植物提取物对采后绿豆芽防腐败作用的机制

《Postharvest Biology and Technology》：Mechanisms underlying the anti-spoilage effects of plant extracts on postharvest mung bean sprouts

　　

• LL提取物抑制了绿豆芽的腐败指标。
• R提取物加速了褐变和品质劣变。
• MS、H和MT提取物对豆芽保鲜产生了中等效果。
• LL激活了次级代谢途径，增强了酚类和生物碱的积累。
• Securinine对腐败微生物表现出抗菌活性。

**1. 引言**

绿豆（*Vigna radiata*）广泛种植于热带和亚热带地区，因其营养价值、促进健康的特性以及在疾病预防中的潜在作用而备受重视。其豆芽因富含生物活性成分（包括多酚类、类黄酮、维生素C和必需氨基酸）而具有特殊的价值（Tang et al., 2016）。随着消费者对健康饮食和功能性食品需求的增长，绿豆芽不仅在亚洲各国，在西方国家也获得了相当大的市场认可度。然而，其极高的含水量（高达95%）加上脆弱的组织结构，使其在采后处理、运输和贮藏过程中极易腐败。主要质量问题包括萎蔫、酶促褐变和微生物腐败，导致采后损失估计在20%–30%之间（Zhang et al., 2018）。酶促褐变容易导致感官品质和营养价值的双重下降。在有氧条件下，多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）介导酚类物质氧化为邻醌，随后发生聚合反应生成褐色色素（Venkatachalam and Meenune, 2012）。与此同时，黏质杆菌（*Klebsiella*）和假单胞菌（*Pseudomonas*）等腐败微生物的快速繁殖会加速组织软化与腐烂（Jung et al., 2014, Zhang et al., 2018）。

目前，冷藏技术常用于豆芽保鲜，但仅能延长保质期约3天，且无法完全抑制PPO活性（Jeon et al., 2010）。替代方案包括气调包装（Goyal et al., 2011, Sikin et al., 2013）、生物技术应用（Xiang et al., 2019）、化学消毒剂（Ngnitcho et al., 2018）和辐照处理（Xue et al., 2021），但都面临实施成本高、效果不稳定或化学残留安全等方面的局限。因此，迫切需要开发安全、经济且可持续的保鲜策略。植物提取物因其天然来源、强抗氧化能力和多效生物活性，已成为有前景的绿色替代方案。芒果籽、枇杷叶、迷迭香、木贼和马黛茶提取物富含酚类和类黄酮。这些植物化学物不仅能直接清除活性氧（ROS）并抑制PPO/POD活性，还可作为信号分子重新调控植物代谢，通过提高氮利用效率或激活水杨酸/茉莉酸介导的防御途径来增强次级代谢（Tran et al., 2023）。尽管具有上述优势，目前利用植物提取物进行保鲜的研究主要集中在水果和常规叶菜类上，而关于植物提取物维持绿豆芽品质的研究仍然有限，特别是在其维持品质的分子机制方面。

转录组学和代谢组学的最新进展使得在基因和代谢两个层面对代谢途径及生物活性成分的动态变化进行全面表征成为可能，为解析园艺作物采后保鲜的分子机制提供了强有力的工具。例如，银杏叶提取物通过增强抗氧化酶活性、抑制脂质过氧化和细胞壁降解，以及增加类黄酮（如槲皮素、山奈酚）和苯丙素（如香豆素）的积累，减少了甜樱桃的腐烂（Sun et al., 2025）。硒和褪黑素联合处理通过调控三萜和类黄酮的生物合成赋予茶树对炭疽病的抗性（Wang et al., 2025）。芝麻素通过调控苯丙素代谢和氧化响应减轻了鲜切生菜的褐变（Meng et al., 2026）。然而，绿豆芽采后品质调控的机制研究仍知之甚少。

本研究整合表型观察、生理评估、转录组学和代谢组学技术，探讨植物提取物如何影响绿豆芽的采后劣变。研究目标为：(1) 鉴定与抗氧化防御和细胞壁完整性相关的差异表达基因（DEGs）以及差异调控代谢物（DRMs），包括酚类化合物、生物碱、脂质和碳水化合物；(2) 构建基因-代谢物调控网络，阐明豆芽品质维持的分子基础。除代谢途径表征外，本研究还鉴定了一些此前未报道的、可增强豆芽保鲜的化合物，从而扩展了新型植物保鲜剂的候选化合物库。本工作为天然保鲜剂的开发提供了理论支持，并建立了解析高易腐蔬菜采后品质调控的多组学框架。

**2. 材料与方法**

**2.1 植物材料**

绿豆及其鲜豆芽于2024年12月采集于中国福建省厦门市。选取生理状态一致、无机械损伤和病害侵染的绿豆和豆芽作为实验材料，实验前存放于4°C。按照Riaz等（2024）提出的方法制备MS、LL、R、H和MT的水提物用于豆芽处理。具体而言，将植物材料清洗、干燥、研磨成粉末，用60目筛过滤获得细粉，随后按固液比1:40（w/v）与去离子水混合，在50°C、100 W条件下超声辅助提取40 min。提取后立即过滤去除残渣，滤液在减压下浓缩并冷冻干燥，获得粉末状水提物。

**2.2 实验设计**

为确定后续实验中最能有效防止采后腐烂的浓度，先对每种植物提取物的三种浓度（0.1%、0.5%和1%）进行预试验，确定保鲜效果最显著的浓度。将绿豆浸泡于0.5%植物提取物水溶液中24 h以启动萌发。蒸馏水（W）作为对照组。处理后的种子均匀铺撒于无菌萌发托盘中，在26°C、相对湿度60%的黑暗条件下暗培养4天。培养期间每天喷两次相应的提取物溶液或蒸馏水以保持湿润。4天后采收豆芽，表面干燥后置于容器中于室温（25±2°C）贮藏。在第1、3、5天测定生理参数。每个处理进行三个独立生物学重复；每个生物学重复代表在一个独立萌发托盘中进行的绿豆萌发与培养批次。

此外，在第3天采集W、LL和R组的豆芽样品，液氮速冻后于-80°C保存，以备转录组学和代谢组学研究之用。基于代谢组学筛选结果，选择五个DRM——甲氧基4-羟基肉桂酸、人参皂苷Rg3、烟曲酸、securinine和BX-795——进行进一步验证。将这些化合物配制成1.5 mM水溶液进行萌发试验（蒸馏水为对照）。萌发4天后采收豆芽，并在第1、3、5天采集新鲜样品，评估生理响应并确定绿豆芽品质保鲜的最佳化合物。

**2.3 表型观察与生理指标测定**

**2.3.1 褐变指数、颜色参数和失重率**

采用Liu等（2019）的方法并稍作修改，通过六级评分系统评估绿豆芽的褐变程度，该评分系统基于褐变长度占芽总长度的百分比（表S1）。颜色参数包括明度（L*）、红度/绿度（a*）、黄度/蓝度（b*）和总色差（ΔE），使用分光光度计（Konica Minolta CM-700d）在CIELAB体系下测定（Tripathi et al., 2024）。在第1、3、5天记录鲜重。失重率（%）计算公式如下：

