柑橘果皮角質層及其對采后貯藏保鮮影響的研究進展

楊綠竹，王馨雨，王蓉蓉，單 楊，張 群，丁勝華,*

（1.湖南大學研究生 院隆平分院，湖南 長沙 410125；2.湖南省農業(yè)科學院農產品加工研究所，果蔬貯藏加工與質量安全湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410125；3.湖南農業(yè)大學食品科學技術學院，湖南 長沙 410128）

陸生植物地上部分器官外覆蓋著一層疏水性脂質結構——角質層[1]。植物角質層早期被認為是沉積在表皮細胞壁上但不與之相連的細胞外脂質層，后發(fā)現(xiàn)在細胞壁上存在纖維素（多糖）結構域將角質層和細胞壁相連接，目前認為角質層是一種復合的、異質分布的生物聚合物[2]，基本結構見圖1[3]。角質層主要由角質和蠟質組成。角質是一種由甘油、羥基脂肪酸及環(huán)氧脂肪酸組成的聚脂化合物；蠟質分為表皮外蠟和表皮內蠟兩部分。外蠟沉積在表皮細胞最外層，主要是脂肪族化合物（烷烴、脂肪酸、初級醇、醛），并可自我組裝，形成不同形態(tài)的蠟晶；內蠟嵌在角質聚合物基質中，主要是萜類化合物和少量甾醇，呈無定形態(tài)，不具備晶體結構[4-6]。部分植物的角質層中還含有膠膜，這是一種脂質生物聚合物，是角質層水解后的殘渣部分，可增強角質層疏水性，防止水分蒸發(fā)，增強植物對干旱的適應能力[7-11]。此外，在角質層中還檢測到了酚類、苯丙酮、黃酮類化合物及木質素成分[12-14]。除地上部分器官有角質層覆著外，最近一項研究發(fā)現(xiàn)擬南芥幼苗的根冠中也有角質層存在，這是一種非典型的角質層，它能夠在幼苗生長的關鍵階段保護根的分生組織、促進側根生成[15]。角質層的存在有多方面的意義，如：營養(yǎng)器官和花器官中的角質層能夠阻礙發(fā)育過程中器官融合；胚乳角質層的擴散屏障作用可以調節(jié)種子萌發(fā)過程，保護胚胎不受各種氧化反應的影響；同時角質層還可控制蒸騰作用和氣體交換、控制親脂物質的運輸、調節(jié)果實生理紊亂等[16-17]。

圖1 植物角質層組分分布[3]Fig. 1 Distribution of plant cuticle constituents[3]

柑橘是一類非呼吸躍變型水果，是全球水果產業(yè)中最重要的水果之一。我國是柑橘生產和消費大國，近年來柑橘總產量保持著上升趨勢，大部分用于鮮銷，其中寬皮桔產量尤為突出[18]。但柑橘采后處理不當易失水、被霉菌感染或發(fā)生采后褐斑等，影響果實貯藏性能和商品價值[19]。而植物表皮角質層作為一層天然屏障，具有減少非氣孔性水分損失、保持表面潔凈、防止微生物和昆蟲入侵及抵御非生物脅迫等功能[20-24]。關于柑橘表皮角質層的研究主要涉及化學組分、合成、轉運、形態(tài)結構和功能等多個方面[25-28]?；谶@些成果，本文綜述了角質層的組成、結構、生物合成及其在柑橘貯藏中的作用，以期為角質層的深層研究和柑橘的貯藏保鮮提供理論參考，并討論其未來可能的發(fā)展方向。

1 柑橘果皮角質層的組分

1.1 角質層組分的分離提取

角質層分離包括蠟質分離和角質分離兩方面。大多數(shù)植物蠟質是疏水化合物，易溶于有機溶劑。最初用有機溶劑浸泡提取表皮蠟質，但提取物中內外蠟雜合，不易區(qū)分，并可能含其他雜質[29]。為避免這種現(xiàn)象，可先用機械分離法獲取表皮外蠟（機械剝離外蠟法主要有3 種，具體見表1）[30-32]，后用有機溶劑萃取法提取內蠟。蠟層厚的植物表皮外蠟可直接刮掉；蠟層太薄則用黏合劑剝離外蠟。柑橘果皮角質層的提取采用阿拉伯樹膠剝離外蠟，后將果實浸于氯仿提取內蠟?？傁炋崛『螅还麑嵱妹附夥ê陀袡C溶劑萃取法相結合提取角質[33-34]。柑橘果皮角質層提取具體方法見圖2。

