使用盐分来保持园艺产品的储存性、品质和安全性

《Postharvest Biology and Technology》：Application of salts to maintain the storability, quality, and safety of horticultural products

葡萄果实品质提升与莽草酸途径调控机制研究。

　　本研究聚焦于两种外源诱导物——壳聚糖寡糖（COS）和苯并噻二唑（BTH）对赤霞珠葡萄果实品质、酚类物质积累及香豆素途径代谢的影响。酚类化合物是葡萄果实品质的重要决定因素，它们不仅影响葡萄酒的感官特性（如风味、颜色和香气），还对健康效益（如抗氧化、抗菌和抗炎）具有重要贡献。在葡萄果实中，酚类物质主要通过香豆素和黄酮类代谢途径合成，而香豆素途径作为连接初级碳水化合物代谢与次级代谢产物合成的关键桥梁，为香豆素途径的代谢产物（如苯丙氨酸和酪氨酸）提供了必需的芳香氨基酸前体。尽管已有研究表明，外源诱导物可以调节植物中的酚类物质合成，但大多数研究集中在下游代谢途径，如香豆素和黄酮类，而对上游香豆素途径的调控机制尚不清楚。因此，本研究旨在探讨COS和BTH在果实发育过程中对香豆素途径及下游酚类物质合成的调控作用。

### 一、研究背景与意义

酚类化合物在葡萄酒品质中扮演着至关重要的角色。它们不仅决定了酒体的颜色和风味，还赋予了葡萄酒丰富的健康价值。例如，酚类物质能够有效抵抗自由基，减少炎症反应，并增强抗氧化能力。在葡萄果实中，酚类化合物的合成主要依赖于香豆素和黄酮类代谢途径，而香豆素途径则是这些代谢过程的重要起点，它为香豆素类化合物的合成提供了关键的前体物质，如苯丙氨酸（Phe）和酪氨酸（Tyr）。已有研究表明，香豆素途径的调控在葡萄酚类代谢中起着重要作用。例如，紫外线照射可以增强香豆素合成关键基因如3-脱氧-D-阿拉伯糖酮酸-7-磷酸合酶（DAHPS）和5-烯醇丙酮酸香豆素-3-磷酸合酶（EPSPS）的表达，从而促进花青素的积累。此外，香豆素脱氢酶（SDH）活性的变化会影响没食子酸的合成，进而影响原花青素的没食子化过程。

随着气候变化，特别是气温升高和光照增强，葡萄种植面临新的挑战。这些环境因素可能导致果实早熟，从而减少酚类物质的积累，影响葡萄酒的颜色和口感。因此，探索通过外源诱导物调控酚类代谢，成为提高葡萄果实质量、实现可持续葡萄酒产业的重要策略。本研究选择COS和BTH两种具有广泛应用潜力的诱导物，旨在揭示它们在香豆素途径中的调控作用，并进一步探讨其对下游酚类物质合成的影响。

### 二、研究方法与实施过程

本研究在甘肃河西走廊的商业葡萄园中进行，该地区以其独特的土壤和气候条件著称。实验设计采用了完全随机设计，选取了30株健康且生长一致的葡萄植株，每组实验重复三次。COS和BTH的喷洒时间选在果实发育初期，即E-L 32阶段。为了确保实验的准确性，所有处理组之间均设有未处理的缓冲区，以防止交叉污染。

在果实发育的不同阶段，采集了100颗果实进行分析。具体采样时间为E-L 32、E-L 33、E-L 36、E-L 37和E-L 38五个关键阶段。在每个阶段，从每串果实的顶部、中部和底部随机选取10颗果实，并在上午10点前完成采样。采样后，果实立即用去离子水清洗，并在低温下快速冷冻，以便后续的分子分析。剩余的果实则被送往实验室，在低温条件下进行理化参数和酚类物质含量的测定。

实验中使用的COS和BTH溶液均含有0.1%的吐温80，以确保其均匀分布。COS的浓度为0.1%（w/v），而BTH的浓度为0.37 mM。这些参数是通过预实验和文献验证进行优化的。实验过程中，所有操作均遵循标准化流程，以确保结果的可靠性和可重复性。

在理化参数测定方面，100颗果实被称重以确定100颗果实的重量。总可溶性固形物和pH值的测定使用手持折光仪和pH计进行。总酸度和还原糖的测定则按照中国国家标准（GB/T 15038–2006）进行。在酚类物质的测定中，采用了Folin-Ciocalteu法、Folin-Denis法、铝氯化物比色法、p-DMACA-HCl法和pH差分法等方法，分别用于测定总酚类、单宁、黄酮类、黄烷醇和花青素含量。

此外，为了分析香豆素代谢途径的关键代谢物和基因表达，本研究还采用了高效液相色谱（HPLC）和实时荧光定量PCR（RT-qPCR）等技术。这些方法能够准确测定香豆素、苯丙氨酸和酪氨酸的含量，并分析相关基因的表达水平。通过这些技术手段，我们能够更全面地了解COS和BTH对香豆素途径的调控作用及其对下游酚类物质合成的影响。