失重率(%) = (初始重量 ? 最终重量) / 初始重量 × 100

**2.3.2 可溶性固形物（TSS）和相对电导率（REC）**

将2 g豆芽组织在研钵中匀浆后，使用手持折光仪测定可溶性固形物含量（Tripathi et al., 2024）。相对电导率的测定参照Wang等（2015）的方法进行。取2 g豆芽，去除根和子叶，将胚轴切成2 cm段。段条冲洗后吸干表面水分，取1 g段条浸泡于25 mL去离子水中1 h，记录初始电导率（E1），随后在100°C煮沸10 min，冷却后用去离子水定容至原体积，测定总电导率（E2）。REC(%)计算如下：

REC(%) = E1 / E2 × 100

**2.3.3 微生物负载**

采用标准平板计数法（Goyal et al., 2011）测定绿豆芽的总菌落数。取1 g豆芽在9 mL无菌生理盐水中匀浆1 min，制备1:10稀释液。系列稀释后分别涂板，于37±1°C培养48±2 h。选取两个连续稀释度（菌落数为30–300 CFU/板且无蔓延生长）进行计数。结果以log10(CFU/g鲜重)表示，计算公式为：

N = ΣC / (n? + 0.1n?) × d

其中：N表示样品中的总菌落数，ΣC为平板菌落数之和（限于适宜菌落数范围内的平板），n?和n?分别为第一个和第二个稀释度的平板数，d为第一个稀释度的稀释倍数。

**2.3.4 PPO活性**

参照Lin等（2014）的方法并稍作修改测定PPO活性。随机取0.4 g豆芽样品，在2 mL 50 mM磷酸缓冲液（pH 7.5）中匀浆。匀浆液在4°C、12,000 rpm离心20 min，收集上清液作为粗酶提取液。反应体系由100 μL酶提取液和3 mL含10 mM邻苯二酚及50 mM磷酸缓冲液的反应液组成。记录5 min内420 nm吸光度的增加值。酶活性以U·min?1·g?1 DW表示。

**2.3.5 丙二醛（MDA）和过氧化氢（H?O?）含量**

MDA和H?O?含量的测定参照Ali等（2022）的方法并稍作修改。MDA测定时，取0.2 g新鲜绿豆芽转入预冷研钵，加入2 mL 5%（w/v）三氯乙酸（TCA）溶液，于冰上充分匀浆。匀浆液在4°C、10,000 rpm离心15 min。取1 mL上清液与2.5 mL 0.67%（w/v）硫代巴比妥酸（TBA）混合，于沸水浴加热30 min。迅速冷却至室温后，在10,000 rpm离心15 min。以5% TCA为空白，分别测定450、532和600 nm处上清液的吸光度。MDA含量按下式计算：

MDA(nmol/g·FW) = [6.45 × (A??? ? A???) ? 0.56 × A???] × Vm

H?O?测定时，取0.5 g样品转入冰冷容器中，加入5 mL 0.1%（w/v）TCA，匀浆至均匀悬浮。匀浆液在10,000 rpm离心15 min。取0.5 mL上清液，依次加入0.5 mL 10 mM磷酸钾缓冲液（pH 7.0）和1 mL 1 M碘化钾（KI）溶液。于390 nm测定吸光度，H?O?含量以μmol·g?1 FW表示。

**2.4 转录组测序**

采用TRIzol试剂（Invitrogen, Carlsbad, CA, USA）从贮藏3天的绿豆芽（W、LL、R处理）中分离总RNA。逆转录、cDNA文库构建和高通量测序由迈威生物技术（武汉，中国）完成。共构建九个文库，每处理三个独立重复。使用HISAT2将清洁 reads 比对至*V. radiata*参考基因组（Vradiata_ver6, Assembly ID: GCF_000741045.1），获取序列特异性样本特征（Kim et al., 2015）。使用FeatureCounts软件估算各基因的转录水平，并以每千碱基每百万比对片段数（FPKM）进行定量。使用DESeq R软件鉴定不同处理间的差异表达基因（DEGs）。差异基因筛选标准设为|log?(Fold Change)| ≥ 1且错误发现率（FDR）< 0.05。功能注释通过Gene Ontology（GO, http://geneontology.org/）和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG, http://www.kegg.jp/）数据库进行。

**2.5 代谢组学分析**

第3天贮藏期采集的W、LL和R组豆芽样品使用Scientz-100F冷冻干燥机冻干63 h，随后使用MM 400研钵（Retsch, Haan, Germany）以30 Hz研磨1.5 min成粉末。采用70%（v/v）甲醇在4°C下提取代谢物3 h，每30 min涡旋一次（共6次）。

2.5 代谢组学分析

离心（4 °C，12,000 g，3 min）后，上清液经滤膜过滤，采用超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）进行分析。所使用的仪器包括超高效液相色谱仪（LC-30A，岛津，日本）和液相色谱-质谱联用仪（TripleTOF 6600+，SCIEX，美国加州福斯特城），由迈威生物科技公司完成。色谱条件为Waters ACQUITY UPLC HSS T3色谱柱（1.8 μm，2.1 × 100 mm）；溶剂系统：含0.1%甲酸的水（A）和含0.1%甲酸的乙腈（B）。

主成分分析（PCA）用于确认数据可靠性和组间分离。基于R软件包中的OPLS-DA模型，通过变量重要性投影（VIP）和倍数变化（FC）筛选差异调节代谢物（DRMs）。VIP > 1且|log?FC| ≥ 1的代谢物被定义为DRMs。代谢通路富集分析使用KEGG数据库（http://www.kegg.jp/）进行。代谢物通过与自建植物数据库、公共数据库整合及预测库中的MS/MS谱图进行匹配来鉴定。人参皂苷Rg3和BX-795的鉴定为推测性鉴定。未来需通过其他先进的波谱学方法进一步确认。

2.6 微生物分离与分子鉴定

储存3天的绿豆芽样品经70%乙醇表面消毒30 s，随后用2% NaClO处理3 min，然后用无菌蒸馏水冲洗三次。在无菌条件下，切取1 cm下胚轴段，接种到LB营养琼脂培养基和马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）培养基上。平板在28 °C下培养，直至组织段长出细菌和真菌。经连续纯化传代后，将分离株转接至新鲜斜面培养基，4 °C保存以备后续分析。

分子鉴定采用PCR扩增，使用通用细菌引物对27F/1492R和通用真菌引物对ITS1/ITS4。所得序列使用BLASTn搜索工具与NCBI核苷酸数据库进行比对。

2.7 抗菌和抗真菌活性

测试了0.5%（w/v）的LL提取物以及木脂素和甲基4-羟基肉桂酸（各1.5 mM）。木脂素和甲基4-羟基肉桂酸溶于乙酸乙酯，以乙酸乙酯作为对照。

将10 mL LB营养肉汤分装至离心管中并灭菌，然后接种聚集 Pantoea 并37 °C培养至细胞密度达到约10? CFU/mL。随后将培养物4 °C保存备用。向每管含细菌悬液的样品中精确加入1.5 mM木脂素或甲基4-羟基肉桂酸溶液，充分混匀，静置10 min。取适量转移至LB琼脂平板上，测量菌落直径。利用平板稀释法评估代谢物对菌丝生长的影响（Sun et al., 2024）。每个灭菌PDA培养基中加入相应的代谢物至最终浓度1.5 mM。随后，从真菌菌落边缘切取直径5 mm的琼脂块，转移至含有代谢物的PDA平板上。平板在28 °C下培养三天，记录菌落直径。每个处理设三个重复。