表1 機械剝離植物表皮外蠟的3 種方法Table 1 Three methods for mechanical peeling of plant epicuticularr wwaaxx

圖2 角質層組分提取流程圖[33--34]Fig. 2 Flow chart of the extraction process of cuticle components[33-34]

1.2 角質層含量與組分分析

植物蠟質和角質化學組分常采 用柱前衍生結合氣相色譜-質譜聯(lián)用（g as chromatography-mass spectrometry，GC-MS）進行定性定量分析。樣品用于GC-MS分析前需加入一定體積的吡啶和等體積的N,O-雙(三甲基硅烷)三氟乙酰胺衍生含有活性氫的官能團，使角質層組分轉化為三甲 基硅基衍生物，以改善峰型，獲得更高的分辨率[35]。植物角質單體大多是飽和羥基化脂肪酸，以C16和C18單體為主。蠟質組分主要是特長鏈脂肪族化合物及其衍生物。柑橘角質層的研究涉及多個品種，表2列舉了一些柑橘類果實表皮角質層的主要組分。

表2 柑橘角質層組分Table 2 Composition of citrus cuticle

柑橘果皮角質單體主要是含羥基的十六烷酸。Baker等[25]報道，檸檬和蜜柑角質單體主要是16-羥氧代基-十六烷酸，分別占其總角質的56%和57%，橙和克萊門氏小柑橘角質單體主要是二羥基十六烷酸，分別占總角質的51%和62%。然而，有研究者發(fā)現(xiàn)‘紐荷爾’臍橙表皮角質單體主要是10-氧代基,16-羥基十六烷酸和10,16-二羥基十六烷酸，且角質含量在開花后90～180 d持續(xù)增加，從（55.3±13.8）μg/cm2增加到（223.3±43.8）μg/cm2，到開花后2 1 0 d（此階段果實成熟）下降為（169.6±2.1）μg/cm2，表明角質與果實發(fā)育時期有關，且在生長膨大階段不斷積累增加，但到果實成熟階段含量減少[34]。角質組分的變化還受溫度影響。成熟的冰糖甜橙在采收時角質單體主要成分是順-9-十六碳烯酸和肉桂酸，4 ℃貯藏40 d后，兩者含量都下降；但25 ℃下貯藏相同時間，二者含量上升，此外，角質總含量也在低溫貯藏時減少，常溫貯藏時增加[37]。低溫貯藏誘導角質降解，可能是為了生成其他物質來提高果實抵御低溫脅迫的能力，而常溫下貯藏，更適于病原菌的生長，呼吸強度也較高，因此可通過提高角質含量以提高自身對外界環(huán)境不利因素的抗性。目前，具體角質單體組分的作用鮮有明確報道，未來可進行相關方面的研究，探究具體角質單體組分的作用，通過外源手段提高對果實保鮮貢獻大的物質含量，延長果實貯藏期，達到更好的保鮮效果。

蠟質層組分的研究在橙、寬皮桔、柚和檸檬 等品種中較多。自柑橘果實發(fā)育至成熟階段，果皮蠟質總量增加[28,34,40]。柑橘表皮蠟質組分主要是脂肪族化合物和萜類化合物。脂肪族化合物主要為C23～C33醛、C20～C31初級醇、C16～C34偶數(shù)碳原子鏈飽和脂肪酸和C18:1、C18:2不飽和脂肪酸，C21～C33奇數(shù)碳原子鏈烷烴。其中C24、C26、C28是主要的醛類物質，而C29和C31在烷烴中占主要地位。研究發(fā)現(xiàn)梨表皮蠟質組成[41-42]與柑橘類似，但具體組分在碳原子數(shù)上有差異（C16～C18醛類、C17～C41初級醇、C16～C26脂肪酸、C16～C44烷烴），三十一烷（C31）是‘庫爾勒’、‘雪花’梨果實表皮蠟中最豐富的烷烴。此外，Sala[43]在‘Fortune’柑橘果實蠟層中檢測到豐富的蠟酯和酮，且發(fā)現(xiàn)蠟質組分受光照的影響，位于樹體北面的果實表皮蠟質中酮含量高，樹體南面上的烷烴、酯類、醛類含量高。萜類化合物主要是三萜類（主要包括香樹精、羽扇豆醇、軟木三萜酮）和甾醇類（主要為谷甾醇），部分還含有角鯊烯和法尼醇。與柑橘不同，‘October Sun’桃角質層主要的三萜化合物是熊果酸和齊墩果酸[44]。此外，不同品種柑橘果實的萜類物質種類和含量都有顯著的差異[39]，說明品種和環(huán)境對角質層有較大影響。同時，在部分柑橘角質層還檢測到次級代謝物微量膽固醇和類黃酮物質[28,34]，推測目前對于角質層組分的研究手段還存在些許不足，角質層中的微量成分可能被忽略。

