石河子大学食品学院果蔬贮藏保鲜技术研究中心:
链格孢菌通过调节库尔勒香梨能量状态和呼吸代谢影响黑头病的病害发生
Alternaria alternata stimulates blackhead disease development of ‘Korla’ fragrant pear (Pyrus bretschneideri Rehd) by regulating energy status and respiratory metabolism
Postharvest Biology and Technology
（中科院一区，JCR一区，TOP期刊，IF=7.0）
1 研究背景
库尔勒香梨（Pyrus bretschneideri Rehd）原产于中国新疆维吾尔自治区，已有1300多年的种植历史，是中国最受欢迎的水果之一。因其香味浓郁、皮薄肉脆、味甜多汁、营养丰富，并具有通便秘，利消化、止咳等诸多药用价值，被誉为“梨中珍品”。近年来，随着库尔勒香梨种植面积增加，其外销比例也在不断增加，已远销印度、马来西亚、美国等多个国家。然而香梨果实在贮藏、运输和销售过程中易受到病原菌侵染，给果农和经销商带来严重的经济损失。Alternaria alternata（A. alternata）引起的黑头病是香梨果实贮藏过程中最具破坏性的病害之一，它不仅会造成果实组织严重腐烂，还会积累真菌毒素，是引起香梨果实品质劣变、市场价值下降以及贮藏期缩短的主要原因。因此，探索A. alternata侵染库尔勒香梨果实的致病机制对找寻控制病害发生的措施具有重要意义。
呼吸代谢是果实采后新陈代谢的主体，也是植物组织维持细胞正常生理代谢的基本途径，其强弱受细胞能量状态的调节。然而，较高的呼吸强度会过多地消耗植物体内的营养物质，加速果实品质劣变，造成抗病性下降。植物组织在感染病原菌后会诱导自身呼吸速率和呼吸代谢途径(包括糖酵解（EMP）、三羧酸循环（TCA）、磷酸戊糖途径（PPP）、细胞色素途径（CCP）和抗腈交替途径（AP）等）强度的变化，进而引发一系列的生理生化反应。有研究表明，呼吸代谢途径的强度可以通过关键酶的活性来反映，如EMP中的磷酸己糖异构酶（PGI）、TCA中的琥珀酸脱氢酶（SDH）、PPP中的葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PDH）和6-磷酸葡萄糖脱氢酶（G6PGDH）、CCP中的细胞色素酶氧化酶（CCO）和AP中的交替氧化酶（AOX）等。此外吡啶核苷酸(NAD(H)和NADP(H))与植物细胞呼吸和电子传递等代谢过程息息相关，其含量也被认为是评价呼吸代谢途径强度的重要标志。研究发现龙眼、西蓝花和芦笋等果实的品质劣变及病害发生均与其呼吸速率、NAD(H)和NADP(H)含量以及EMP-TCA和PPP途径在总呼吸代谢过程中的比例变化有关。然而由A. alternata侵染引起的库尔勒香梨病害的发生与果实呼吸代谢之间的关系尚不清晰。
能量代谢在维持园艺产品正常细胞代谢、生长发育和抵抗应激等过程中发挥着关键作用。当病原菌入侵时，植物组织需要消耗大量能量以提供细胞的防御应答，而这将引起自身能量亏缺，导致细胞膜功能缺陷，如电解质泄漏和细胞分解等，最终加速病原菌侵染。能荷（EC）水平作为代表三磷酸腺苷（ATP）、二磷酸腺苷（ADP）和一磷酸腺苷（AMP）之间关系的量化指标，可以反映植物组织内氧化呼吸作用和细胞内能量储备情况。同时三磷酸腺苷酶（ATPase）在ATP生成、细胞环境稳态的维持以及信息传递方面具有重要作用。近年来的多项研究表明，苹果、荔枝果实组织中ATP含量和能荷水平的增加有助于增强果实抗病性并维持果实品质。此外，外源施用ATP可以使龙眼果实维持较高的能量水平，抑制呼吸代谢，从而降低细胞膜损伤，延缓病害发展。因此，分析香梨果实抗病能力的丧失与能量代谢之间的关系将有助于明晰香梨病害的发生机制。
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3 研究成果
3.1 内容简介
本研究通过探究A. alternata侵染库尔勒香梨后果实能量状态、呼吸代谢相关酶、NADK活性以及吡啶核苷酸含量的变化，期望从能量代谢和呼吸代谢两个方面联合分析A. alternata侵染对香梨果实品质及抗性的影响，为进一步阐明A. alternata侵染库尔勒香梨果实的致病机制奠定基础。
3.2 研究结论
本研究的主要目的是探究A. alternata侵染对采后库尔勒香梨果实呼吸代谢、能量状态的影响及其与病害发展的关系。结果表明，与对照组相比，接种A. alternata的果实具有较高的呼吸速率和病情指数。A. alternata侵染会导致香梨果实中PGI，SDH，CCO和AOX的活性和基因表达水平增强，以及贮藏后期G6PDH和6PGDH活性和表达水平的下降。此外，A. alternata侵染会降低果实中NADK活性及其基因表达水平，抑制NADP的积累，并增加NAD和NADH及贮藏前期NADPH的含量。同时，A. alternata还能够诱导ATP、ADP、能荷水平及总ATP酶活性下降，增强AMP含量和PbAtpB的表达水平，从而降低果实能量状态。由此可以推断，A. alternata侵染可能通过调控香梨果实的能荷状态以及EMP、TCA、PPP、CCP和AP等呼吸代谢途径的比例，增强果实呼吸速率，刺激营养物质的消耗及呼吸热的释放，降低能量状态，从而加速香梨果实的病害发展。
4 专家简介
陈国刚，博士，教授。2001年于石河子大学食品科学与工程专业获学士学位，2004年于石河子大学园蔬菜学专业获农学硕士学位，2012年于江南大学农产品加工及贮藏工程专业获工学博士学位。2004年任教于石河子大学食品学院，2015年被评为教授（最高职称）。主持国家自然科学基金“库尔勒香梨气调贮藏期间黑头病的发病机制”、“库尔勒香梨响应链格孢菌胁迫的机制研究”等项目。近年以第一作者或通讯作者在Scientia Horticulturae、Postharvest Biology and Technology、Food Chemistry、Frontiers in Nutrition、LWT、Foods等国际学术刊物上发表文章20余篇。授权国家发明专利4项，入选“兵团中青年科技创新领军人才”、“兵团英才”（第二层次），石河子大学“3152拔尖人才计划”、“兵团首席科技传播专家”、“新疆自然专家”等称号。
孙通蕤，石河子大学食品学院研究生，主要从事于果蔬贮藏保鲜方面的研究。
5 团队介绍
石河子大学食品学院果蔬贮藏与加工方向主要围绕新疆特色果蔬、果蔬贮藏加工等领域开展科学研究，主要研究方向包括果蔬贮藏与加工、果蔬干燥技术、农副产品等。