2.8 统计分析

统计分析使用IBM SPSS Statistics 26.0软件（SPSS Inc., Chicago, IL, USA）进行。结果以三次独立生物学重复的均值±标准误（SE）表示。采用双因素方差分析（ANOVA）评估处理、储存时间及其交互作用对所有测量参数的影响。采用Duncan多重范围检验进行事后多重比较，以确定处理间均值的显著差异。P < 0.05被认为具有显著性差异。

3. 结果

3.1 不同植物提取物对绿豆芽形态和生理指标的影响

预试验结果表明，在测试的三种浓度中，使用0.5%各植物提取物的处理组绿豆芽褐变指数差异最大（表S2）。因此，选择0.5%作为后续实验的工作浓度。表面颜色基于亮度（L*）、红度（a*）、黄度（b*）值和褐变指数作为定量指标进行评估（Feng et al., 2024）。随着储存时间延长，L*和b*值下降，而a*值和褐变指数升高（表S3；图1B）。储存第5天，各处理组L*值差异显著：LL组L*值最高，显著高于其他所有组（P < 0.05）；MS、H、W和MT组L*值居中且组间无显著差异；R组L*值最低。然而，a*值和褐变指数的变化趋势相反，LL组数值最低，R组最高。所有组间b*值无显著差异。结果表明，在所测试的植物提取物中，LL对视觉颜色的保护效果最佳，而R提取物加速了褐变。表型观察也证实了这一趋势（图1A）。储存5天后，所有组均出现不同程度的褐变，主要发生在顶端区域。

**图1.** 在水（W）、mate tea（MT）、芒果籽（MS）、马尾草（H）、枇杷叶（LL）或迷迭香（R）提取物处理下储存期间绿豆芽的采后品质变化。（A）形态外观；（B）褐变指数；（C）失水率；（D）可溶性固形物含量；（E）相对电导率（REC）；（F）总菌落数；（G）PPO活性；（H）H?O?积累；（I）MDA含量。不同字母表示不同提取物处理和不同储存期之间显著差异（P < 0.05）。误差线表示均值的SE（n = 3）。

绿豆芽失水率和相对电导率（REC）在储存期间逐渐升高（图1C，E）。到第5天，对照组失水率最高，而LL和R处理组最低。与对照组相比，所有处理组REC均降低，其中LL处理组最低。关于可溶性固形物含量，所有处理组在储存期间均呈一致下降趋势（图1D）；然而，LL处理组保持最高水平。微生物计数（图1F）在第3天和第5天分别为5–6 log CFU/g。到第五天，R处理组微生物负荷高于LL处理组。

采后储存期间，所有处理组绿豆芽的PPO活性、H?O?水平和MDA含量均升高（图1G–I）。储存第3天，LL组PPO活性、H?O?积累和MDA含量显著低于所有其他处理（P < 0.05）。与对照组相比，MT、MS和H处理显著降低了PPO活性；MT、MS和H组间H?O?和MDA无显著差异。R处理下三个生理指标显著升高。

所有与腐败相关的指标随储存时间延长均显著升高。总体而言，绿豆芽在储存期间出现了明显的褐变和腐烂。然而，与对照组相比，LL提取物有效缓解了褐变并保持了芽菜品质，而R提取物加速了褐变和微生物污染。

3.2 绿豆芽转录组分析揭示LL和R提取物诱导的差异基因调控

为阐明这些表型差异背后的分子机制，对W、LL和R处理的绿豆芽进行了RNA-seq分析。获得了高质量的测序数据（表S4），每个样品产生> 6 Gb的清洁数据，Q30 > 96%，Q20 > 98%，并鉴定出27,091个表达基因。

基于既定阈值（|log?FC| ≥ 1且FDR < 0.05），在所有比较中共鉴定出479个独特差异表达基因（DEGs）（表S5）：LL vs. W中190个（74个上调，116个下调），R vs. W中367个（155个上调，212个下调），LL vs. R中61个（35个上调，26个下调）（图2A–C）。其中，R vs. W和LL vs. R比较组间共有37个DEGs（图2D，表S6）。这些基因在R vs. W和LL vs. R比较组间表现出相反的表达模式。具体而言，除2个基因未差异表达外，12个基因在R组相对于W组上调但在LL组相对于R组下调；相反，其余23个基因在R组相对于W组下调但在LL组相对于R组上调。这些相互对立的表达变化表明，LL提取物可能通过调控这些基因来抵消R提取物诱导的不利影响，从而有助于保持绿豆芽品质。

**图2.** W、LL和R处理的绿豆芽差异基因表达。差异表达基因（DEGs）的火山图：（A）LL vs. W；（B）R vs. W；（C）LL vs. R。（D）维恩图展示各比较组间重叠的DEGs。（E）所有三种比较中DEGs的KEGG通路富集。（F）LL vs. R组重叠DEGs的KEGG富集。

为探讨哪些代谢通路受DEGs转录水平影响，我们进行了KEGG富集分析以注释这些基因并识别活跃代谢通路。KEGG富集分析表明，代谢通路、次级代谢物生物合成、苯丙烷类生物合成和光合作用-天线蛋白在LL和R处理组相对于对照组均发生改变（图2E）。值得注意的是，LL组独有的富集通路包括戊糖和葡萄糖醛酸互变、倍半萜和三萜生物合成以及脂肪酸降解。相比之下，R组特异性富集的通路包括异黄酮生物合成、植物-病原互作和糖酵解/糖异生。此外，37个共享DEGs主要与植物激素信号转导和MAPK信号通路相关（图2F）。

3.3 绿豆芽非靶向代谢组学分析鉴定不同提取物处理下的关键生物活性代谢物

为探索LL和R处理绿豆芽的代谢变化，我们进行了非靶向代谢组学分析。主成分分析（PCA）表明代谢组学数据可靠，组间分离清晰且组内相关性高（图3A）。所有组中共检测到4125种代谢物。使用设定的阈值（VIP > 1；|log?(FC)| ≥ 1），筛选出1008个独特差异调节代谢物（DRMs）（表S7）。这些DRMs分为18大类，最丰富的类别包括：氨基酸及其衍生物（35.02%）、其他（11.11%）、苯及其衍生物（10.42%）、有机酸（9.92%）、黄酮类化合物（5.06%）和生物碱（4.66%）（图3B）。

