孫鈞政 ，李美玲 ，唐金艷 ，明艷林 ，林河通 ，陳藝暉 *

(1. 福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002；2. 亞熱帶特色農(nóng)產(chǎn)品采后生物學(xué)福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350002；3. 福建省亞熱帶植物研究所／福建省亞熱帶植物生理生化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361006)

近年來(lái)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用特克多、抑霉唑、苯萊特、撲海因等化學(xué)殺菌劑處理，對(duì)抑制病原菌生長(zhǎng)及防治果實(shí)采后病害皆有顯著效果；但化學(xué)殺菌劑也引起藥物殘留、環(huán)境污染、病原物產(chǎn)生抗藥性，乃至危害人體健康等一系列問(wèn)題，這些問(wèn)題日益凸顯使得許多化學(xué)殺菌劑被禁止用于果實(shí)采后處理。因此，開(kāi)發(fā)安全、高效和環(huán)保的采后病害防控技術(shù)是當(dāng)前生產(chǎn)亟待解決的問(wèn)題。

水楊酸(Salicylic acid，SA)是普遍存在于植物體內(nèi)具有調(diào)控植物抗病和延緩衰老功能的小分子酚類物質(zhì)[1—4]，作為一種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑和重要的信號(hào)分子被廣泛應(yīng)用于果實(shí)采后抗性誘導(dǎo)[5—6]。抗性誘導(dǎo)的機(jī)制涉及果實(shí)與病原菌、激發(fā)子之間復(fù)雜的互作關(guān)系。本文綜述 SA對(duì)多種果實(shí)采后病害的抑制效果及其抗病機(jī)制，旨在為生產(chǎn)上 SA應(yīng)用于果實(shí)采后病害控制、延長(zhǎng)果實(shí)保鮮期提供技術(shù)參考。

1 水楊酸對(duì)果實(shí)采后病害的抑制效果

Zeng 等[7]報(bào)道 1 mmol·L-1SA 處理杧果(Mangifera indica)后，果實(shí)炭疽病(Colletotichum gloeosporioides)的發(fā)病率降低，且病斑直徑擴(kuò)展緩慢。曹建康等[8]用不同濃度外源 SA處理蘋(píng)果梨(Pyrus bretschneideri)果實(shí)，并于24 h后接種鏈格孢菌(Alternaria alternata)，在 17±2 ℃或 2±1 ℃下觀察其發(fā)病情況，研究顯示，0.5 g·L-1和1.0 g·L-1SA處理均有效抑制病斑擴(kuò)展，且在低溫貯藏條件下 SA的抑菌效果更明顯。Rocha Neto 等[9—10]用2.5 mmol·L-1SA 處理蘋(píng)果(Malus domestica)果實(shí)，然后浸泡接種青霉病菌(Penicillium expansum)，可有效抑制青霉病的發(fā)生。Iqbal等[11]研究表明，3 mmol·L-1SA處理能在一定程度上減少柑橘(Citrus reticulata)果實(shí)采后病害的發(fā)生；當(dāng)SA濃度高于6 mmol·L-1時(shí)則完全抑制柑橘青霉病菌(Penicillium digitatum)和綠霉病菌(Penicillium italicum)的生長(zhǎng)。

2 水楊酸控制果實(shí)采后病害的作用機(jī)理

2.1 水楊酸對(duì)病原菌的直接抑制作用

Panahirad等[12]研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度SA(0.5、1、2、3、4、5 mmol·L-1)處理均能顯著抑制桃(Prunus persica)果實(shí)匍莖根霉菌(Rhizopus stolonifer)生長(zhǎng)，其中5 mmol·L-1SA處理能完全抑制R. stolonifer生長(zhǎng)。El-Mougy[13]研究發(fā)現(xiàn)，80 mmol·L-1SA處理能完全抑制黑曲霉(Aspergillus niger)、灰霉(Botrytis cinerea)、綠霉(Penicillium italicum)和青霉(Penicillium digitatum)生長(zhǎng)。Yao 等[14]報(bào)道2 mmol·L-1SA處理對(duì)甜櫻桃(Prunus avivum)果實(shí)的褐腐病菌(Monilinia fructicola)生長(zhǎng)和孢子萌發(fā)有直接抑制作用。He等[15]發(fā)現(xiàn)，5 mmol·L-1SA可有效抑制杧果炭疽病菌(Colletotrichum gloeosporioides)生長(zhǎng)。由此表明，SA作為一種小分子酚類物質(zhì)，對(duì)病原菌生長(zhǎng)繁殖具有直接抑制作用。

