邓丽莉副教授等：发光二极管蓝光对乙烯褪绿早熟蜜橘果实叶绿素代谢

　　柑橘果实因其酸甜的口感及丰富的营养物质受到广大消费者的喜爱。早、中、晚熟柑橘果实的搭配种植是调节柑橘果实市场供应的重要手段，但由于重庆地区早熟蜜橘果实转色期间低温积累不足，导致果实往往呈现果皮果肉不同步达到成熟标准的特点，让消费者误以为果实未完全成熟，从而影响其销售价值。

　　西南大学食品科学学院、西南大学食品贮藏与物流研究中心的曹婷婷、曾凯芳和邓丽莉通过对蓝光和乙烯协同褪绿过程中蜜橘果实叶绿素代谢通路的变化进行系统分析，以期为系统阐述蓝光和乙烯协同调控蜜橘果实着色的机理提供一定的理论参考。

　　1、蓝光和乙烯协同处理对蜜橘果实外观的影响

　　25 ℃贮藏条件下不同处理果实果皮外观颜色变化如图1所示。随着贮藏时间延长，果实逐渐由绿转黄。其中对照组转色缓慢，直到贮藏的第5天果实才开始有较明显的转黄趋势。相对于Control组，Blue LED组对蜜橘褪绿有一定的促进效果，主要体现在果蒂处，但整体上看单独蓝光处理对果实外观作用并不明显。ETH组、ETH＋Blue LED组果实褪色效果显著，在贮藏第2天时，果实已经呈花斑状，到第5天时果实已经全部转黄，且从第2天开始，ETH＋Blue LED组果实的褪色速率已经明显快于ETH组，贮藏末期果实呈橙色。

　　2、蓝光和乙烯协同处理对蜜橘果实色泽的影响

　　色差值可体现出果实褪绿的程度。结合色差值测定数据发现，各个处理组果实的L*、a*值和b*值均呈上升趋势，且ETH组、ETH＋Blue LED组蜜橘果实a*、b*、L*值上升速度明显快于Blue LED组和Control组，1～3 d是果实色泽变化最快的时间段（图2A～C），且ETH＋Blue LED组蜜橘转色速度于贮藏第1～3天显著高于ETH组。如图2D所示，h值随着贮藏时间延长逐渐降低，ETH组和ETH＋Blue LED组果实h值下降显著快于Control组和Blue LED组，ETH＋Blue LED组与ETH组在贮藏第1～3天下降最明显。由此可以看出蓝光对于蜜橘果实的乙烯褪绿过程有增效作用，与果实外观变化一致。

　　3、蓝光和乙烯协同处理对蜜橘果实叶绿素和类胡萝卜素含量及比值的影响

　　如图3所示，ETH、ETH＋Blue LED组蜜橘果皮总叶绿素含量从第3天起显著低于Blue LED组，但ETH组和ETH＋Blue LED组间没有显著差异。贮藏第5天后，ETH组和ETH＋Blue LED组果皮中叶绿素含量降至较低水平并趋于稳定。相较于叶绿素含量，整个贮藏期果实总类胡萝卜素含量变化较小（图3B）。且不同处理组总类胡萝卜素含量变化趋势不同步，Blue LED组在贮藏第3天时相较于前两天总类胡萝卜素含量明显提高，后期含量趋于稳定。ETH＋Blue LED组果实类胡萝卜素含量从贮藏期第7天开始与第5天相比显著增加，9 d后趋于稳定，而ETH组类胡萝卜素含量一直到贮藏期第9天与第7天相比显著增加。由图3C可知，果实叶绿素和类胡萝卜素含量的比值随着贮藏时间延长而逐渐下降，贮藏的前5 d，各组比值迅速下降。贮藏第5天后，各组比值大小趋于稳定。对比各组比值大小，贮藏期的前5 d，叶绿素与类胡萝卜素比值下降速率由大到小为Control组＜Blue LED组＜ETH组＜ETH＋Blue LED组。上述结果表明，蜜橘果皮的色泽由叶绿素和类胡萝卜素共同决定。

　　4、蓝光和乙烯协同处理对蜜橘果实叶绿素代谢中间产物含量的影响

　　叶绿素代谢中间产物含量的变化如图4所示。在果实贮藏过程中，4组柑橘果实果皮中叶绿素代谢中间产物叶绿素a、叶绿素b、脱镁叶绿素a、脱植基叶绿素a、脱镁叶绿酸甲酯a及脱镁叶绿酸甲酯b的含量均随贮藏时间延长而逐渐下降（图4A～F）。相比于Control组果实，其他3种处理均有促进叶绿素代谢中间产物含量下降的效果，其中蓝光处理在贮藏前期对脱植基叶绿素a的调控作用最大，ETH组和ETH＋Blue LED对叶绿素a、叶绿素b、脱植基叶绿素a、脱镁叶绿酸甲酯a及脱镁叶绿酸甲酯b含量调控效果更明显。与ETH组相比，在贮藏第3天时ETH＋Blue LED对脱植基叶绿素a含量的调控效果更显著。

