yīng)、生理功能、信號(hào)傳遞、細(xì)胞凋亡、防御反應(yīng)和酶調(diào)節(jié)等過程中都扮演著重要的角色[6]。NO在動(dòng)物體內(nèi)有很強(qiáng)的親和力，能夠取代CO2和O2的位置并能進(jìn)一步促進(jìn)血紅素鐵和非血紅素鐵結(jié)合，在舒張血管方面起著重要作用[7]。目前，NO對(duì)預(yù)防和治療心腦血管等疾病具有良好的效果[8]。在植物體內(nèi)NO同樣扮演著重要的角色，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)NO可以對(duì)植物的多項(xiàng)生理活動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，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(gè)較高水平[9]。作為信號(hào)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(nèi)抗氧化酶的活性，緩解鹽脅迫對(duì)植物幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的抑制作用，促進(jìn)植物幼苗的光合作用與生長(zhǎng)發(fā)育[11-12]。

NO作為普遍存在于植物體內(nèi)的氣體分子，是一種重要的信號(hào)調(diào)節(jié)物質(zhì)。NO在保鮮領(lǐng)域的研究已成為熱點(diǎn)，研究表明NO能夠抑制果蔬貯藏過程中冷害的發(fā)生，并且可以延緩在貯藏過程中的褐變進(jìn)程[13]。目前，NO已經(jīng)廣泛應(yīng)用于果蔬保鮮中，顯著提高了采后果蔬的貯藏品質(zhì)。外源NO能夠顯著延緩果實(shí)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(shí)品質(zhì)[14]。

2 NO在誘導(dǎo)果蔬采后耐冷性中的應(yīng)用

2.1 NO對(duì)果蔬采后耐冷性的影響

近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞著NO對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)機(jī)制及其在誘導(dǎo)果蔬采后耐冷性的作用展開了深入研究。

NO誘導(dǎo)果蔬耐冷性的應(yīng)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(qiáng)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(fā)現(xiàn)酵母糖能顯著提高黃瓜內(nèi)源NO的含量，同時(shí)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(chǎn)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(dǎo)的NO突增可能是酵母多糖誘導(dǎo)黃瓜耐冷性機(jī)制中的一個(gè)早期上游信號(hào)。通過NO處理后的“新密3號(hào)”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(shí)的硬度和可溶性固形物含量，達(dá)到減輕低溫脅迫條件下對(duì)甜瓜冷害癥狀、延長(zhǎng)甜瓜貯藏期的目的[17]。張小康[18]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過15 mmol/L外源NO處理能有效維持桃果實(shí)在貯藏期間的能量代謝、緩解膜脂過氧化進(jìn)程，從而達(dá)到增強(qiáng)桃果實(shí)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(fā)現(xiàn)NO與水楊酸（Salicylic acid）之間存在交互作用，水楊酸能夠誘導(dǎo)擬南芥中NO的合成。結(jié)果表明，NO在果蔬低溫脅迫響應(yīng)機(jī)制中發(fā)揮著重要作用，能夠顯著降低果蔬對(duì)低溫條件的敏感性，從而保持貯藏品質(zhì)并延長(zhǎng)貨架期，再加上NO對(duì)果蔬無殘留毒性，使用濃度低，成本相對(duì)低廉，因此在果蔬采后貯藏保鮮領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。采用NO處理采后果蔬來誘導(dǎo)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(dǎo)果蔬耐冷性的應(yīng)用

2.2 NO對(duì)果蔬采后葉綠素的影響

Manjunatha G等人[21]研究發(fā)現(xiàn)，NO在葉綠素代謝及果實(shí)成熟方面起著重要的調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)因子，有助于維持葉片在衰老過程中類囊體膜的穩(wěn)定性[23]。NO可以有效阻止葉綠體脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化，此外還可以直接作用于葉綠體進(jìn)而影響和調(diào)控一系列下游信號(hào)[24]。李艷嬌[15]研究發(fā)現(xiàn)，在低溫貯藏下，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，葉綠素含量逐漸降低，但經(jīng)過NO處理后可以延緩果實(shí)葉綠素下降的速度。

3 NO誘導(dǎo)果蔬采后耐冷性的作用機(jī)制

3.1 增強(qiáng)抗氧化體系

Xu M等人[25]發(fā)現(xiàn)，低溫1℃貯藏引起枇杷果實(shí)的內(nèi)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(duì)濕度） 條件下貯藏，不僅大大減少了果實(shí)內(nèi)NO的積累，冷害癥狀也隨之加重。此外，經(jīng)C-PTIO處理后的枇杷果實(shí)中超氧陰離子（O2-）和過氧化氫（H2O2）的含量顯著高于對(duì)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(jīng)SNP處理有助于提高果實(shí)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(jīng)過L-NNA（活性氧自由基合成途徑抑制劑）處理后的果實(shí)則產(chǎn)生了相反的效果。同時(shí)，NO在調(diào)節(jié)呼吸代謝的過程中還對(duì)其他的生理活動(dòng)產(chǎn)生影響，可以推測(cè)NO可能參與該信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的調(diào)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(zhì)自由基（R-）并且可以通過誘導(dǎo)抗氧化酶基因的表達(dá)，進(jìn)一步起到保護(hù)作用。Liu Y等人[28]研究發(fā)現(xiàn)，由低溫引起的NO積累能夠有效為植物細(xì)胞提供保護(hù)，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(hào)分子激活了果蔬在冷害下的抗氧化防御機(jī)制，從而大大增強(qiáng)了白皮松（Chorispora bungeana）懸浮細(xì)胞的耐冷性。NO外源供體硝普鈉（SNP）明顯降低了果蔬體內(nèi)活性氧的含量，同時(shí)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(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的影響

