《食品科學》：江西農業大學陳楚英教授等：4-甲氧基肉桂醛對柑橘果實采后青霉病抗性的影響

柑橘屬于蕓香科（Rutaceae）柑橘亞科柑橘屬（

Citrus

）的喬木，包括柑、橘、橙、柚、檸檬、來檬、枸櫞、金柑等幾十多個品種，遍布世界140多個國家和地區，主要集中在美洲和亞洲。柑橘果實鮮美可口，富含VC、多酚、黃酮、類檸檬苦素等多種有益于人類健康的生物活性成分，深受消費者喜愛。我國是世界上最大的柑橘主產國，據世界柑橘組織數據顯示，在2022年夏到2022/23年冬的柑橘產果季，全球柑橘總產量為1.489億 t，而中國的產量高達6 003.8萬 t，占全球總產量的28.5%，居于世界首位。在我國，大多數柑橘類果實的采收期主要集中在10—11月，并多以鮮銷為主，在采后貯運過程中果實極易受到病原真菌侵染而引發霉變、腐爛，造成不可估計的經濟損失。目前，控制柑橘果實采后腐爛主要依賴于傳統殺菌劑，主要以咪鮮胺、抑霉唑和苯菌靈等常用殺菌農藥進行化學藥劑防治。然而，過多地使用化學殺菌劑極易帶來諸多的不良問題，如藥劑殘留、抗藥菌株、食品安全和環境污染等，嚴重制約柑橘產業的健康發展。因此，迫切需要研發高效安全的綠色殺菌劑用于柑橘果實的采后防腐與保鮮。

4-甲氧基肉桂醛（4-methoxycinnamaldehyde，4-MCA）是從天然食用香辛料植物肉桂（

Cinnamomum cassia Pres

）嫩枝中提取分離或通過人工衍生合成（與4-MCA結構相同）的甲氧基苯基丙烯醛類化合物，呈淡黃色結晶體，不溶于水，主要用于食用香料香精、醫藥制造和美妝產品等行業，對多種致病微生物具有顯著的抑制效果。張穗等測得4-MCA對番茄晚疫病菌（

Phytophthora infestans

）、油菜菌核病菌（

Sclerotinia sclerotiorum

）、水稻紋枯病菌（

Rhizoctonia solani

）和西瓜枯萎病菌（

Fusarium oxysporum

）的半抑制濃度（

median effect concentration，

EC

50）位于17.26～80.45 mg/L之間。Morozumi研究表明，4-MCA對黃曲霉（

Aspergillus flavus

）和寄生曲霉（

A. parasiticus

）的最小抑菌濃度（minimal inhibitory concentration，MIC）為100 mg/L，對赭曲霉（

A. ochraceus

）的MIC為200 mg/L。本課題組成員Gan Zengyu等研究發現，4-MCA對柑橘綠霉致病菌——指狀青霉MIC和最小殺菌濃度（minimum fungicidal concentration，MFC）分別為31.3 mg/L和125 mg/L，其抑菌作用靶點主要與細胞膜有關。以上研究結果說明，4-MCA是一種廣譜性的抑菌生防劑。在前期研究中發現，意大利青霉（

Penicillium italicum

）是導致江西省贛南臍橙主產區采后真菌腐爛的主要病原菌之一，同時在體外抑菌實驗中證實了4-MCA能顯著抑制指狀青霉（

P. digitatum

）的菌絲生長和孢子萌發。然而，目前鮮見有關4-MCA提高臍橙果實抗病能力，進而降低或控制采后青霉病發生的研究報道。因此，江西農業大學農學院黃露露、侯天玉、陳楚英*等研究以紐荷爾臍橙為研究對象，探究4-MCA對意大利青霉侵染引起柑橘采后青霉病的抑制作用，以及其與果實pH值、有機酸組分含量及相關代謝的關系，旨在闡明4-MCA處理如何調控有機酸代謝，以增強臍橙果實對青霉病的抗性。

