苯丙氨酸通过调控脂质代谢、磷酸戊糖途径和能量代谢延缓刺梨果实衰老的机制研究

本研究针对刺梨果实采后易衰老劣变的问题，探讨了苯丙氨酸处理对其保鲜效果及作用机制。研究发现，5 mM苯丙氨酸处理能有效降低果实腐烂率、O2•?产生速率和H2O2、MDA含量，延缓硬度、SSC、AsA和GSH的下降；通过调节脂肪酸代谢关键酶（LOX、PLD、FAS等）活性和表达，维持较高的不饱和脂肪酸比例和细胞膜完整性；同时增强能量代谢酶（H+-ATPase、CCO等）活性和表达，维持高能荷状态；并激活磷酸戊糖途径（PPP）关键酶（G6PDH、6PGDH、NADK）活性，提高NADPH水平，增强抗氧化能力。该研究为苯丙氨酸作为天然保鲜剂应用于刺梨果实采后保鲜提供了理论依据。

　　

刺梨（Rosa roxburghii）是一种原产于中国西南地区的特色水果，以其极高的维生素C（抗坏血酸，AsA）含量而闻名，其维生素C含量约为草莓的40倍、番茄的100倍，具有极高的营养价值和市场潜力。然而，刺梨果实采后极易衰老变质，出现腐烂、软化、品质下降等问题，这严重制约了其产业发展。目前，对刺梨采后衰老机制的认识不足，导致有效的保鲜技术研发和应用受限。因此，探索延缓刺梨果实采后衰老、保持其品质的新方法具有重要意义。

苯丙氨酸是一种芳香族氨基酸，也是苯丙烷类代谢途径的前体物质。已有研究表明，苯丙氨酸可作为诱导子增强果实的防御反应，从而维持营养品质。例如，在甜瓜、芒果等水果中，苯丙氨酸处理显示出增强抗氧化能力、抑制脂质过氧化、改善果实品质的潜力。然而，苯丙氨酸对刺梨果实采后品质和衰老的影响及其作用机制尚不清楚。研究人员假设，外源苯丙氨酸处理可能通过调节刺梨果实的脂肪酸代谢、能量稳态和磷酸戊糖途径，从而增强其抗氧化能力、延缓衰老、维持果实品质。为了验证这一假设，研究团队开展了一项深入研究，相关成果发表在《Food Chemistry Advances》上。

为了开展研究，研究人员在刺梨果实采后使用不同浓度（0, 2.5, 5, 10 mmol L^?1）的苯丙氨酸溶液进行处理，并在22°C下储存15天，定期取样分析。研究涉及的关键技术方法主要包括：生理指标（腐烂率、硬度、可溶性固形物SSC、丙二醛MDA、抗坏血酸AsA、谷胱甘肽GSH、超氧阴离子O₂^•?产生速率、过氧化氢H₂O₂含量）测定；脂肪酸组成（如亚油酸、亚麻酸、油酸、棕榈酸、硬脂酸）及不饱和脂肪酸/饱和脂肪酸比值分析；脂肪酸代谢相关酶（磷脂酶C (PLC)、磷脂酶D (PLD)、脂肪酶、脂氧合酶(LOX)、氢过氧化物裂解酶(HPL)、醇脱氢酶(ADH)、醇酰基转移酶(ATT)、脂肪酸合酶(FAS)）活性和基因表达检测；能量物质（腺苷三磷酸ATP、腺苷二磷酸ADP、腺苷一磷酸AMP）含量及能荷计算；能量代谢相关酶（H⁺-ATP酶、Ca²⁺-ATP酶、琥珀酸脱氢酶(SDH)、细胞色素C氧化酶(CCO)、NADH脱氢酶、V-H⁺-焦磷酸酶(VPP)）活性和基因表达分析；磷酸戊糖途径关键酶（葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(6PGDH)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸激酶(NADK)）活性和基因表达，以及辅酶（NADP、NAD、NADPH、NADH）含量测定。所有生理生化指标及基因表达分析均采用三个独立的生物学重复。样本来源于贵州省遵义市播州区新民村。

3.1. 苯丙氨酸对刺梨果实表型观察、腐烂率、SSC、MDA、O₂^•?产生速率、H₂O₂、AsA和GSH的影响

研究发现，5 mM苯丙氨酸处理能有效维持刺梨果实的表观品质，直至储存第12天才出现果皮褐变，而对照组在第9天即出现褐变和腐烂。定量分析表明，5 mM苯丙氨酸处理显著降低了果实的腐烂率。同时，该处理延缓了果实硬度和可溶性固形物（SSC）的下降，抑制了丙二醛（MDA，脂质过氧化产物）含量的增加。此外，苯丙氨酸处理抑制了抗坏血酸（AsA）含量的下降，并提高了谷胱甘肽（GSH）含量，特别是在储存前期。苯丙氨酸处理还有效抑制了超氧阴离子（O₂^•?）产生速率和过氧化氢（H₂O₂）的积累。这些结果表明，苯丙氨酸处理通过减少活性氧积累、增强抗氧化能力、减轻脂质过氧化损伤，从而延缓刺梨果实的衰老。

