葡萄贮藏过程中落粒调控研究进展

宋雅慧 吴志蒙 余 俊 朱明涛

（1.湖南人文科技学院农业与生物技术学院 娄底417000；2.湖南农业大学园艺学院 长沙410128）

近年来，我国葡萄种植面积和产量均居于世界前列，其中鲜食葡萄的面积和产量更是稳居世界第一。但鲜食葡萄在贮藏运输过程中会出现腐烂、萎蔫和落粒等现象，特别是果实落粒问题，严重影响葡萄果实的商品品质，限制了葡萄产业的发展。因此研究葡萄果实落粒机理，探索防止葡萄落粒方法，对于延长葡萄果实货架期具有重要的意义。

1 葡萄果实落粒概述

落粒是指葡萄果实与果柄分离，在贮藏运输中普遍发生。一般分为湿落和干落，湿落是因为果刷纤细，容易从果实中拉出, 落粒后果柄端能看到明显的果刷； 干落是因为果柄与果粒间离区细胞分化、分离，在受到震动和机械损伤的情况下引起落粒[1]。在实际生产中，葡萄落粒方式以干落为主，干落又分为3 个步骤：①离区形成；②离区内的离层细胞感受脱落信号；③离层细胞分离，开始脱落[2]。

2 离区发育的分子机制

植物脱落的离区一般由5～50 层细胞构成，这些细胞体积不大，胞质紧密，紧密排列成方形。这些离区细胞发育成熟后能够感受脱落信号，进一步发育，完成脱落。近代分子生物学研究表明，离区的形成受多基因遗传调控，并在番茄上首先发现了与果柄离区形成相关的一些关键基因。MAO 等研究发现番茄的一个基因JOINTLESS，与花柄离区关系密切，当该基因发生突变时不能发育形成离区。近一步研究发现，JOINTLESS基因受上游转录因子LeSPL3的调控，当该转录因子发生突变功能丧失后，JOINTLESS的表达受到抑制，花柄离区的形成也受到影响[3]。他们还发现这两个基因的表达还与番茄花序的结构、果实外观、种子发育等相关[4]。JOINTLESS-2与JOINTLESS的功能类似，番茄突变体基因jointless-2也能够推迟离层的形成与发育，进而抑制番茄花器官的脱落[5]。在拟南芥中也发现了与脱落离区形成有关的两个转录因子BOP1与BOP2，这两个基因是一对功能冗余的基因，共同调节离区细胞的发育，在两个基因的双突变体中，花器官离区不能形成，叶柄发育也受到一定程度的影响。这主要可能是BOP基因能够调节结构基因KNOX和KNAT，而这两个基因是拟南芥分生组织特异性关键基因[6]。最新研究发现，AtHAESA、AtZFP2、AtDOF4.7、AGL15/AGL18等基因与离区细胞的发育分离有关[7]。

3 离区酶活性变化与葡萄果实落粒关系的研究

研究发现，植物器官脱落之前，离区部位细胞壁水解酶大量合成，活性显著增加，中胶层逐渐降解，离层初生壁松动，器官开始脱落。其中果胶酶、过氧化物酶、纤维素酶等是植物器官脱落的主要功能酶类，他们的活性变化与器官脱落的关系在很多植物上都得到了证明。果胶酶是一种多酶复合物，主要包括3 种，果胶酸酶、多聚半乳糖醛酸酶（PG）和果胶酸酶和果胶甲酯酶（PME）[8-9]。在番茄rin 和NR 两个突变体中，Tucker 等人首先发现PG 的活性与番茄花器官的脱落具有重要关系，在番茄成熟期，果柄PME的活性的增加能够加速果实的脱落[10-11]。在化橘红果实的研究中也发现了类似的现象，离区PG 和PME活性的增加能够显著促进果实的脱落[12]。在葡萄采后果实落粒的研究中，陈发河等发现伴随浆果落粒的增加，无核白葡萄离区PG 和PME 活性逐渐增加，并且他们的活性与葡萄落粒关系呈显著正相关。他们还发现，当抑制离区的PG 和PME 活性降低时，能够显著减少无核白葡萄果实的落粒[13]。

纤维素酶（Cx）也与植物器官脱落具有重要的关系。陈红莲发现葡萄果柄和浆果连接处的离层细胞是逐步形成的，果实脱落与离层细胞的形成显著相关。另外她还发现随着葡萄果实贮藏期的延长，Cx 活性显著提高，浆果落粒率增加，而抑制Cx 活性与对照相比，则能够延缓果实的落粒[14]。β-葡萄糖苷酶（β-glu）是纤维素酶的一种，研究发现番茄果柄离区中的TomCel2基因在果实脱落过程中表达量显著增加，而其编码的β-glu 活性也显著升高，如果抑制TomCel2基因的表达，则能够减缓花器官的脱落速率[15-16]。在菜豆中也发现提高β-葡萄糖苷酶含量能够促进器官的脱落[17]。娄爽发现PG、PME 和β-glu 酶活性与蓝果忍冬落果相关，是影响蓝果忍冬落果的主要因素之一[18]。在甘蔗上发现过氧化物酶活性受乙烯的调控，它能够通过降低离区生长素的含量而加速植物器官的脱落[19,20]。