柑橘果皮角質層合成受外源乙烯的調控，‘Navelate’柑橘果實經(jīng)乙烯處理，表皮總蠟量增加，且新合成的蠟質中富含脂肪酸[27]。蘋果中也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象，而乙烯抑制劑（1-甲基環(huán)丙烯）則會延遲導致蘋果表面產生油膩感蠟質成分的合成[45-46]。這些研究表明乙烯不僅可誘導蠟質積累，還改變蠟質組分。 從已有資料來看，乙烯似乎主要影響表皮外蠟脂肪族化合物的合成，可進一步探究乙烯處理后角質層合成通路的情況，探究角質層對這種外源物的響應機制。大量的研究成果均表明柑橘角質層組分具有多樣性，品種、地理環(huán)境、貯藏條件和外源物處理都可能影響角質層組分及含量。

2 柑橘果皮形態(tài)結構

脂肪族蠟組分可自我組裝成蠟質晶體。Ensikat等[47]通過電子衍射、X射線粉末衍射研究了35 種植物表皮蠟質的晶體結構，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)脂肪族蠟具有正交晶型結構。一些掃描電子顯微鏡觀察結果顯示大多數(shù)表皮外蠟呈三維結構。常見的蠟晶結構為顆粒狀、板狀、血小板狀、管狀等[4,48]。血小板狀蠟質組分中常含高比例的醛類和烷烴，管狀蠟晶體有兩種：蠟質含高比例的仲醇或β-二酮[49]，也有一些研究發(fā)現(xiàn)血小板狀蠟晶型表現(xiàn)出較高的形態(tài)學和化學變異性[50-51]。

柑橘果實表皮外蠟組分間的差異導致了果皮形態(tài)結構不一。成熟柑橘類水果在采收時表皮外蠟通常呈扁平血小板狀，冰糖甜橙[37]、‘Foutune’柑橘果實[43]、‘紐荷爾’臍橙[28]表皮形態(tài)均為此結構。但突變體表現(xiàn)不同，醛類和烷烴含量顯著下降的‘紐荷爾’臍橙突變體果皮蠟晶缺失、表皮光滑[28]，相似表型在黃瓜[52]和擬南芥[53]中也被觀察到。而蠟質組分中醛類和烷烴含量高的果實，形成的蠟晶分布范圍更廣泛、尺寸更大[26]。此外，貯藏過程用乙烯處理果實可減少表皮蠟質裂縫和缺蠟區(qū)域，使蠟質更緊密、均勻[27]。證明烷烴和醛是形成柑橘表皮血小板狀蠟晶的必需物質。

同時，表皮外蠟自組裝過程也受溫度、光強、濕度等環(huán)境因素的影響。較高溫度利于形成平行于角質層的結構，如：板狀、薄片狀；較低溫度利于形成垂直于角質層的結構，如：棒狀、管狀[54]。低溫會損害柑橘表皮晶體結構。4 ℃貯藏的冰糖甜橙蠟晶減少、表面起皺開裂，而25 ℃貯藏時蠟晶增多聚合，形成更大的晶體[37]；葡萄柚樹冠果實外側向陽面的蠟晶尺寸大于內側[55]；‘Foutune’柑橘果實在低溫條件下，果皮外蠟更易損傷裂化，但烷烴含量增加可顯著延緩蠟層的裂化[43]。烷烴在柑橘表皮蠟晶形成過程中有較大作用，從相關報道可知，柑橘角質層中的烷烴主要是 C29和C31，雖已證明烷烴含量增加對蠟晶形成有利，但烷烴鏈長與蠟晶形態(tài)的關系未有說明。

