褪黑素对薄皮甜瓜采后软化和乙烯合成的影响

褪黑素对薄皮甜瓜采后软化和乙烯合成的影响

褪黑素在采后果实保鲜中发挥重要作用，本文以薄皮甜瓜为研究对象，探究了褪黑素对果实软化和乙烯合成的影响。研究发现，200 μmol/L的褪黑素处理可以有效延缓果实软化、重量损失，降低内源乙烯生成量，延长果实的货架期。

实验设计与方法

以0、100、200、300、400 μmol/L褪黑素溶液浸泡薄皮甜瓜‘花姑娘’果实，测定果实的硬度、失重率、腐烂率以及内源乙烯生成量，筛选出最适采后保鲜的浓度。比较褪黑素与对照果实的ACC含量、ACS以及ACO酶活性，并通过转录组测序技术，筛选出与果实软化和乙烯合成相关的差异表达基因，并通过实时荧光定量技术进行验证。

实验结果

在贮藏期间，200 μmol/L的褪黑素处理可明显地降低薄皮甜瓜‘花姑娘’果实的失重率和腐烂率，更好地维持果实的硬度和外观。褪黑素处理可降低果实内源乙烯和ACC含量，但并未延迟高峰期的出现。转录组测序表明，褪黑素和对照在果实软化和乙烯合成途径中存在差异表达基因，褪黑素显著抑制CmPG1、CmPLB1、CmACO1、CmACO2、CmACS1、CmEXP等结构基因的表达，并且部分ERF和LBD转录因子的表达也受到了抑制。

结论

应用200 μmol/L的褪黑素处理‘花姑娘’可以有效延缓果实软化、重量损失，降低内源乙烯生成量，通过抑制果实软化及乙烯合成相关基因的表达，延长果实的货架期。

图1 不同浓度褪黑素对薄皮甜瓜果实腐烂率的影响 小写字母代表P<0.05水平下差异显著，下同

图2 不同褪黑素处理薄皮甜瓜果实外观的影响

图3 不同浓度褪黑素处理后对薄皮甜瓜采后果实硬度和失重率的影响

图4 褪黑素处理对果实内源乙烯生成量（A）、ACC含量（B）、ACS酶活性（C）、ACO酶活性（D）的影响

图5 样品间差异表达基因维恩图和基因表达火山图 A：维恩图为总DEGs；B、C、D、E分别表示CK 3 d与 MT 3 d、CK 6 d与MT 6 d、CK 3 d与 CK 6 d、MT 3 d 与 MT 6 d 的差异表达火山图。CK代表对照组，MT代表褪黑素处理组

图6 褪黑素处理和对照组样品差异基因KEGG通路富集分析 A：对照3 d和褪黑素处理3 d（CK3 d vs MT 3 d）；B：对照6 d和褪黑素处理6 d（CK 6 d vs MT 6 d）

图7 外源褪黑素处理对采后薄皮甜瓜果实软化及乙烯合成的关键结构基因和转录因子的共表达分析 每个圆圈的面积指的是与所示的每个基因共表达的DEGs的数量

图8 外源褪黑素处理对采后薄皮甜瓜果实软化及乙烯合成基因表达的影响 A：果实软化相关差异基因表达热图；B：果实乙烯合成相关差异基因表达热图；C：差异基因间相关性系数图谱

参考文献

[1] 孙浩轩.壳聚糖和乙醇复合处理对薄皮甜瓜采后贮藏品质的影响[D]. 长春: 吉林农业大学,2021.

[2] Kaleem MM, Nawaz MA, Alam SM, et al. Rootstock-scion interaction mediated impact on fruit quality attributes of thick-skinned melon during storage under different temperature regimes[J].Sci Hortic,2023,312: 111823.doi:10.1016/j.scienta.2022.111823

[3] Li Y, Qi HY, Liu YF, et al. Effects of ethephon and 1-methylcyclopropene on fruit ripening and the biosynthesis of volatiles in oriental sweet melon(Cucumis melovar.makuwaMakino)[J].J Hortic Sci Biotechnol,2011,86(5): 517-526.doi:10.1080/14620316.2011.11512798

[4] Liu WW, Qi HY, Xu BH, et al. Ethanol treatment inhibits internal ethylene concentrations and enhances ethyl ester production during storage of oriental sweet melons(Cucumis melovar.makuwaMakino)[J].Postharvest Biol Technol,2012,67: 75-83.doi:10.1016/j.postharvbio.2011.12.015

[5] Giordano A, Santo Domingo M, Quadrana L, et al. CRISPR/Cas9 gene editing uncovers the roles of constitutive triple response 1 and repressor of silencing 1 in melon fruit ripening and epigenetic regulation[J].J Exp Bot,2022,73(12): 4022-4033.doi:10.1093/jxb/erac148

[6] Aghdam MS, Luo ZS, Li L, et al. Melatonin treatment maintains nutraceutical properties of pomegranate fruits during cold storage[J].Food Chem,2020,303: 125385.doi:10.1016/j.foodchem.2019.125385

[7] Posmyk MM, Janas KM. Melatonin in plants[J].Acta Physiol Plant,2009,31(1): 213.