2.2 水楊酸對(duì)果實(shí)抗病性的誘導(dǎo)作用

2.2.1 水楊酸誘導(dǎo)果實(shí)抗氧化反應(yīng)

SA誘導(dǎo)植物抗病的機(jī)制與抑制過(guò)氧化氫酶(CAT)活性，使植物細(xì)胞過(guò)氧化氫(H2O2)濃度上升有關(guān)。Zhu等[16]研究發(fā)現(xiàn)，外源 SA處理可誘導(dǎo)柑橘體內(nèi)H2O2積累，認(rèn)為H2O2作為重要的信使分子可誘導(dǎo)細(xì)胞壁抗性增強(qiáng)，并誘導(dǎo)植物抗病相關(guān)物質(zhì)的生物合成和防御相關(guān)基因的表達(dá)，使感病植物對(duì)病原菌產(chǎn)生抗性。Wang等[17]也發(fā)現(xiàn)，SA浸泡處理采后杏(Prunus armeniacaL.)果實(shí)能有效抑制CAT和抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)的活性，增加H2O2積累。同時(shí)，Buron-Moles等[18]和 Cumplido-Najera等[19]報(bào)道，H2O2還參與了木質(zhì)素的生物合成、聚合和沉積，從而增強(qiáng)果實(shí)對(duì)病原體感染的防御；而一些抗氧化酶，如APX和超氧化物歧化酶(SOD)等，在植物與病原菌互作中具有重要作用。Huang等[20]研究 SA對(duì)6 ℃和20 ℃條件下貯藏的臍橙(Citrus sinensis)果實(shí)活性氧代謝的影響，結(jié)果顯示，SA處理能顯著增加臍橙果實(shí)H2O2積累，提高SOD活性，降低了CAT活性和丙二醛(MDA)含量。采后番石榴(Psidium gujava)[21]和橙[22]果實(shí)經(jīng)SA處理后，在低溫貯藏環(huán)境中果實(shí) MDA含量顯著降低。Suiubon等[23]采用2 mmol·L-1和 3 mmol·L-1SA 浸 泡 處 理 龍 眼(Dimocarpus longan)果實(shí)后，增強(qiáng)了果實(shí)在10 ℃貯藏過(guò)程中的SOD和APX活性。Dokhanieh等[24]研究表明，櫻桃果實(shí)采后用 SA(1 mmol·L-1和2 mmol·L-1)浸泡處理5 min，有利于果實(shí)中抗氧化物質(zhì)(總酚、類黃酮、花青素和還原型抗壞血酸)在貯藏期間維持較高含量水平，并增強(qiáng)DPPH自由基清除能力。大量研究表明，對(duì)采后荔枝(Litchi chinensis)、葡萄(Vitis vinifera)、蘋(píng)果和油桃采用SA處理均可提高果實(shí)在貯藏期間的抗氧化物質(zhì)含量[25—28]。Supapvanich 等[29]使用 2 mmol·L-1SA 對(duì)番木瓜(Carica papaya)果實(shí)進(jìn)行浸泡處理后，提高了果實(shí)的抗壞血酸含量和抗氧化活性。Koyuncu等[30]對(duì)石榴(Punica granatum)進(jìn)行 SA 處理后，提高了果實(shí)在6 ℃貯藏環(huán)境中的抗氧化能力。據(jù)報(bào)道，SA還能顯著提高采后火龍果(Hylocereus polyrhizus)[31]、山竹(Garcinia mangostana)[32]、杏[33]和酸橙[34]等果實(shí)的抗氧化能力。

