LED绿光照射联合低温处理下西兰花的贮藏生理特性及转录组表达

《Agronomy》：Storage Physiological Characteristics and Transcriptome Expression of Broccoli Under LED Green Light Irradiation Combined with Low Temperature

　　

为探究LED绿光（峰值520 nm）联合不同低温对西兰花采后贮藏的调控效应及机制，研究人员以西兰花（Brassica oleracea var. italica）品种‘Meiqing’为试材，在两种温度下贮藏并补充LED绿光预处理，定期测定外观、质地、营养品质、抗氧化能力等理化指标，并通过转录组测序进行差异基因表达分析。结果表明，0 °C贮藏整体优于4 °C，且1 h绿光预处理效果最佳。该处理显著延缓花球黄化、降低失重率、保持较高硬度、维持营养成分，增强抗氧化酶及AsA-GSH循环关键酶活性，并通过降低H₂O₂和MDA水平减轻膜损伤。转录组分析显示，绿光预处理调控了叶绿素代谢和抗氧化相关通路的基因表达。总体而言，0 °C联合1 h绿光预处理能有效延长西兰花贮藏期并维持其商业和营养品质，为西兰花采后保鲜提供了新型技术策略。

西兰花（Brassica oleracea var. italica）采后呼吸旺盛，易失水、黄化和营养降解，保鲜难度大。低温贮藏是常用的物理保鲜技术，但单独使用效果有限。近年来LED光处理作为新型物理保鲜方法受到关注，其中绿光具有强穿透性和独特的生理调节功能，但绿光联合低温在西兰花贮藏中的应用研究尚少。为此，研究人员以西兰花品种‘Meiqing’为材料，在0 °C和4 °C条件下进行LED绿光（峰值520 nm）预处理1 h或2 h，系统研究了其保鲜效果和分子机制。结果表明，0 °C贮藏整体优于4 °C，1 h绿光预处理效果最佳，能显著延缓花球黄化、减少失重、保持硬度和营养品质，增强抗氧化酶活性及AsA-GSH循环功能，降低H₂O₂和MDA积累。转录组分析揭示绿光通过调控叶绿素代谢和抗氧化相关基因表达实现保鲜。该研究为西兰花采后保鲜提供了新技术策略，并为其产业化应用奠定了理论基础，论文发表在《Agronomy》。

研究人员采用的主要关键技术方法包括：使用LED绿光光源（峰值520 nm，35 W）对西兰花进行1 h或2 h预处理，随后在0 °C和4 °C下暗藏；定期测定感官品质（色度值、黄化指数、失重率、硬度）和营养指标（可溶性固形物、总糖、可溶性蛋白、总酚）；分析光合色素代谢（叶绿素含量、叶绿素酶活性）；测定抗氧化酶（SOD、CAT、POD、APX、GR）活性及AsA、GSH、H₂O₂、MDA含量；对0 °C下1 h绿光处理组在0 d、21 d和63 d进行转录组测序和qRT-PCR验证。样本为采后24 h内选取的整齐无病虫害西兰花花球，每个处理三次重复。

研究结果如下：

3.1 外观特征和物理指标
通过视觉观察、色度值、黄化指数、失重率和硬度测定，发现0 °C贮藏整体优于4 °C；1 h绿光预处理在0 °C下可维持花球绿色长达63 d，且黄化指数、失重率显著低于对照和2 h处理组，硬度则显著高于其他两组。

3.2 营养含量
通过测定可溶性固形物、总糖、可溶性蛋白和总酚含量，发现0 °C联合1 h绿光预处理能显著提高这些营养指标，并延缓其下降，其中1 h处理组在各时间点均优于对照和2 h处理组。

3.3 叶绿素含量和叶绿素酶活性
采用乙醇提取法和分光光度法测定叶绿素含量及叶绿素酶活性，结果表明1 h绿光处理能提高贮藏前期叶绿素含量、抑制后期叶绿素酶活性，从而延缓花球脱绿和黄化。

3.4 抗氧化系统指标
通过测定SOD、CAT、POD、APX、GR活性和AsA、GSH含量，发现1 h绿光处理能显著增强抗氧化酶活性并维持较高的AsA和GSH水平，其中0 °C处理效果优于4 °C。

3.5 过氧化氢和丙二醛含量
采用碘量法和硫代巴比妥酸法测定H₂O₂和MDA含量，结果显示1 h绿光处理能显著降低二者的积累，减轻膜脂过氧化损伤，而2 h处理在前期反而导致H₂O₂和MDA升高。

3.6 不同处理与重复样本间的相关性评估
基于转录组数据进行PCA和相关性热图分析，发现同一处理组样本聚类良好、重复性高，且组间差异基因数随贮藏时间增加而增大，表明数据质量可靠。

3.7 差异基因表达分析
通过DESeq2筛选差异表达基因（DEGs），发现初始阶段以上调基因（219个）为主，中期（927个DEGs）和后期（1921个DEGs）以下调基因居多，表明绿光处理在不同贮藏阶段对基因表达进行动态调控。

3.8 差异表达基因的功能分析
通过GO和KEGG富集分析，发现DEGs显著富集于氧化还原过程、抗坏血酸-谷胱甘肽循环、苯丙烷生物合成、氧化磷酸化等通路，且qRT-PCR验证了WRKY70、DES1、CYP707A3、GLN1-4、ZAT12、BGL30等关键基因的表达变化。

讨论部分总结认为，绿光通过以WRKY70为中心的调控网络发挥作用：下调WRKY70可抑制ZAT12和BGL30表达，减少ROS积累和细胞壁降解；上调DES1促进内源H₂S合成，增强抗氧化酶活性和AsA-GSH循环；上调CYP707A3加速ABA分解，延缓衰老；上调GLN1-4维持氮同化和蛋白质合成。此外，2 h照射效果减弱，说明绿光处理存在最佳持续时间。研究结论为：0 °C贮藏联合1 h LED绿光预处理是一种高效、安全的西兰花采后保鲜方法，可显著延长贮藏期并保持其外观和营养品质，为西兰花产业化保鲜提供了重要技术参考和理论依据。