**图3.** W、LL或R处理的绿豆芽非靶向代谢组学分析。（A）主成分分析（PCA）。（B）注释代谢物类别分布。差异调节代谢物（DRMs）的火山图：（C）LL vs. W；（D）R vs. W；（E）LL vs. R。

火山图显示LL vs. W中有465个DRMs（328个上调，137个下调），R vs. W中有760个DRMs（419个上调，341个下调）。435个DRMs区分了LL和R（250个上调，185个下调）（图3C–E）。在所有两两比较中，上调代谢物数量均超过下调代谢物。值得注意的是，LL vs. R和R vs. W之间重叠299个DRMs（图4A），其中204个呈现相反趋势（表S8）。其中，130个在LL中升高，74个在R中升高。气泡图显示LL处理样品优先增强了氨基酸及其衍生物、苯及其衍生物、其他（内酯类）、有机酸和生物碱（图4B）。

**图4.** W、LL或R处理诱导的绿豆芽代谢组学变化比较概览。（A）LL vs. W、R vs. W和LL vs. R比较中DRMs的维恩图。（B）LL和R之间呈相反调控模式的204个DRMs散点图。KEGG通路富集：（C）LL vs. W；（D）R vs. W组；（E）LL vs. R。（F）299个重叠DRMs的KEGG分类。

其他（内酯类）表达水平较高，进一步细分为五个亚类：其他、内酯类、糖类、酮类和芪类。甲基4-羟基肉桂酸（2.5倍）和对香豆酸乙酯（2.3倍）在LL vs. R比较中增幅最大。

生物碱也表现出较高表达水平，细分为五个亚类：生物碱、酚胺类、异喹啉生物碱、萜类生物碱和 plumerane。

蛇根碱（5.4 倍）、哈麻林（3.7 倍）和二氢辣椒素（3.2 倍）在 LL 处理组中也显著升高。为阐明 LL 和 R 提取物在豆芽储存期间对代谢物的影响，我们对差异调控代谢物（DRMs）进行了 KEGG 通路分析。与对照组相比，LL 处理组在甘油磷脂代谢、亚油酸代谢、花生四烯酸代谢和色氨酸代谢通路中显著富集（图 4C）。而 R 处理组则在聚酮糖单元生物合成、淀粉代谢和蔗糖代谢通路中富集（图 4D）。当比较 LL 与 R 时，吲哚生物碱生物合成和异喹啉生物碱生物合成通路进一步富集（图 4E）。同时，299 种共有 DRMs 主要与莽草酸衍生的生物碱生物合成、吲哚生物碱生物合成和类固醇激素生物合成相关（图 4F）。

3.4. 转录组与代谢组整合分析揭示了豆芽保鲜中的协同调控网络

差异表达基因（DEGs）和 DRMs 的共表达分析有助于进一步探索各组之间不同的调控通路如何影响豆芽品质劣变的机制。KEGG 富集分析显示，与对照组相比，LL 相关的 DEGs 和 DRMs 主要富集在甘油磷脂代谢、亚油酸代谢和色氨酸代谢通路中。相比之下，R 相关的 DEGs 和 DRMs 聚集在淀粉代谢、蔗糖代谢和异黄酮生物合成通路中（图 5A, B）。

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图 5. W、LL 或 R 处理下绿豆芽转录组和代谢组数据的整合分析。(A) LL 与 W 比较以及 (B) R 与 W 比较中 DEGs 和 DRMs 的 KEGG 富集。(C) DEGs 和 DRMs 的九象限相关性图，皮尔逊相关系数 > 0.8。(D) DEGs 和 (E) DRMs 的 KEGG 分类。(F) DEGs 和 DRMs KEGG 富集的韦恩图。

生成了 LL 与 R 比较的九象限相关性图。在第 3 象限和第 7 象限中发现 DEGs 和 DRMs 之间存在正相关，而在第 1 象限和第 9 象限中则呈现负相关，暗示了基因 - 代谢物的协同调控（图 5C，表 S9）。KEGG 共同富集鉴定出 57 条转录组通路和 50 条代谢组通路，其中 19 条重叠（图 5D–F）。最显著富集的通路包括代谢通路、次生代谢物生物合成、植物 - 病原体互作、MAPK 信号通路和苯丙烷生物合成，突出了它们在采后防御和品质调控中的潜在作用。

3.5. 绿豆芽采后品质调控的关键通路

鉴于抗氧化系统、苯丙烷代谢、莽草酸衍生的生物碱生物合成、脂质代谢和碳水化合物代谢与豆芽品质密切相关（?wieca and Baraniak, 2013），我们重点关注了这些通路。LL 提取物的应用诱导了抗氧化酶基因（VrAPX6, VrCAT3, VrSOD, VrGST）的表达，而 R 提取物表现出的诱导作用较弱（图 6B）。相反，褐变相关基因（VrPOD10, VrPOD7, VrPPO）在 LL 处理下显著下调，而在 R 处理下上调，尤其是 VrPOD10。这些结果表明，LL 提取物激活了抗氧化系统并抑制了褐变相关酶的表达，从而增强了抗氧化能力，维持了细胞完整性，并延缓了褐变。相比之下，R 提取物可能通过上调褐变相关酶基因来加速褐变。

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图 6. LL 或 R 处理绿豆芽中的转录和代谢重编程。热图展示了与以下通路相关的基因或代谢物的转录或代谢谱（log2FC）：(A) 苯丙烷生物合成，(B) 抗氧化系统，(C) 莽草酸通路衍生的生物碱，(D) 酪氨酸代谢，(E) 脂质代谢，以及 (F) 碳水化合物代谢。这些通路和带有标识符的化合物是根据 KEGG 通路和文献参考文献构建的。矩形依次代表比较：R vs. W，LL vs. W，以及 LL vs. R。数据表示为三个生物学重复的均值±SE。色阶代表基因或代谢物的表达水平，代谢物从红到蓝表示由高到低，基因从黄到绿表示由高到低。

在脂质代谢中，与对照组和 R 处理组相比，LL 提取物降低了磷脂酸（PA）和溶血磷脂酰胆碱（LPC）的含量，同时增加了磷脂酰胆碱（PC）和磷脂酰肌醇（PI），表明膜降解减弱。同时，LOX15 和 PLDA1 的表达下降，而γ-亚麻酸（一种不饱和脂肪酸）显著上调（图 6E）。这表明 LL 提取物可能稳定膜完整性并延缓绿豆芽的老化。具体而言，它通过维持磷脂组成（包括 PC 和 PI）以及不饱和脂肪酸的含量来发挥这种作用。同时，它抑制了 PA 的产生。