1

4-MCA處理的最適質量濃度確定

不同質量濃度4-MCA處理對離體和活體下

P. italicum

菌絲生長的影響如圖1所示。在平板抑菌實驗中，12.5、25、50、100 mg/L的4-MCA處理對

P. italicum

菌落直徑均有抑制作用，4-MCA處理的質量濃度越高抑制作用越強（圖1A）。2 d時，當培養基中4-MCA質量濃度≥50 mg/L時，PDA平板上未長出

P. italicum

菌絲，因此50 mg/L為MIC。6 d時，當培養基中4-MCA質量濃度為100 mg/L時

P. italicum

菌絲生長完全被抑制，即此質量濃度為MFC。

為了確定4-MCA處理在防控臍橙采后青霉病的最適質量濃度，選取0、100（1×MFC）、200（2×MFC）、500（5×MFC）、1 000 mg/L（10×MFC）4-MCA進行活體防效實驗，結果發現1 000 mg/L 4-MCA處理后再接種意大利青霉孢子的紐荷爾臍橙具有最小的病斑直徑（（6.57±3.82）mm），果實青霉病變癥狀不明顯（圖1B），因此，確定1 000 mg/L的4-MCA進行后續青霉病抗性研究。

2

4-MCA處理對臍橙果實青霉病發病進程的影響

4-MCA處理對臍橙果實采后青霉病的抑制效果如圖2所示。在接種

P. italicum

后48 h時，對照組果實傷口處長出藍色菌絲，并出現輕微水漬狀腐爛。隨著貯藏時間的延長，水漬面積逐漸擴散，果實的腐爛程度急劇加重（圖2A）。然而，與對照組相比，4-MCA處理顯著推遲了臍橙果實的發病進程，推遲了24 h（即為接種

P. italicum

后72 h時）才開始出現水漬狀腐爛，且腐爛程度較輕。由圖2B、C可知，對照組果實的病斑直徑和病情指數在24 h后快速上升，在接種

P. italicum

后96 h時分別是4-MCA處理的3.68、1.64 倍。由此說明，4-MCA處理能顯著延緩臍橙果實接種

P. italicum

后的發病進程，并降低柑橘青霉病的發病幾率。

3

4-MCA處理對臍橙果皮pH值和可滴定酸含量的影響

如圖3A所示，接種

P. italicum

后臍橙果皮中pH值隨貯藏時間的延長而降低，但4-MCA處理果實的pH值始終高于對照組果實，在貯藏48～96 h內差異顯著（

P

＜0.05）。在貯藏72 h時，4-MCA處理果皮中pH值高于對照組10.13%。如圖3B所示，可滴定酸含量的變化趨勢與pH值相反，隨著果實病情程度的不斷加劇而不斷上升，且在貯藏中后期（48～96 h）內，4-MCA處理的臍橙果皮中可滴定酸含量顯著低于對照組（

P

＜0.05）。由此說明，4-MCA處理通過延緩接種

P. italicum

后臍橙果皮中可滴定酸含量的上升維持其pH值的穩定。

4

4-MCA處理對臍橙果皮中有機酸組分含量的影響

由圖4A～E可知，在

P. italicum

的侵染過程中，對照組與處理組兩組的臍橙果皮中的檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸、酒石酸和草酸含量均呈上升趨勢，且4-MCA處理顯著抑制了以上5 種酸組分含量的上升。如圖4所示，在接種

P. italicum

后96 h時，對照組果皮中的檸檬酸含量從貯藏0 h的初始值1.03 mg/g上升至最大值2.32 mg/g；4-MCA處理顯著抑制了檸檬酸含量的上升，在96 h時其檸檬酸含量比對照組低18.97%。對照組蘋果酸、琥珀酸和酒石酸含量均在貯藏96 h時達到峰值，分別比同時期的4-MCA處理組高18.49%、29.38%和13.36%。在貯藏末期，4-MCA處理組草酸含量相比于貯藏0 h的初始值增加了19.42%，而對照組增加了27.28%。在整個

