《食品科学》：海南大学张正科研究员等：褪黑素对冷藏后芒果果实冷害和后熟的影响及生理机制

芒果（Mangifera indica L.）为漆树科常绿乔木芒果树的果实，是世界五大热带水果之一。冷藏是常用的果蔬采后保鲜方法，但芒果对低温敏感，冷藏期间易发生冷害（CI），且冷藏芒果果实转移到常温环境贮藏时，CI症状（果皮褐变、黑斑及凹陷等）迅速加重。褪黑素（MT）是一种广泛存在于生物体内的天然吲哚胺类化合物。近年来的研究证据表明，MT处理可缓解多种采后果实CI。然而，目前尚不清楚MT处理对芒果果实由冷藏转入常温货架后的CI及后熟的影响。

海南大学食品科学与工程学院的徐萍、黄婷、张正科*等 以‘贵妃’芒果果实为研究对象，通过分析细胞壁代谢、乙烯生物合成及信号转导途径、冷响应转录因子基因表达，明确MT处理对冷藏后芒果果实成熟软化及对温度变化适应性的调节作用，研究结果可为MT提高芒果抗冷性并改善果实品质提供理论依据。

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MT处理对芒果果实CI指数和果皮色度的影响

如图1A所示，冷藏（28 d）结束时，对照组和MT处理组果实的CI症状均较轻，在常温货架期间，对照组果实CI症状不断加重，且不能正常转色，而MT处理组果实CI发展较慢，且果实可由绿转黄。CI测定结果显示，MT处理组果实CI指数在常温货架期间平均低于对照32.9%（图1B）。

h

值大小可反映从物体反射或透过物体传播的颜色，红色为 0° 、黄色为 60° 、绿色为 120° 。如图 1C 所示， MT 处理组果实

h

值下降速度显著快于对照果实，表明 MT 处理可加速芒果色泽由绿转黄，这与表型观察结果（图 1A ）相吻合。

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MT处理对芒果果实硬度和SSC的影响

由图2A可知，室温贮藏4 d后，对照组果实硬度从初始值（86.02±3.37）N迅速下降至（7.12±0.75）N；MT处理加速了芒果果实硬度下降，其中对照果实在贮藏1～3 d的平均硬度比处理组果实高36.3%。由图2B可知，对照和MT处理果实SSC在贮藏过程中从（10.63±0.37）%和（11.06±0.14）%分别升高至（15.46±0.41）%和（16.39±0.37）%；MT处理果实的SSC在第1、2、3天均显著高于对照果实。

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MT处理对芒果果实呼吸速率和乙烯释放量的影响

由图3 A可知，芒果果实转入常温后，呼吸速率在前期持续上升，对照果实在贮藏第2天时达到峰值（49.95±2.20）nmol/（kg·s），随后逐渐下降。MT处理提高了芒果果实的呼吸速率，在贮藏第2天时达到（69.57±1.89）nmol/（kg·s），较对照果实高39.2%。结果表明，MT处理果实转入常温后呼吸速率提高，加快了果实正常后熟软化。由图3B可知，在整个贮藏期间，对照果实的乙烯释放量在贮藏的前2 d持续上升，峰值为（12.02±0.58）nmol/（kg·s），随后下降。MT处理增加了乙烯的释放量，使其峰值较对照果实高39.2%。

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MT处理对芒果果实WSP和CSP的影响

由图4可知，对照果实在常温贮藏0 d时WSP和CSP含量分别为（8.61±1.83）g/kg和（9.62±1.31）g/kg，第4天时，二者值分别达到（72.88±4.91）g /k g和（41.30±3.29）g/kg。与对照相比，MT处理明显提高了WSP和CSP含量，在贮藏第1～4天，MT处理果实的WSP含量平均值较对照高87.1%；贮藏2～4 d，MT处理果实的CSP含量平均值较对照高55.5%。

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MT处理对芒果果实细胞壁代谢相关酶活性的影响

由图5A 可知，对照组果实 P G 活力初始值为（5.34±0.19）μmol/（kg·s），常温放置2 d后，PG活力增加到（13.09±0.80）μmol/（kg·s），随后逐渐下降。MT处理显著提高了贮藏期间果实PG活性，其处理果实的PG活性在贮藏1～3 d显著高于对照组。如图5B所示，对照和处理组果实PME活性在整个贮藏过程中呈下降趋势，对照组果实在第4天较第0天下降了66.4%。MT处理加速了PME活性下降，其处理果实的PME活性在贮藏第1天和第2天显著低于对照果实。如图5C所示，对照果实β-Gal活性在贮藏过程中呈线性升高趋势。MT处理促进了果实β-Gal活性升高，其在2、3 d和4 d时显著高于对照。如图5D所示，对照组与MT处理组果实EGase活性总体呈上升趋势，且MT处理果实的活性高于对照组，其在贮藏第2天和第4天分别高于对照42.7%和20.8%。