NO處理對(duì)減少丙二醛（MDA）含量、降低細(xì)胞膜透性具有積極作用，并且可以進(jìn)一步緩解膜脂過氧化，達(dá)到保護(hù)細(xì)胞膜的目的。Chen F H等人[29]研究發(fā)現(xiàn)，NO處理枇杷果實(shí)，通過抑制H2O2及膜脂過氧化產(chǎn)物MDA的積累，來緩解低溫對(duì)其的影響。有研究表明，適度的NO處理可以抑制蓮霧果實(shí)中膜相對(duì)透性和丙二醛含量的升高[30]。高濃度的NO處理對(duì)果蔬細(xì)胞膜具有破壞作用而低濃度的NO對(duì)果蔬的細(xì)胞膜能夠起到保護(hù)作用，其濃度在30 mmol/L時(shí)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(xì)胞的氧化損傷程度，保護(hù)植物細(xì)胞膜的完整性，維持植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與生理功能[32]。在低溫狀態(tài)下，經(jīng)硝普鈉（SNP） 處理后的芒果抑制了果實(shí)離子滲透率，緩解了芒果果實(shí)細(xì)胞膜受低溫脅迫的癥狀[33]。

3.3 調(diào)節(jié)脯氨酸代謝

脯氨酸作為一種具有穩(wěn)定剛性構(gòu)想的蛋白質(zhì)氨基酸，能夠維持蛋白質(zhì)完整性的方式來保護(hù)細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)并對(duì)特定基因的表達(dá)起誘導(dǎo)作用，從而有助于緩解各種外界脅迫對(duì)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(hù)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(duì)桃[36]、枇杷果實(shí)[37]采后耐冷性的研究發(fā)現(xiàn)，脯氨酸的積累對(duì)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(duì)番茄進(jìn)行真空滲透，貯藏在2℃條件下30 d后發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，經(jīng)0.02 mmol/L SNP溶液處理后番茄冷害指數(shù)明顯得到控制，同時(shí)脯氨酸的含量明顯提高。因此可以推論，通過調(diào)控脯氨酸的代謝增強(qiáng)耐冷性可能是NO應(yīng)對(duì)外界低溫脅迫響應(yīng)的機(jī)制之一。

3.4 調(diào)節(jié)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(fā)現(xiàn)20 μL/L的NO能夠促進(jìn)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(shí)與對(duì)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(rèn)為，NO同PPO活性位點(diǎn)中的一個(gè)銅原子結(jié)合形成NO-Cu（B）-PPO，改變了PPO活性位點(diǎn)的正常結(jié)構(gòu)，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(jīng)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(zhì)。Wang Y等人[41]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)NO處理后的香蕉可以通過增強(qiáng)抗氧化體系和次級(jí)代謝產(chǎn)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(fù)結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子（CBF）是調(diào)控植物冷馴化相關(guān)基因表達(dá)的一種調(diào)控轉(zhuǎn)錄激活因子，在番茄受到低溫脅迫后會(huì)大量表達(dá)，在增強(qiáng)番茄采后耐冷性方面發(fā)揮著重要作用[38]。研究表明，將擬南芥的3個(gè)CBF基因敲除，突變體與野生型的基礎(chǔ)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(fā)揮著至關(guān)重要的作用[42]。擬南芥突變體具有冷敏性特點(diǎn)，而誘導(dǎo)CBF的表達(dá)（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(jīng)一氧化氮抑制劑C-PTIO處理后的枇杷，其耐冷性將會(huì)降低[25]。Zhang X等人[19]研究發(fā)現(xiàn)，多胺和內(nèi)源NO含量的提高，可能是促進(jìn)MeSA處理的番茄耐冷性提高的重要原因。經(jīng)NO處理的香蕉中的DAO活性進(jìn)一步提高，通過GABA的支路生成琥珀酸，然后進(jìn)入三羧酸循環(huán)，從而保證了碳循環(huán)的進(jìn)行，同時(shí)也保證了能量的供應(yīng)[45-48]。

4 結(jié)語

由于NO的作用具有兩面性，對(duì)于NO在不同果蔬中的施用濃度和作用條件仍需要進(jìn)一步明確[49]。此外，目前有關(guān)NO在果蔬誘導(dǎo)抗逆性的研究多數(shù)是根據(jù)施用外源NO后對(duì)果蔬貯藏品質(zhì)的影響[50-51]，但是關(guān)于果蔬內(nèi)源NO在低溫脅迫響應(yīng)下的作用機(jī)制報(bào)道相對(duì)較少。NO同其他植物激素、次級(jí)代謝產(chǎn)物及冷害相關(guān)信號(hào)途徑之間的關(guān)系有待進(jìn)一步深入研究。