3 柑橘果皮角質層組分在采后貯藏期的變化

柑橘類果實發(fā)育模式一般分4 個階段：細胞分化期、分裂期、果實發(fā)育膨大期、果實成熟期[56]。角質層組分除果實生長發(fā)育期間不斷變化外，貯藏期也 有所差異。溫州蜜柑冷藏過程中角質層含量先上升后下降，而相同條件下貯藏的冰糖甜橙角質層含量在整個貯藏期持續(xù)下降[37,57]。‘紐荷爾’臍橙和溫州蜜柑貯藏期蠟質中脂肪酸比例上升，醛類、烷烴比例下降，并在‘紐荷爾’臍橙中檢測到了法尼醇和角鯊烯，溫州蜜柑中沒有[26]，這與Liu Dechun等[28]的報道結果一致，表明果皮結構也會影響蠟質成分。此外，還發(fā)現(xiàn)‘庫爾勒’和‘玉露香’梨在貯藏期間脂肪酸含量也發(fā)生了變化[42]。曾有報道，角質層單體C16/C18的比例影響薊葉子和花角質層的機械性能，C16單體含量高時剛性較強；C16單體和C18單體含量相當時則具有較高的彈性[58]，而烷烴和醛類的積累對防止果實水分流失有重要作用[26,59]。貯藏過程中角質層組分的變化影響角質層的性能，進而改變果實特性。脂肪酸比例的上升伴隨著醛類、烷烴比例的下降，可能是蠟質組分互相轉變的結果。這與隨著貯藏期延長，果實成熟度增加、硬度下降、表皮逐漸軟化、結構變得疏松、剛性下降相符合。且某些脂肪酸成分還可抑制病原菌生長，對果實起到保護作用。

4 柑橘果實果皮角質層合成途徑及基因調控

4.1 蠟質 生物合成及基因調控

植物表皮角質層是由多酶復合物參與一系列酶促反應而合成，關于這方面的研究主要是以擬南芥為材料進行的[60-64]，相關基因調控及合成轉運途徑如圖3所示。脂肪族蠟組分合成大體可分為兩個階段。第一階段是在質體中從頭合成C16和C18脂肪酸。首先是乙酰輔酶A與來自丙二酸-?；d體蛋白（acyl carrier protein，ACP）的C2分子縮合以延長碳鏈，這一過程的丙二 酸-ACP由丙二酸單酰輔酶A合成。丙二酸單酰輔酶A由乙酰輔酶A羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACCase）催化乙酰輔酶A羧化而來，且此步反應為不可逆反應，并且控制著脂肪酸合成速率，因此ACCase催化反應被認為是脂肪酸合成的限速步驟[63,65]；縮合后再經(jīng)β-酮酰ACP還原、β-羥基酰ACP脫水、反式-Δ2-烯酰ACP還原3 個連續(xù)反應，4 個反應構成一個循環(huán)。由脂肪酸合酶復合體催化循環(huán)反應，每個循環(huán)使碳鏈增加兩個碳原子，重復6～7 次，最終生成C16-ACP和C18-ACP。?；鵄CP硫酯酶（acyl ACP thioesterase，F(xiàn)ATB）催化?；蛊鋸孽；d體蛋白中釋放，再經(jīng)長鏈脂酰輔酶A合成酶（long-chain ac yl-coenzyme A synthase，LACS）轉化生成C16和C18脂酰輔酶A[3]?！~荷爾’臍橙突變體中，CsCAC3、CsCAC1和LACS相關基因表達水平被下調，C16、C18脂肪酸前體和長鏈脂酰輔酶A的合成受到抑制，最終表皮呈光滑表型[33,60]。Jessen等[66]發(fā)現(xiàn)LACS1和LACS4基因雙缺失的擬南芥突變體花粉被膜脂質含量顯著降低。此外，在缺失FATB基因的擬南芥突變體中觀察到莖和葉總蠟量都減少[67]。

圖3 角質層組分合成和轉運[3,60--61]Fig. 3 Biosynthesis and export of cuticle components[3,60-61]