植物利用多种不同的通路来协调苯丙烷代谢，产生黄酮类化合物、木质素和其他多种代谢物。在本研究中，所有组别中均观察到大量与苯丙烷通路和黄酮生物合成相关的 DEGs 和 DRMs。在 LL 和 R 处理后，肉桂酸 4-羟化酶（C4H，一种细胞色素 P450 单加氧酶）和过氧化物酶基因（POD）的表达水平均下调。在代谢组学中，LL 处理后苯丙氨酸、肉桂醛、4-羟基肉桂酸甲酯、芥子酸、三香豆酰亚精胺、柚皮素、芹菜素、表没食子儿茶素和槲皮素的峰面积增加，而 R 提取物减少了这些化合物。其中，4-羟基肉桂酸甲酯显示出最大的倍数变化（图 6A）。这表明 LL 处理的绿豆芽提高了多酚含量并增强了抗氧化能力。相比之下，R 处理触发了多酚化合物的大量消耗。这伴随着严重的褐变，并导致酚类和黄酮含量显著降低。酪氨酸代谢与黑色素合成有关。酪胺是一种由病原体感染诱导的生物胺，在 R 处理样本中显著升高，但在 LL 处理样本中明显受到抑制（图 6D）。总之，LL 提取物通过提高亚精胺、酚酸和黄酮的含量，增强了绿豆芽的抗氧化能力并抑制褐变。

在碳水化合物代谢中，LL 和 R 处理均抑制了葡萄糖苷酶（VrBGL11）和内切 -β-葡聚糖酶（VrGUN12）的活性。麦芽糖和异麦芽糖（淀粉水解的中间产物）的含量显著降低（图 6F）。这表明植物提取物处理后淀粉降解受到抑制。同时，LL 和 R 处理增强了蔗糖合酶（VrSUS2）的活性，随后 D-果糖含量上调，尤其是在 LL 处理组中。这表明 LL 处理促进了蔗糖降解并在绿豆芽中维持了较高的果糖水平。此外，与对照组相比，LL 和 R 处理后细胞壁降解酶（包括果胶酯酶（VrPME24, VrPME46）、果胶裂解酶（VrPL2）、扩张蛋白（VrEXP17, VrEXPA7）、木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶（VrXTH26））的活性降低，其中 LL 表现出最有效的抑制作用。相应地，纤维二糖和纤维四糖（纤维素代谢的中间产物）下调。结果表明细胞壁降解过程受到抑制。因此，LL 提取物可能维持果糖水平并抑制细胞壁分解，从而增强豆芽品质并延缓软化。

在莽草酸通路衍生的生物碱中，与 R 组相比，LL 处理组表现出更高水平的蛇根碱、哈麻林、小檗胺、二氢药根碱和一种推测注释的士的宁。在这些生物碱中，蛇根碱的倍数变化最明显（图 6C），暗示了其抗菌活性。

此外，通过分析蛇根碱生物合成中的关键基因和代谢物（图 7），我们发现与 R 提取物处理相比，LL 提取物组中蛇根碱的前体 1-胡椒哌啶水平显著上调，导致蛇根碱含量增加。同时，小檗胺桥酶（BBE）催化蛇根碱类生物碱（SeA）的结构多样化，其表达水平呈上升趋势，这可能促进了 SeA 的合成。

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图 7. 与蛇根碱合成通路相关的 DRMs 和 DEGs。通路和化合物是根据现有文献（Choung et al., 2026）构建的。BBE 代表小檗胺桥酶；SeA 代表蛇根碱类生物碱。

3.6. 关键代谢物对绿豆芽采后生理品质的影响

为验证关键 DRMs 对采后绿豆芽的功能作用，选择了五种具有显著大倍数变化的代表性代谢物（4-羟基肉桂酸甲酯、一种推测注释的三萜皂苷（暂定为人参皂苷 Rg3）、烟尿酸、蛇根碱，以及一种推测注释的噁唑烷二酮类似物（暂定为 BX-795））。每种代谢物均配制为 1.5 mM 水溶液，用于绿豆芽发芽和生理测定。随着储存时间的增加，对照豆芽显示出逐渐的品质下降：褐变指数、a* 值、b* 值、REC、失重率、微生物计数、PPO 活性、H2O2 和 MDA 积累增加，同时 L* 值和 TSS 含量降低（图 8；表 S10）。在储存的第 3 天和第 5 天，蛇根碱和 4-羟基肉桂酸甲酯处理在多个生理指标上显著优于对照组和其他处理组。具体而言，两种处理都降低了褐变指数和颜色参数 a* 和 b*，同时增加了 L* 值，表现出更好的保色性。这两种化合物显著抑制了 PPO 活性，减少了 H2O2 和 MDA 的积累，并减轻了膜脂质过氧化引起的损伤。此外，两组中的 REC 均显著低于对照组；两组在第 3 天的需氧菌落总数也减少，表明膜完整性改善并具有抗菌效果。值得注意的是，蛇根碱维持了最高的 TSS 含量，并表现出卓越的总体功效。这些结果表明，蛇根碱可能有效改善绿豆芽在采后储存期间的生理状态，从而延缓品质劣变和褐变过程。

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图 8. 代表性代谢物应用对绿豆芽采后生理的影响，包括烟尿酸、人参皂苷 Rg3、4-羟基肉桂酸甲酯、蛇根碱和 BX-795。测量参数：(A) 褐变指数；(B) 失重率；(C) 总可溶性固形物含量；(D) 总菌落数；(E) 相对电导率；(F) PPO 活性；(G) H2O2 积累；以及 (H) MDA 含量。不同字母表示不同提取物处理和不同储存期之间的显著差异 (P < 0.05)。误差棒代表均值的 SE (n = 3)。

3.7. 代谢物和 LL 提取物对豆芽腐败分离株的抗菌活性

为了鉴定与采后绿豆芽相关的主要腐败微生物，从储存 3 天的腐败豆芽样本中分离了优势细菌和真菌菌株。经过表面消毒、组织分离、连续纯化及转接培养后，通过 PCR 扩增并与 NCBI 核酸数据库进行序列比对鉴定了这些分离株。鉴定出一株优势细菌为聚集泛菌（Pantoea agglomerans），两株优势真菌为尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）和繁殖镰刀菌（Fusarium proliferatum）（图 S1–S3）。抗菌活性测定显示，与对照组相比，1.5 mM 的蛇根碱和 4-羟基肉桂酸甲酯显著抑制了所有三种分离株的生长 (P < 0.05)（表 1）。蛇根碱表现出比 4-羟基肉桂酸甲酯更强的抑制作用。相比之下，0.5% 的 LL 提取物对三种分离株没有显著抑制作用，菌落直径与对照组相当 (P > 0.05)。这表明在所测试的条件下，粗 LL 提取物对绿豆芽的腐败微生物不具有直接抗菌活性。

表 1. 代谢物或 LL 提取物对聚集泛菌、尖孢镰刀菌和繁殖镰刀菌菌落直径的影响，通过 ANOVA 检验 (p < 0.05)。不同字母表示处理之间存在显著差异。

| 组别 | 聚集泛菌 | 尖孢镰刀菌 | 繁殖镰刀菌 |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| 对照 | 1.2 ± 0.20 a | 3.97 ± 0.25 a | 2.53 ± 0.21 a |
| 蛇根碱 | 0.67 ± 0.12 c | 2.8 ± 0.28 c | 1.73 ± 0.38 c |
| 4-羟基肉桂酸甲酯 | 0.77 ± 0.06 b | 3.43 ± 0.26 b | 2.20 ± 0.11 b |
| LL 提取物 | 1.23 ± 0.21 a | 3.8 ± 0.32 a | 2.5 ± 0.3 a |