[8] Liu N, Jin ZY, Wang SS, et al. Sodic alkaline stress mitigation with exogenous melatonin involves reactive oxygen metabolism and ion homeostasis in tomato[J].Sci Hortic,2015,181: 18-25.doi:10.1016/j.scienta.2014.10.049

[9] Shan SS, Wang ZQ, Pu HL, et al. DNA methylation mediated by melatonin was involved in ethylene signal transmission and ripening of tomato fruit[J].Sci Hortic,2022,291: 110566.doi:10.1016/j.scienta.2021.110566

[10] 胡苗, 李佳颖, 饶景萍. 褪黑素处理对采后猕猴桃果实后熟衰老的影响[J].食品科学,2018,39(19): 226-232.doi:10.7506/spkx1002-6630-201819035

[11] Zhang YT, Tang HL, Lei DY, et al. Exogenous melatonin maintains postharvest quality in kiwiberry fruit by regulating sugar metabolism during cold storage[J].LWT,2023,174: 114385.doi:10.1016/j.lwt.2022.114385

[12] 刘帅民, 胡康琦, 刘港帅, 等. 外源褪黑素处理对鲜切芒果贮藏品质的影响[J].食品科学,2020,41(21): 160-166.

[13] Rastegar S, Hassanzadeh Khankahdani H, Rahimzadeh M. Effects of melatonin treatment on the biochemical changes and antioxidant enzyme activity of mango fruit during storage[J].Sci Hortic,2020,259: 108835.doi:10.1016/j.scienta.2019.108835

[14] Onik JC, Wai SC, Li A, et al. Melatonin treatment reduces ethylene production and maintains fruit quality in apple during postharvest storage[J].Food Chem,2021,337: 127753.doi:10.1016/j.foodchem.2020.127753

[15] Liu JL, Yue RR, Si M, et al. Effects of exogenous application of melatonin on quality and sugar metabolism in ‘zaosu’ pear fruit[J].J Plant Growth Regul,2019,38(3): 1161-1169.doi:10.1007/s00344-019-09921-0

[16] 刘佳欣, 李灿婴, 蒋超男, 等. 外源褪黑素对‘南果梨’果实贮藏品质和细胞壁降解酶的影响[J].食品科学,2022,43(13): 155-162.

[17] Gao H, Zhang ZK, Chai HK, et al. Melatonin treatment delays postharvest senescence and regulates reactive oxygen species metabolism in peach fruit[J].Postharvest Biol Technol,2016,118: 103-110.doi:10.1016/j.postharvbio.2016.03.006

[18] 王锋, 杨青珍, 赵旗峰, 等. 外源褪黑素对甜樱桃果实褐变和品质的影响[J].食品工业科技,2022,43(5): 340-347.

[19] Song LJ, Zhang WW, Li Q, et al. Melatonin alleviates chilling injury and maintains postharvest quality by enhancing antioxidant capacity and inhibiting cell wall degradation in cold-stored eggplant fruit[J].Postharvest Biol Technol,2022,194: 112092.doi:10.1016/j.postharvbio.2022.112092

[20] Ma WY, Xu LL, et al. Melatonin alters the secondary metabolite profile of grape berry skin by promoting VvMYB14-mediated ethylene biosynthesis[J].Hortic Res,2021,8(1): 43.

[21] 丁名. 杂交薄皮甜瓜新品种选择方法[J].植物医生,2016,29(11): 28-34.

[22] 侯田莹, 宋曙辉, 郑淑芳, 等. 1-甲基环丙烯处理对不同成熟度薄皮甜瓜贮藏特性的影响[J].中国瓜菜,2012,25(2): 6-10.

[23] Sati H, Khandelwal A, Pareek S. Effect of exogenous melatonin in fruit postharvest, crosstalk with hormones, and defense mechanism for oxidative stress management[J].Food Front,2023,4(1): 233-261.doi:10.1002/fft2.v4.1

[24] 巩彪, 史庆华. 园艺作物褪黑素的研究进展[J].中国农业科学,2017,50(12): 2326-2337.doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.013

[25] Sun QQ, Zhang N, Wang JF, et al. Melatonin promotes ripening and improves quality of tomato fruit during postharvest life[J].J Exp Bot,2015,66(3): 657-668.doi:10.1093/jxb/eru332

[26] Liu JL, Zhang RM, Sun YK, et al. The beneficial effects of exogenous melatonin on tomato fruit properties[J].Sci Hortic,2016,207: 14-20.doi:10.1016/j.scienta.2016.05.003

[27] 孙润荻.外源物质处理对薄皮甜瓜果实品质形成及采后贮藏的影响[D]. 武汉: 华中农业大学,2023.

[28] 何欢, 刘昭雪, 等. 外源褪黑素通过调控活性氧代谢减轻采后杏果实冷害[J].食品科学,2022,43(5): 168-174.

[29] 薛建新, 王凯, 等. 采后褪黑素处理对鲜切花椰菜保鲜品质及货架期的影响[J].农业工程学报,2021,37(13): 273-283.

[30] 陈强, 邹明康, 宋家敏, 等. 甜瓜LBD基因家族的鉴定和果实发育进程中的表达分析[J].生物技术通报,2023,39(3): 176-183.doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2022-1264

本文原文来自《生物技术通报》