此外，SA處理能調(diào)節(jié)抗氧化系統(tǒng)從而減輕果實(shí)膜脂過(guò)氧化作用。Xu等[35]利用蛋白羰基化的免疫測(cè)定技術(shù)研究外源 SA調(diào)控甜櫻桃果實(shí)抗氧化反應(yīng)，結(jié)果表明，2 mmol·L-1SA處理能有效誘導(dǎo)甜櫻桃果實(shí) CAT、幾丁質(zhì)酶(CHI)、過(guò)氧化物酶(POD)和β-1，3葡聚糖酶(GLU)的活性，以及相關(guān)基因在RNA轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)，還能減輕由青霉菌(Penicillium expansum)侵染造成的氧化脅迫，降低蛋白羰基化程度，有效抑制青霉菌對(duì)甜櫻桃果實(shí)的侵染程度，說(shuō)明 SA處理激發(fā)甜櫻桃果實(shí)抗氧化反應(yīng)是其誘導(dǎo)果實(shí)抗病性的一個(gè)重要機(jī)制。

2.2.2 水楊酸誘導(dǎo)果實(shí)防御反應(yīng)

植物抗病相關(guān)酶在抵御各種病原菌的侵染過(guò)程中起重要作用，主要包括酚類物質(zhì)代謝系統(tǒng)中的相關(guān)酶和病原相關(guān)蛋白家族(PR蛋白)，如苯丙氨酸解氨酶(PAL)、POD和多酚氧化酶(PPO)。PPO可催化醌類化合物及木質(zhì)素形成，構(gòu)成保護(hù)性屏障使植物細(xì)胞避免病菌侵害[36—37]；在木質(zhì)素生物合成的最后一步反應(yīng)過(guò)程中，POD通過(guò)催化 H2O2分解起重要作用[38—39]；而PAL是苯丙烷類代謝途徑中的首要關(guān)鍵酶，PAL活性與植物體產(chǎn)生酚類化合物和抗毒素密切相關(guān)[17]。

Wang等[17]研究發(fā)現(xiàn)，用 2 mmol·L-1SA 減壓(0.02 kPa)浸泡‘大黃’杏果實(shí)2 min，可顯著提高杏果實(shí)在2 ℃貯藏期間POD和PAL酶活性以及類黃酮和總酚含量。Mustafa 等[40]報(bào)道，0.1 mmol·L-1和1 mmol·L-1SA處理可提高楊桃(Averrhoa carambola)果實(shí)在6 ℃低溫貯藏期間PPO和POD活性。Zhou等[41]的研究也表明，用2.5 mmol·L-1SA處理可有效提高柑橘果實(shí)在20 ℃貯藏期間PAL、POD和PPO活性。Yao等[14]也證實(shí)2 mmol·L-1SA浸泡甜櫻桃果實(shí)2 min后，貯藏期間發(fā)病率降低與SA處理顯著提高PAL、POD和GLU活性有關(guān)。石亞莉等[42]使用150 mg·L-1SA浸泡蘋(píng)果果實(shí)20 min后，其POD、PPO、PAL、CHI和GLU活性顯著上升，從而有效地抑制了采后果實(shí)灰霉病的發(fā)生。Shi等[43]的研究發(fā)現(xiàn)，SA處理顯著提升采后葡萄柚(Citrus paradise)果實(shí)的POD、CHI和GLU活性。Supapvanich等[44]采用2 mmol·L-1SA浸泡番石榴果實(shí)，可增強(qiáng)其采后貯藏過(guò)程中的POD活性。Xu等[35]的研究也表明，2 mmol·L-1SA處理可誘導(dǎo)‘紅燈’甜櫻桃果實(shí)CHI和GLU活性升高。

