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　　哈密瓜（Cucumis melo var. saccharinus）属葫芦科、甜瓜属、厚皮甜瓜类，是新疆传统的名优特产，其肉质松脆、味道香甜、营养丰富，深受国内外消费者的喜爱。但哈密瓜果实生理代谢旺盛，产季集中且采收温度比较高，采后衰老和品质劣变迅速，易造成大量经济损失。低温冷藏是哈密瓜果实保鲜最有效的方法之一。国外研究显示，脯氨酸作为细胞内的渗透调节物质，在提高果蔬的抗冷性方面发挥很重要的作用。研究脯氨酸及其代谢过程中的关键酶P5CS在逆境胁迫下的调控机理和抗性机制有利于果蔬抵御不同程度的侵害。

　　新疆农业大学食品科学与药学学院的毕莹、王新宇、王静*等重点分析在低温贮藏环境中耐冷性较弱的早熟‘西周密25号’和耐冷性较强的晚熟‘伽师瓜’果实脯氨酸代谢、氨基酸总量以及冷害发生的差异，并通过全基因合成哈密瓜果皮CmP5CS基因类型，探究抗冷性不同的哈密瓜果实在低温胁迫中的应答机理，旨在为哈密瓜果实采后的贮运保鲜提供理论依据。

　　由图1可知，‘西周密25号’在冷藏14 d后出现了冷害的症状，而‘伽师瓜’冷藏21 d才慢慢的出现冷害症状，两个品种哈密瓜果实冷害指数差异极显著（

　　P＜0.01）。‘西周密25号’随着冷藏时间的延长，冷害指数不断升高，在冷藏42 d时达到46.67%。‘伽师瓜’在21～35 d时均出现轻微冷害症状，冷害指数均为4.44%，42 d冷害症状严重，此时冷害指数达到6.67%。‘西周密25号’的冷害指数极明显高于‘伽师瓜’果实的冷害指数（P＜0.01），说明“西周密25号”较“伽师瓜”在低温条件下更易出现冷害症状。

　　由图2可知，在两个品种哈密瓜果实低温贮藏期间，游离脯氨酸含量均整体呈现上涨的趋势，‘伽师瓜’在0～28 d游离脯氨酸含量始终处于上升趋势，到35 d开始下降，42 d又开始升高，此时达到42.773 μg/g。‘西周密25号’随着贮藏时间的延长，游离脯氨酸含量持续升高，在42 d达到38.114 μg/g。‘伽师瓜’的游离脯氨酸含量在整个贮藏期里始终高于‘西周密25号’，其中在0 d和14 d明显高于‘西周密25号’（

　　P＜0.05），在7、21～42 d极明显高于‘西周密25号’（P＜0.01）。说明在低温胁迫条件下，耐冷性强的‘伽师瓜’果实更能激发游离脯氨酸含量的增加。

　　由图3A可知，两个品种哈密瓜果实在低温贮藏期间，P5CS活性整体呈上涨的趋势。‘西周密25号’和‘伽师瓜’果实分别从贮藏初期的30.800 U/g和44.800 U/g上升至贮藏结束时的86.800 U/g和126.000 U/g，分别增长了1.818 倍和1.8125 倍。由此可见，‘西周密25号’和‘伽师瓜’P5CS活性在整个贮藏期内的增长速率大致相同。但是‘伽师瓜’在第0天和14天时P5CS活性明显高于‘西周密25号’（

　　P＜0.05），在第28～42天的P5CS活性极明显高于‘西周密25号’（P＜0.01），说明‘伽师瓜’在受到低温胁迫时，体内的P5CS响应较敏感，激发果实积累游离脯氨酸，提高其耐冷性。而‘伽师瓜’在第14～21天时，该酶的活性降低，推测原因是‘西周密25号’发生冷害所致。CmP5CS相对表达量如图3B所示，在第28天时，‘伽师瓜’中CmP5CS相对表达量高于‘西周密25号’，这与两个品种哈密瓜果实酶活性变化相似，其他两个时间点与酶活性差异相反。而各品种CmP5CS相对表达量的变化趋势与其对应的酶活性变化趋势相近，‘西周密25号’都呈现先下降后升高的趋势，‘伽师瓜’都呈现贮藏期内大致升高的趋势，推测CmP5CS相对表达量可能与P5CS活性以及哈密瓜果实发生冷害症状有关。

