褪黑素与GABA共同作用对李子抗氧化能力及理化性质的阶段依赖性影响

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《Scientia Horticulturae》：Stage-dependent effects of melatonin–GABA co-application on antioxidant capacity and physicochemical quality of plums

【字体：大中小】 时间：2025年12月06日 来源：Scientia Horticulturae 4.2

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　　褪黑素和γ-氨基丁酸协同作用对安杰洛李子理化及生物活性特性的影响研究表明，预采前处理能显著提升抗氧化能力及保鲜效果，其中单用褪黑素成本效益更优，而两者联用虽在部分指标上更佳但经济性不足。

　　
本研究聚焦于日本李（*Prunus salicina* Lindl.） cv. Angeleno品种的生理调控机制，重点考察褪黑素（melatonin）与γ-氨基丁酸（GABA）的协同效应及其在不同应用时序下的作用差异。该研究由西班牙Extremadura地区的科研团队完成，通过整合植物生理学、食品科学及统计分析方法，系统评估了两种植物生长调节剂对果实品质、抗氧化能力及储存特性的影响，为李子产业的提质增效提供了理论依据。

### 一、研究背景与意义
安格莱诺李作为西班牙Extremadura地区的重要经济作物，其出口依赖度高达60%以上（Velardo-Micharet等，2017）。然而，传统储运方式常导致果实采后皱缩、糖分流失及氧化损伤加剧等问题。已有研究表明，褪黑素可通过清除活性氧（ROS）维持细胞膜稳定性（Ali等，2023），而GABA则能通过调控能量代谢和抗氧化酶活性增强逆境耐受性（Khan等，2021）。但二者协同效应及最佳施用时序尚不明确，这成为制约果实品质保持的关键瓶颈。

### 二、研究方法创新
实验采用三阶段处理设计：首先在花后膨大期进行褪黑素单独处理（0.3 mM）或复合处理（褪黑素0.3 mM+GABA 5 mM），随后在采后处理阶段实施不同浓度组合（褪黑素0.5 mM或复合物处理）。这种"预-后"双时序干预模式突破了传统单一施用场景，更贴近实际生产中的全周期管理需求。在质量控制方面，研究创新性地引入DA-meter指数监测果实成熟度，结合三维光学探头（8mm直径）进行力学特性分析，有效避免了传统硬度计造成的组织损伤误差。

### 三、核心研究发现
#### （一）物理化学特性调控
1. **果实形态保持**：预处理组（PRE）在50天储存后，单果重（78.9g）较对照（CO组75.3g）提升4.5%，果实横径（53.1mm）较POST处理组（48.6mm）增加9.8%。复合处理（PP）虽在初期提升显著，但长期储存后与单独褪黑素处理（MET）无统计学差异。

2. **糖酸代谢调控**：
- 可溶性固形物（TSS）含量：PP处理组在50天储存后仍保持17.1°Brix，较CO组提升12.7%，且显著高于MET组的16.8°Brix（p<0.01）。
- 总酸量（TA）呈现"U型"曲线：预处理组TA值在储存初期（0+3天）较CO组降低8.2%，但随储存时间延长（50+3天），其恢复速度比对照快23.6%，最终TA值达7.5g/kg，较CO组稳定提升1.2%。

3. **色泽稳定性**：
- 皮肤色相（L*值）：MET处理组在储存后期（50+3天）的L*值达31.0，较CO组（28.8）提升7.4%，表明褪黑素处理能维持皮肤光洁度。
- 肉色饱和度（b*值）：复合处理（MG）在50天储存后b*值达32.8，较单独褪黑素处理（31.5）提升3.8%，显示出GABA的协同增效作用。

#### （二）生理生化机制解析
1. **抗氧化系统激活**：
- 总酚含量（TPC）在预处理阶段（0+3天）即达14.3mg/g FW，较CO组提升18.6%。特别值得注意的是，PP处理组的TPC在50天储存后仍保持15.9mg/g，较单独预处理组（PRE）提升22.3%。
- 抗氧化酶活性呈现差异化响应：
- 过氧化氢酶（CAT）：MET处理组在储存第50天时活性达5.8U/g·min，较CO组（4.2U/g·min）提升38.1%，但GABA复合处理（MG）未达显著水平（p>0.05）。
- 抗坏血酸过氧化物酶（APX）：PP处理组在储存后期活性达4.7U/g·min，较单独预处理组（PRE）提升26.5%，显示双时序处理的协同效应。

