采前CPPU处理通过调控激素谱与维持顽拗性种子活力改善荔枝果实贮藏性

《Foods》：Preharvest CPPU Application Improves Litchi Fruit Storability via Modification of Hormone Profiles and Maintenance of Recalcitrant Seed Vigor

　　

荔枝（Litchi chinensis Sonn.）是华南地区的重要水果，在常温条件下因贮藏性差，3–4天内即迅速丧失商业价值。前期研究表明，5 mg L?1 CPPU（N-(2-氯-4-吡啶基)-N′-苯基脲）处理可改善荔枝果实的采后贮藏性。本研究从果实成熟度和种子活力角度探讨了CPPU处理改善荔枝果实贮藏性的机制。研究人员在商业成熟前2周对树体荔枝果实进行CPPU处理。处理后14天，处理果实果皮叶绿素含量较对照高61%，果皮厚度增加22%，花青素浓度降低76%，表明果实树上成熟延迟。CPPU还重塑了果皮和种子中的内源激素谱，使果皮中IAA和DHZR分别升高47%和90%，二者分别为活性生长素和细胞分裂素形式。在采后常温贮藏12天期间，CPPU处理果实表现出果皮褐变、病害发生率和电解质渗漏降低，同时保持72%的商品果率（对照仅为25%）及较高的抗氧化酶（APX）活性，表明与对照相比果实贮藏性提高。此外，CPPU抑制了8个衰老相关基因（包括LcLOX1.5-1、LcLOX1.5-2和LcRNase3）的上调表达。值得注意的是，荔枝种子活力随贮藏进程而下降，而CPPU处理较对照维持了更高的种子活力。上述结果表明，采前CPPU处理改善荔枝果实贮藏性可能与顽拗性种子活力维持、激素谱调控及果皮衰老延迟有关。

一、研究背景与意义

荔枝（Litchi chinensis Sonn.）是华南地区最重要的热带亚热带水果之一，以其鲜红果皮、半透明乳白色假种皮及独特风味而备受青睐。然而，荔枝果实贮藏性差、采后衰老迅速，导致货架期极短，主要表现为果皮褐变、假种皮劣变和病害发生，严重制约了果实的运输、销售和国际贸易。因此，提高荔枝果实贮藏性、延缓采后衰老对于延长其商业价值具有重要意义。

植物激素在调控果实成熟、衰老及采后贮藏性方面发挥重要作用。一般而言，随着果实成熟和衰老，生长促进型激素如赤霉素（GAs）、生长素（IAA）和细胞分裂素（CKs）水平下降，而衰老相关激素如乙烯（Eth）和脱落酸（ABA）水平上升。大量研究表明，成熟度较低的果实具有更高的采后贮藏性。外源施用生长促进型激素或植物生长调节剂可维持采后品质并延缓果实衰老。CPPU（N-(2-氯-4-吡啶基)-N′-苯基脲）是一种具有强细胞分裂素活性的合成植物生长调节剂，已在猕猴桃、葡萄等果树中用于促进果实生长和改良成熟相关品质性状。前期研究表明，采前CPPU处理可增加荔枝果皮厚度和重量、增强果皮弹性、减少表面微裂纹，从而降低采后失水和果皮褐变的敏感性。

荔枝是一种特殊果实，其可食部分为肉质假种皮，种子为典型的顽拗性种子。顽拗性种子通常含水量高、代谢活性强，脱离母树后能迅速萌发，这是对温暖湿润热带或亚热带环境的适应。前期研究发现，荔枝种子成熟早于果实商业成熟，较低成熟度果实的种子具有更高的活力；较低成熟度采收的荔枝果实表现出更好的采后贮藏性，与其较高的种子萌发能力和种子活力密切相关。代谢活跃的顽拗性种子被视为"发育中的幼苗"，可能是激素合成的重要位点，在果实发育后期和采后贮藏期间持续参与激素调控。