3.2. 刺梨果实脂肪酸含量的变化

苯丙氨酸处理显著影响了刺梨果实的脂肪酸组成。与对照组相比，处理组的不饱和脂肪酸（亚油酸、亚麻酸、油酸）含量显著提高，而饱和脂肪酸（棕榈酸、硬脂酸）含量受到抑制。这使得不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的比值（UFSA/SFA）在苯丙氨酸处理组中维持在较高水平。不饱和脂肪酸含量的增加有助于维持细胞膜的流动性和完整性，这对于延缓果实衰老至关重要。

3.3. 刺梨果实脂肪酸代谢相关酶活性和基因表达的变化

在分子机制层面，苯丙氨酸处理下调了与膜脂降解相关的酶（PLC、PLD、脂肪酶、LOX）的活性和基因表达（RrPLC, RrPLD, RrLipase, RrLOX），同时下调了与酯类物质合成相关的酶（HPL、ADH、ATT）的活性和基因表达（RrHPL, RrADH, RrATT）。相反，苯丙氨酸处理上调了与脂肪酸合成相关的脂肪酸合酶（FAS）的活性和基因表达（RrFAS）。这些结果表明，苯丙氨酸通过抑制膜脂降解、促进脂肪酸合成，从而维持细胞膜稳定性。

3.4. 刺梨果实AMP、ADP、ATP含量和能荷的变化

能量代谢分析显示，苯丙氨酸处理有助于维持刺梨果实的能量状态。处理组果实的ATP（三磷酸腺苷）和ADP（二磷酸腺苷）含量高于对照组，而AMP（一磷酸腺苷）含量低于对照组，从而使得能荷（能量电荷，反映细胞能量状态的指标）维持在较高水平。充足的能量供应是维持细胞膜完整性和进行膜修复的基础。

3.5. 刺梨果实能量代谢相关酶活性和基因表达的变化

苯丙氨酸处理增强了多个能量代谢关键酶的活性和基因表达，包括H⁺-ATP酶（RrH⁺-ATPase）、Ca²⁺-ATP酶（RrCa²⁺-ATPase）、琥珀酸脱氢酶(SDH)（RrSDH）、细胞色素C氧化酶(CCO)（RrCCO）、NADH脱氢酶（RrNAD）和V-H⁺-焦磷酸酶(VPP)（RrVPP）。这些酶在线粒体电子传递链和氧化磷酸化过程中发挥关键作用，其活性的增强有助于ATP的合成，为细胞活动提供能量。

3.6. G6PDH、6PGDH、NADK的活性和表达以及NADPH和NADH的含量

苯丙氨酸处理激活了磷酸戊糖途径（PPP）。处理组果实的G6PDH、6PGDH和NADK的活性和基因表达（RrG6PDH, Rr6PGDH, RrNADK）均显著高于对照组。相应地，处理组果实的NADP（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）和NADPH（还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）含量升高，而NAD（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）和NADH（还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）含量降低。NADPH是重要的还原力，为抗氧化系统（如AsA-GSH循环）和脂肪酸合成等过程提供电子，从而有助于减轻氧化损伤和维持细胞功能。

4. 讨论

本研究综合结果表明，苯丙氨酸处理通过多途径协同作用延缓刺梨果实衰老。首先，通过调控脂肪酸代谢，抑制降解酶（如LOX、PLD）和促进合成酶（FAS），维持了较高的不饱和脂肪酸比例和细胞膜完整性，减少了MDA积累和膜损伤。其次，通过增强能量代谢关键酶活性，维持了较高的ATP水平和能荷，为细胞膜脂质合成和修复提供了能量保障。第三，通过激活磷酸戊糖途径（PPP），提高了NADPH水平，增强了细胞的抗氧化能力，有助于清除活性氧（ROS），维持氧化还原平衡。这些代谢途径相互关联，共同作用，从而有效延缓了刺梨果实的采后衰老进程，保持了果实品质。

5. 结论

本研究证实，采后施用5 mM苯丙氨酸能有效延缓刺梨果实的衰老，其作用机制涉及对脂质代谢、能量代谢和磷酸戊糖途径的重编程。苯丙氨酸通过维持细胞膜完整性、能量稳态和氧化还原平衡，显著降低了果实腐烂率，延缓了品质劣变。该研究不仅揭示了苯丙氨酸作为一种新型天然保鲜剂在刺梨保鲜中的应用潜力，也为理解氨基酸调控果实采后衰老的代谢网络提供了新的见解，对开发高效、安全的果蔬采后保鲜技术具有重要的理论和实践意义。未来研究可在不同贮藏条件、不同品种果实中进一步验证其效果，并探索其与其他保鲜技术的协同作用。