《Food Research International》：Pre-harvest potassium and postharvest cold storage extend vegetable soybean shelf life by inhibiting lipid oxidation and Jasmonate signaling
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菜用大豆（Glycine max L. Merr.），俗称“毛豆”或“edamame”，是一种营养价值高且具有重要经济价值的豆类蔬菜，以其甜美的风味和丰富的蛋白质、脂质、维生素及有益植物化学成分而备受青睐（Liu, Zhang, Hu, Li, & Liu,
菜用大豆（Glycine max L. Merr.），俗称“毛豆”或“edamame”，是一种营养价值高且具有重要经济价值的豆类蔬菜，以其甜美的风味和丰富的蛋白质、脂质、维生素及有益植物化学成分而备受青睐（Liu, Zhang, Hu, Li, & Liu, 2025）。至关重要的是，与典型营养组织中主要由分解代谢驱动的普通衰老不同，收获后的菜用大豆豆荚会继续经历从饱满籽粒期（R6，此时绿色籽粒完全填满豆荚腔，豆荚达到最大尺寸和鲜重，对应毛豆的商业采收期）向完全生理成熟期（R8，此时约95%的豆荚变为褐色，籽粒脱水并硬化；Fehr & Caviness, 1977）的活跃发育转变。这种独特的作物特异性进程通常被描述为“圆熟化”（rounding-off），涉及籽粒持续发育、硬化以及贮藏化合物积累，这些过程迅速劣化所需的新鲜品质，并导致显著的采后损失（Makino et al., 2020）。因此，制定延缓采后自然成熟衰老并维持品质的有效策略对菜用大豆产业至关重要。
采后贮藏温度是决定园艺作物衰老速率的关键因素（Ghimire, Abeli, Brecht, Pliakoni, & Liu, 2024）。虽然低温贮藏被广泛用于抑制代谢活性并延长货架期（Xiao et al., 2024），但这种保鲜方法仍值得进一步研究，特别是其与采前农艺措施的相互作用（La et al., 2026）。钾（potassium, K）是植物众多生理过程所必需的常量营养元素，包括酶活化、渗透调节、气孔运动，以及重要的细胞膜完整性和稳定性的维持（Wang et al., 2017）。当植物缺钾时，由此导致的细胞稳态失衡通常会诱导活性氧（reactive oxygen species, ROS）的过量产生，引发严重的氧化应激和膜不稳定（Cakmak, 2005; Wang, Zheng, Shen, & Guo, 2013）。这种以脂质过氧化为特征的受损膜状态，作为关键的上游信号激活脂质降解酶，特别是脂氧合酶（lipoxygenase, LOX）。尽管采前钾肥施用已被证明能提高多种作物的产量和品质（Lu et al., 2017; C. K. Liu et al., 2022），但其在调控采后氧化生理中的具体机制作用在很大程度上仍未被探索。采后农产品的劣变与细胞膜的氧化降解密切相关（Meitha, Pramesti, & Suhandono, 2020）。一旦被缺钾激活，LOX催化多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids, PUFAs）的氧化，如亚油酸（C18:2）和α-亚麻酸（C18:3）——膜脂的主要成分，产生酸败气味和有害的次级代谢物，包括丙二醛（malondialdehyde, MDA）（Gao et al., 2017）。C18:2/C18:3比率已被提出作为膜脂氧化稳定性的间接指标，因为C18:3比C18:2更容易被LOX介导的氧化作用（Koch et al., 2023）。同时，氨基酸代谢在应激反应和渗透调节中起着关键作用。特定氨基酸，如γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid, GABA）和脯氨酸（proline, Pro），在多种胁迫条件下积累。这些化合物有助于维持细胞膨压和清除ROS，从而减轻贮藏期间的水分损失和氧化损伤（Zheng et al., 2022）。