基于荔枝果实的独特结构和前期发现——果实贮藏性与顽拗性种子活力高度相关，研究人员提出假设：CPPU处理可能通过影响顽拗性种子活力和内源激素稳态来调控荔枝果实的采后衰老和贮藏性。本研究系统探究了采前CPPU处理对荔枝树上果实发育、采后贮藏品质、种子萌发活力、内源激素谱及衰老的影响，以揭示CPPU改善荔枝贮藏性是否与顽拗性种子活力维持和激素稳态调控相关。研究结果还可为龙眼（Dimocarpus longan Lour）、阿基果（Blighia sapida）、红毛丹（Nephelium lappaceum）、山竹（Garcinia mangostana）和榴莲（Durio zibethinus Murr.）等具有假种皮和顽拗性种子的相关（亚）热带果实的贮藏性调控比较研究提供基础。

二、主要关键技术方法

本研究选用中国广州从化区商业果园的荔枝品种'佳栽'（JZ）为试材。采前处理于花后75天（DAA，商业成熟前2周）进行，将30个果穗完全浸入含5 mg L^?1 CPPU和0.1%（v/v）Tween 20的水溶液中1分钟，以含0.1%（v/v）Tween 20的蒸馏水浸泡为对照。处理后14天采收果实，在25 °C恒温下贮藏12天。主要技术方法包括：果皮褐变指数、病害指数和商品果率评价；叶绿素和花青素含量分光光度法测定；果皮厚度、含水量、丙二醛（MDA）含量和相对电解质渗漏（REL）测定；抗坏血酸过氧化物酶（APX）和过氧化氢酶（CAT）活性测定；可溶性固形物（TSS）和抗坏血酸（AsA）含量测定；种子萌发试验；液相色谱-电喷雾电离-串联质谱（LC-ESI-MS/MS）内源激素谱分析；实时荧光定量PCR（RT-qPCR）基因表达分析。

三、研究结果

1. 1.
   采前CPPU处理对树上荔枝果实着色、果皮厚度和TSS的影响

处理后0天，对照与处理果实无明显差异。7至14天，对照果实果皮逐渐变红，a值和花青素含量显著增加，叶绿素含量显著下降；而CPPU处理果实未见明显变红，a值和花青素含量显著较低，叶绿素含量显著较高。CPPU显著增加了果皮厚度，但对TSS积累无显著影响。这表明采前CPPU处理延迟了果皮变红和褪绿，同时增加果皮厚度，对果实成熟特别是果皮成熟具有延迟作用。

1. 2.
   采前CPPU处理对树上荔枝果皮和种子内源激素谱的影响

采前CPPU处理显著改变了荔枝果皮和种子中生长素（IAAs）、赤霉素（GAs）、脱落酸（ABA）和细胞分裂素（CKs）的积累模式。处理后14天，CPPU处理果实果皮和种子中IAA含量均显著高于对照；种子中GA3水平在处理果实中升高至高于对照的水平；果皮中DHZR水平在处理果实中显著高于对照；CPPU处理显著增加了果皮ABA含量，而种子ABA含量在处理与对照间无显著差异。总体而言，CPPU处理使果皮IAA和DHZR升高、种子IAA和GA3升高，有助于维持相对较高的生长促进型激素状态。

1. 3.
   采前CPPU处理荔枝果实采后贮藏期间的外观、褐变指数、病害指数和商品果率

采后贮藏期间，对照果实从第4天起褐变指数和病害指数快速上升，第8和12天均显著高于处理果实。贮藏结束时，对照果实出现严重果皮褐变、腐烂和真菌病害，商品果率降至约25%；而CPPU处理果实保持约72%的商品果率。CPPU处理还略微减缓了TSS的下降。这表明采前CPPU处理减轻了采后果皮褐变和病害发生，提高了荔枝果实贮藏性。

1. 4.
   采前CPPU处理对荔枝果皮含水量、果皮厚度、叶绿素和花青素含量的影响

贮藏期间，两组果皮含水量均逐渐下降，但CPPU处理显著延缓了失水，4至12天维持显著较高的果皮含水量。果皮厚度在两组中均持续下降，但处理果实各时间点均保持较厚的果皮。果皮叶绿素含量逐渐下降，但处理果实整个贮藏期维持显著较高水平。花青素含量在两组中均快速下降，处理果实始终显著低于对照。这表明CPPU处理延缓了果皮失水、维持了果皮厚度和较高叶绿素含量，与延迟果皮褐变和改善贮藏性相关。