第二階段是C16和C18脂肪酸被轉運到細胞質中，由內質網(wǎng)上的脂肪酸延長酶（fatty acid elongase，F(xiàn)AE）復合物延長為C20～C34特 長鏈脂肪酸（very long chain fatty acids，VLCFAs）及其衍生物。FAE以C16和C18脂酰輔酶A為底物，整個合成過程由β-酮酰輔酶A合成酶（β-ketoacyl-CoA synthase，KCS）、β-酮酰輔酶A還原酶、β-羥基酰輔酶A水解酶和反式烯酰輔酶A還原酶催化的4 個連續(xù)反應構成一個循環(huán)反應。通過丙二酸單酰輔酶A轉移到酰基載體蛋白上，經(jīng)每個循環(huán)在原碳鏈上增加2 個碳原子。KCS是脂肪酸鏈延伸的限速酶，決定了最終脂酰輔酶A產物的長度[61]。在‘紐荷爾’臍橙中檢測到了CsKCS19、CsKCS6/CER6、CsKCS11-LIKE1、CsKCS10、CsKCS2-LIKE1、CsKCS2-LIKE2等幾種KCS基因，且其在突變體果皮中表達水平下調[33,60]。VLCFAs可以通過脫羰基途徑轉化為相應的醛、烷烴、二級醇和酮，也可以通過?；€原途徑轉化為初級醇和蠟酯。研究發(fā)現(xiàn)，CER4編碼脂酰輔酶A還原酶與初級醇形成有關，克隆擬南芥CER4基因發(fā)現(xiàn)其可特異地合成C24～C28的初級醇[68]。相關基因表達量低的柑橘果實蠟質中初級醇含量也低[33]。形成的初級醇可單獨存在或與游離脂肪酸形成蠟酯。首先在擬南芥中發(fā)現(xiàn)WSD1基因與蠟酯合成有關[69]。最近還發(fā)現(xiàn)，WSD2、WSD7參與擬南芥葉和莖的表皮蠟酯生成，且在干旱、鹽和脫落酸（abscisic acid，ABA）脅迫下可被高度誘導[70]。在番茄中也發(fā)現(xiàn)ABA在干旱條件下可誘導蠟質積累[71]。CER3、CER1基因主要參與烷烴合成，KCS6、CER3和CER1基因表達量高的果實表皮蠟質中醛類、脂肪酸和烷烴含量高，MYB家族基因也參與蠟質合成，MYB96表達水平較高，蠟質含量高，而MYB94和MYB96雙缺失則造成蠟質損失嚴重[26,34,72]。此外，還發(fā)現(xiàn)CER22是CER1的等位基因，也可編碼烷烴形成[73]，而CER2與蠟組分碳鏈原子分布有關，主要作用是將碳鏈延長至大于28 個碳原子[26,74]。

蠟質組分中的萜類化合物由C5單元（異戊烯基二磷酸）組成。三萜化合物的合成主要有三步：第一步是由氧化角鯊烯環(huán)化酶催化2,3-氧化角鯊烯環(huán)化，構建三萜基本骨架；第二步是骨架被修飾成疏水的皂苷元；最后通過糖基化增加三萜的水溶性，改變其生物活性[75]。對柑橘中與萜類物質合成有關的基因研究發(fā)現(xiàn)，CsDXP3、CsFKP1、CsFPD2、CsCDPMEK、CsCHX2等基因與萜類化合物的骨架生成有關，ScFDFT1與角鯊烯合成有關，CsLUP4-LIKE1/2與β-香樹精的合成有關[60]。

4.2 角質合成相關基因及調控

與蠟質合成一致，角質單體合成也始于質體中脂肪酸的從頭合成。C16和C18脂酰輔酶A后形成，在內質網(wǎng)中發(fā)生ω-羥基化，中鏈羥基化和形成酰基輔酶中間體最后生成二羥基十六烷酸輔酶A酯，目前對這3 個反應發(fā)生的順序還未能明顯區(qū)分，但相關酶作用已有報道。如在擬南芥花瓣中CYP86A酶催化ω-羥基化反應，CYP77A6酶催化碳鏈中部的羥基化[3]。目前在柑橘中被報道的與角質單體合成有關的基因主要有：WIN1、GDSL1、MYB106、MBY41、SHN1/WIN1、WIN2、WIN3、ZIL1、CYP86A1、CYP86A2、GPADT8、BDG等。且它們大多既參與角質合成，也在蠟質合成中起作用，比如MYB106、MBY41、SHN1/WIN1直接調控角質合成并可間接影響蠟質合成[26,34]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)WIN1和其相關轉錄因子過表達除能提高蠟產量外，還可調節(jié)角質層滲透性，增強植物適應干旱的能力[76]。

