常压低温等离子体通过激活MAPK信号通路和苯丙烷生物合成维持采后桑椹抗氧化能力的研究

本研究针对桑椹采后易腐烂、品质下降快的问题，探讨了常压低温等离子体（CAP）处理对桑椹贮藏期间品质维持的生理与分子机制。通过生理生化、转录组和代谢组学分析，发现CAP处理能显著抑制病害发生，维持总酚含量（TPC）和总抗氧化能力（TAC），激活抗氧化酶系统，并调控植物激素合成、MAPK信号通路和苯丙烷生物合成途径，从而增强桑椹的抗氧化能力和抗病性，为CAP技术在果蔬保鲜中的应用提供了科学依据。

　　

桑椹（Morus sp.）作为一种营养丰富、具有高抗氧化活性的水果，深受消费者喜爱。然而，由于其果实多汁、无外果皮保护，采后极易受到机械损伤和真菌侵染，导致腐烂和品质下降，造成巨大的经济损失。传统的保鲜方法如化学防腐剂虽有一定效果，但存在安全性和环境问题。因此，开发安全、高效的物理保鲜技术成为研究热点。常压低温等离子体（Cold Atmospheric Plasma, CAP）作为一种新兴的非热杀菌技术，不仅能够有效杀灭果蔬表面的病原微生物，还被发现可以直接调控果蔬的生理代谢，维持其品质。但CAP处理对桑椹果实内部生理代谢和抗氧化能力调控的具体机制尚不明确。为此，研究人员在《Postharvest Biology and Technology》上发表了一项研究，系统探讨了CAP处理对桑椹采后保鲜效果的生理与分子机制。

为了深入探究CAP处理对桑椹保鲜的作用，研究人员以“大石”桑椹为材料，采用两种强度（3 A和6 A）的CAP处理3分钟，并在25℃下贮藏，定期取样分析。研究团队综合运用了生理生化指标检测、转录组测序（RNA-Seq）、代谢组学分析以及实时荧光定量PCR（RT-qPCR）验证等多种技术手段。样本来源于浙江桑园，确保了实验材料的统一性和代表性。

研究结果首先显示，CAP处理显著降低了桑椹的病害发生率。接种Botrytis cinerea（灰霉菌）后，对照组桑椹的发病率在72小时高达70%，而CAP处理组发病率始终低于20%，表明白色霉变区域明显减少。这表明CAP处理不仅能直接抑制病原菌，还可能通过调控果实自身的抗病性来增强防腐效果。

在生理指标方面，CAP处理有效维持了桑椹的总酚含量（TPC）和总抗氧化能力（TAC）。贮藏期间，对照组的TPC和TAC（通过DPPH和ABTS自由基清除能力测定）持续下降，而CAP处理组则显著高于对照组。同时，CAP处理降低了过氧化氢（H₂O₂）的积累，并保持了抗氧化化合物如谷胱甘肽（GSH）和抗坏血酸（AsA）的含量。抗氧化酶活性（包括SOD、CAT和POD）在CAP处理早期（12-24小时）显著增强，但随贮藏时间延长逐渐下降，表明CAP在贮藏初期激活了桑椹的抗氧化系统。

转录组学分析揭示了CAP处理对桑椹基因表达的广泛影响。共鉴定到1259个差异表达基因（DEGs），其中1023个上调，236个下调。GO功能富集分析显示，这些基因主要富集在抗氧化活性、活性氧代谢、响应刺激等生物学过程。KEGG通路分析进一步表明，DEGs显著富集于苯丙烷生物合成、MAPK信号通路-植物、植物激素生物合成等途径。此外，多个转录因子家族（如MYB、bZIP和bHLH）的表达发生显著变化，其中MYB12、MYB13、bZIP3和bHLH2等基因上调，而MYB4下调，提示这些转录因子可能参与CAP对桑椹生理代谢的调控。

代谢组学分析结果与转录组数据相互印证。在正负离子模式下分别鉴定到1023和454个差异代谢物（DMs），主要包括黄酮类、有机酸、酚酸等。KEGG富集分析显示，这些代谢物显著富集于苯丙烷生物合成、黄酮生物合成、植物激素生物合成等通路。关键代谢物如苯丙氨酸、肉桂酸、p-香豆酸以及植物激素水杨酸（SA）、脱落酸（ABA）和茉莉酸（JA）的含量在CAP处理后显著上升，进一步证实了CAP对桑椹代谢途径的激活作用。

植物激素含量检测发现，CAP处理显著提高了SA、ABA和JA的水平。这些激素作为信号分子，可能通过调控MAPK信号通路和抗氧化相关基因的表达，增强桑椹的抗逆性。MAPK信号通路中的关键基因（如MEKK1、MKK3、MPK4和MPK6）表达上调，表明该通路被CAP激活，进而参与抗氧化和抗病反应的调控。

在苯丙烷生物合成途径中，CAP处理上调了PAL、C4H、4CL等关键酶基因的表达，促进了酚类化合物的合成。同时，下游基因如CHS、FLS和GT的表达也显著上调，导致抗氧化物质如芦丁和槲皮素的积累。值得注意的是，C3H基因表达下调，可能引导代谢流向更高效抗氧化产物的合成。

综上所述，CAP处理通过调控植物激素合成、激活MAPK信号通路和苯丙烷生物合成途径，显著增强了桑椹的抗氧化能力和抗病性，有效维持了采后品质。这项研究不仅阐明了CAP保鲜的分子机制，还为该技术在果蔬采后保鲜中的推广应用提供了重要的理论依据和实践指导。