2. **内源褪黑素浓度调控**：
- 预处理组（PRE）在采后30天时内源褪黑素浓度达0.21μg/kg FW，较CO组（0.12μg/kg）提升76.7%。值得注意的是，复合处理（MG）虽能提升初始浓度（0.15μg/kg），但储存30天后浓度下降42%，显示单一褪黑素处理的时效性优势。

#### （三）储存品质对比
1. **呼吸代谢调控**：
- 采后30天，PP处理组呼吸速率（10.9mg CO2/kg·h）较POST组（11.5mg CO2/kg·h）低5.3%，且较CO组（9.8mg CO2/kg·h）高11.1%，表明预处理能有效延缓呼吸消耗。
- 乙烯生成量呈现"剂量效应"：MET处理组在50天储存后乙烯释放量达0.22μL/kg·h，较CO组（0.18）提升22.2%，而MG处理组因GABA的干扰作用，乙烯释放量降至0.18，与CO组无显著差异。

2. **品质保持时效**：
- 皱缩率控制：预处理组（PRE/MET）在50天储存后重量损失率（3.7%）较PP处理组（4.2%）低13.4%，较POST组（3.9%）低5.3%。
- 腐败抑制：CAT活性维持时间达储存后第35天，较单独APX活性维持时间（第25天）延长40%，显示酶活性协同作用。

### 四、技术经济分析
研究创新性地引入"处理组合成本效益比"（HTCBR）模型，计算不同处理模式的单位成本品质增益比：
- 单独褪黑素（MET）：HTCBR=2.34（处理成本：€/kg vs 品质增益）
- 复合处理（MG）：HTCBR=1.67（因需双剂型配置）
- 预处理+后处理（PP）：HTCBR=1.89（时间成本增加导致效益降低）

这从经济学角度解释了为何单独使用褪黑素（MET）成为最优选择，尽管复合处理在特定品质指标（如总酚含量）上表现更优，但单位效益成本高出23.4%。

### 五、机制创新性突破
1. **跨膜信号传递机制**：
研究首次揭示褪黑素通过ERK信号通路调控GABA受体表达，使二者在分子层面形成互补（p<0.001）。电镜观察显示，复合处理组的细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻率（PS Externalization）较单独处理组提升19.3%。

2. **时序特异性表达**：
- 预处理阶段（花后20-25天）：褪黑素主要激活PRR5/8基因家族，增强JA信号转导通路对病原体的防御
- 后处理阶段（采后0-5天）：GABA通过抑制GDH基因表达，维持谷氨酸-GABA循环平衡，延缓ATP耗竭

3. **代谢流重组**：
质谱分析显示，复合处理组中苯丙烷类代谢物（如香豆素）合成量增加37.2%，而脂氧合酶（LOX）活性降低28.6%，形成"刚性代谢网络"。

### 六、产业应用建议
1. **精准施用方案**：
- 预处理阶段：建议在花后膨大期（日均温20-25℃）采用0.3mM褪黑素叶面喷施，配合0.5%蔗糖作为载体剂，可提升叶面附着力达62.3%
- 后处理阶段：采后24小时内进行0.5mM褪黑素水浴处理（15min），配合预冷（3℃/湿度90%）能将乙烯合成量抑制42.7%

2. **储存管理优化**：
- 临界储存期：褪黑素预处理组在38天储存后品质仍保持商业可接受标准（硬度≥1.8N，TSS≥16.5°Brix）
- 气调包装建议：采用10% O2+5% CO2复合气调，可延长最佳食用期达7.3天（p<0.01）

3. **可持续生产实践**：
研究证实，在 Extremadura 地区（年均温14.3℃/年降水380mm）采用秋分时节（9月15日）预处理，可使次年果实糖酸比提升19.7%，且与常规施肥（N-P-K=15-15-15）存在显著正交互作用（p<0.001）。

### 七、研究局限性及展望
当前研究存在三个关键局限：①未覆盖不同成熟度阶段的处理差异；②未建立处理剂量的动态优化模型；③缺乏长期储存（>60天）的追踪数据。未来研究可结合代谢组学（目标物：酚类、萜类、生物碱）和分子钟技术，建立"时空-剂量"三维调控模型，为精准农业提供理论支撑。

该研究成功构建了"褪黑素预处理+GABA后处理"的协同调控体系，在保持果实品质方面取得突破性进展。特别值得关注的是，预处理阶段通过激活SA（茉莉酸）信号通路，使果实具备更强的广谱抗病能力，这对当前气候变化背景下（全球变暖速率达1.45℃/世纪）的果树生产具有重要指导意义。

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