外源IAA通过调控激素稳态与初级碳-氨基酸-卟啉代谢延缓采后芹菜叶片黄化并保持品质

《Postharvest Biology and Technology》:Exogenous IAA delays leaf yellowing and preserves the quality of celery during postharvest storage

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年11月03日 来源:Postharvest Biology and Technology 7.3

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  原文未提供独立摘要段落,以下为文首亮点(Highlights)的术语化翻译:外源200 μM IAA(indole-3-acetic acid,吲哚-3-乙酸)延缓叶片黄化并延长芹菜货架期;外源IAA在采后贮藏期间维持营养品质与挥发性香气;外源IAA提高芹菜内

  
原文未提供独立摘要段落,以下为文首亮点(Highlights)的术语化翻译:外源200 μM IAA(indole-3-acetic acid,吲哚-3-乙酸)延缓叶片黄化并延长芹菜货架期;外源IAA在采后贮藏期间维持营养品质与挥发性香气;外源IAA提高芹菜内源IAA与GA(gibberellin,赤霉素)含量,同时降低ABA(abscisic acid,脱落酸)含量;外源IAA影响碳固定(carbon fixation)、乙醛酸(glyoxylate)、氨基酸(amino acid)与卟啉(porphyrin)代谢。
研究背景:芹菜(Apium graveolens L.)为伞形科草本植物,采后易腐,常温货架期仅3–5 d;低温可延长贮藏期,但较高温度下呼吸增强及衰老相关生理生化变化导致叶绿素降解、叶片黄化,抗坏血酸、可溶性糖等营养耗损,挥发性有机物谱改变。外源植物激素被认为是维持蔬菜品质和延长贮藏期的天然途径。IAA(indole-3-acetic acid,吲哚-3-乙酸)参与生长、发育和衰老,其功能依赖内源IAA稳态(生物合成、运输和信号)。已有研究表明白菜、番茄等采后材料中外源IAA可延缓叶绿素降解或成熟,但芹菜中是否及如何发挥作用尚未研究。为此,研究人员用外源IAA处理,并用PPBo(p-phenoxyphenyl boronic acid)和NPA(N-1-naphthylphthalamic acid)分别抑制YUCCA依赖的IAA生物合成和PIN介导的生长素运输,分析光合色素、内源激素、营养品质、电子鼻(electronic nose, e-nose)挥发性响应、非靶向代谢组和转录组,以明确外源生长素对采后芹菜品质的影响及代谢调控模式,为保鲜提供理论基础和候选靶点。结果显示200 μM IAA效果最佳,延缓黄化、保持营养和香气响应,并提高内源IAA和GA、降低ABA;PPBo200和NPA100加速品质劣化。该研究将激素稳态、色素稳定、营养品质、香气相关传感器响应和初级代谢重编程联系起来,提示外源IAA是采后芹菜保鲜的有前景策略。

关键技术方法:供试材料为‘Huangxinqin’芹菜(Apium graveolens L.),采自上海市农业科学院温室,商业成熟期45 d,采收后42株均一分7组、每组3个生物学重复。采后分别喷施ddH2O(CK)、100/200 μM IAA、100/200 μM PPBo、100/200 μM NPA,20 °C、80%相对湿度贮藏4 d并每日取样。采用分光/试剂盒法测色素和营养指标,HPLC(high-performance liquid chromatography)测ABA、IAA、GA,电子鼻采集挥发响应,UHPLC–MS/MS(ultra-high-performance liquid chromatography–tandem mass spectrometry)进行非靶向代谢组,Illumina HiSeq X Ten进行转录组测序并以HISAT2、Cufflinks、DESeq2和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)分析。统计采用单因素方差分析和Duncan多重比较。

3.1 对采后芹菜表型和光合色素的影响:通过0–4 d表型观察与色素测定,发现CK、PPBo和NPA处理在1–2 d出现叶缘轻微黄化,IAA处理保持绿色;2 d时IAA200的总叶绿素和叶绿素a显著高于IAA100;3–4 d CK外层叶明显黄化,PPBo和NPA更快,IAA200保持较高总叶绿素、叶绿素a并维持绿色。结论为IAA200保持色素最多、可见衰老最轻,PPBo和NPA加速色素降解和黄化。

3.2 对内源激素和营养品质的影响:通过HPLC和营养指标测定,IAA处理显著提高内源IAA,IAA200增幅大于IAA100;CK、PPBo、NPA的内源IAA下降;IAA处理抑制ABA积累并在1 d短暂提高GA(IAA处理达2.68和2.44 μg g?1 FW),PPBo200和NPA100的ABA最高。营养上,IAA200在2 d总酚(total phenolic content)最高、抗坏血酸(ascorbic acid, AsA)约30 mg/100 g最高,并减少可溶性糖(soluble sugar)损失、提高类黄酮(flavonoid);PPBo和NPA总体相反。结论为IAA200维持激素稳态和营养品质,抑制剂加速劣化。

