脉冲光处理调控番茄采后抗性及风味品质的转录组学机制研究

为解决新鲜番茄采后易腐烂、风味品质下降等问题，北京工商大学食品与健康学院研究人员通过4 J·cm-2脉冲光（PL）处理，结合GC-IMS、转录组和代谢组分析，揭示了PL通过调控昼夜节律基因、苯丙烷代谢及植物激素信号通路，维持番茄色泽、硬度和可溶性固形物（TSS），同时抑制不良风味物质生成的分子机制，为果蔬采后保鲜技术提供新策略。

　　

研究背景

番茄作为全球消费量最高的果蔬之一，其厚实多汁、酸甜平衡的风味特性深受消费者青睐。然而，由于果皮薄、汁液含量高的生理特点，采后番茄极易出现软化、腐烂和风味劣变，导致货架期显著缩短。过去几十年间，育种者过度追求产量而忽视品质，使得传统风味番茄品种逐渐消失。尽管近年来市场对高品质鲜食番茄需求激增，但采后保鲜技术滞后仍是产业痛点。传统冷链运输虽能延缓腐败，却无法有效维持风味物质稳定性。如何通过非热力处理手段同步提升番茄采后抗性和风味品质，成为食品科学领域亟待解决的难题。

北京工商大学食品与健康学院的研究团队将目光投向脉冲光（Pulsed Light, PL）技术——一种利用氙灯发射广谱短脉冲（200-1100 nm）的创新处理方法。前期研究表明，PL在草莓、甜瓜等果蔬中展现出抗微生物和诱导抗性的双重功效，但其对番茄风味品质的调控机制尚属空白。为此，研究人员以"童年风味"鲜食番茄为材料，系统解析了PL处理对采后番茄外观、风味及分子网络的调控作用，相关成果发表在《Hormones and Behavior》。

关键技术方法

研究采用4 J·cm^-2 PL处理红熟期番茄，通过电子鼻（E-nose）和气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）分析挥发性有机物（VOCs），结合转录组测序（RNA-seq）和超高效液相色谱-质谱（UPLC-MS）代谢组学技术，测定贮藏期间果实硬度、色度、失重率和TSS等品质指标。实验设置对照组（CK）和处理组（PL），在20℃下贮藏8天，于第0、8天取样进行多组学联合分析。

研究结果

3.1 PL对番茄果实理化品质的影响

PL处理显著抑制了贮藏后期（8天）的失重率（降幅达42.82%），维持了较高的亮度（L值）和红度（a值）。处理组果实硬度在贮藏第2天比对照组高15.74%，TSS含量在后期（8天）提升9.3%，表明PL能延缓果实软化和糖分降解。

3.2 PL对风味物质的影响

电子鼻分析显示氮氧化物、广谱甲烷和含硫有机物是区分PL与对照的关键VOCs。GC-IMS鉴定出54种VOCs，PL抑制了1-戊烯-3-醇、1-戊烯-3-酮等不良风味物质的积累，同时促进2-苯乙醇（花香）和6-甲基-5-庚烯-2-酮（柠檬香）等有益香气成分的保留。

3.3 代谢组学分析

PL处理显著影响苯丙烷代谢通路，维持阿魏酸、芥子醇等酚类物质含量，同时促进咖啡醛积累。类黄酮生物合成通路中，柚皮素查尔酮等物质在PL组含量较低，而圣草酚-7-Ο-葡萄糖苷显著富集。

3.4 转录组学机制

3.4.1 昼夜节律调控

PL上调PIF3（光敏色素互作因子3）、CHE（CCA1远足蛋白）等核心生物钟基因，同时下调COP1（E3泛素连接酶）和SPA1（光形态建成抑制因子），可能通过维持昼夜节律延缓衰老。

3.4.2 苯丙烷代谢强化

PL显著诱导PAL（苯丙氨酸解氨酶）、CYP73A（肉桂酸-4-羟化酶）和CCoAOMT（咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶）等基因表达，促进木质素合成，增强细胞壁强度。

3.4.3 植物-病原互作激活

处理组中CDPK（钙依赖蛋白激酶）、WRKY33转录因子及RPM1（疾病抗性蛋白）等基因表达上调，触发钙信号传导和MAPK级联反应，形成系统性抗性。

3.4.4 激素信号重编程

PL维持ET合成基因（ACS4、ACO4）表达，抑制ET信号转导基因（ETR6、CTR1）；同时激活生长素（IAA3/13、GH3.2）和油菜素内酯（BAK1、BRI1）信号通路，协调抗逆反应。

3.4.5 糖酸代谢调控

SWEET1-like（糖转运蛋白）和SUS5-like（蔗糖合成酶）在PL组表达较高，而谷氨酸脱羧酶（GAD4）表达受抑，解释了TSS含量升高的分子基础。

研究结论与意义

该研究首次阐明PL处理通过"三线防御"机制维持番茄采后品质：1）通过PIF3-CHE模块稳定生物钟节律；2）激活苯丙烷代谢增强细胞壁木质化；3）重编程激素网络诱导广谱抗性。特别值得注意的是，PL选择性调控ADH1/1B（醇脱氢酶）和AADC1A/1B（芳香氨基酸脱羧酶）的表达，在分子层面实现风味物质"扬优抑劣"的精准调控。

技术层面，研究创新性地将GC-IMS风味指纹图谱与多组学数据关联，发现2-苯乙醇含量与PAR（苯乙醛还原酶）基因表达呈正相关，为风味定向调控提供靶点。实践意义上，4 J·cm^-2 PL处理方案可直接应用于现有采后处理流水线，其非热特性尤其适合热敏性果蔬保鲜。该研究不仅为番茄品质保持提供新方法，更为其他果蔬采后光调控技术开发奠定理论基础。