此外，苯丙烷途徑是合成酚類物質(zhì)的重要途徑[45]。由于酚類物質(zhì)自身對(duì)病原菌的生長(zhǎng)有良好的抑制效果，能對(duì)病原物產(chǎn)生拮抗作用，同時(shí)酚類物質(zhì)也是合成木質(zhì)素的重要前體物質(zhì)，而木質(zhì)素與纖維素共同作用在植物細(xì)胞壁中可增強(qiáng)果實(shí)表皮結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增強(qiáng)果實(shí)的抗病性[46]。Yuan等[47]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)1.5 mmol·L-1SA處理的采后棗(Ziziphus jujuba)果實(shí)，其肉桂酸4-羥化酶(C4H)和PAL活性顯著提高，進(jìn)而誘導(dǎo)苯丙烷代謝，增強(qiáng)果實(shí)的抗病性。Dokhanieh 等[24]采用 1.0 mmol·L-1和 2.0 mmol·L-1SA對(duì)櫻桃果實(shí)進(jìn)行浸泡處理，結(jié)果顯示SA處理可以進(jìn)一步增強(qiáng)櫻桃果實(shí)的苯丙烷代謝途徑。另外，Zhou等[41]證實(shí)，2.5 mmol·L-1SA處理柑橘果實(shí)后，顯著增強(qiáng)貯藏期間果實(shí)的苯丙烷途徑相關(guān)酶活性。

2.2.3 水楊酸調(diào)控果實(shí)呼吸代謝

研究表明，果實(shí)采后衰老、病害發(fā)生通常與較高的呼吸強(qiáng)度和較低的能量狀態(tài)有關(guān)[48—50]，較高的呼吸強(qiáng)度會(huì)大量消耗呼吸基質(zhì)，加速衰老，病害爆發(fā)，進(jìn)一步縮短果實(shí)保質(zhì)期[50—52]。果實(shí)呼吸代謝包括三羧酸循環(huán)(TCA)、糖酵解途徑(EMP)、磷酸戊糖途徑(PPP)、線粒體電子傳遞鏈(CCP)等多條呼吸代謝途徑，每條呼吸代謝途徑在生命活動(dòng)中都具有獨(dú)特的功能[52—53]。呼吸代謝途徑主要受呼吸關(guān)鍵酶的調(diào)控。其中，琥珀酸脫氫酶(SDH)是TCA循環(huán)的關(guān)鍵酶，它催化琥珀酸氧化生成延胡索酸[52，54—56]。磷酸己糖異構(gòu)酶(PGI)是EMP途徑的關(guān)鍵酶，6-磷酸葡萄糖可在PGI的作用下轉(zhuǎn)化為6-磷酸果糖[52]。葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G-6-PDH)被認(rèn)為是 PPP途徑的第一個(gè)關(guān)鍵酶，它與6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶(6-PGDH)一起構(gòu)建穩(wěn)定的不可逆酶系統(tǒng)，將6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯水解為6-磷酸葡萄糖酸，之后氧化脫羧，生成核酮糖-5-磷酸，并生成還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)。PPP呼吸代謝途徑是NADPH的主要來(lái)源，以提供抵御逆境脅迫所需要的氧化還原電位，NADPH在固醇、脂肪酸等的生物合成和丙酮酸羧化還原成蘋(píng)果酸等過(guò)程中起重要作用[57]。細(xì)胞色素C氧化酶(CCO)被認(rèn)為是CCP途徑的關(guān)鍵酶，發(fā)揮質(zhì)子泵的作用，將基質(zhì)內(nèi) H+抽提到細(xì)胞膜間隙，并通過(guò)血紅素中鐵原子的氧化還原作用，將電子傳遞給還原的氧而形成水，并在氧化磷酸化過(guò)程的能量產(chǎn)生中起關(guān)鍵作用[52—56]。