4.3 角質層組分轉運及調控

蠟質組分與角質前體在內質網(wǎng)形成后，穿過質膜和細胞壁，最終沉積在細胞壁最外層形成新的角質層。目前的研究認為蠟質和角質前體在質膜上的轉運輸出主要依賴于ATP-結合盒（ATP-binding cassette，ABC）轉運體。擬南芥中，ABCG12/CER5、ABCG32和ABCG13基因為蠟質轉運所必需[77-79]。ABC家族轉運蛋白在柑橘表皮角質層組分的運輸中具有重要作用。Liu Dechun等[33,60]報道了CsABCG15、CsABCG32、CsABCG36、CsABCG11-LIKE1～CsABCG11-LIKE4、CsABCG1～CsAB CG3在蠟含量少的突變體‘紐荷爾’臍橙中表達下調，表明ABC轉運蛋白表達水平的減少會導致蠟質從膜內輸出受阻，最后造成表皮蠟質含量減少。脂質轉運蛋白也參與角質層組分的轉運過程，但在柑橘中少有報道。

5 柑橘果實果皮角質層對柑橘采后貯藏的意義

柑橘果實采后會失水或發(fā)生青霉病，導致果實皺縮腐爛，影響銷售，造成經(jīng)濟損失。我國柑橘產量大，90%以上用于新鮮消費，采后貯藏至關重要[80]。柑橘表皮角質層可阻礙果實水分流失、抵御外界微生物的侵害和調節(jié)果實內部環(huán)境防止生理紊亂的發(fā)生。

5.1 防止水分流失

果皮角質層可以減少果實非氣孔性失水，在沒有或少有氣孔時，角質層的蒸騰作用是水分流失的主要方式，而角質層的疏水性可有效防止水分流失[81]。以前普遍認為，角質層厚度決定表皮透水性。而后研究表明，角質層厚度和蠟質總量與透水性都沒有相關性，水擴散主要屏障是一個小范圍的富含高度結構化的蠟質區(qū)域[82-84]。Parsons等[85]對辣椒角質層的分析表明，水分損失率與角質層組成顯著相關。角質層的保水能力主要由蠟質組分中的烷烴、三萜和甾醇含量及比例決定，烷烴可能是最有效的保水組分，還可提高植株抗旱性，而萜類對保水力有反作用[86-88]。角質層沉積的物理結構以及蠟質組分的排列對建立有效的表皮運輸屏障必不可少，而蠟質和角質沉積厚度不影響角質層滲透性[89]。

柑橘表皮角質層滲透性的改變影響水分擴散，角質層功能嚴重受損時，水分滲透性增加，果實失水快[90]。去除表皮蠟質后的柑橘果實在貯藏期間水分損失率顯著增加，如：‘紐荷爾’臍橙[26]、溫州蜜柑[26,38]、冰糖橙[37-38]。蠟質組分與蠟晶結構對角質層水分運輸起關鍵作用。‘紐荷爾’臍橙和溫州蜜柑在貯藏期間隨烷烴含量下降，果實失水率增加。溫州蜜柑由于蠟質含量低、無定形程度高、晶型結構疏松表現(xiàn)出更高的失水率[26]。Schirra等[91]用不同溫度熱水浸泡‘Fortune’柑橘果實后觀察并檢測表面蠟質結構與貯藏性能，也得出了相同結論。由此可見，角質層起保水作用的主要是外蠟組分中能形成晶體結構的烷烴，烷烴含量高，蠟晶結構緊湊、尺寸大，則保水性好，有利于防止柑橘采后水分流失。內蠟似乎對保水并無作用。但水分子在角質層具體如何運輸、在非晶體區(qū)域與晶體 區(qū)域的運輸方式有何不同，還需要進一步地研究。此 外，角質層沉積還與環(huán)境因素有關。一般在高濕度環(huán)境下的植物角質層沉積少，而干旱條件下角質層沉積較多[92]。干旱條件下角質層沉積增加，可能合成更多蠟質晶體結構防止水分散失。