　　5、蓝光和乙烯协同处理对蜜橘果实叶绿素代谢关键基因的影响

　　如图5所示，转录组数据表明，叶绿素代谢通路上有多个位点的关键基因在蜜橘褪绿过程中有显著响应。果实贮藏第1天时ETH组和ETH＋Blue LED组叶绿素生物合成相关基因CcCAO相比于0 d下调表达，贮藏第3天时合成相关基因CcMPEC下调表达；分解代谢基因CcRCCR、CcNYC1第1天和第3天时上调表达（图6）。而Blue LED组对CcChIH、CcCAO有负调控作用。进一步对整个转色期果实相关基因的表达情况进行分析发现，ETH、ETH＋Blue LED组蜜橘果皮叶绿素降解相关基因CcRCCR和CcNYC1表达贮藏前5 d相比于Control组显著升高，且贮藏期间ETH＋Blue LED组与ETH组间CcRCCR基因表达有显著性差异，CcNYC1基因在贮藏第5天有显著性差异（图6A、B）。其中，在对CcRCCR基因的调控中，相对于另外两组，ETH、ETH＋Blue LED组均促进了CcRCCR基因的表达。随贮藏时间延长CcNYC1基因在4个处理组中表达趋势较为一致，但是ETH＋Blue LED组表达差异最明显。ETH、ETH＋Blue LED组叶绿素合成基因CcMPEC、CcChIH、CcCAO及CcChlase2基因表达量降低（图6C～F），对CcMPEC和CcChlase2基因的调控作用从3 d持续到贮藏后期，而CcChIH和CcCAO基因的调控主要体现在第1天。

　　6、讨论

　　除血橙外，柑橘果实的着色主要由叶绿素和类胡萝卜素代谢水平的共同变化决定。在袁梓洢的实验中发现，类胡萝卜素代谢通路的调控是蓝光和乙烯协同处理加速蜜橘果实褪绿的重要原因。但乙烯褪绿柑橘果实与自然环境条件成熟果实叶绿素代谢之间的差异，在果实色泽形成中也具有重要作用。

　　乙烯处理可能通过叶绿素酶催化脱植基叶绿素a的形成促进叶绿素的降解，在本实验中叶绿素代谢中间产物叶绿素a、叶绿素b、脱镁叶绿素a、脱镁叶绿酸甲酯a、脱镁叶绿酸甲酯b及脱植基叶绿素a均显著降解。因此推测蓝光和乙烯协同处理果实中叶绿素合成显著下降及叶绿素降解显著上升。

　　转录水平的调控在柑橘果实色泽调控中的作用已被广泛研究。在柑橘果实中，果实的褪绿和叶绿素的降解可以被乙烯加强，它可以诱发CitChlase的表达和相应酶活力的增加。在本研究中发现，有外源乙烯参与的处理组叶绿素降解相关基因CcNYC1、CcRCCR上调表达；合成相关基因CcCAO、CcChIH、CcMPEC、CcChlase2下调表达。由此可知，外源乙烯和蓝光协同处理对叶绿素代谢相关基因具有显著调控作用。

　　光作为一个重要的信号，能够刺激植物体质体的发育和类胡萝卜素的合成。在光形态发生变化或去黄化过程中，光感受器被激活，能诱导类胡萝卜素和叶绿素生物合成的生物因子。在水果果实中，光在果实成熟的早期阶段被叶绿体吸收，随着体内质体的发育的开始，果实的果皮果肉中开始逐渐合成类胡萝卜素。用红光LED处理乙烯褪绿柑橘，发现红光LED处理可以通过调控色素代谢相关基因的表达来增加处理组果实中叶黄素和β-隐黄质的含量。蓝光LED也能促进柑橘汁囊中的β-隐黄质的含量升高。在本实验结果中也发现，蓝光LED组果实果皮中的总类胡萝卜素的积累均得到正向的调控。

　　结合本研究结果可知，乙烯能够通过调控叶绿素合成和降解基因的表达来促进蜜橘果皮中叶绿素的降解，蓝光处理可以促进果皮总类胡萝卜素含量的积累。两种处理结合通过有效促进果实叶绿素降解和类胡萝卜素合成来促进蜜橘果实的转黄。

　　结论

　　本研究发现，蓝光和乙烯协同处理能引起果实中叶绿素合成相关基因CcChlase2、CcCAO、CcMPEC、CcChIH的显著下调表达和叶绿素降解相关基因CcNYC1、CcRCCR的显著上调表达，同时引起叶绿素代谢中间产物叶绿素a、叶绿素b、脱镁叶绿素a、脱镁叶绿酸甲酯b、脱镁叶绿酸甲酯a的降解，致使总叶绿素含量明显下降。同时，总类胡萝卜素含量在协同处理组中明显积累，叶绿素和类胡萝卜素比值下降速率增快，果实转色加快。

　　本文《发光二极管蓝光对乙烯褪绿早熟蜜橘果实叶绿素代谢的调控作用》来源于《食品科学》2023年44卷09期139-146页.作者：曹婷婷，曾凯芳，邓丽莉. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220414-170.