果實(shí)細(xì)胞中主要的吡啶核苷酸種類，如氧化型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)、氧化型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)和NADPH，它們參與果實(shí)呼吸代謝的調(diào) 控 和 電子 傳遞 等代 謝 過(guò)程[48，50，58]。 NAD 激 酶(NADK)是唯一能夠催化 NAD與 ATP磷酸化生成NADP的酶，它直接作用于NAD從而生成NADP[59]。NAD和 NADP是影響果實(shí)細(xì)胞氧化還原狀態(tài)的氧化劑，在其含量發(fā)生變化之后，細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)也隨之改變，同時(shí)它們也在呼吸代謝途徑中參與反應(yīng)[59]。其中，NAD主要與EMP和TCA循環(huán)相關(guān)，這是健康果實(shí)組織中的主要呼吸代謝途徑；而NADP主要參與PPP途徑，其在病原菌侵染下會(huì)增強(qiáng)[49，58]。NAD和NADP在獲得電子后，會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)的還原態(tài)形式，即NADH和NADPH，它們以電子供體的形式進(jìn)一步參與呼吸代謝的電子傳遞；NADH和NADPH的含量高低可分別用來(lái)評(píng)價(jià)呼吸代謝中EMP-TCA途徑和PPP途徑的強(qiáng)弱[50]。Chen等[60]研究發(fā)現(xiàn)，與接種龍眼擬莖點(diǎn)霉(Phomopsis longanae)果實(shí)相比，SA處理能降低接種龍眼擬莖點(diǎn)霉的龍眼果實(shí)病害指數(shù)，降低果實(shí)呼吸速率和果皮PGI、SDH和 CCO活性，但提高了 G-6-PDH和6-PGDH總活性；同時(shí)，SA處理能降低 NAD和NADH含量，有效提高龍眼果皮的 NADK活性和NADP、NADPH含量以及能荷值。據(jù)此認(rèn)為，SA處理延緩龍眼擬莖點(diǎn)霉侵染所致龍眼果實(shí)采后病害發(fā)生，與SA維持較高的能荷值，增強(qiáng)PPP途徑及降低EMP、TCA、CCP等多條呼吸代謝途徑有關(guān)。

2.2.4 水楊酸誘導(dǎo)果實(shí)抗病基因的表達(dá)

外源 SA處理可誘導(dǎo)抗病基因表達(dá)，從而提高果實(shí)抗病原菌侵染的能力[61]。Chong等[62]研究葡萄果實(shí)兩個(gè)與抗病信號(hào)傳遞相關(guān)的調(diào)控因子 VvNHL1和VvEDS1，它們類似于擬南芥(Arabidopsis thaliana)的抗病調(diào)控因子 NDR1和 EDS1，結(jié)果表明，外源SA可以誘導(dǎo)VvEDS1表達(dá)，盡管SA對(duì)VvNHL1沒(méi)有直接的誘導(dǎo)效果，但可以誘導(dǎo)葡萄果實(shí)中抗灰霉病基因的表達(dá)。Chen等[63]的試驗(yàn)也表明，SA通過(guò)誘導(dǎo)葡萄果實(shí)PAL基因mRNA的表達(dá)而激發(fā)PAL合成，并提高PAL活性，從而增強(qiáng)葡萄果實(shí)的抗病性。Wang等[64]研究認(rèn)為，SA處理通過(guò)提高PAL和GLU酶活性以及CsCHI和CsPR4A的mRNA水平，從而增強(qiáng)臍橙對(duì)柑桔潰瘍病菌(Erwinia carotovora)的抗性。另外，多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)是植物抵抗真菌致病菌因子多聚半乳糖醛酸酶(PG)的重要蛋白，能有效地抑制病原真菌生長(zhǎng)。Liang等[65]在桃果實(shí)上克隆到一個(gè)抵抗真菌病害的多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白基因(PGIP1)，該基因cDNA全長(zhǎng)1380 bp，具有一個(gè)含330個(gè)氨基酸的可讀框，屬于低拷貝基因，外源 SA處理可誘導(dǎo)該基因表達(dá)，從而提高桃果實(shí)抵抗病原菌侵染的能力。Chan等[66]研究SA處理對(duì)桃果實(shí)CAT基因的誘導(dǎo)效果，在處理48 h后CAT基因的表達(dá)強(qiáng)度尤為明顯，證實(shí)SA處理可提高果實(shí)抗氧化蛋白基因表達(dá)。