　　由图4A可知，两个品种哈密瓜果实在低温贮藏期间，OAT活性整体呈上涨的趋势，贮藏结束时‘西周密25号’和‘伽师瓜’果实OAT活性分别达到48.000 U/g和64.000 U/g，较贮藏初期分别增长了0.636 倍和1.010 倍，‘伽师瓜’果实的OAT保护效应较显著。‘伽师瓜’OAT活性在第7天和第21～42天期间明显高于‘西周密25号’（

　　P＜0.05），在第14天极明显高于‘西周密25号’（P＜0.01）。CmOAT相对表达量如图4B所示，在第28天时，‘伽师瓜’的CmOAT相对表达量高于‘西周密25号’，与两个品种哈密瓜果实酶活性相似，其他两个时间点与酶活性相反，并且‘伽师瓜’CmOAT相对表达量整体增长幅度较小，“西周密25号”增长幅度较大，与OAT活性增长趋势较为相近。

　　由图5A可知，两个品种哈密瓜果实在低温贮藏期间，ProDH活性整体呈下降趋势。‘西周密25号’及‘伽师瓜’ProDH活性分别由原始点的80.000 U/g和56.000 U/g下降至29.333 U/g和26.667 U/g，下降幅度分别为63.3%和52.4%，‘西周密25号’下降幅度更大。‘西周密25号’在第0天和第35天ProDH活性明显高于‘伽师瓜’（

　　P＜0.05），可能与其冷害发生程度有关，且‘西周密25号’较‘伽师瓜’的ProDH活性高。说明‘西周密25号’较‘伽师瓜’果实更能促进果实的游离脯氨酸含量下降，因此导致冷害加剧，该结果与图3和图4相印证。CmProDH基因相对表达量如图5B所示，‘西周密25号’CmProDH相对表达量在第14天和第42天均高于‘伽师瓜’，且两个品种哈密瓜果实CmProDH相对表达量在整个贮藏期呈下降趋势，与其ProDH活性变化趋势大致相同。

　　根据图6显示，各个样品的每组平行数据点在PCA图中较为靠近，证明各平行样品在主成分空间中具有相似的特征。

　　结合图7和表1能够准确的看出，‘西周密25号’和‘伽师瓜’果实在取样时间内，不同氨基酸含量的变化趋势及含量不同。在冷害胁迫发生过程中与脯氨酸合成紧密关联的谷氨酸途径占优势，两个品种哈密瓜果实的谷氨酸含量整体呈下降趋势，且‘西周密25号’谷氨酸含量下降较快，到第42天下降幅度为89.1%，‘伽师瓜’谷氨酸含量下降幅度较小，为71.7%，说明‘伽师瓜’果实的脯氨酸含量保留较多，较‘西周密25号’果实耐冷性更强，表1中的脯氨酸含量变化也证明了该结论。

　　为探究脯氨酸代谢中关键酶P5CS的同源性，根据以上实验结果，挑选耐冷性较差的‘西周密25号’哈密瓜进行全基因合成，测序结果经NCBI网站BLAST比对，如图8所示，通过同源进化树分析发现该片段与甜瓜（LOC103485529）的

　　P5CSmRNA在同一分支，且同源性为100%；与黄瓜、冬瓜、西葫芦、番南瓜P5CSmRNA同源性在90%以上；与葡萄、梨、橡胶P5CSmRNA同源性在50%以上。说明哈密瓜果皮中P5CS基因与甜瓜中P5CS基因功能相同，响应冷害的机理相似。测序结果为，P5CS基因编码蛋白质分子量为77.7，等电点为6.28。该结果可为后续筛选验证能调控脯氨酸代谢的关键上游转录因子的研究奠定基础。

　　不同品种的哈密瓜果实可能会因为采摘期、受日照时间长短、栽种土壤等不同而具有不一样的冷害发生温度、时间以及冷害症状。冷害指数是判断哈密瓜冷害程度最直观的品质指标，在本实验中，‘西周密25号’从14 d慢慢的出现浅褐色的凹陷块状斑，并跟着时间的延长，冷害斑的面积慢慢的变大，颜色越来越深，瓜体开始变软凹陷产生水浸状，汁水通过变软损坏的外皮流出。‘伽师瓜’的冷害程度相较于‘西周密25号’要轻许多，在21 d时出现瓜体变软凹陷并流汁的冷害现象，在42 d后慢慢的出现了深褐色的凹陷块状斑，以上现象说明，在哈密瓜果实出现冷害现象时，细胞膜会受损，反映在果皮上，在3 ℃贮藏条件下，‘伽师瓜’受损的程度小于‘西周密25号’，说明‘伽师瓜’的耐冷性要好于‘西周密25号’。

