脈沖光通過調節細胞壁代謝、抗氧化防御以及乙烯與茉莉酸之間的相互作用,延緩了櫻桃番茄采后軟化過程
《Postharvest Biology and Technology》:Pulsed light delays postharvest softening of cherry tomatoes by regulating cell wall metabolism, antioxidant defense, and ethylene-jasmonic acid crosstalk
【字體:
大
中
小
】
時間:2026年03月03日
來源:Postharvest Biology and Technology 6.8
編輯推薦:
番茄軟腐病防控機制研究:焦性沒食子酸通過增強抗氧化酶活性、抑制ROS積累及調控苯丙素代謝相關基因表達提升抗性。
張小云|趙宇|辛宇|埃薩·阿比索·戈達納|李俊|謝園園|趙琳娜|張紅銀
江蘇大學食品與生物工程學院,中國鎮江學府路301號,212013
摘要
番茄采后軟腐病主要由Pectobacterium carotovorum亞種carotovorum(Pcc)引起,給番茄產業造成了巨大的經濟損失。我們之前的研究表明,曲古霉素(KA)能夠有效緩解番茄的采后軟腐病,主要是通過直接抑制Pcc實現的。然而,其背后的復雜機制仍需進一步研究。本研究旨在闡明KA處理后番茄對Pcc抗性增強的具體機制。研究發現,KA處理后,受Pcc感染的番茄中關鍵抗氧化酶和防御酶的活性顯著增強。此外,KA處理還減少了活性氧(ROS)的積累,并提高了抗性次生代謝物的水平。最重要的是,轉錄組分析表明,KA處理導致Pcc感染番茄的整體基因表達發生了變化,包括與植物-病原體相互作用、苯丙素生物合成、黃酮類生物合成和谷胱甘肽代謝相關的基因。這些關鍵基因表達的變化、代表性酶活性的提升以及抗性物質的積累共同作用,增強了番茄對Pcc的抗性。這些發現為番茄的采后管理提供了寶貴的見解。
引言
番茄(Solanum lycopersicum L.)是一種全球重要的蔬菜作物,廣泛種植和消費。它富含維生素、膳食纖維和多種生物活性化合物(張等人,2023年)。然而,采后的番茄極易受到病原體感染,這嚴重影響了其品質并導致巨大的經濟損失。主要病害包括黑斑病(張等人,2024c年)、灰霉病(布等人,2021年)和軟腐病(張等人,2024b年)。其中,由Pectobacterium carotovorum亞種carotovorum(Pcc)引起的軟腐病是最常見的細菌性病害。這種病原體會導致番茄組織迅速腐爛。控制番茄采后病害的主要方法包括物理、化學和生物方法。物理方法如控制氣氛儲存和冷處理主要通過抑制病原體生長來發揮作用(查爾科夫斯基等人,2012年)。然而,這些技術通常成本較高,且可能影響果實品質。化學控制主要依賴合成殺菌劑如吡唑酮SYP-Z048來消滅病原體,但這可能導致病原體抗性、殘留危害和環境污染(陳等人,2012年)。生物控制方法則利用拮抗微生物或天然產物來抑制病原體,減輕果蔬的采后病害(F&V)。例如,Bacillus velezensis可以有效控制茄子果實的采后軟腐病(張等人,2024a年)。同樣,張等人(2022b年)發現,在采后儲存期間應用Pichia caribbica可以降低番茄黑斑病的發生率。與上述方法相比,利用天然化合物控制果蔬采后病害的研究仍然有限。
根據來源,天然化合物可分為三類:植物來源、動物來源和微生物來源(阿納杜阿卡等人,2023年)。例如,植物來源的天然化合物如肉桂精油和丁香精油能夠增強番茄對Alternaria alternata的抗性,抑制病原體菌絲生長和孢子萌發,從而有助于抑制番茄黑斑病(卡梅洛等人,2025年)。動物來源的天然化合物如殼聚糖能有效提高抗性相關酶的活性,降低番茄灰霉病的發生率,保持果實品質(利亞利納等人,2024年)。微生物來源的天然化合物通常包括通過次級代謝合成的細菌素以及發酵產生的有機酸(段等人,2024年)。據薩賈德等人(2025年)報道,用2%的細菌紫紅素懸浮液處理過的桃子、葡萄和杏子在室溫下可保持6天新鮮,而未經處理的果實則在3天后開始腐爛。