4. 讨论

绿豆芽由于含水量高且质地脆弱，容易迅速腐败，使其特别容易受到采后品质劣变的影响。主要表现包括褐变、组织软化和微生物腐烂，在环境储存条件下，通常在三天内导致完全失去市场价值 (Goyal et al., 2011)。品质的快速下降主要由与腐败相关的生理变化和微生物感染共同驱动，这是维持农产品质量的关键障碍。近年来，植物提取物因其天然来源、多靶点生物活性和良好的安全性，已成为采后保鲜的一种有前景的策略 (Han et al., 2024)。在本研究中，我们评估了五种植物提取物 (MS, LL, R, H, MT) 对绿豆芽采后储存品质的影响。值得注意的是，LL 显著延缓了褐变，而 R 则显著加速了褐变。为阐明其潜在机制，我们整合了转录组和非靶向代谢组分析，系统地解析了 LL 和 R 介导的采后品质调控的分子基础。此外，蛇根碱被鉴定为有助于 LL 提取物保鲜效果的关键候选代谢物。

4.1. 五种不同提取物的比较功效：对采后品质的不同影响

实验未在商业低温储存条件下进行。低温 (4 °C) 会减缓绿豆芽的劣变，这可能会掩盖处理组之间的差异或需要延长观察期。因此，我们采用环境温度来监测豆芽的腐败过程。基于表型和生理指标，五种植物提取物表现出不同的效果 (图 1)。

LL处理取得了最佳的整体保鲜效果，而R处理则显著加重了品质劣变。MT、MS和H的效果居中，三者之间未观察到显著差异。失重是采后品质劣化的早期指标（Zhang et al., 2018, Chen et al., 2018），绿豆芽在储存过程中因呼吸消耗和蒸腾作用导致失重加剧。所有测试提取物在不同程度上均减轻了水分损失，其中LL和R的效果最为明显。然而，R组较低的失重率可能是由于表面薄膜形成或腐烂组织塌陷，从而锁住了内部水分所致。可溶性固形物含量（TSS）是评估豆芽品质常用指标（Chen et al., 2018），在储存过程中因呼吸消耗而逐渐下降。整个储存期间，LL处理组始终保持最高的TSS水平，这可能反映了其对呼吸作用的抑制效应以及随之而来的糖分消耗减少。相比之下，其他处理可能刺激了呼吸代谢，加速了TSS的消耗和品质丧失。色泽外观是豆芽商业价值的关键决定因素。储存5天后，LL处理组的豆芽表现出最高的L\*值，同时a\*值和褐变指数最低，而R组则呈现相反的结果，这与表型观察一致。相对电解质渗漏率（REC）反映膜完整性，随膜结构在腐坏过程中受损而升高。LL处理有效抑制了这一趋势。微生物增殖是储存绿豆芽腐坏的主要原因（Xiang et al., 2019）。LL组显著较低的微生物载量表明其具有抗菌效力和品质维持潜力。R组与对照组之间未观察到明显的微生物计数差异。氧化应激和酶促褐变与活性氧（ROS）积累和PPO活性密切相关。储存过程中，所有处理组的PPO活性、H?O?和MDA含量均上升，表明氧化损伤和膜脂质过氧化逐步加剧。值得注意的是，LL处理显著抑制了这些指标的增加，在第3天保持了所有组中最低的PPO活性、H?O?和MDA水平（P < 0.05）。相比之下，R处理显著升高了PPO活性、H?O?和MDA水平，表明R加剧了氧化应激并促进了酶促褐变。综上所述，不同来源的植物提取物发挥截然不同的保鲜效果：LL维持绿豆芽品质，而R加速品质劣变。鉴于这两种相反的作用，我们进一步对LL和R进行了转录组和代谢组学分析，以阐明其分子调控机制。

4.2. LL和R提取物：差异化品质调控的分子基础

为阐明LL和R调控绿豆芽采后品质的分子机制，我们研究了包括抗氧化系统、脂质代谢、苯丙烷生物合成、莽草酸衍生生物碱途径和碳水化合物代谢在内的几个关键代谢通路的动态变化（图6）。这些通路共同构成了一个复杂的代谢网络，维持豆芽的细胞结构完整性、抗病力和采后品质。

4.2.1. 抗氧化系统稳态与酶促褐变的调控

稳定的抗氧化系统对于减轻采后劣变至关重要（Kra?niewska et al., 2014）。植物提取物可通过调节超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和谷胱甘肽S-转移酶（GST）等抗氧化酶活性来清除ROS，从而抑制膜脂质过氧化（Fujita and Hasanuzzaman, 2022, Mittler et al., 2004）。例如，芝麻素处理增强了莴苣中SOD和CAT活性，有效抑制了褐变（Meng et al., 2026）。褪黑素和水杨酸通过上调SOD和CAT活性延长了葡萄的货架期（Wang et al., 2025）。在我们的研究中，LL和R均上调了SOD、CAT、APX和GST的表达，激活了抗氧化防御系统以增强ROS清除能力。R组中的上调可能是针对严重组织损伤的不足且滞后的应激反应，而LL则提供了有效且协调的防御。此外，两种提取物处理后的后续生理变化也存在显著差异。

褐变严重影响豆芽品质，其严重程度取决于褐变相关酶活性与酚类底物含量之间的动态平衡（Sikora & ?wieca, 2018）。在健康组织中，褐变相关酶和酚类底物是分室存在的。ROS积累破坏了这种空间分离并触发了酶促氧化。新鲜豆芽易受微生物感染和物理损伤，这进一步诱发了褐变（Wang et al., 2013, Kogo et al., 2018）。PPO和POD是催化酚类氧化和后续褐变的关键酶，其活性在储存过程中波动（Singh et al., 2018）。我们的研究表明，LL和R提取物对褐变的调控效应截然不同。LL下调了POD和PPO的表达（尤其是VrPOD10、VrPOD7和VrPPO），削弱了酚类的酶促氧化。代谢组学数据支持了这一发现：LL处理的豆芽中酚类底物积累，其中4-羟基肉桂酸甲酯和柚皮素分别增加了2.5倍和1.8倍。丰富的抗氧化底物结合褐变相关酶活性降低，防止了酚类的快速氧化，从而抑制了褐变。相反，R上调了POD表达，加速了酚类氧化和褐变。尽管已有报道R具有抗氧化特性，但本研究中R处理的豆芽中酚类和黄酮含量下降，表明这些保护性化合物被酶大量消耗，最终加速了褐变。