### 三、实验结果与分析

#### 1. COS和BTH对果实理化参数的影响

实验结果显示，COS和BTH处理显著增加了果实的100颗果实重量，并促进了总可溶性固形物和还原糖的积累。例如，在2022年和2023年的实验中，COS处理组在E-L 38阶段的100颗果实重量比对照组增加了2.59%（P < 0.05），而BTH处理组则增加了4.09%（P < 0.05）。此外，COS处理组在E-L 36阶段的总可溶性固形物含量比对照组提高了7.34%（P < 0.05），而在E-L 38阶段，BTH处理组的总可溶性固形物含量比对照组提高了2.59%（P < 0.05）。总酸度则呈现出下降趋势，特别是在E-L 36和E-L 38阶段，COS和BTH处理组的总酸度分别降低了约25.60%和30.60%。这些变化可能与果实发育过程中有机酸的分解和消耗有关，同时也可能受到环境条件的影响。

#### 2. COS和BTH对酚类物质含量的影响

COS和BTH处理显著提高了葡萄果实中的总酚类、单宁、黄酮类、黄烷醇和花青素含量。在2022年的实验中，COS处理组在E-L 38阶段的总酚类含量比对照组增加了6.71%（P < 0.05），而BTH处理组的总酚类含量未见显著变化（P > 0.05）。在2023年的实验中，COS处理组的总酚类含量比对照组提高了6.60%（P < 0.05），而BTH处理组则没有显著差异。这种差异可能与COS和BTH在香豆素途径中的不同调控机制有关。COS通过增强果实皮的渗透性，促进前体物质的吸收，而BTH则通过激活香豆素途径，直接增加酚类物质的合成。

#### 3. 香豆素途径代谢物的变化

在香豆素途径中，COS和BTH处理显著降低了香豆素的含量。例如，在E-L 36阶段，COS处理组的香豆素含量比对照组减少了45.45%（P < 0.05），而BTH处理组则减少了27.27%（P < 0.05）。与此同时，苯丙氨酸和酪氨酸的含量则有所增加，特别是在E-L 37阶段，COS处理组的苯丙氨酸含量比对照组增加了81.93%（P < 0.05），而BTH处理组则减少了30.60%（P < 0.05）。这些变化表明，COS和BTH通过调控香豆素途径中的关键代谢物，间接影响了下游酚类物质的合成。

#### 4. 香豆素途径相关基因的表达变化

通过RT-qPCR分析，本研究发现COS和BTH处理显著上调了香豆素途径中关键基因的表达，如VvDAHPS02、VvDHD/SDH1、VvCS2和VvCM02。在E-L 36和E-L 37阶段，COS处理组的VvDAHPS02和VvDHD/SDH1表达量分别增加了4.67倍和7.18倍（P < 0.05），而BTH处理组的VvDAHPS02和VvDHD/SDH1表达量分别增加了2.80倍和2.65倍（P < 0.05）。这些基因的表达变化表明，COS和BTH能够通过调控香豆素途径中的关键基因，促进芳香氨基酸的合成，从而增强下游酚类物质的积累。

### 四、讨论与意义

本研究的结果表明，COS和BTH处理能够显著提高葡萄果实中的酚类物质含量，并通过调控香豆素途径影响其合成。这为提高葡萄果实品质和实现可持续葡萄酒生产提供了新的理论依据和技术策略。然而，研究中也发现了一些局限性，例如实验仅在赤霞珠葡萄品种上进行，未能覆盖其他葡萄品种；实验条件受甘肃河西走廊特定的气候和土壤环境影响，因此其结论可能难以直接推广到其他地区；此外，实验仅在果实发育初期进行诱导物处理，未能探讨在其他关键发育阶段（如转色期和成熟期）的调控效果。

从应用角度来看，COS和BTH作为环保型诱导物，具有广阔的应用前景。它们不仅能够促进酚类物质的积累，还可能通过调控香豆素途径中的关键基因，增强植物的防御反应，提高果实的抗逆性。未来的研究可以进一步探讨这些诱导物与常规葡萄种植技术（如灌溉和施肥）的协同效应，以优化果实品质和产量。此外，还可以通过多组学整合（如转录组、代谢组和蛋白质组）和数学建模，揭示碳流分配和调控网络的动态变化，从而实现对酚类代谢的系统性理解。

### 五、结论

本研究揭示了COS和BTH在葡萄果实发育过程中对香豆素途径及下游酚类物质合成的调控作用。实验结果表明，这两种诱导物能够显著提高果实的100颗果实重量，并减少总酸度含量。COS在提高可溶性固形物和还原糖方面表现尤为突出，而BTH则通过调控关键基因，促进芳香氨基酸的合成。此外，COS和BTH处理显著增加了果实皮和种子中的总酚类、单宁、黄酮类、黄烷醇和花青素含量。通过香豆素代谢物和相关基因的分析，我们进一步明确了这些诱导物在调控酚类代谢中的作用机制。这些发现不仅为理解香豆素途径在酚类物质合成中的作用提供了新的视角，也为通过外源诱导物调控酚类代谢、提高葡萄果实品质提供了理论支持和技术策略。未来的研究应进一步探讨这些诱导物与葡萄品种、环境条件以及常规种植技术之间的相互作用，以实现更高效的果实质量调控。