5.2 抵御外界微生物的侵害

果實抗病性隨成熟期和貯藏期的延長而降低，某些情況下，真菌可以通過物理作用、酶降解作用或兩種結合的方法穿透果實表面，而無法直接穿透果實表皮的病原菌，可以通過皮孔、氣孔或自然裂縫感染果實，長期貯藏后，果實對傷口和機械損傷的敏感性逐漸增強，為感染的發(fā)生提供了途徑。此外，表皮結構可影響病菌孢子的沉積和黏附[93]。角質層對外來物的入侵有防御作用，其他文獻中有相關報道[94-95]。因此，角質層對抵御外界微生物入侵 具有重要作用。

柑橘角質層對采后青霉菌感染有抑制作用。乙烯處理后新蠟的合成可有效地阻止外界青霉菌感染‘Navelate’柑橘果實[27]。Dore等[96]用碳酸氫鈉處理柑橘果實也有相同效果。雖然蠟質層可以阻礙病原菌入侵，但并非所有組分都可抑菌，具有抑菌作用的主要是蠟質層中的萜類物質。張靜等[57]通過體外實驗發(fā)現(xiàn)，冷藏過程中溫州蜜柑表皮外蠟對指狀青霉菌落的生長有促進作用，而內蠟則會顯著抑制其生長和孢子萌發(fā)。此外，更耐貯的‘紐荷爾’臍橙成熟果實角質層蠟中存在法尼醇和角鯊烯[26]。法尼醇可抑制青霉菌的菌絲生長并促進其細胞凋亡，角鯊烯可參與清除自由基和提高氧負荷，兩者均有保鮮作用[97-98]。而最近一項研究發(fā)現(xiàn)表皮蠟層缺失的‘紐荷爾’臍橙突變體茉莉酸合成顯著增加，并對病原菌表現(xiàn)出更強的耐受性[99]。與蠟質一樣，茉莉酸也源于 質體中脂肪酸的合成，且二者合成量呈負相關。突變體中茉莉酸合成的增加是對病原菌抗性增強的直接原因，但這種調控機制尚未明確。此外，蠟質中的烷烴組分似乎也與果實自身防御緊密相關。易受感染發(fā)生褐斑的‘Navelina’橙在 成熟過程烷烴含量高于非易感品種，這可能是果實抵抗外界干擾的結果[40]。擬南芥中MYB30基因可調節(jié)超敏反應，作為細胞死亡信使，其過表達會導致蠟質含量增加，其中C29和C30烷烴含量增加2 倍[100]。烷烴含量與蠟質晶體結構緊密相關，但并未明確指出是其形成的致密晶體結構抵御了病原菌的入侵還是其組分對病原菌有抑制作用。

除果實自身角質層蠟外，人工蠟涂層也可以延緩柑橘果實衰老，添加伊馬唑利的蠟涂層可進一步保護果實抵抗青霉病，延長果實貯藏期[101]。同時，使用納米抗菌劑可提高表皮滲透性，控制柑橘黃龍病的發(fā)生[102]。

5.3 柑橘果皮角質層與果實生理紊亂的關系

果實出現(xiàn)生理紊亂現(xiàn)象主要是因為角質層沉積與果實發(fā)育膨大之間不協(xié)調，一般表現(xiàn)為褐斑和開裂[103]。果實開裂主要在果實接近成熟或成熟期間，西紅柿[104]、蘋果[105]、西瓜[106]等作物均有開裂現(xiàn)象發(fā)生。

