富氢水抑制不结球白菜（Brassica rapa ssp. chinensis）暗处理和脱落酸诱导的采后衰老

摘要

不结球白菜（NHCC）是一种在亚洲地区广泛种植、具有极高经济价值的叶菜。然而，它在采后贮藏期间会经历快速的叶片黄化和萎蔫，进而导致品质迅速下降和营养成分流失。脱落酸（ABA）会促进采后叶片的衰老，而富氢水（HRW）凭借其卓越的抗氧化特性，被广泛应用于采后保鲜；但它们相互作用调节不结球白菜采后衰老的机制尚不清楚。在此，我们发现外源富氢水能有效延缓暗处理和脱落酸诱导的不结球白菜采后叶片衰老，显著维持叶绿素含量，抑制氧化损伤，并保留可溶性糖和维生素C等营养成分。其潜在机制在于，富氢水通过抑制 NYC1、NYE1 和 PPH1 等叶绿素分解基因的表达，从而抑制叶绿素的降解。同时，富氢水有效降低了丙二醛（MDA）和过氧化氢（H2O2）的积累，提高了超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的酶活性及其转录丰度，并下调了 RbohB、RbohC、RbohD 和 RbohE 的转录水平，从而维持了活性氧（ROS）的稳态。此外，富氢水通过抑制 ABA1、ABA2 和 ABA3 的转录水平，同时促进 CYP707A1、CYP707A2 和 CYP707A3 的转录，对脱落酸的生物合成起到了负向调节作用。它还减弱了包括 PYL5、ABI1 和 ABF3 在内的脱落酸信号组分的转录丰度，从而阻断了脱落酸的信号转导，缓解了其对衰老的促进作用。综上所述，本研究证实富氢水通过多种协同途径，减轻了不结球白菜在暗处理和脱落酸条件下的叶片衰老。

Luo Y, Wang X, Yin M, Zhao R, Zhang D, Zhu H. Hydrogen-Rich Water Suppresses Dark- and ABA-Induced Postharvest Senescence in Non-Heading Chinese Cabbage (Brassica rapa ssp. chinensis). Antioxidants (Basel). 2026 Apr 27;15(5):554. 

1. 引言

作为典型的十字花科作物，不结球白菜（NHCCBrassica rapa ssp.chinensis）凭借其丰富的营养成分、鲜嫩的口感以及卓越的环境适应性，在叶菜类蔬菜中占据着重要的经济地位 [1,2]。它拥有上海青（Pakchoi）和菜心（Chinese flowering cabbage, CFC）等主要亚种，是亚洲地区至关重要的经济作物 [3,4]。然而，作为一种叶菜，不结球白菜在采收后仍保持着旺盛的代谢活动，这使得它极易出现叶片黄化、脱水、营养流失以及腐烂等问题。这种品质的迅速劣变严重降低了其商业价值，并造成了巨大的经济损失 [5,6]。因此，深入探究叶片衰老的生理与分子机制，为建立高效的采后保鲜技术、延长货架期并减少经济损失提供了至关重要的理论基础 [7,8,9]。