曲古霉素(KA)是一種弱酸性代謝物,由Aspergillus等微生物在傳統東方食品發酵過程中產生(佐赫里等人,2024年)。目前,在利用KA進行果蔬保鮮方面已取得顯著進展。許多研究表明,KA可以有效延緩果蔬的褐變,保持其品質。0.05?g?L?1的KA處理能有效防止小白菜切口的褐變,保持其市場價值和營養價值,并延長保質期(伊伊多根和貝因迪爾利,2004年)。作為一種天然防腐劑,KA在果蔬采后保鮮中具有巨大潛力。然而,目前的研究主要集中在KA對新鮮切口的抗褐變效果上,而關于其在控制采后病害方面的效果的研究相對較少,需要進一步探索。
我們之前的研究表明,KA能夠有效控制番茄采后儲存期間的軟腐病。KA實現這一控制的主要機制之一是其對病原體Pcc的直接抑制作用(辛宇等人,2025年)。然而,KA控制番茄軟腐病的完整機制仍有待進一步闡明。本研究旨在全面探討KA處理后番茄抗性增強的機制,內容包括:(1)KA對番茄抗氧化酶活性和活性氧(ROS)積累的影響;(2)KA對番茄防御酶活性的影響;(3)KA對番茄抗性相關代謝物積累的影響;(4)通過轉錄組分析闡明KA誘導的番茄抗性機制。
實驗部分
果實
番茄(Solanum lycopersicum L. 品種Provence)來自江蘇省鎮江的一個有機農場,成熟期的果實大小均勻,無病蟲害和機械損傷。運輸到實驗室后,用流水沖洗掉表面的殘葉和土壤,然后用2%次氯酸鈉溶液處理3分鐘進行表面消毒。最后徹底清除剩余的次氯酸鈉。
KA對番茄抗氧化酶活性的影響
如圖1A所示,在整個儲存過程中,Pcc感染的番茄中的POD活性始終高于對照組。當番茄同時接受KA和Pcc處理時,該活性進一步顯著升高。圖1B顯示,僅用Pcc處理時,CAT活性在2天內明顯高于對照組。此外,同時接受KA和Pcc處理的番茄中,CAT活性也比僅用Pcc處理的番茄更高。
討論
如前所述,KA已被用于新鮮切口的果蔬保鮮。目前的研究主要集中在KA對果蔬褐變的抑制作用及其機制上。王等人(2023年)的研究表明,KA處理可以增強木瓜的抗氧化酶活性并上調防御基因表達,從而提高木瓜對Colletotrichum brevisporum的抗性,減輕病害嚴重程度。然而,KA的作用機制仍需進一步研究。
結論
我們的研究結果揭示了KA誘導的番茄抗性機制,如圖9所示。KA處理后,Pcc感染的番茄中信號傳導和相關防御基因的表達以及防御酶的活性均有所提高,從而增強了番茄對病原體的防御反應。此外,KA還提高了Pcc感染番茄中抗氧化基因的表達和相應酶的活性。
作者貢獻聲明
辛宇:方法學研究、數據分析、正式分析。埃薩·阿比索·戈達納:撰寫-審稿與編輯、數據分析、正式分析。李俊:數據分析。謝園園:數據分析。張小云:撰寫-初稿、項目監督、資金獲取、概念構思。趙宇:撰寫-初稿、方法學研究、數據分析、正式分析。趙琳娜:撰寫-審稿與編輯。張紅銀:撰寫-審稿利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究結果。
致謝
本工作得到了國家自然科學基金(編號32372778)的支持。
生物通微信公眾號
生物通新浪微博
今日動態 |
人才市場 |
新技術專欄 |
中國科學人 |
云展臺 |
BioHot |
云講堂直播 |
會展中心 |
特價專欄 |
技術快訊 |
免費試用
版權所有 生物通
Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved
聯系信箱:
粵ICP備09063491號