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MT处理对芒果果实乙烯合成相关酶活性及其基因表达的影响

冷藏芒果果实转入常温后，ACS和ACO活性呈峰型变化趋势，第2天达到峰值且MT处理组ACS和ACO活性变化较对照组更为明显，其峰值分别较对照果实高30.1%和20.8%（图6A、B）。

MiACO

MiACS

相对表达量与 ACO 和 ACS 变化趋势相似， MT 处理提高了果实

MiACO

MiACS

相对表达量，在贮藏 1 ～ 3 d 中达到显著水平（图 6C 、 D ）。

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MT处理对芒果果实乙烯信号转导途径相关基因表达的影响

如图7A所示，对照果实

MiETR1

表达量在常温货架 期第 1 天时略有下降，随后升高并保持稳定。 MT 处理促进了

MiETR1

表达水平提高，在第 2 天时出现高峰，较对照高 40 % ，随后下降。如图 7B 所示，对照果实

MiERS1

表达量在常温贮藏期间的变化相对平稳。 MT 处理组果实

MiERS1

表达量在贮藏第 2 、 3 、 4 天分别较对照提高 50 % 、 30 % 和 50 % 。如图 7C 所示，对照果实

MiCTR1

表达量在贮藏前 3 d 中逐渐上升，随后下降。 MT 处理显著抑制了

MiCTR1

的表达，其表达量在贮藏 1 ～ 4 d 的平均值较对照组低 35.1 % 。如图 7D 所示，对照果实

MiERF1

表达量逐渐升高，第 2 天达到最大，较第 0 天增加了 1.1 倍，随后逐渐下降。 MT 处理组果实

MiERF1

表达水平在贮藏 1 ～ 3 d 显著高于对照。如图 7E 所示，对照果实

MiEIN2

表达量在贮藏中变化较小。 MT 处理诱导了

MiEIN2

表达量升高，在贮藏第 1 、 2 、 3 天时的表达量显著高于对照果实 79.4 % 、 52.9 % 和 42.1 % 。

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MT处理对芒果果实冷响应转录因子表达水平的影响

如图8A所示，对照果实转常温后

MiICE1

表达量迅速升高，第2天出现高峰，峰值较第0天增长8.3 倍，随后迅速下降。MT处理果实的

MiICE1

表达量在贮藏第1、2、3天显著高于对照组，分别是对照组的1.5、1.5 倍和1.6 倍。

如图8B所示，对照果实的

MiCBF1

相对表达量呈现先上升后下降的趋势。MT处理显著促进了

MiCBF1

相对表达量升高，在货架期0～3 d显著高于对照果实，其中在第1、2天分别较对照高71.6%和97.4%。

CI是导致冷藏期间或冷藏后芒果果实品质劣变的主要因素。本研究中，在4 ℃条件下冷藏28 d后，对照芒果果实出现轻微褐变、黑斑等CI症状，随后转移至室温贮藏4 d期间，CI症状不断加重。MT处理降低了果实CI指数，并加速了

h

值下降，表明MT处理可以抑制芒果果实CI发生，同时加速了芒果果实色泽由绿转黄。

硬度和SSC是反映采后果实成熟状态及贮藏品质的重要指标。此外，可溶性固形物也是植物细胞渗透压的重要调节物质，较高水平的SSC可维持细胞内的溶解度并降低冰点，故能改善植物抗冷能力。在本研究中，MT处理加速了冷藏后货架期间芒果果实硬度下降并提高了SSC，表明MT可通过促进软化和可溶性固形物积累来缓解芒果果实CI。本结果与低温预贮处理和间歇变温处理加速芒果果实成熟并减轻果实CI的结果相一致。

呼吸在果实采后新陈代谢中起主导作用，对调控果实采后生理及品质变化具有重要意义。本研究中，MT处理显著提高了受冷果实转入常温后的呼吸速率，因此能够促进果实成熟相关生理代谢及抗冷相关物质积累，从而减轻CI症状。值得注意的是，先前研究结果显示MT处理（0.5 mmol/L）1 h可抑制‘贵妃’芒果果实在25 ℃常温贮藏期间的呼吸作用并推迟果实成熟。不同的结果表明芒果果实在不同的环境中对MT的生理响应机制存在差异。

纤维素、半纤维素和果胶等多糖物质是细胞壁的主要组成成分，其在果实成熟过程中逐步降解，使细胞壁结构松弛，导致果实软化。在本研究中，受冷芒果果实在转入25 ℃贮藏期间WSP和CSP含量呈升高趋势，表明芒果果胶不断解聚，使细胞壁溶解；MT处理促进了WSP和CSP含量升高，因此处理果实的软化较快。果实软化与PG、PME、β-Gal和EGase等细胞壁水解酶的催化作用密切相关。在这些酶的作用下，果胶分子结构发生改变，主要表现为果胶侧链发生解离，果胶多聚物逐渐降解，从而导致果胶-纤维素-半纤维素网络结构不断被破坏。其中，PG是参与果胶降解和增溶的关键酶，可催化果胶分子中多聚半乳糖醛酸的α-1,4-糖苷键裂解，使细胞壁组分发生不同程度的降解，从而导致果实软化[34]。PME的主要作用位点是聚半乳糖醛酸残基中的C-6酯化基团，使果胶去甲基酯化，进而使PG水解去甲基化的聚半乳糖醛酸残基，增加WSP含量，导致细胞壁结构解体，使果实软化。β-Gal作为一种糖苷酶，可裂解鼠李糖半乳糖酸I型果胶侧链上的β-