4 激素对葡萄落粒的调控

激素对植物器官脱落具有重要的调控作用，目前已经研究发现的激素主要有乙烯、脱落酸、生长素、赤霉素、茉莉酸甲酯等。不同激素在植物器官脱落中的作用不同，有的起促进作用，有的起抑制作用，其中具有促进作用的主要是乙烯、脱落酸。乙烯能够加速植物器官衰老和脱落，在许多植物上都得到了证实，油梨幼果脱落时，其乙烯含量显著高于正常果[21]。Yuan 也发现乙烯释放量与苹果幼果脱落密切相关[22]。外施乙烯也能够起到相同的作用，斛兰在开花后用乙烯处理，花瓣脱落显著增加[23]，而抑制乙烯的合成，则可以显著延缓器官的脱落，Yildiz 等在苹果采前4 周分别用150 mg/L、300 mg/L 和600 mg/L的AVG （aminoethoxyvinylglycine，一种乙烯抑制剂）溶液处理，均可以显著降低果实乙烯含量并减少落果率[24]。乙烯促进植物器官脱落的机制可能是它作为一种信号物质促进离层的形成，诱导离层果胶酶、过氧化物酶、纤维素酶等水解酶活性，加速细胞壁降解。马亚茹在探究乙烯与葡萄果粒脱落的关系时发现，部分高乙烯释放品种葡萄的果梗耐拉力与乙烯释放速率呈显著负相关[25]。利用乙烯抑制剂处理葡萄后，贮藏期间果实耐拉力显著高于对照[26]。但葡萄是非跃变型果实，果实乙烯产生量很少，在成熟期间会产生较多的脱落酸，脱落酸在葡萄落粒中的作用也引起了学者的重视，他们发现“无核白”葡萄在低温贮藏过程中，随着贮藏期的延长，ABA 含量上升，果柄和离区的变化趋势较果粒明显[14]。生长素和赤霉素都具有抑制植物器官脱落的作用，这在棉花、苹果、柑橘、芒果等植物中得到了证实[27]。在葡萄上，采收前分别用IAA 和GA 可以有效控制葡萄果实的落粒率[13,28]。茉莉酸甲酯在预防葡萄落粒的研究中也有报道，汪开拓和郑永华在巨峰葡萄果贮藏前用10 μmol/L 茉莉酸甲酯熏蒸处理6 h，发现该方法可以降低自由基的生产，减缓离区膜脂过氧化进程，维持离区细胞的完整性，有效的降低了冷藏期间葡萄果实的腐烂率、落粒率和褐变指数[29]。但激素在葡萄落粒中的作用是复杂的，可能并不是单一的激素起作用，它们作为信号物质的传导，它们之间的互相拮抗作用等，需要进一步深入的研究。

5 其他物质对植物器官脱落的调控

除激素外，其他物质对植物器官脱落的调控也有报道。李佳宁发现H2S 处理可以显著抑制番茄花柄和叶柄中细胞壁降解酶活性，而施用H2S 合成抑制剂能够加速番茄叶柄和花柄脱落过程。而脱落被抑制的原因很可能是H2S 减少了离区生长素的含量，并降低离区细胞对乙烯的敏感性。另外他还发现H2S 处理对玫瑰叶柄和花瓣的脱落也具有较强的抑制作用[2]。相比于H2S，钙对植物器官脱落的调控机理更为复杂，在自然条件下，外源钙处理能够降低离区PG 和PME 等细胞壁降解酶活性，保持离区1AA 含量，降低离区乙烯释放，延缓番茄花柄脱落。而在先施乙烯条件下再施用钙，会促进离区ABA 和乙烯的释放，并降低离区GA 含量，加速花柄脱落[31]。这两种

物质在葡萄防落粒中的应用还需要进一步的研究。

6 展望

随着生物技术的发展，人们对于植物器官脱落的研究更加深入，但这些研究主要集中于花瓣和叶柄的脱落，对于果实脱落的机理研究较少，特别是在葡萄贮藏过程中，果实的落粒机理及其防治技术的研究更是鲜有报道。目前的研究主要集中在激素对葡萄落粒的调控，但葡萄果柄为呼吸跃变型，在贮藏过程中产生大量乙烯，葡萄果实是非呼吸跃变型，其落粒机理可能与多种激素互作有关，但起主要作用的是乙烯还是ABA 需要我们进行深入的研究。另外，葡萄果实在贮藏过程中会产生大量的活性氧，而活性氧对细胞壁细胞代谢酶具有较强的调节作用，其是否与落粒有关需要我们进一步的证明。钙和H2S在防治落花和落果中具有一定的作用，但在葡萄贮藏中是否能起到相同的作用也需要我们进行大量的试验。葡萄果实在贮藏过程中的落粒问题一直存在，如何借助当前的分子生物学手段，找出关键基因、弄清楚其机理，开发防落粒技术具有重要的意义。