等离子体活化水调控苹果采后抗病机制及品质提升的多组学解析

【编辑推荐】针对苹果采后炭疽病防控难题，中国研究者创新性采用等离子体活化水（PAW）技术，通过抑制Colletotrichum gloeosporioides关键致病基因（CgCDC42/CgRAC1等），激活苹果SA/JA信号通路（MdPR1/MdMYB108）和抗氧化系统（SOD/POD），显著延缓病斑扩展并提升果实维生素C含量。该研究为绿色保鲜技术替代化学杀菌剂提供理论支撑，发表于《Postharvest Biology and Technology》。

　　

苹果作为全球消费量最大的水果之一，采后因炭疽病（anthracnose）造成的损失高达20%-30%，传统化学杀菌剂存在环境残留和病原菌抗药性问题。Colletotrichum gloeosporioides通过分泌细胞壁降解酶、形成附着胞（appressorium）和黑色素（melanin）完成侵染，而现有物理防控技术难以兼顾抑菌效果与果实品质。河南农业大学联合国家棉花生物育种重点实验室创新性地将等离子体活化水（Plasma-Activated Water, PAW）技术应用于苹果采后处理，发现300秒等离子体处理的PAW-300能使氧化还原电位（ORP）提升至+450 mV，并含高浓度活性氧氮物种（RONS）如?OH、H₂O₂和ONOO^?。

研究团队通过转录组分析发现，PAW处理使C. gloeosporioides中细胞极性调控基因CgCDC42表达量下降62%，细胞壁合成相关CgRHO1/CgRHO2表达抑制51%-73%，导致菌丝形态异常和附着胞形成受阻。在苹果中，PAW激活水杨酸（SA）通路标志基因MdPR1表达上调3.2倍，茉莉酸（JA）合成关键酶基因MdAOS2表达提升2.8倍，同时苯丙烷代谢限速酶MdPAL1活性增加1.5倍。抗氧化系统检测显示，超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性分别提高89%和134%，有效清除PAW诱导的ROS爆发。

关键技术方法
实验采用大气压冷等离子体（APCP）装置生成PAW，设置100/200/300秒三个处理时间。通过扫描电镜观察菌丝形态，qPCR检测病原菌致病基因和苹果抗病通路基因表达，紫外分光光度法测定抗氧化酶活性，高效液相色谱（HPLC）分析维生素C等品质指标。

主要研究结果

1. PAW理化特性：PAW-300的pH降至2.8，电导率升至350 μS/cm，H₂O₂浓度达120 μM，具备强氧化特性。
2. 病原菌抑制：PAW-300使孢子萌发率降低81%，黑色素合成减少76%，电镜显示菌丝表面出现明显凹陷和孔洞。
3. 抗病机制：苹果中MdJAR4表达上调2.1倍，激活JA信号传导；苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性提升促进木质素沉积。
4. 品质改善：处理组苹果可溶性糖含量增加18%，糖酸比优化至35:1，维生素C保留率提高22%。

结论与意义
该研究首次阐明PAW通过双重机制防控苹果炭疽病：直接破坏病原菌细胞完整性，间接激活宿主SA/JA交叉对话（cross-talk）和苯丙烷代谢。相较于传统杀菌剂，PAW处理还能提升果实营养品质，其RONS成分可自然降解为H₂O和NO₃^?，符合绿色农业发展需求。研究成果为开发基于物理场调控的采后病害防控技术提供新思路，相关技术已申请国家发明专利。