1. 5.
   采前CPPU处理对荔枝果实MDA含量、APX活性和电解质渗漏的影响

采收时，处理果实果皮MDA含量显著低于对照。贮藏0至12天，两组MDA含量和电解质渗漏持续增加，但CPPU处理在所有采样时间点显著抑制了MDA积累，并在4、8和12天维持较低的电解质渗漏。APX活性在两组中均逐渐下降，但处理果实在4、8和12天维持显著较高的APX活性。CAT活性在对照中持续下降，而处理果实基本维持，4、8和12天显著高于对照。AsA含量在对照中逐渐下降，处理果实在4、8和12天维持显著较高水平。这表明CPPU处理减少了膜脂过氧化、保持了细胞膜完整性，并维持了酶促和非酶促抗氧化能力。

1. 6.
   荔枝果皮衰老相关基因在采后贮藏期间的表达

8个衰老相关基因（LcLOX1.5-1、LcLOX1.5-2、LcBSP、LcPOD、LcPER4、LcRNase3、LcDPD1、LcAPE2）在对照果实中表达水平随贮藏逐渐升高，第12天达到最高；而CPPU处理果实中这些基因的表达上升受到抑制，第12天显著低于对照。这进一步证明采前CPPU处理延缓了采后贮藏期间的果皮衰老。

1. 7.
   采前CPPU处理对采后贮藏期间荔枝种子萌发能力的影响

贮藏0天，两组种子在培养6天后均达100%萌发率，但处理果实种子萌发更快，2–4天累积萌发率显著高于对照。随果实贮藏从4天推进至12天，对照种子活力逐渐下降，萌发启动延迟、最终萌发率显著降低；而CPPU处理果实种子在各贮藏时间点均表现出更早的萌发启动和更高的累积萌发率。果实贮藏12天后，对照种子最终萌发率降至35%以下，而处理果实种子维持在50%以上。这表明采前CPPU处理有助于维持荔枝果实采后贮藏期间的种子萌发能力（种子活力）。

四、讨论与结论

讨论部分指出，采前CPPU处理改善荔枝果实贮藏性不仅通过延迟果皮成熟实现，还通过维持顽拗性种子活力和增强内源生长促进型激素水平实现。CPPU处理延迟了果皮变红和叶绿素降解、增加了果皮厚度，同时改善了采后贮藏表现——减少果皮褐变和病害发生、提高商品果率、减缓失水。CPPU处理还延缓了果实衰老，表现为较低的MDA积累和电解质渗漏、较高的APX活性以及衰老相关基因表达的抑制。研究提出，除果皮结构改善外，采前CPPU处理导致的成熟度延迟是荔枝果实贮藏性提高的重要贡献因素。种子活力方面，处理果实种子在采后贮藏期间维持了较高的萌发能力，表明顽拗性种子活力可能作为与果实采后贮藏性相关的潜在调控因子。内源激素平衡可能为种子活力与果实贮藏性之间提供机制联系：处理果实种子积累了较高的IAA、IPA和GA3，同时ABA水平降低；果皮中DHZR和IAA浓度升高。研究提出，采前CPPU处理维持了荔枝顽拗性种子活力，可能触发周围果实组织（包括果皮）内源激素谱的组织特异性变化，这些协调的激素和生理变化与荔枝果实贮藏性改善相关。采前CPPU处理（商业成熟前2周）是改善荔枝贮藏性能的一种可行且低成本的策略，但出口市场的监管状态和残留问题需在进一步商业推广中考虑。

研究结论为：采前CPPU处理显著延迟了荔枝果实成熟，表现为果皮色素沉着的延迟和生长促进型激素水平的增强。该处理有效改善了荔枝果实在常温贮藏条件下的采后贮藏性。值得注意的是，CPPU处理果实在整个采后贮藏期间保持了较高的种子活力，这一生理特征与内源激素谱的组织特异性重编程相关。处理果实种子积累了较高的IAA和GA3且ABA较低，而果皮组织表现出升高的DHZR和IAA水平。本研究突出了种子活力作为与采后贮藏性相关的潜在内部因素，并为延长荔枝果实贮藏寿命提供了一种可行的采前调控策略。