表皮厚度和表皮細胞密度與果實開裂程度顯著相關，易開裂的果實表皮角質層較薄、結晶蠟較少[107]。通過改變表皮細胞密度、角質層厚度和成分，可控制果實開裂的發(fā)生。隨著生長發(fā)育，柑橘果實尺寸變大，更易開裂，而蠟質組分中烷烴含量高的果實開裂率低[40]。在甜櫻桃中也發(fā)現(xiàn)，表皮蠟質中烷烴的類型和比例對果實抗裂性至關重要[108]。此外，有新蠟合成、表皮缺蠟區(qū)域減少的柑橘，果實開裂程度下降[27]。同時，蠟晶結構受損是‘Fortune’柑橘果實果皮褐斑和凹陷的因素之一。Sala[43]報 道了與健康果實相比，果皮凹陷的柑橘果實表面蠟層更具有非晶性。低溫會誘導‘Fortune’柑橘果實表皮細胞破裂，嚴重發(fā)生凹陷的果皮晶體丟失或無晶體結構，表面粗糙，發(fā)生冷害的果實角質層滲透性顯著增加[90]。蠟質晶體結構與果實生理紊亂及采后病害顯著相關，更緊密的蠟質晶體結構在能調控生理紊亂的同時也減少了果實病害的發(fā)生率。由于CER1、CER3基因與烷烴合成相關，適量過表達可提高蠟組分中烷烴含量，利于蠟晶形成，提高果實貯藏性。

6 結 語

植物角質層是植物組織與外界環(huán)境的屏障，與果蔬表型、采后衰老、病害緊密相關，對提高果蔬耐貯性具有重要意義。角質層組分及結構對其功能起決定性作用，相關基因的表達不同造成組分間的差異，同時引起蠟質晶體結構改變，進而影響其功能。環(huán)境因素對角質層也有較大影響，低溫環(huán)境下角質層受損，而干旱則會誘導角質層含量的增加。目前，對柑橘角質層研究雖涉及了生物合成、組分變化、功能等多個方面，但也存在局限性。首先，現(xiàn)階段具體研究對象范圍較狹窄，大多都集中在角質、蠟質含量和組分的表征，而對膠膜、多糖、酚類等其他組 分的研究較少。其次，角質層具有多種功能，這些功能是否具有相關性并沒有說明，基本上都是單獨闡述。同時，角質層具體組 分與其功能的關系未有全面深入探究，目前研究得較多的組分是烷烴，已知烷烴在角質層的保水性、控制病害等方面都具有較大貢獻，但有關脂肪酸、酮、醇等的報道很少。由于不同角質層組分作用不同，有針對性地研究具體組分及其變化在果實生長發(fā)育和采后貯運中的作用是今后研究的重要方向。此外，在多種植物中均發(fā)現(xiàn)角質層還具有反射紫外輻射的作用[109]，但在柑橘中鮮有相關報道，可以增強這方面的研究。

柑橘采后被病原微生物侵染是主要的病害發(fā)生方式，真菌入侵植物表面可通過物理作用、酶降解作用或二者結合的方式，表皮結構可影響孢子沉積，但附著的真菌孢子可通過分泌黏附劑來依附宿主[93]?，F(xiàn)階段的研究主要是表征微生物入侵后蠟質含量和結構上的變化，而對霉菌侵染柑橘果實的機制、角質層對病原菌入侵的防御機制還未可知，因此，可進一步研究明確相關調控機制和通路從入侵源頭減少果實采后病害。

在柑橘中還觀察到外源處理物會引起角質層的變化[27,70-71]，但其機制沒有報道，關于角質層組分合成的研究、脂肪族蠟質組分的研究較多，也較為透徹，但有關角質和表皮內蠟的萜類化合物合成研究相對較少。尤其是角質組分合成的研究，還存有疑點，如：某些反應順序并未能明顯區(qū)分。同時，最近的研究報道了缺脂肪族蠟質的柑橘果實可以通過茉莉 酸介導調控增強對病原菌的抗性，提示角質層的保鮮作用具有復雜的調控機制，除了可單獨起到保鮮的作用外，也與果實內其他組分互相影響，從而影響果實性能，但目前這方面的研究較少。

關于角質層仍有許多尚未解決的問題，而利用自身角質層提高柑橘采后貯藏保鮮效果能減少保鮮劑的使用且更安全經(jīng)濟，有望成為未來柑橘保鮮的新趨勢。未來的研究可引入一些生物技術，如：基因編輯技術、轉錄組學技術、代謝組學技術等根據(jù)角質層相關功能，有針對性地表達或沉默某些角質層基因，使各組分合理協(xié)調，形成保水、抑菌效果均佳的角質層，提高果蔬的耐貯性。還可開發(fā)貯藏性能高的新品種進行培育種植，節(jié)約貯藏成本、提高經(jīng)濟效應，對柑橘采后有重要意義，也可為其他果蔬保鮮提供一定的參考。