葡萄貯藏過程中落粒調(diào)控研究進展

宋雅慧 吳志蒙 余 俊 朱明濤

（1.湖南人文科技學院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學院 婁底417000；2.湖南農(nóng)業(yè)大學園藝學院 長沙410128）

近年來，我國葡萄種植面積和產(chǎn)量均居于世界前列，其中鮮食葡萄的面積和產(chǎn)量更是穩(wěn)居世界第一。但鮮食葡萄在貯藏運輸過程中會出現(xiàn)腐爛、萎蔫和落粒等現(xiàn)象，特別是果實落粒問題，嚴重影響葡萄果實的商品品質(zhì)，限制了葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此研究葡萄果實落粒機理，探索防止葡萄落粒方法，對于延長葡萄果實貨架期具有重要的意義。

1 葡萄果實落粒概述

落粒是指葡萄果實與果柄分離，在貯藏運輸中普遍發(fā)生。一般分為濕落和干落，濕落是因為果刷纖細，容易從果實中拉出, 落粒后果柄端能看到明顯的果刷； 干落是因為果柄與果粒間離區(qū)細胞分化、分離，在受到震動和機械損傷的情況下引起落粒[1]。在實際生產(chǎn)中，葡萄落粒方式以干落為主，干落又分為3 個步驟：①離區(qū)形成；②離區(qū)內(nèi)的離層細胞感受脫落信號；③離層細胞分離，開始脫落[2]。

2 離區(qū)發(fā)育的分子機制

植物脫落的離區(qū)一般由5～50 層細胞構(gòu)成，這些細胞體積不大，胞質(zhì)緊密，緊密排列成方形。這些離區(qū)細胞發(fā)育成熟后能夠感受脫落信號，進一步發(fā)育，完成脫落。近代分子生物學研究表明，離區(qū)的形成受多基因遺傳調(diào)控，并在番茄上首先發(fā)現(xiàn)了與果柄離區(qū)形成相關(guān)的一些關(guān)鍵基因。MAO 等研究發(fā)現(xiàn)番茄的一個基因JOINTLESS，與花柄離區(qū)關(guān)系密切，當該基因發(fā)生突變時不能發(fā)育形成離區(qū)。近一步研究發(fā)現(xiàn)，JOINTLESS基因受上游轉(zhuǎn)錄因子LeSPL3的調(diào)控，當該轉(zhuǎn)錄因子發(fā)生突變功能喪失后，JOINTLESS的表達受到抑制，花柄離區(qū)的形成也受到影響[3]。他們還發(fā)現(xiàn)這兩個基因的表達還與番茄花序的結(jié)構(gòu)、果實外觀、種子發(fā)育等相關(guān)[4]。JOINTLESS-2與JOINTLESS的功能類似，番茄突變體基因jointless-2也能夠推遲離層的形成與發(fā)育，進而抑制番茄花器官的脫落[5]。在擬南芥中也發(fā)現(xiàn)了與脫落離區(qū)形成有關(guān)的兩個轉(zhuǎn)錄因子BOP1與BOP2，這兩個基因是一對功能冗余的基因，共同調(diào)節(jié)離區(qū)細胞的發(fā)育，在兩個基因的雙突變體中，花器官離區(qū)不能形成，葉柄發(fā)育也受到一定程度的影響。這主要可能是BOP基因能夠調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基因KNOX和KNAT，而這兩個基因是擬南芥分生組織特異性關(guān)鍵基因[6]。最新研究發(fā)現(xiàn)，AtHAESA、AtZFP2、AtDOF4.7、AGL15/AGL18等基因與離區(qū)細胞的發(fā)育分離有關(guān)[7]。