激素信号网络在果蔬采后品质代谢的复杂调控中起着关键作用。其中，乙烯信号通路是研究最深入的，因为它控制着许多物种的关键成熟过程，如颜色变化、组织软化和呼吸跃变的启动（Xu, Yuan, Zhang, Hu, & Pan, 2025）。与此同时，茉莉酸类物质（jasmonates, JAs），一类来源于α-亚麻酸代谢途径的oxylipin激素（Ali & Baek, 2020; Li et al., 2025），也已成为植物生理的关键调控因子。值得注意的是，α-亚麻酸（C18:3）是上述采后贮藏过程中受LOX介导氧化作用的关键PUFAs之一；其作为膜脂过氧化底物和JA生物合成前体的双重角色，在膜劣变与JA驱动的衰老信号之间建立了直接的机制联系。此外，JAs与其他激素如乙烯和脱落酸（abscisic acid, ABA）存在协同串扰。例如，JA可通过上调ACS和ACO酶来促进乙烯生物合成（Zhou et al., 2024）。通常，JA信号被认为在植物发育过程中促进成熟和衰老（Wasternack & Hause, 2013）。鉴于收获的菜用大豆经历显著的采后成熟过程，研究JA信号通路在其品质劣变中的功能至关重要。
本研究考察了采前钾肥施用和采后低温贮藏对菜用大豆品质的影响，重点关注脂质代谢的调控。研究人员假设，最佳钾营养与低温的组合可能通过抑制LOX介导的氧化来保持采后品质。具体而言，这种抑制可减轻关键膜脂（如亚油酸和α-亚麻酸）的降解。至关重要的是，通过限制作为JA前体的α-亚麻酸的氧化，该处理可能减弱JA的生物合成及其下游信号。JA信号通路可能通过诱导ROS积累（例如，通过MYC2介导的CATALASE2抑制；Zhang et al., 2020）以及激活衰老相关基因如SAG12、叶绿素分解代谢基因（PAO， NYE1, NYC1）和细胞死亡调节因子ORE1（He, Fukushige, Hildebrand, & Gan, 2002; Qi et al., 2015）来促进豆荚脱水和衰老。同时，研究人员推测钾营养可促进渗透保护性氨基酸（如GABA和脯氨酸）的积累，以进一步减少水分损失。通过广泛靶向代谢组学、转录组学和生理学分析，本研究旨在阐明这种双重调控机制，可能为延长菜用大豆货架期和保持品质提供新策略。
采前钾肥与采后低温贮藏协同延缓菜用大豆采后衰老的机制研究
一、研究背景与科学问题
菜用大豆作为一种高营养价值的经济豆类蔬菜，其采后品质劣变问题长期制约产业发展。与一般营养组织以分解代谢为主的衰老模式不同，采后菜用大豆豆荚仍经历着从饱满籽粒期（R6）向完全生理成熟期（R8）的活跃发育转变，这一被称作“圆熟化”的过程涉及籽粒持续发育、硬化及贮藏物质积累，迅速导致鲜食品质下降和显著采后损失。因此，延缓采后自然成熟衰老已成为产业核心需求。低温贮藏虽能有效抑制代谢活性延长货架期，但其与采前农艺措施的协同效应研究尚不充分；采前钾营养虽已知可改善作物产量品质，但其对采后氧化生理的调控机制仍鲜有探索。鉴于采后品质劣变与细胞膜脂质过氧化密切相关，且细胞膜中含量丰富的α-亚麻酸既是LOX介导氧化的底物，又是茉莉酸（JA）生物合成的直接前体，研究钾营养与低温的组合策略能否通过抑制脂质氧化和JA信号协同延长货架期，具有重要的科学价值和实践意义。本研究通过系统的多组学与生理生化分析，旨在阐明这一双重调控机制。
二、研究技术方法与样本来源