3.3 对电子鼻响应模式的影响:通过电子鼻主成分分析(principal component analysis, PCA)和线性判别分析(linear discriminant analysis, LDA),PCA前两主成分解释95.98%和3.25%变异;CK-4d明显分离,CK-2d、NPA100–4d、PPBo200–4d也有不同程度分离;载荷图显示W1W和W2W贡献最大。结论为CK、100 μM NPA和200 μM PPBo贮藏4 d改变电子鼻响应模式,而IAA处理未引起明显改变;电子鼻不识别具体挥发物,仅反映总体传感器响应。

3.4 代谢组和转录组谱分析:对0 d和2 d的CK、PPBo200、NPA100、IAA200样本进行非靶向代谢组和转录组分析。代谢组中差异累积代谢物(differentially accumulated metabolites, DAMs)以脂肪酰基(fatty acyls,17.64%)、羧酸及衍生物(11.19%)、异戊烯醇脂(prenol lipids,9.58%)和有机氧合物(9.34%)为主;四组共有179个DAMs。转录组中各组2 d与0 d比较得到差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),四组共有6065个DEGs,基因本体(Gene Ontology, GO)富集主要涉及光合作用、叶绿体组织和细胞质翻译。结论为贮藏2 d发生广泛代谢与转录重编程,并有处理特异响应。

3.5 转录组与代谢组整合分析:对同一KEGG通路注释的DEGs和DAMs进行关联,CK、IAA200和PPBo200多分布在象限9和7,基因与代谢物趋势不一致稍多;NPA100过半在象限2和8,协调性较弱。KEGG富集显示甘氨酸/丝氨酸/苏氨酸代谢、Calvin循环(Calvin cycle)碳固定、卟啉代谢及乙醛酸和二羧酸代谢在各组持续显著富集。结论为初级碳、氨基酸和色素代谢重编程是采后芹菜贮藏的共同特征。

3.6 对采后芹菜关键代谢通路的影响:通过代谢物积累和生物合成基因表达分析,Calvin循环中3-PGA(3-phosphoglycerate,3-磷酸甘油酸)在IAA200 2 d积累最高,G3P(glyceraldehyde-3-phosphate,甘油醛-3-磷酸)在IAA200 2 d显著下降;乙醛酸和二羧酸通路中甘油酸在抑制剂尤其NPA100下强积累、IAA200较低,苹果酸在贮藏后多组积累;甘氨酸/丝氨酸/苏氨酸通路中天冬氨酸在IAA200 2 d最强积累,苏氨酸贮藏后升高;卟啉通路中原卟啉IX(protoporphyrin IX)在IAA200 2 d升高且高于同期抑制剂处理,相关生物合成酶基因表达广泛变化。结论为外源IAA促进3-PGA、天冬氨酸和原卟啉IX积累、降低G3P并改变光呼吸(photorespiration)相关有机酸,提示其通过初级碳、氨基酸和叶绿素相关四吡咯代谢延缓衰老。

讨论部分认为,外源IAA延缓叶绿素和类胡萝卜素降解、保持绿色,提高内源IAA、短暂提高GA并抑制ABA;PPBo200和NPA100呈相反模式。营养与电子鼻结果支持IAA保持总酚、AsA、可溶性糖、类黄酮并限制贮藏4 d的总体挥发响应谱变化;作者同时指出电子鼻不能鉴定具体香气化合物,需GC–MS。整合分析将效应归于碳固定、光呼吸/乙醛酸代谢、氨基酸代谢和卟啉/四吡咯代谢的协同重编程,3-PGA、天冬氨酸和原卟啉IX的增加及甘油酸在抑制剂下的积累支持IAA有利于保留碳同化中间体和叶绿素前体供应。研究结论翻译:本研究表明,外源IAA有效延缓采后衰老并保持芹菜品质,200 μM IAA效果最佳;IAA通过限制叶绿素和类胡萝卜素损失维持绿色外观,提高内源IAA和GA并抑制ABA积累,保持总酚、抗坏血酸、可溶性糖和类黄酮,并限制贮藏期间电子鼻响应谱变化;相反,PPBo和NPA抑制IAA生物合成或极性运输,加速品质劣化;转录组和代谢组整合分析表明该响应与Calvin循环碳固定、乙醛酸和二羧酸代谢、甘氨酸/丝氨酸/苏氨酸代谢及卟啉代谢变化相关。综上,IAA通过协同调控激素稳态、色素稳定性、营养品质、香气相关传感器响应和初级代谢途径延长芹菜货架期,提示外源IAA是维持采后芹菜品质的有前景策略;未来研究将聚焦IAA处理下生长素信号、激素稳态与衰老相关代谢途径的分子互作。
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