3 離區(qū)酶活性變化與葡萄果實落粒關(guān)系的研究

研究發(fā)現(xiàn)，植物器官脫落之前，離區(qū)部位細胞壁水解酶大量合成，活性顯著增加，中膠層逐漸降解，離層初生壁松動，器官開始脫落。其中果膠酶、過氧化物酶、纖維素酶等是植物器官脫落的主要功能酶類，他們的活性變化與器官脫落的關(guān)系在很多植物上都得到了證明。果膠酶是一種多酶復(fù)合物，主要包括3 種，果膠酸酶、多聚半乳糖醛酸酶（PG）和果膠酸酶和果膠甲酯酶（PME）[8-9]。在番茄rin 和NR 兩個突變體中，Tucker 等人首先發(fā)現(xiàn)PG 的活性與番茄花器官的脫落具有重要關(guān)系，在番茄成熟期，果柄PME的活性的增加能夠加速果實的脫落[10-11]。在化橘紅果實的研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象，離區(qū)PG 和PME活性的增加能夠顯著促進果實的脫落[12]。在葡萄采后果實落粒的研究中，陳發(fā)河等發(fā)現(xiàn)伴隨漿果落粒的增加，無核白葡萄離區(qū)PG 和PME 活性逐漸增加，并且他們的活性與葡萄落粒關(guān)系呈顯著正相關(guān)。他們還發(fā)現(xiàn)，當抑制離區(qū)的PG 和PME 活性降低時，能夠顯著減少無核白葡萄果實的落粒[13]。

纖維素酶（Cx）也與植物器官脫落具有重要的關(guān)系。陳紅蓮發(fā)現(xiàn)葡萄果柄和漿果連接處的離層細胞是逐步形成的，果實脫落與離層細胞的形成顯著相關(guān)。另外她還發(fā)現(xiàn)隨著葡萄果實貯藏期的延長，Cx 活性顯著提高，漿果落粒率增加，而抑制Cx 活性與對照相比，則能夠延緩果實的落粒[14]。β-葡萄糖苷酶（β-glu）是纖維素酶的一種，研究發(fā)現(xiàn)番茄果柄離區(qū)中的TomCel2基因在果實脫落過程中表達量顯著增加，而其編碼的β-glu 活性也顯著升高，如果抑制TomCel2基因的表達，則能夠減緩花器官的脫落速率[15-16]。在菜豆中也發(fā)現(xiàn)提高β-葡萄糖苷酶含量能夠促進器官的脫落[17]。婁爽發(fā)現(xiàn)PG、PME 和β-glu 酶活性與藍果忍冬落果相關(guān)，是影響藍果忍冬落果的主要因素之一[18]。在甘蔗上發(fā)現(xiàn)過氧化物酶活性受乙烯的調(diào)控，它能夠通過降低離區(qū)生長素的含量而加速植物器官的脫落[19,20]。

4 激素對葡萄落粒的調(diào)控

激素對植物器官脫落具有重要的調(diào)控作用，目前已經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)的激素主要有乙烯、脫落酸、生長素、赤霉素、茉莉酸甲酯等。不同激素在植物器官脫落中的作用不同，有的起促進作用，有的起抑制作用，其中具有促進作用的主要是乙烯、脫落酸。乙烯能夠加速植物器官衰老和脫落，在許多植物上都得到了證實，油梨幼果脫落時，其乙烯含量顯著高于正常果[21]。Yuan 也發(fā)現(xiàn)乙烯釋放量與蘋果幼果脫落密切相關(guān)[22]。外施乙烯也能夠起到相同的作用，斛蘭在開花后用乙烯處理，花瓣脫落顯著增加[23]，而抑制乙烯的合成，則可以顯著延緩器官的脫落，Yildiz 等在蘋果采前4 周分別用150 mg/L、300 mg/L 和600 mg/L的AVG （aminoethoxyvinylglycine，一種乙烯抑制劑）溶液處理，均可以顯著降低果實乙烯含量并減少落果率[24]。乙烯促進植物器官脫落的機制可能是它作為一種信號物質(zhì)促進離層的形成，誘導(dǎo)離層果膠酶、過氧化物酶、纖維素酶等水解酶活性，加速細胞壁降解。馬亞茹在探究乙烯與葡萄果粒脫落的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，部分高乙烯釋放品種葡萄的果梗耐拉力與乙烯釋放速率呈顯著負相關(guān)[25]。利用乙烯抑制劑處理葡萄后，貯藏期間果實耐拉力顯著高于對照[26]。但葡萄是非躍變型果實，果實乙烯產(chǎn)生量很少，在成熟期間會產(chǎn)生較多的脫落酸，脫落酸在葡萄落粒中的作用也引起了學者的重視，他們發(fā)現(xiàn)“無核白”葡萄在低溫貯藏過程中，隨著貯藏期的延長，ABA 含量上升，果柄和離區(qū)的變化趨勢較果粒明顯[14]。生長素和赤霉素都具有抑制植物器官脫落的作用，這在棉花、蘋果、柑橘、芒果等植物中得到了證實[27]。在葡萄上，采收前分別用IAA 和GA 可以有效控制葡萄果實的落粒率[13,28]。茉莉酸甲酯在預(yù)防葡萄落粒的研究中也有報道，汪開拓和鄭永華在巨峰葡萄果貯藏前用10 μmol/L 茉莉酸甲酯熏蒸處理6 h，發(fā)現(xiàn)該方法可以降低自由基的生產(chǎn)，減緩離區(qū)膜脂過氧化進程，維持離區(qū)細胞的完整性，有效的降低了冷藏期間葡萄果實的腐爛率、落粒率和褐變指數(shù)[29]。但激素在葡萄落粒中的作用是復(fù)雜的，可能并不是單一的激素起作用，它們作為信號物質(zhì)的傳導(dǎo)，它們之間的互相拮抗作用等，需要進一步深入的研究。