研究设置了两个独立实验。实验一为2023年在中国科学院东北地理与农业生态研究所农艺试验场开展的盆栽实验，供试品种为中科毛豆3号，以低有效钾黑土为介质，设置不施钾（K0）与施用K?SO? 120 kg ha?1（K120）两个处理，于R6期采收豆荚后在4°C和25°C、80%±5%相对湿度下贮藏0、3、6、9天，用于生理指标测定、广泛靶向代谢组学分析和转录组测序（Dataset 1，Illumina HiSeq 4000平台，双端150 bp测序）。实验二为2025年开展的田间验证实验，同一品种在钾充足条件下种植，采后豆荚分别以0、0.1、0.5、1.0、2.5 mM外源茉莉酸甲酯（MeJA）浸泡处理15 min，于25°C贮藏并进行激素定量及转录组测序（Dataset 2）。主要技术方法包括：气相色谱-火焰离子化检测器（GC-FID）测定脂肪酸组成、商业试剂盒测定LOX活性、火焰光度法测定钾含量、UPLC-MS/MS广泛靶向代谢组学、RNA-Seq转录组学、UPLC-MS/MS内源激素（JA/MeJA/JA-Ile）定量，以及系统的统计与生物信息学分析，包括双因素方差分析、OPLS-DA判别分析、DESeq2差异表达基因鉴定和KEGG通路富集分析。
三、研究结果
3.1 钾肥与低温对菜用大豆贮藏期间鲜重的影响
外观观察和鲜重损失率（FLR）测定显示，低温（4°C）和适宜钾肥（K120）均显著提升贮藏品质。贮藏9天时，K0处理在25°C下FLR高达66.5%，而K120在4°C下仅为11.3%。双因素方差分析显示温度效应（η2=0.955）比钾效应（η2=0.036）大约26倍，钾与温度的交互作用虽显著但仅占总方差0.4%，表明两因素主要通过独立加性机制发挥作用。收获时K120种子钾含量（15.0 mg g?1 DW）显著高于K0（12.0 mg g?1 DW），确认了两种施肥处理建立了不同的种子钾营养状态。
3.2 钾肥与低温对菜用大豆贮藏期间脂肪酸的影响
钾肥显著影响脂肪酸各组分及总含量。贮藏0至3天，脂肪酸含量显著增加，尤其25°C下不饱和脂肪酸（油酸、亚油酸、亚麻酸）增幅明显，而饱和脂肪酸（棕榈酸、硬脂酸）无显著变化。3至6天，K0处理下总脂肪酸下降6.4%（347.7降至325.6 mg g?1），而K120处理下总脂肪酸增加9.7%（286.5升至314.4 mg g?1），但其中亚麻酸含量下降4.6%。C18:2/C18:3比率分析显示，收获时K0比率（3.5）远高于K120（1.4）；25°C贮藏下K120比率增幅更剧烈（1.4升至4.7, 227%），与K120中C18:3绝对含量更显著下降一致；低温减缓了初始上升但允许后期持续积累。结果表明钾营养可抑制采后脂肪酸氧化并稳定膜完整性。
3.3 菜用大豆贮藏期间的代谢组学谱分析
广泛靶向代谢组学共鉴定1451个代谢特征，归为13个类别，包括黄酮类（238）、氨基酸及其衍生物（207）、生物碱（132）、脂质（113）等。主成分分析显示PC1（24.41%方差）区分常温不同贮藏时间组，PC2（10.96%方差）进一步分组。层次聚类分析表明短贮藏期样本与新鲜对照组代谢谱更相似。
3.4 差异积累代谢物（DAMs）的鉴定
采用OPLS-DA模型（VIP≥1，|log2FC|≥1）共鉴定1029个DAMs。主要存在两种模式：一类代谢物随贮藏时间逐渐降低（尤其25°C），符合热不稳定化合物降解；另一类在胁迫条件（K0、25°C）下积累增加，提示应激响应或腐败相关代谢物积累。
3.5 贮藏过程中DAMs分析
贮藏相关比较共鉴定910个DAMs，K0_9D_25 vs K0_0D比较中DAMs最多（573个），其次为K120_9D_25 vs K120_0D（500个），表明贮藏时间和温度是代谢扰动的驱动因素，缺钾产生适度的附加效应。KEGG富集分析确定亚油酸代谢、碳代谢和嘌呤代谢为最显著富集通路。热图分析显示部分萜类化合物在胁迫条件下进行性消耗，与氧化应激中抗氧化储备消耗一致。
3.6 不同贮藏温度下DAMs分析
