二氧化硫(SO2)熏蒸维持木纳格葡萄采后品质的作用机制

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新疆是我国最大的鲜食葡萄产区,每年因品质劣变造成的产后损失高达20%以上。二氧化硫(SO2)作为主要的商业化葡萄保鲜剂,显著维持了葡萄的采后品质。长期以来,SO2直接作用于病原菌,抑制病原菌生长被认为是维持葡萄采后品质的主要原因。这无法科学准确评价SO2在延缓葡萄采后品质劣变中的重要作用。SO2对果实采后品质的调控机制仍缺乏系统性的研究和更深层次的挖掘。本研究以新疆特色葡萄品种‘木纳格’为试材,分析SO2参与硫代谢的形式以及葡萄采后硫代谢的变化规律,探究SO2对硫代谢相关下游途径的调控方式,比较基因转录的差异,初步揭示SO2维持葡萄采后品质的作用机制,为葡萄采后SO2保鲜技术的优化提供新的重要理论依据。主要研究结果:(1)SO2熏蒸维持了葡萄的采后品质。通过对硫酸盐和亚硫酸盐含量的测定,发现SO2熏蒸减少了硫酸盐的含量,提高了亚硫酸盐的含量。经SO2熏蒸后,果实中ATP磺酰化酶(ATPS)活性降低,亚硫酸盐还原酶(Si R)、丝氨酸乙酰转移酶(SAT)和O-乙酰丝氨酸裂解酶(OASTL)活性增强。Vv SULTR、Vv ATPS1、Vv ATPS2和Vv APR3表达下调以及Vv Si R、Vv SAT1、Vv SAT2和Vv OASTL表达上调进一步明确了SO2转变为亚硫酸盐。SO2熏蒸还提高了亚硫酸盐还原途径中关键代谢产物硫化氢(H2S)和半胱氨酸(Cys)的含量。γ-谷氨酰半胱氨酸合酶(γ-ECS)活性的增强暗示了硫代谢与还原型谷胱甘肽(GSH)代谢存在关联。(2)SO2熏蒸减少了过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量的积累,抑制果实采后腐烂。在SO2熏蒸的葡萄中观察到抗坏血酸过氧化氢酶(APX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性的提高以及Vv APX、Vv MDHAR、Vv DHAR、Vv GSHS和Vv GR表达的上调。SO2熏蒸提高抗坏血酸(As A)和GSH含量,降低了脱氢抗坏血酸(DHA)和氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量,延缓As A/DHA和GSH/GSSG下降,维持了果实中的氧化还原平衡。SO2熏蒸还抑制Vv HPCA1-4的转录水平。(3)SO2熏蒸抑制了葡萄果实膜电解质渗透率(MEI)的上升,维持了细胞膜的完整性。SO2熏蒸分别增强和降低了精氨酸脱羧酶(ADC)和鸟氨酸脱羧酶(ODC)的活性以及对应编码基因的表达,从而促进了Put的合成。此外,SO2熏蒸通过激活蛋氨酸代谢途径,提前诱导Vv SPDS和上调Vv SPMS表达,提高了亚精胺(Spd)和精胺(Spm)含量。二胺氧化酶(DAO)、多胺氧化酶(PAO)活性的降低和Vv PAO表达的下调说明SO2熏蒸抑制了PAs降解。(4)γ-氨基丁酸(GABA)含量、谷氨酸脱羧酶(GAD)、GABA转氨酶(GABA-T)的活性以及Vv GAD1、Vv GAD4和Vv GABA-T1的表达均被SO2提高。SO2熏蒸组中Vv SSADH表达的上调,促进果实中GABA转变为琥珀酸。SO2熏蒸还增强了磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、NAD-苹果酸脱氢酶(NAD-MDH)和柠檬酸合酶(CS)活性及其相应基因表达,降低NADP-苹果酸酶(NADP-ME)、顺乌头酸酶(ACO)和NADP-异柠檬酸脱氢酶(NADP-IDH)活性及其相应基因表达,从而提高了苹果酸和柠檬酸含量。(5)SO2熏蒸提高果实中三磷酸腺苷(ATP)、二磷酸腺苷(ADP)含量和能荷(EC)水平,减少单磷酸腺苷(AMP)含量。SO2熏蒸激活果实中H+-ATPase、Ca2+-ATPase、琥珀酸脱氢酶(SDH)和细胞色素C氧化酶(CCO)、葡萄糖激酶(GK)、果糖激酶(FRK)、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)和6-磷酸葡萄糖脱氢酶(6-PGDH)的活性,并上调其编码基因的表达。SO2熏蒸维持较高的能量状态,延缓葡萄采后品质劣变。(6)植物激素信号转导和氧化磷酸化通路是差异基因显著富集的代谢通路。除生长素(IAA)信号转导通路,其他激素的信号转导通路均被SO2熏蒸抑制。SO2熏蒸还上调了氧化磷酸化途径复合体Ⅰ(NADH脱氢酶)、复合体Ⅳ(细胞色素C氧化酶)和复合体Ⅴ(F1F0-ATP合酶)中差异基因的表达。22个WRKY和16个MYB转录因子也在SO2熏蒸的葡萄果实中下调。
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