5 其他物質(zhì)對植物器官脫落的調(diào)控

除激素外，其他物質(zhì)對植物器官脫落的調(diào)控也有報道。李佳寧發(fā)現(xiàn)H2S 處理可以顯著抑制番茄花柄和葉柄中細胞壁降解酶活性，而施用H2S 合成抑制劑能夠加速番茄葉柄和花柄脫落過程。而脫落被抑制的原因很可能是H2S 減少了離區(qū)生長素的含量，并降低離區(qū)細胞對乙烯的敏感性。另外他還發(fā)現(xiàn)H2S 處理對玫瑰葉柄和花瓣的脫落也具有較強的抑制作用[2]。相比于H2S，鈣對植物器官脫落的調(diào)控機理更為復(fù)雜，在自然條件下，外源鈣處理能夠降低離區(qū)PG 和PME 等細胞壁降解酶活性，保持離區(qū)1AA 含量，降低離區(qū)乙烯釋放，延緩番茄花柄脫落。而在先施乙烯條件下再施用鈣，會促進離區(qū)ABA 和乙烯的釋放，并降低離區(qū)GA 含量，加速花柄脫落[31]。這兩種

物質(zhì)在葡萄防落粒中的應(yīng)用還需要進一步的研究。

6 展望

隨著生物技術(shù)的發(fā)展，人們對于植物器官脫落的研究更加深入，但這些研究主要集中于花瓣和葉柄的脫落，對于果實脫落的機理研究較少，特別是在葡萄貯藏過程中，果實的落粒機理及其防治技術(shù)的研究更是鮮有報道。目前的研究主要集中在激素對葡萄落粒的調(diào)控，但葡萄果柄為呼吸躍變型，在貯藏過程中產(chǎn)生大量乙烯，葡萄果實是非呼吸躍變型，其落粒機理可能與多種激素互作有關(guān)，但起主要作用的是乙烯還是ABA 需要我們進行深入的研究。另外，葡萄果實在貯藏過程中會產(chǎn)生大量的活性氧，而活性氧對細胞壁細胞代謝酶具有較強的調(diào)節(jié)作用，其是否與落粒有關(guān)需要我們進一步的證明。鈣和H2S在防治落花和落果中具有一定的作用，但在葡萄貯藏中是否能起到相同的作用也需要我們進行大量的試驗。葡萄果實在貯藏過程中的落粒問題一直存在，如何借助當前的分子生物學手段，找出關(guān)鍵基因、弄清楚其機理，開發(fā)防落粒技術(shù)具有重要的意義。