叶片衰老是一个高度程序化的生理过程，受到植物年龄、植物激素等内部调节因子以及外部环境刺激的共同调控。其典型特征是细胞和亚细胞结构发生有序的降解与功能转变，这对植物的生产力和适应性至关重要 [10,11,12]。在衰老早期，随着类囊体蛋白和基质酶的逐渐降解，叶绿体的超微结构变得紊乱，从而触发了叶绿素的程序性分解 [6,13]。这种分解代谢进程由一系列负责叶绿素降解的酶活性升高所介导，其中包括叶绿素b还原酶成员 NYC1 和 NOL，以及 PPH、PAO、RCCR，还有 NYE1 和 NYE2 等 [10,14]。与这些酶的变化相一致，相应叶绿素分解酶（CCE）编码基因的转录丰度也随着衰老的进程逐渐增加 [7,15]。植物激素，特别是脱落酸（ABA）和乙烯，是叶片衰老的关键正向调节因子 [10,16,17]。在叶片成熟和衰老期间，内源性 ABA 水平会急剧上升，并伴随着 ABA 合成与信号传导途径的持续激活 [12]。ABA 信号级联反应在调控叶绿素分解相关基因及衰老相关基因的转录谱中发挥着核心作用。在拟南芥中，已证实 ABA 响应转录因子 ABF2/3/4 能够正向促进叶绿素分解基因（CCGs，包括NYE1NYC1NYE2 和PAO）以及衰老相关基因（SAGs，如SAG29 和SAG12）的转录，从而促进 ABA 介导的叶片衰老 [18]。在不结球白菜中，研究表明褪黑素通过阻断 ABF 调控的 ABA 生物合成及叶绿素分解代谢，从而延缓采后叶片衰老 [7]。研究还发现，ABA 诱导的 NAC041 能够抑制 ABA 分解代谢基因CYP707A3 的转录，导致 ABA 积累并加速叶片衰老 [19]。此外，ABA 还能通过提高叶绿素分解基因（CCGs）启动子区域组蛋白 H3 和 H4 的乙酰化水平来加速叶片衰老 [20]。近期的研究表明，双乙酰能够通过抑制NAC100 的转录来延缓采后叶片衰老，进而降低其下游靶基因NCED3 和ZEP 的表达，最终减少 ABA 的积累 [21]。综上所述，这些发现揭示了 ABA 及其调控网络在调节这种叶菜采后衰老中的关键作用，尽管其完整的调控网络仍有待进一步阐明。

作为关键的信号分子，活性氧（ROS）参与调节植物整个生长过程以及对外部环境线索的适应性反应 [22]。然而，过量的 ROS 积累会引发氧化应激，对细胞膜、蛋白质结构和基因组 DNA 造成不可逆的损害，最终加速叶片衰老的进程 [23]。在植物叶片中，叶绿体是 ROS 生成的主要场所，衰老叶绿体中紊乱的光合电子传递会导致 ROS 的大量爆发和释放 [24]。因此，ROS 稳态的动态平衡是触发并加速叶片衰老的关键决定因素 [24,25]。为了维持 ROS 的平衡，植物进化出了复杂的 ROS 生成与清除酶系统。其中，呼吸爆发氧化酶同源蛋白（RBOHs）构成了一个关键的酶家族，负责在生物和非生物胁迫响应中产生 ROS [26]。RBOH 家族成员作为核心调节因子，驱动 ROS 的产生，进而调控植物的生长、发育和衰老 [27,28]。因此，ROS、激素信号和转录调控之间的紧密互作，共同构成了调控叶片衰老的复杂而有序的调控网络。

富氢水（HRW）是一种含有溶解分子氢（H2）的水溶液。凭借其无毒性、良好的水溶性，以及通过温和还原作用选择性清除有毒自由基的强大能力，它已成为生物系统中应用氢气的一种极具前景的介质 [29,30]。HRW 显著的采后保鲜效益已在多种园艺作物（包括猕猴桃、秋葵和西兰花）中得到证实。在猕猴桃中，HRW 处理通过降低呼吸速率、增强 SOD 活性以及缓解脂质过氧化来延缓果实成熟 [31]。在秋葵中，HRW 通过调节多种植物激素之间的互作（包括提高 GA、IAA 和褪黑素含量，同时降低 ABA 水平）来延缓采后衰老 [32]。在西兰花中，HRW 通过抑制贮藏期间 ABA 含量的上升来延缓采后黄化 [33]。其潜在机制主要涉及调节 ROS 代谢、增强抗氧化机制、维持细胞完整性和能量状态，以及调节激素互作。尽管 HRW 在延缓采后衰老方面的潜力已得到充分证实，但其在不结球白菜中的有效性及相关分子机制，尤其是与 ABA 信号传导的互作，目前仍知之甚少。

为了探究在黑暗和 ABA 诱导条件下，HRW 调控不结球白菜采后衰老的效果及分子机制，我们综合采用了表型观察、生理测定、分子检测和转录组学分析等方法。我们的研究结果表明，HRW 通过抑制 ABA 的生物合成与信号传导、抑制叶绿素降解以及增强抗氧化能力，从而延缓叶片衰老并维持营养品质。这些结果为基于 HRW 的叶菜采后贮藏策略奠定了理论基础，并加深了我们对氢气介导植物衰老调控的理解。