4.2.2. 膜完整性和脂质代谢的稳定化

膜完整性和稳定性是支持正常生理代谢的基础，也是抵御酶促褐变和病原体感染的关键屏障（Tian et al., 2013）。磷脂（主要是磷脂酰胆碱（PC）和磷脂酰肌醇（PI））以及不饱和脂肪酸构成细胞膜的核心结构。其降解产物包括具有特征性的磷酸甘油酸（PA）和溶血磷脂酰胆碱（LPC）等代谢物（Lin et al., 2018）。与对照组相比，LL处理显著增加了保护性脂质（PI和PC）及γ-亚麻酸等不饱和脂肪酸的含量。脂氧合酶（LOX）和磷脂酶D（PLD）是膜脂肪酸代谢的关键酶，它们促进不饱和脂肪酸的分解和膜脂质过氧化，并增加细胞膜通透性（Lin et al., 2017）。LL抑制了LOX和PLD的表达，减少了γ-亚麻酸和PC的降解。此外，PA和LPC等脂质降解产物的积累减少。尽管R处理下PC和γ-亚麻酸略有上升，但PI含量大幅下降。PA和LPC的过度积累反映了严重的磷脂降解，进一步加速了由衰老和微生物入侵引起的膜劣变。

4.2.3. 次生代谢物生物合成与抗菌防御

植物提取物通过调节次生代谢物积累来调控园艺产品的采后品质。例如，褪黑素处理增加了葡萄中的总酚类和黄酮类含量（Wang et al., 2025）。银杏叶提取物提高了樱桃中的槲皮素和香豆素水平（Sun et al., 2025）。外源多酚促进了荔枝中有机酸和酚类的合成（Su et al., 2019）。在本研究中，LL处理显著富集了绿豆芽中多种保护性代谢物。LL提取物增加了酚类（如4-羟基肉桂酸甲酯、肉桂醛和阿魏酸）、黄酮类（表儿茶素、芹菜素、柚皮素和槲皮素）以及生物碱（蛇精碱、哈巴因、二氢马卡品、小檗亚碱和蛇根碱）的丰度。这些代谢物作为采后保鲜的功能性化合物发挥作用。4-羟基肉桂酸甲酯（增加2.5倍）已被证明能增强诺丽树叶的抗菌活性（Zhang et al., 2016）。柚皮素（增加1倍）作为豆芽、苹果和柑橘类水果的生物防腐剂，抑制了青霉属菌的生长（Yang et al., 2022, Qiao et al., 2026, Shan et al., 2025）。蛇精碱（增加2.4倍）对胶孢炭疽菌表现出强效抗真菌活性（álvarez-Rodríguez et al., 2023）。哈巴因（增加1.9倍）抑制有害生物生长（álvarez-Rodríguez et al., 2023）。这些结果表明，LL将次生代谢途径重新定向至保护性化合物的合成，增强了豆芽的抗氧化和抗菌防御。

总黄酮和总酚类是豆芽褐变的主要底物（Zhang et al., 2018）。R处理中这些物质的显著减少可能反映了强烈的酶促消耗。酪胺是酪氨酸代谢中的黑色素前体，在R组中显著上调。酪胺也是微生物活动和食品腐坏的指标（Simon-Sarkadi and Holzapfel, 1995）。酪胺水平的升高表明R加速了绿豆芽的微生物增殖、褐变和腐烂。

4.2.4. 碳水化合物代谢与细胞壁完整性

可溶性糖组成和细胞壁完整性直接决定果蔬组织的硬度、保水性和整体采后品质。可溶性糖组成影响豆芽品质，蔗糖和果糖作为绿豆芽的主要呼吸底物（Chen et al., 2018）。LL和R处理均显著降低了麦芽糖和异麦芽糖（淀粉水解的中间产物）含量，表明淀粉降解受到抑制。同时，蔗糖合成酶（VrSUS2）的表达和D-果糖含量在两组中均上调。LL组中果糖积累更为丰富。我们推测LL促进蔗糖分解代谢生成果糖，伴随着呼吸作用和水分的减少。

细胞壁降解是导致豆芽失重和组织软化的另一个关键因素（Wang et al., 2023）。植物细胞壁由包括纤维素、半纤维素、果胶以及结构蛋白在内的多糖组成。细胞壁降解酶对这些成分的降解降低了组织机械强度并导致软化（Fry, 2004）。果胶裂解酶（PL）和果胶甲酯酶（PME）作用于果胶成分；木葡聚糖内转糖苷酶（XTH）靶向半纤维素中的木葡聚糖。扩张蛋白（EXP）破坏纤维素微纤丝与半纤维素之间的连接（Cosgrove, 2016）。在本研究中，LL和R均下调了PL、PME、XTH和EXP的表达，其中LL的抑制作用更强。纤维二糖和纤维四糖（纤维素代谢的中间产物）水平也降低。这些变化抑制了细胞壁解聚，延缓了绿豆芽的组织软化。

4.3. 提取物介导的保鲜机制解析

植物提取物通过三条主要途径保鲜果蔬：广谱抗菌活性、强效抗氧化能力以及对内源代谢过程的调控。这些特性的综合作用减少了微生物污染并延缓酶促褐变（Chen et al., 2025）。一方面，生物活性成分如生物碱、黄酮、酚类和萜类通过多种机制发挥抗菌作用：破坏膜完整性、干扰核酸和蛋白质合成、抑制能量代谢以及抑制群体感应以阻碍生物膜形成（Borges et al., 2013, Zhou, 2020）。这些化合物能有效抑制多种采后腐坏真菌（如青霉属、尖孢镰刀菌和炭疽菌属）（Baka, 2015, MASANGWA et al., 2012），以及食源性病原体包括肠杆菌属、沙门氏菌属和假单胞菌属（Alzowahi et al., 2013, Tarakanov and Dzhalilov, 2022）。既往研究已证实LL提取物中的活性成分能抑制食源性和致病微生物（大肠杆菌、枯草芽孢杆菌），且效力随剂量增加而增强（Xie et al., 2007, Xiao and Lin, 2010）。在本研究中，LL调控了苯丙烷类和生物碱生物合成途径，诱导了4-羟基肉桂酸甲酯、柚皮素和蛇精碱等抗菌物质的积累。增强的抗菌防御降低了绿豆芽在常温储存期间的微生物数量。

另一方面，植物提取物具有强效的自由基清除能力。它们抑制脂质过氧化、酚类氧化和非酶促褐变，减缓营养和生物活性化合物的降解。其抗氧化特性有助于维持细胞膜完整性和整体采后品质（Nxumalo et al., 2021）。LL提取物富含多酚、黄酮、皂苷、萜类和生物碱，使其成为抗氧化剂和抗菌剂的天然宝库（Bisso et al., 2022）。LL提取物中的多酚和黄酮（如表儿茶素和槲皮素）表现出优异的DPPH自由基清除能力和总抗氧化潜力，其抗氧化活性与等浓度下的抗坏血酸相当（Ding et al., 2018）。LL促进了酚类和黄酮类底物的合成与积累，并上调了APX等抗氧化酶基因的表达，从而增强了抗氧化防御系统。同时，LL下调了POD和PPO基因，减少了抗氧化底物的消耗，最终延缓了褐变。

此外，植物提取物调控多个关键生理过程：减少水分损失、降低呼吸速率、延缓细胞壁降解并抑制乙烯生物合成。这些效应减轻了与衰老相关的症状，包括组织软化、失重和品质劣变（Ozturk et al., 2019, Wijewardane and Guleria, 2010）。在本研究中，LL处理增加了绿豆芽中保护性磷脂（PC和PI）及γ-亚麻酸的含量。