D

-半乳糖残基，与PG、PME协同作用促进细胞壁果胶基质解聚，导致果实软化。EGase是纤维素水解过程中的关键酶，能将细胞壁的骨架物质羧甲基纤维素水解成低聚糖或单糖。低温胁迫会使细胞壁代谢酶活性异常，造成细胞壁纤维素和果胶物质降解受阻，出现后熟障碍，导致果实发生CI。在本研究中，相较于对照，MT处理能够促进PG、β-Gal和EGase活性提高，且加速PME活性下降，表明MT在一定程度上维持了芒果果实细胞壁正常代谢，从而促进了果实软化并减轻了CI症状。

乙烯作为重要的植物激素，在调节果实成熟衰老和逆境胁迫响应中发挥关键作用。在本研究中，与对照果实相比，MT处理促进了ACS和ACO活性及其编码基因（

MiACS

MiACO

）的表达水平上调，因此增加了乙烯释放量并有效恢复了果实成熟能力，导致果实CI减轻。

在植物中，乙烯通过乙烯信号转导途径调控下游基因转录，进而使植物细胞的生理代谢发生改变。ETR1、ERS1、CTR1、ERF1和EIN2是乙烯信号途径的重要组件。其中，CTR1是一种激酶蛋白，对乙烯反应起负调节作用，乙烯受体ETR1和ERS1主要在CTR1的上游发挥作用，而EIN2作为CTR1的下游元件，被激活后进入细胞核，调控下游的转录因子ERF1的表达，从而激活乙烯信号转导途径并最终实现乙烯生理效应。在本研究中，MT处理通过上调

MiETR1

MiERS1

MiERF1

MiEIN2

的表达并下调

MiCTR1

的表达而引发乙烯信号向下游传递，因此能够激活下游成熟相关基因的表达，最终促进了成熟并延缓果实CI发生。类似的结论也在MT处理的番茄果实中得到印证。

CBF信号途径在调控植物耐冷性中发挥着重要作用。在本研究中，对照果实

MiCBF1

MiICE1

基因相对表达量在贮藏前期有所增加，表明果实积极响应低温胁迫后的环境变化。与对照果实相比，外源MT处理促进了

MiCBF1

MiICE1

表达水平提高，表明二者基因参与了MT诱导的芒果果实抗CI作用，同时推测其可能够受上游乙烯信号途径调控，相关推论需今后进一步研究证实。

综上所述，外源MT处理能够有效减轻芒果果实由低温转入常温后的CI，并通过促进呼吸作用、乙烯合成及信号转导、细胞壁代谢而加速果实成熟和软化。此外，MT处理上调了芒果果实冷响应基因的表达，故可提高果实对贮藏温度变化的适应性。研究结果为MT用于芒果冷藏保鲜提供了理论依据。

作者简介

通信作者：

张正科，海南大学食品科学与工程学院研究员，博士生导师。海南省荔枝产业技术体系采后处理与加工岗位专家，《热带作物学报》青年编委。主要从事热带果蔬采后生物学与贮运保鲜技术研究。先后承担国家自然科学基金、海南省重点研发项目、海南省自然科学基金等近20 项科研项目，发表学术论文130余篇，其中以第一或通信作者发表SCI/EI论文58 篇，入选ESI高被引论文6 篇，入选2021、2022全球前2%科学家榜单，主编/参编著作和教材3 部；参与获得甘肃省科技进步一等奖1 项。

第一作者：

徐萍，2023年6月毕业于海南大学食品科学与工程学院，获得硕士学位，研究生期间主要研究方向为果蔬采后生理与贮运保鲜技术，目前以第一作者在 Postharvest Biology and Technology和《食品科学》上发表学术论文2 篇，授权发明专利1 项。攻读硕士学位期间，连续3 年获得校级学业一等奖学金，获得海南大学“优秀研究生”称号，毕业论文获评为校级优秀硕士学位论文。目前就职于广州基迪奥生物科技有限公司，从事组学技术支持工作。

本文《褪黑素对冷藏后芒果果实冷害和后熟的影响及生理机制》来源于《食品科学》2024年45卷第8期218-227页，作者：徐萍，黄婷，刘士琦，胡美姣，高兆银，刘家粮，张正科*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230712-154。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：南伊；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网