不過(guò)，SA誘導(dǎo)果實(shí)抗病性的作用機(jī)制仍存在爭(zhēng)議。SA通過(guò)抑制CAT活性誘導(dǎo)植物組織內(nèi)H2O2積累，從而使寄主植物產(chǎn)生對(duì)病原菌的抗性；或者通過(guò)提高CAT活性和CAT基因表達(dá)，從而提高果實(shí)抵抗病原菌侵染能力。其作用機(jī)制有待進(jìn)一步證實(shí)。

2.2.5 水楊酸誘導(dǎo)抗性相關(guān)蛋白的表達(dá)

SA能夠誘導(dǎo)多種抗性相關(guān)蛋白的表達(dá)，從而增強(qiáng)植物對(duì)病原菌的廣譜抗性[67]。Chan等[66]利用蛋白質(zhì)組學(xué)方法研究桃果實(shí)對(duì)SA誘導(dǎo)的抗性應(yīng)答機(jī)制，結(jié)果表明，外源 SA處理顯著提高桃果實(shí)甲硫氨酸亞砜還原酶、SOD、CAT、POD、過(guò)敏蛋白和抗氧化蛋白的表達(dá)。在SA誘導(dǎo)的13個(gè)差異表達(dá)蛋白中，有2個(gè)PR蛋白，即櫻桃過(guò)敏蛋白(Cherry allergen Pru av)和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GPX)，該蛋白的表達(dá)量在SA處理后24～48 h顯著增加，證實(shí)SA處理提高桃果實(shí)抗性相關(guān)蛋白的表達(dá)有利于增強(qiáng)果實(shí)對(duì)青霉菌侵染的抵抗力。Chan等[68]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，不同發(fā)育期的甜櫻桃果實(shí)對(duì) SA的抗性應(yīng)答機(jī)制有差異，與成熟度高的果實(shí)對(duì)比，成熟度低的果實(shí)抗性誘導(dǎo)效果更好。試驗(yàn)通過(guò)質(zhì)譜鑒定出44個(gè)差異表達(dá)的蛋白，其中15個(gè)蛋白為PR蛋白，18個(gè)蛋白與能量代謝相關(guān)，5個(gè)蛋白與細(xì)胞結(jié)構(gòu)相關(guān)，6個(gè)蛋白與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)。而試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，處理后有4個(gè)脫氫酶蛋白和5個(gè)熱激蛋白被SA誘導(dǎo)，這些蛋白參與了EMP和TCA循環(huán)，這說(shuō)明SA誘導(dǎo)甜櫻桃果實(shí)的抗性與能量代謝途徑相關(guān)蛋白有密切關(guān)系。

3 結(jié)語(yǔ)

SA可作為植物內(nèi)源信號(hào)分子誘導(dǎo)果實(shí)抗病反應(yīng)，進(jìn)而抑制果實(shí)病害的發(fā)生，延長(zhǎng)果實(shí)保鮮期，但有關(guān) SA誘導(dǎo)果實(shí)采后抗性的分子機(jī)制尚缺乏系統(tǒng)研究。SA在誘導(dǎo)果實(shí)采后抗病性機(jī)制方面還存在許多問(wèn)題需要深入闡述：(1)果實(shí)、病原菌、SA相互作用中哪些抗病基因的表達(dá)增強(qiáng)了采后果實(shí)的抗病性？(2)哪些蛋白參與了誘導(dǎo)抗性的反應(yīng)？因此，加強(qiáng) SA與果實(shí)抗病反應(yīng)的研究是十分必要的，無(wú)疑將促進(jìn)果實(shí)-病原菌-SA三者互作中基因表達(dá)和調(diào)控的研究，對(duì)推動(dòng)果實(shí)采后抗病理論的發(fā)展和指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐具有重要意義。