4°C与25°C逐时间点比较共鉴定779个DAMs，其中58个为核心温度响应代谢物集。KEGG富集显示亚油酸代谢、次级代谢物生物合成、嘌呤代谢和碳固定途径显著富集，表明高温加速膜脂氧化和能量消耗过程。酚酸和有机酸在25°C下显著下调，低温贮藏则保持抗氧化能力和有机酸库。
3.7 不同钾处理间DAMs分析
4°C下K0与K120间仅3个核心DAMs一致差异积累，冷贮有效缓冲了缺钾引起的代谢扰动。25°C下K相关DAMs更多（10个核心DAMs），KEGG富集以α-亚麻酸代谢为最显著通路，其次为异黄酮和黄酮生物合成。黄酮类（高良姜素、大豆苷元）和酚酸类（新绿原酸）在K0下25°C时积累更高，可能反映对缺钾诱导氧化损伤的补偿性应激响应。结果表明钾肥对代谢组的调节在常温贮藏下更显著，主要通过调节α-亚麻酸代谢和苯丙烷代谢。
3.8 采后贮藏期间的脂质过氧化与渗透调节
收获时K0处理LOX活性显著高于K120。25°C贮藏下两处理LOX活性于第3天达峰后下降；4°C下K120保持最低LOX活性，且K0也呈现明显抑制趋势。GABA和脯氨酸含量在相同贮藏温度下K0普遍低于K120；25°C下两者第6天达最低后第9天回升；低温下GABA受到抑制随贮藏时间下降，脯氨酸保持相对稳定。
3.9 贮藏期间脂肪酸代谢变化
转录组与代谢组联合分析显示，α-亚麻酸和膜脂氧化产物[9(S)-HODE、13(S)-HODE、9(S)-HOTrE、13(S)-HOTrE]随贮藏时间延长逐渐降低，25°C下最显著。13-LOX和9-LOX编码基因在25°C下表达较高而4°C下较低，尤其K0条件下。α-亚麻酸代谢通路中JA相对丰度受高温显著诱导，第6天明显增加；收获时K120种子JA水平高于K0，可能反映营养良好植株的组成型发育相关JA库；贮藏中K0在25°C下JA持续增加，K120呈现先降后升的双相模式，4°C下所有处理JA保持低水平。
3.10 茉莉酸在采后菜用大豆品质劣变中的作用
外源MeJA处理实验表明，FLR对MeJA呈浓度依赖性响应：第6天对比对照组（48.3%），0.1 mM MeJA略微抑制脱水（47.7%），而2.5 mM明显加速脱水（51.0%）。MeJA剂量依赖性增加内源JA、MeJA和JA-Ile水平。转录组分析鉴定1283个DEGs，KEGG富集显示植物激素信号转导为最显著受影响通路。MeJA处理剂量依赖性上调LOX基因GmLOX2（Glyma.13G030300）、AOS和AOC基因表达。乙烯生物合成关键基因ACS在第3天被上调但第6天下调。两个ABA生物合成限速酶NCED编码基因整体呈上调趋势。结果表明JA信号激活促进豆荚脱水和衰老，并通过与乙烯和ABA信号通路串扰实现调控。
四、讨论与结论
本研究提出的工作模型认为，充足的钾营养在膜-oxylipin-激素调控轴的上游发挥作用：钾稳定细胞膜并抑制ROS产生，从而抑制LOX介导的PUFA氧化；由于LOX的优选底物α-亚麻酸同时是JA生物合成前体，这种抑制协同减弱了膜劣变和JA驱动的衰老信号。外源MeJA实验验证了JA信号促进衰老的充分性。研究结论指出，低温贮藏与适宜钾肥施用的组合有效延缓了菜用大豆采后脱水和衰老，延长了货架期。采前钾肥在收获时建立了有利的生理基线（种子钾含量高、基础LOX活性低）。保鲜效应主要归因于LOX活性抑制和PUFA氧化减少，联合减弱了α-亚麻酸代谢和JA生物合成。高温（25°C）与缺钾条件加速不饱和脂肪酸降解，导致JA合成增加。外源MeJA实验证实激活JA信号通路促进豆荚脱水和衰老，机制上通过乙烯和ABA信号通路相互作用介导。代谢组学证据进一步表明JA信号在更广泛的代谢网络中作为中心节点运行，黄酮类介导的抗氧化防御和能量代谢在衰老过程中被协同调控。从实践角度，将采前钾管理与采后冷链物流相结合是延长菜用大豆货架期的可行策略。研究同时指出，钾作用的直接功能验证及抗氧化DAMs的因果作用有待未来研究确证。