该提取物降低了脂质降解产物（PA和LPC）的积累以及电解质渗漏，稳定了细胞膜。LL还提高了果糖和可溶性固形物（TSS）含量，并抑制了果胶酯酶（PME）和膨胀素（EXP）等细胞壁降解酶的表达。这些作用维持了组织结构并延缓了水分流失。多条调控通路共同确保了绿豆芽的结构稳定性和采后品质。尽管植物提取物具有保鲜作用，但其效果很大程度上取决于植物来源、化学成分、使用方法以及受测组织。这些因素导致不同提取物在抗菌活性和生理调节方面存在明显差异（Nxumalo等，2021）。此前研究报道，迷迭香提取物具有良好的抗氧化和抗菌活性。然而，在本研究中，迷迭香提取物反而加速了绿豆芽的褐变和腐败。这种差异归因于化学成分、应用方法和实验材料的不同。大多数关于迷迭香提取物的研究集中于食品加工领域，其中包被处理是主要的应用方式（Kahya等，2022）。对于作物保鲜，现有研究大多采用迷迭香精油或混合精油，通过低温短时浸泡或熏蒸方式处理成熟果蔬。这些处理对黄瓜、梨、苹果等产品表现出良好的保鲜效果（Xylia等，2021；Xylia等，2022）。迷迭香提取物与迷迭香精油的主要活性成分差异很大。迷迭香提取物富含迷迭香酸、鼠尾草酸等酚酸类物质，而迷迭香精油主要含有1,8-桉叶素和α-蒎烯等挥发性萜类化合物（Chetia等，2025；Sharma等，2020）。本实验中，提取物在整个发芽期间持续喷施于豆芽上，样品在室温下储存。发芽的豆芽具有独特的组织结构和代谢活性，与以往研究所使用的成熟果蔬存在根本性差异。此外，鼠尾草酸是一种主要的化感物质，会对幼苗的下胚轴和根产生浓度依赖性胁迫损伤（Appiah等，2022）。持续喷施导致鼠尾草酸在豆芽组织中积累，可能引发下胚轴细胞胁迫和膜损伤，从而加速生理衰老、细胞渗漏和腐败。

4.4 鉴定虎刺碱（securinine）为关键生物活性代谢物，其稳态由LL提取物维持

鉴于植物提取物机制复杂，我们进一步筛选了负责豆芽保鲜作用的关键代谢物。组学分析显示，LL的保鲜效果可能源于多种成分的协同作用。但使用单一外源化合物进行的检测提供了更为详细的结果。基于代谢组学数据，我们选择了变化倍数最高的五种代谢物：4-羟基肉桂酸甲酯（酚类）、暂定注释为人参皂苷Rg3（三萜皂苷类）、烟酸（氨基酸衍生物）、虎刺碱（生物碱类）以及暂定注释为BX-795（苯类衍生物）。每种代谢物均配制成1.5 mM水溶液，用于采后豆芽的功能验证。其中，虎刺碱表现出最佳的保鲜效果。与所有其他处理及对照相比（P<0.05），虎刺碱处理组豆芽的重量损失、相对电导率（REC）、总菌落数、褐变指数、a*和b*值、多酚氧化酶（PPO）活性以及H?O?和丙二醛（MDA）含量均更低。同时，这些豆芽保持了最高的TSS含量和L*值。这些结果表明，虎刺碱能有效抑制微生物增殖、减轻膜损伤、延缓水分流失并抑制褐变，从而有效保持绿豆芽的营养和感官品质。

已有研究表明，在相同浓度下，植物全提取物比单一化合物具有更强的抗菌活性和更全面的海鲜效果。其优异表现可能源于多种生物活性成分之间的加性或协同作用（Lee等，2021；Serra等，2008；van Vuuren和Viljoen，2011）。然而，某些特定的核心化合物偶尔也能达到与植物粗提物相当的保鲜效果。

虎刺碱是一种四环吲哚里啶类securinega生物碱，天然存在于虎刺的叶片和根部。它具有多种生物活性，包括抗菌（Mensah等，1990）、抗真菌（Singh等，2008）、抗寄生虫（Holmes等，2011）和抗病毒（Chao等，2014）特性。尤为重要的是，虎刺碱对与豆芽安全密切相关微生物表现出强效抑制作用。它能抑制大肠杆菌（E. coli）、铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）等食源病原体。此外，它还能完全抑制植物致病真菌的生长，包括炭疽菌、假尾孢菌和弯孢霉（Singh等，2008；Mensah等，1990）。假单胞菌是引起绿豆芽细菌性软腐病的主要病原体，会加重褐变和组织腐败（Suzuki等，2023）。大肠杆菌污染会导致豆芽腐败和食源性疾病（Cerna-Cortes等，2013），而洛哈氏炭疽菌则引起典型腐烂症状（Shen等，2010）。

既往研究鉴定出，埃氏菌属是绿豆芽储存期间的主要腐败细菌（Keshri等，2019），而镰刀菌属是豆芽中常见的霉菌污染物，已知会引起腐败（Tournas，2005；Siew等，2025）。我们的抗菌试验表明，虎刺碱和4-羟基肉桂酸甲酯对分离得到的腐败微生物（聚生埃氏菌、尖孢镰刀菌和繁殖镰刀菌）具有直接的抗菌作用。然而，LL粗提物本身对这些分离株没有表现出直接的抑制活性。这表明LL的保鲜作用主要依赖于维持豆芽内源代谢物水平，而非直接的抗菌活性。虎刺碱的广谱抗菌特性为其在采后保鲜中的应用提供了令人信服的依据。它抑制铜绿假单胞菌、大肠杆菌、聚生埃氏菌、尖孢镰刀菌和繁殖镰刀菌等腐败微生物，从而延缓绿豆芽的采后腐败和褐变。

5. 结论

本研究首次系统地阐明了两种植物提取物（LL和R）对绿豆芽采后品质的不同调控效果。LL提取物通过涉及抗菌作用、抗氧化防御以及生理和代谢调控的协调机制，有效延缓了豆芽的品质劣化。具体而言，LL抑制了PPO和POD的表达，从而减少酚类化合物的氧化，同时促进具有抗菌特性的酚酸、黄酮类和生物碱的积累。它还上调了抗氧化酶（SOD、CAT）的表达，减轻了膜脂质过氧化，维持了细胞完整性。此外，通过下调细胞壁降解酶（PME、PL、XTH和EXP）的表达，维持了组织硬度和TSS含量。这些相互关联的机制共同增强了LL的整体保鲜效果。相比之下，R提取物通过加剧水分流失、膜损伤和微生物增殖，加速了褐变和腐败。同时，初步鉴定虎刺碱为有助于LL提取物保鲜效果的关键候选代谢物。这些发现为开发高效、可持续且安全的农产品保鲜策略提供了新的理论基础。

合明 | 林浩伟 | 孟红艳 | 郑明琼 | 蒋翰阳 | 林智凯 | 方树梅 | 林富聪 | 洪丽萍 | 洪翠云 | 沈志军 | 陈良华 | 杜西平 | 王文华