褪黑素调控采后葡萄角质层蜡质、细胞壁和酚类代谢维持果实品质的机制研究

本研究针对采后葡萄易软化、品质下降等问题，探讨了外源褪黑素(MT)处理对“红地球”葡萄角质层蜡质代谢、细胞壁降解和酚类物质积累的调控作用。结果表明，MT处理能显著维持蜡质结构，抑制细胞壁水解酶活性，并促进酚类合成关键基因表达，从而延缓果实软化、保持营养品质，为采后保鲜技术提供了新策略。

　　

葡萄作为全球重要的经济作物，因其独特风味和丰富的功能性成分（如酚类化合物、矿物质和维生素）而备受青睐。然而，葡萄采后极易发生软化和褐变，导致外观和营养成分下降，果实硬度降低还会增加机械损伤和真菌感染的敏感性。因此，延缓软化、保持营养价值具有重要的商业意义。近年来，褪黑素（Melatonin, MT）作为一种天然植物生长调节剂，被发现在调控种子萌发、开花、果实成熟、光合作用及应激响应中发挥重要作用，其在采后生理过程中的调控潜力也逐渐被揭示。

为探究MT对采后葡萄品质的影响，本研究以“红地球”葡萄为材料，采用100 μmol·L^?1 MT溶液处理果实，并于4°C条件下贮藏56天，系统评估了MT对果实理化指标、角质层蜡质、细胞壁代谢及酚类化合物合成的调控作用。论文发表于《LWT》期刊。

研究主要采用了以下关键技术方法：果实硬度与理化指标（可溶性固形物TSS、可滴定酸TA）测定；扫描电镜观察角质层蜡形态；气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析蜡质成分；高效液相色谱（HPLC）测定可溶性糖、有机酸、单体花青素及非花青素酚类含量；实时荧光定量PCR（RT-qPCR）分析蜡质、细胞壁和酚类代谢关键基因表达；细胞壁降解酶（PME、PG、β-Gal）活性检测。样本来源于中国陕西渭南的“红地球”葡萄。

3.1. Effects of MT on TSS, TA, and firmness

MT处理显著维持了较高的TSS、TA含量和果实硬度。贮藏56天后，MT组TSS和TA含量分别比对照组高4%和11%，果实硬度损失降低10%，表明MT有效延缓了葡萄的品质劣变。

3.2. Effects of MT on soluble sugar and organic acid contents

MT处理减缓了葡萄糖和果糖的下降，并显著提高了酒石酸、苹果酸、柠檬酸和琥珀酸的含量。例如，贮藏末期MT组果糖和葡萄糖含量分别比对照组高5%和3%，有机酸含量也普遍高于对照，说明MT减少了呼吸底物的消耗。

3.3. Effects of MT on cuticular morphology

扫描电镜结果显示，新鲜葡萄果皮覆盖不规则片状蜡晶，贮藏后蜡晶密度下降、发生熔融和聚集。MT处理减轻了蜡晶的模糊和降解，保持了蜡质结构的完整性。

3.4. Effects of MT on cuticular wax metabolism

GC-MS鉴定出25种蜡质成分，以三萜类（58–64%）为主。MT处理延缓了总蜡质和三萜类含量的下降，并提高了醇类、脂肪酸和醛类含量。基因表达分析显示，MT上调了VvBAS、VvCYP76A、VvCER10、VvKCR1、VvPAS2等蜡质合成关键基因的表达。

3.5. Effects of MT on cell wall metabolism

MT处理降低了水溶性果胶（WSP）含量，维持了较高的螯合溶性果胶（CSP）和碳酸钠溶性果胶（NSP）水平。同时，MT抑制了PME、PG和β-Gal的活性，并下调了VvPME、VvPG和Vvβ-Gal的基因表达，从而延缓了细胞壁降解和果实软化。

3.6. Effects of MT on phenolic metabolism

MT处理显著提高了花青素和非花青素酚类含量。贮藏56天后，MT组总花青素含量比对照组高27%，非花青素酚类含量高14%。关键基因如VvPAL、VvC4H、Vv4CL、VvCHS、VvCHI等表达水平上调，表明MT促进了酚类化合物的生物合成。

研究结论表明，外源MT处理通过调控角质层蜡质代谢（促进合成基因表达）、抑制细胞壁降解酶活性（降低PME、PG、β-Gal活性及基因表达）和激活酚类生物合成途径（上调PAL、C4H、4CL等基因），有效维持了采后葡萄的果实硬度、营养品质和抗氧化能力。这些发现为MT在采后保鲜中的商业化应用提供了理论依据，未来需采用多组学技术进一步揭示其分子机制。