Penicillium expansum和Trichothecium roseum侵染对苹果后熟和挥发性化合物的影响及部分机理

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扩展青霉(Penicillium expansum)和粉红单端孢(Trichothecium roseum)是重要的采后病原真菌,可引起温带水果的青霉病及粉霉病。这两种病原除导致严重的采后损失外,还会在果实体内产生对人畜健康有害的真菌毒素。本文以‘元帅’、‘国光’和‘富士’三个品种苹果果实为试材,研究P.expansum和T.roseum接种对果实呼吸速率、乙烯释放量和细胞膜透性的影响,评价果实接种后的硬度、可溶性固形物(TSS)和可滴定酸(TA)含量变化,重点解析果实接种后的挥发性化合物的释放规律,并探讨部分机理。结果表明:1.P.expansum接种果实后,‘元帅’的病斑直径扩展最快,其次为‘国光’,‘富士’最慢。P.expansum侵染提高了果实的乙烯释放量和呼吸速率,其中以‘元帅’最高,‘富士’最低。侵染显著提高了果实的细胞膜透率,而侵染的‘富士’细胞膜透率在三个侵染的果实中最低。侵染显著降低了果实的硬度、TSS和TA含量。与其他两个侵染的果实相比,真菌侵染后‘富士’的硬度、TSS和TA含量均维持在较高水平。2.P.expansum侵染导致上述三个品种果实挥发性化合物的释放发生了显著变化。侵染显著提高了‘元帅’和‘富士’醇类、醛类和酯类的数量和含量,但对‘国光’影响不大。通过PLS-DA分析的VIP值发现,三个品种果实VIP值最高的化合物分别为己酸、2-甲基丁酸和己醛。侵染还会导致不同品种果实特殊挥发性化合物的释放。苯乙酸乙酯同时在侵染的三个品种果实中检出,乙酸苯乙酯、2-甲基丁酸甲酯和间甲基苯甲醚仅在侵染的‘元帅’和‘富士’中检出,3-羟基十二烷酸甲酯仅在侵染的‘元帅’和‘国光’中检出。3.P.expansum侵染导致的果实病斑直径显著大于T.roseum侵染。两真菌侵染均显著提高了果实的乙烯释放量和呼吸速率,但对乙烯和呼吸峰值的出现没有显著影响。P.expansum侵染促进果实乙烯释放量和呼吸速率的作用强于T.roseum侵染。此外,两种真菌侵染均显著破坏了果实细胞膜的完整率,降低了果实的硬度,以及TSS和TA含量。P.expansum侵染破坏细胞膜,降低果实硬度以及TSS和TA含量的作用更为明显。PLS-DA的结果表明,两种真菌侵染导致了果实挥发性物质释放的显著差异,所诱导产生的特殊挥发物也各有不同。此外,我们还发现,1-辛烯-3-醇是两种真菌侵染苹果果实霉味的共同特征性挥发性化合物。4.P.expansum和T.roseum侵染显著促进了‘元帅’果实直链挥发性化合物的释放,提高了接种后早期(2d和4d)果实直链醇和醛类含量,以及接种后晚期(6d和8d)果实直链酯类含量。两种真菌侵染提高了果实的油酸、棕榈酸和硬脂酸含量,显著改变了果实的DBI值。此外,两种真菌侵染还显著提高了果实脂氧合酶、氢过氧化物裂解酶、醇脱氢酶和醇酰基转移酶的活性。P.expansum侵染对直链挥发性化合物释放量、脂肪酸含量以及LOX途径相关酶活性的促进作用显著优于T.roseum。5.P.expansum和T.roseum侵染显著促进了‘元帅’果实支链挥发性化合物的释放。侵染显著提高了果实总游离氨基酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的水平,以及丙酮酸脱羧酶和丙酮酸脱氢酶的活性。P.expansum侵染对果实支链挥发性化合物释放量、产香氨基酸含量以及丙酮酸脱羧酶和丙酮酸脱氢酶活性的促进作用显著优于T.roseum。综上所述,P.expansum和T.roseum侵染所导致的苹果病斑直径的大小与品种的抗病性和病原物的致病能力密切相关。两种真菌侵染提高了果实的乙烯释放量和呼吸速率,降低了果实细胞膜的完整性,以及果实硬度和TSS和TA含量,加速了果实的后熟。此外,两种真菌侵染还显著改变了果实挥发性化合物的释放规律,并诱导某些特殊挥发性化合物的释放,这些挥发性化合物释放规律的变化与果实品种、病原真菌种类和侵染阶段密切相关。侵染果实直链挥发性化合物的释放受LOX途径的调控,而支链挥发性化合物的释放则与氨基酸代谢相关。
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