　　游离脯氨酸是果蔬体内一种很重要的逆境胁迫响应物质，通常情况下游离脯氨酸的积累与代谢主要与OAT、P5CS和ProDH等酶有关，其中OAT和P5CS均是在脯氨酸代谢转化过程中形成的一种合成酶，ProDH是脯氨酸脱氢酶，在3 种酶的共同作用下，动态调节和控制的循环构成了果蔬体内游离脯氨酸的合成积累与自然降解的往复过程。在本实验中发现，‘西周密25号’与‘伽师瓜’在整个低温贮藏期游离脯氨酸含量都明显升高，且增长速率较快，说明在低温胁迫下哈密瓜果实能够最终靠快速大量积累体内游离脯氨酸抵御外界破坏，减轻对果皮细胞造成的侵害。与青茄、黄瓜、青椒、‘新密3号’哈密瓜等果实在低温度的环境中通过提高自身的游离脯氨酸含量抵御低温胁迫的现象相似。‘伽师瓜’的游离脯氨酸含量始终明显高于‘西周密25号’，说明在3 ℃条件下‘伽师瓜’的耐冷性好于‘西周密25号’，与冷害指数的结果吻合。在整个低温贮藏过程中两个品种哈密瓜果实P5CS活性均升高，说明哈密瓜果实能够最终靠提高P5CS活性抵御低温胁迫，其中‘伽师瓜’的P5CS活性整体高于‘西周密25号’，这与游离脯氨酸含量的结果相对应，同时两个品种哈密瓜果实基因相对表达量也随着贮藏时间的延长而升高，与酶活性变动情况相同，证实哈密瓜果实会通过提高P5CS活性维持游离脯氨酸含量的增加，来提升哈密瓜的抗寒性，与玉米、桃、枇杷等果实的研究结果相似。OAT是游离脯氨酸合成过程中的关键酶，在两个品种哈密瓜果实中的变化与游离脯氨酸含量相同，在整个贮藏期内呈上涨的趋势，且‘伽师瓜’的OAT活性始终高于‘西周密25号’，相应基因的相对表达量也在贮藏初期至贮藏末期内升高。ProDH作为脯氨酸降解第一步中的限速酶，可以为植物提供能量。在本实验中，随着低温贮藏时间的延长，两个品种哈密瓜果实ProDH活性逐渐降低，基因相对表达量在贮藏后期低于贮藏前期，说明哈密瓜果实

　　ProDH基因的相对表达量与酶活性较为一致，该结果与罗丹等、王延圣和刘彩红的部分研究相似。

　　本实验发现‘西周密25号’在冷藏中大部分氨基酸总含量随着贮藏时间的延长而降低，说明‘西周密25号’哈密瓜果实冷害症状严重，冷害的发生破坏了其细胞及蛋白质结构，消耗大量营养的东西，降低其组织内的氨基酸含量，与龚晓平、黄爱萍等研究结果相似；而‘伽师瓜’的氨基酸总含量增加，与土坛树果实、‘红地球’葡萄的氨基酸变化趋势相似。该变化是否与其成熟度低有关，具体成因目前尚不可知，有待进一步探究。对耐冷性较差的‘西周密25号’哈密瓜进行全基因合成，得出哈密瓜

　　CmP5CS与甜瓜P5CS亲缘关系很近，同源性达到100%，表明‘西周密25号’哈密瓜中P5CS基因在调控脯氨酸合成过程中与甜瓜中的P5CS基因功能相同。

　　哈密瓜果实和甜瓜果实亲缘关系极近，当哈密瓜果实遭受到低温胁迫时，会通过降低ProDH活性、提高P5CS以及OAT活性提高游离脯氨酸含量，提升自身耐冷性。而冷害严重的哈密瓜果实体内能量消耗快、细胞及蛋白质结构会被破坏，以此来降低果实各氨基酸的总含量。综合分析游离脯氨酸、谷氨酸及脯氨酸总量变化，说明‘伽师瓜’的耐冷性强于‘西周密25号’。

　　本文《不同品种哈密瓜果实脯氨酸代谢对低温的响应》来源于《食品科学》2024年45卷第6期216-224页，作者：毕 莹，王新宇，李 慧，黄 帅，张 琪，雷雅馨，王 雪，王富鑫，许文昌，王 静。DOI:10.7506/spkx0505-039

　　实习编辑；云南师范大学生命科学学院 母朵银；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

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