P. italicum

侵染過程中，臍橙果皮中的總酸含量呈增加趨勢，其中對照組總酸含量的增幅更為顯著（圖4F）。在貯藏48～96 h，4-MCA處理果皮中的總酸含量顯著低于對照組（

P

＜0.05），這表明4-MCA處理能夠延緩臍橙果實接種

P. italicum

后有機酸組分及其總酸含量的上升。

5

4-MCA處理對臍橙果皮中有機酸代謝酶活性及相關基因表達的影響

PEPC、MDH、ME、CS、ACO和IDH是果實中有機酸代謝的重要酶，參與有機酸的合成和降解，

CsPEPC、CsMDH、CsME、CsCS、CsACO和CsIDH

是調控這些酶的對應基因。由圖5 A 1 可知，在接種

P. italicum

后，對照與4-MCA處理組臍橙果皮中的PEPC活性均呈上升趨勢，且對照組的上升幅度大于處理組。與對照組相比，4-MCA處理組臍橙果皮中的PEPC活性在48～96 h內保持在顯著較低水平，平均比對照組低25.74%（

P

＜0.05）。4-MCA處理顯著抑制接種后臍橙果皮中

CsPEPC

基因的上調表達，其中在96 h時，對照組的CsPEPC基因表達量是處理組的4.07 倍（

P

＜0.05，圖 5 A 2 ）。

如圖5B1所示，對照組和處理組的果皮中MDH活性在整個侵染過程中不斷上升。其中，處理組的MDH活性顯著低于對照組（

P

＜0.05），且在48～96 h差異極顯著（

P

＜0.01）。與對照組相比，4-MCA處理顯著抑制了接種后臍橙果皮中

CsMDH

基因的上調表達。同時，在整個貯藏周期4-MCA處理的臍橙

CsMDH

表達水平平均比對照組低37.82%（圖5 B 2 ）。

如圖5C1所示，接種

P. italicum

后，兩組臍橙果皮中ME活性隨著貯藏時間的延長先上升后下降，在貯藏48～96 h，兩者之間的差異顯著（

P

＜0.05）。4-MCA處理組臍橙果皮中ME活性在貯藏72 h時達到峰值（0.52×10 3 U/g），比對照組低21.58%。

CsME

基因的表達量與ME活性的總體變化相似，在貯藏0～72 h基因持續上調表達，在72 h時達到表達量峰值后急劇下降（圖5 C 2 ）。在48～96 h，4-MCA處理果皮中

CsME

基因的表達量顯著低于對照組（

P

＜0.05）。

由圖5D1可知，在接種

P. italicum

后，對照組的CS活性在貯藏0～48 h快速上升，48～72 h緩慢上升，72～96 h逐漸降低。然而，4-MCA處理組的果皮中CS活性在整個侵染過程中不斷上升。在貯藏24～48 h內，4-MCA處理的CS活性顯著低于對照組（

P

＜0.05），之后直至貯藏末期與對照無顯著差異。在24～72 h，4-MCA處理果皮中

CsCS

基因的表達量顯著低于對照組（

P

＜0.05），平均比對照組低33.63%（圖5 D 2 ）。

由圖5E1可知，對照組果實中的ACO活性在0～72 h逐漸上升，72 h后稍有下降，而4-MCA處理組的ACO活性在整個

P. italicum

侵染過程中逐漸上升。在接種后48～96 h，4-MCA處理的果皮中ACO活性顯著高于對照組（

P

＜0.05），平均比對照組高25.34%。對照組的

CsACO

基因在整個貯藏周期內始終保持較低水平，而4-MCA處理

CsACO

基因的表達量在貯藏前期（0～48 h）相對穩定，隨后顯著增加，貯藏96 h時其表達量是對照組的3.27 倍（圖5 E 2 ）。

隨著

P. italicum

侵染進程的不斷推進，兩組臍橙果皮中的IDH活性逐漸增加，且在48～96 h，4-MCA處理的果皮中IDH活性顯著高于對照組（

P

＜0.05，圖5 F 1 ）。在貯藏48、72、96 h時，4-MCA處理的IDH活性分別比對照組高42.73%、37.10%和30.76%。如圖5 F 2 所示，兩組臍橙果皮中

