葡萄外果皮线粒体呼吸动态研究：转色前发育阶段AOX途径的电子分配机制及其对果实生长的调控作用

本研究聚焦葡萄果实转色前关键发育阶段，通过比较两种葡萄品种（Merlot和Callet）外果皮中线粒体呼吸链终端氧化酶（AOX与COX）的活性和ATP生成模型，揭示了COX途径在碳积累期驱动果实生长的核心作用，以及AOX在能量需求降低时通过调节苹果酸代谢维持氧化还原平衡的生理意义。研究为解析非跃变型果实发育的呼吸调控机制提供了新视角。

　　

葡萄作为典型的非跃变型果实，其发育过程伴随着复杂的呼吸代谢变化。在转色前的快速生长期（Phase I），果实通过细胞分裂和膨大实现体积增长，这一阶段的能量需求与线粒体呼吸活动密切相关。然而，关于果实生长旺盛期线粒体电子传递链终端氧化酶——替代氧化酶（alternative oxidase, AOX）和细胞色素c氧化酶（cytochrome c oxidase, COX）的动态调控机制，特别是其对不同品种葡萄生长差异的贡献，此前尚未有系统研究。

西班牙巴利阿里群岛的研究团队选择当地品种Callet与国际品种Merlot为研究对象，在控水条件下连续5周监测转色前葡萄外果皮的呼吸参数。通过创新性应用¹⁸
O同位素判别技术结合质谱分析，首次实现了果实组织中线粒体呼吸途径活性的原位检测。研究发现：在果实快速生长期（23-53天），COX途径主导呼吸作用，其活性与碳积累呈正相关，直接支持ATP依赖的生长过程；而在接近转色期时（58天），AOX活性显著增强，与苹果酸积累同步，提示其在降低电子传递链（ETC）还原水平和调节能量溢出中的关键作用。品种比较显示，果型更大的Callet具有更高的COX活性和ATP产量，证实呼吸效率差异是决定品种间生长异质性的重要因素。

关键技术包括：1）利用¹⁸
O同位素判别技术测定AOX/COX体内活性；2）建立ATP生产预测模型；3）同步监测果实物理参数（鲜重、直径）与化学成分（苹果酸、可溶性固形物）。

【Berry physical and chemical properties】
Callet果实鲜重和直径增长显著快于Merlot，且两者皮肤干物质积累同步。Merlot的可溶性固形物含量更高，而Callet的苹果酸积累更显著，暗示品种间碳分配策略差异。

【Discussion】
研究证实COX途径是葡萄转色前生长的主要能量来源，其活性与品种特异性生长速率直接相关。AOX的后期激活则可能通过苹果酸代谢缓解ETC过度还原压力，为理解非跃变型果实发育的呼吸调控提供了新范式。

该成果发表于《Journal of Plant Physiology》，其重要意义在于：首次阐明葡萄发育早期线粒体呼吸途径的动态转换规律，建立了呼吸代谢与果实生长的定量关系；提出的AOX-苹果酸代谢耦合模型为改善果实品质的栽培策略提供了理论依据；开发的果实组织呼吸测量技术体系为同类研究建立了方法学参考。研究还提示，针对地中海地区本土品种的特异性呼吸特征，可开发差异化的精准栽培方案。