CsIDH

基因表達的變化趨勢與IDH活性相似，隨著貯藏時間的延長，

CsIDH

基因表達量持續上調。在48～96 h，4-MCA處理

C

sIDH

基因的平均表達量是對照組的2.48 倍（

P

＜0.05）。

6

臍橙果實病斑直徑、病情指數與有機酸組分和相關酶活性的相關性分析

臍橙果實接種

P. italicum

后，果實病斑直徑、病情指數與有機酸組分及相關酶活性的相關性分析結果如表2所示，病斑直徑和病情指數均與檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸、酒石酸、草酸及其總酸含量呈顯著（

P

＜0.05）或極顯著（

P

＜0.01）正相關，說明有機酸代謝途徑中關鍵酸組分含量的增加降低了臍橙果皮表面的pH值，從而增強了

P. italicum

的侵染能力。病斑直徑和病情指數均與PEPC、MDH和IDH活性呈顯著（

P

＜0.05）或極顯著（

P

＜0.01）正相關，表明有機酸合成相關酶活性的提高促進了臍橙果皮中檸檬酸、蘋果酸等有機酸物質的合成和積累。由此推測，4-MCA處理通過抑制或降低臍橙果皮中有機酸合成途徑中的關鍵酶活性，延緩有機酸的積累，保持不利于酸性真菌生長的寄主環境pH值，從而提高了臍橙果實對意大利青霉侵染的防御能力。

7

由意大利青霉侵染而引發的柑橘青霉病是導致柑橘產業經濟損失的主要原因，其中病斑直徑和病情指數是評估果實采后處理防治效果的重要指標。鑒于化學殺菌劑帶來的諸多不良問題，國內外研究學者一致提出應用天然抑菌產物是控制果實采后真菌病害的重要策略。本課題組前期研究證實了桂枝中的主要抑菌活性成分——肉桂醛具有廣譜的抑菌特性，對獼猴桃葡萄座腔菌、柑橘意大利青霉、辣椒疫霉病菌等15 種植物病原菌均表現出良好的抑制活性，作用于菌體使其細胞壁變薄、線粒體結構消解，破壞細胞膜的完整性，還干擾三羧酸（tricarboxylic acid，TCA）循環、糖轉運蛋白跨膜運輸、氨基酸代謝/降解等途徑，從而實現柑橘果實采后防腐保鮮的目的。在6 種肉桂醛衍生物中，發現4-MCA對柑橘青霉屬真菌的抑制效果高于肉桂醛，初步探索其可能通過破壞菌體細胞膜，導致孢內營養物質外漏，達到離體抑菌效果，但具體如何控制柑橘采后青霉病的作用機制仍需進一步研究。

病原真菌在感染植物組織時，可能會分泌調節pH值的有機酸或氨來使宿主環境酸化或堿化，從而增強其感染能力。基于該作用機制，可將病原真菌分為兩類：酸性真菌和堿性真菌。引發柑橘青霉病、綠霉病、酸腐病、褐色蒂腐病的意大利青霉（

P. italicum

）、指狀青霉（

P. digitatum

）、白地霉（

Geotrichum candidum

）、間作殼（

Diaporthe citri

），蘋果、梨、桃青霉病的擴展青霉（

P. expansum

），草莓、葡萄、番茄、藍莓等漿果灰霉病的灰葡萄孢（

Botrytis cinerea

），芒果褐腐病的擬莖點霉（

Phomopsis mangiferae

），菜豆炭疽病的豆刺盤孢（

Colletotrichum lindemuthianum

），油菜菌核病的核盤菌（

S. sclerotiorum

）等采后真菌已被鑒定為酸性真菌。有機酸的分泌在酸性真菌的侵染和發病過程中很重要，它能夠產生宜于真菌定植生長的酸性環境，達到增強其致病性的目的。在本研究中，意大利青霉侵染臍橙果實的過程中，pH值和可滴定酸含量隨著貯藏時間的延長而顯著降低或上升（

P

＜0.05），這與果實青霉病的發病規律高度一致，同時4-MCA處理顯著延緩有機酸合成，維持寄主環境pH值的平衡，從而達到降低臍果實采后青霉的發生。這與Wu Jingjing和Jiao Wenxiao等的研究結果一致，進一步證實了臍橙果皮有機酸合成在酸性真菌侵染中的重要誘導作用。

柑橘果實中的有機酸主要包括檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸、奎寧酸、酒石酸及莽草酸等TCA循環的中間產物。有機酸組分和比例會因組織類型、發育階段和環境條件而存在顯著差異，正是這種差異使得同種果實的不同組織在口感、風味和生物學功能上各具特色。有機酸含量的上升是酸性真菌在果實上侵染成功的主要特征之一。在本研究中，意大利青霉在侵染臍橙果實過程中主要產生檸檬酸，其次是蘋果酸、琥珀酸和酒石酸。檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸的作用機制可能如下：1）降低寄主環境的pH值，提高細胞壁降解酶（果膠甲酯酶、聚半乳糖醛酸酶、

-半乳糖苷酶、纖維素酶等）活性來削弱宿主細胞壁功能；2）螯合 Ca 2+ 并降低寄主細胞間 Ca 2+ 活性，破壞其礦物質平衡，從而導致寄主細胞死亡。在本研究中，經1 000 mg/L 4-MCA處理貯藏96 h時，紐荷爾臍橙果皮中4 種有機酸酸組分含量與對照組相比分別降低了18.97%、18.49%、29.38%和13.36%。此外，Li Youyuan和Wu Jingjing等均發現

-聚賴氨酸處理抑制蘋果果實在響應

P. expansum

C. gloeosporioides

侵染過程中檸檬酸等有機酸成分的分泌或積累，從而降低這兩種真菌的致病性，有效控制蘋果采后青霉病和炭疽病的發生。

在柑橘類果實中，有機酸代謝主要集中在檸檬酸的合成與降解上，首先是磷酸烯醇式丙酮酸在PEPC的催化下生成草酰乙酸，隨后經MDH催化為蘋果酸，再通過ME的氧化轉變為丙酮酸，草酰乙酸與丙酮酸在CS和乙酰輔酶A的催化下形成檸檬酸；緊接著檸檬酸在ACO的作用下異構化為異檸檬酸鹽，隨后在IDH的脫氫催化下生成

-酮戊二酸。與檸檬酸合成相關的主要酶包括PEPC、MDH、ME、乙酰輔酶A和CS等，而與其降解相關的關鍵酶主要有兩種：ACO和IDH。大量研究結果表明，PEPC、MDH、ME和CS的高活性及上調表達共同促進果實中蘋果酸與檸檬酸的積累，而檸檬酸含量的積累量與ACO和IDH活性及其基因表達量呈負相關。本實驗中，4-MCA處理通過降低臍橙果皮中PEPC、MDH、ME和CS活性，同時抑制這4 種基因的上調表達量，從而延緩檸檬酸含量的積累。同時，IDH和PEPC活性與果實病斑直徑之間存在顯著的正相關性（0.958和0.938），由此說明，提高有機酸降解或延緩有機酸合成將是控制采后果實真菌病害發生的有效途徑。

8

結論

P. italicum

在侵染臍橙果實過程中主要產生檸檬酸和蘋果酸，其次是琥珀酸和酒石酸，且檸檬酸和蘋果酸在其致病性中起著主導作用。1 000 mg/L 4-MCA可有效延緩接種

P. italicum

后臍橙果皮中可滴定酸含量的上升，維持其pH值的穩定，主要作用機制是通過抑制PEPC、MDH、ME和CS活性的增加及相關編碼基因的上調表達，延緩有機酸含量的上升；同時，4-MCA處理還刺激ACO和IDH活性的增強，以促進檸檬酸的降解，從而抑制或降低

P. italicum

的致病性，增強臍橙果實對采后青霉病的抗性。因此，4-MCA可作為一種綠色安全的采后防腐處理技術，削弱采后真菌的致病性和毒力，從而控制柑橘果實的病害發生，延長其貯藏品質。

本文《4-甲氧基肉桂醛對柑橘果實采后青霉病抗性的影響》來源于《食品科學》2025年46卷第8期302-310頁，作者：黃露露，侯天玉，張欣雨，吳儀青，陳楚英*，陳金印。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241022-139。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關信息。

實習編輯：閆凱；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

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