索引图像果树学报2021，38（5）：817-827
Journal of Fruit Science
DOI:10.13925/jki.gsxb.20200500
李倩1，沈春生1，林启昉1，王慧1，林河通1，陈建业2，范中奇1*
（1福建农林大学食品科学学院·亚热带特农产品采后生物学福建省高校重点实验室·福建农林大学农产品产后技术研究所，福州350002；2华南农业大学园艺学院·亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室，广州510642）
摘要：香蕉果实作为典型的热带亚热带水果，采后极易因贮藏温度不当而发生冷害，导致果实品质劣变，失去商品价值，造成经济损失。目前，关于采后香蕉果实冷害的研究主要集中于对其生理状态变化的描述，冷害发生的分子调控机制，以及冷害防控技术等。生理状态变化方面，已明确了采后香蕉果实冷害发生的影响因素和症状表现；分子调控机制方面，在转录水平上关于冷响应基因的转录调控机制研究受到了广泛的关注；冷害防控技术方面，适温贮藏、热处理、冷激处理、PE膜包装、辐照处理等物理方法，以及小分子信号物质、激素和植物生长调节剂物质、有机酸、丝素蛋白、电生功能水冷激等生化 处理方法均有研究报道。总的来说，围绕香蕉果实冷害的研究已取得了诸多进展，随着生物技术的发展，未来关于香蕉果实冷害的研究将更加关注各个生理变化的相关性、代谢的新途径、分子调控机制网络，以及冷胁迫信号网络等。综述了采后香蕉果实冷害发生的症状、影响因素、生理变化、分子调控机制及近年来国内外香蕉冷害控制技术研究进展，旨在为控制香蕉等冷敏性果实冷害发生的后续研究提供理论借鉴，为采后香蕉果实冷害防控新技术的研发提供参考。
关键词：香蕉；冷害；生理变化；分子机制；控制技术
中图分类号：S668.1文献标志码：A文章编号：1009-9980(2021)05-0817-11
Advances in research on the chilling injury occurrence and control tech-nologies of postharvest banana fruit
LI Qian1,SHEN Chunsheng1,LIN Qifang1,WANG Hui1,LIN Hetong1,CHEN Jianye2,FAN Zhongqi1*（1College of Food Science/Key Laboratory of Postharvest Biology of Subtropical Special Agricultural Products/Institute of Postharvest Technology of Agricultural Products,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou350002,Fujian,China;2College of Horticul-ture,South China Agricultural University/State Key Laboratory of Conservation and Utilization of Subtropical Agricultural Biological Resources,Guangzhou510642,Guangdong,China）
Abstract:Banana is one of the most popular fruits because of its rich nutrition and fragrant taste,as well as important economic value in the global market.Low temperature storage is the most widely used and effective strategy for fruit storage.Appropriate low temperature can delay the senescence pro-cess of post-harvest fruit,maintain the fruit quality and prolong the shelf life of commodities through slowing down the respiration rate and inhibiting reproduction of microorganisms.However,as a typical climacteric fruit,banana fruit is prone to suffering chilling damage when exposed to improper low tem-perature.Chilling injury in banana fruit caused huge economic losses to the banana industry and limited the application of low temperature storage on banana preservation in the past decades.The symptoms of chilling injury in banana fruit mainly include peel browning,pitting,increased fruit firmness,failure of normal ripening and flavor and aroma decline,resulting in reduced edible and commodity values.Ba-nana fruit under cold stress has inferior tolerance to disease and is more susceptible to spoilage.Pre-har-
收稿日期：2020-11-26接受日期：2021-01-18
六合丹基金项目：亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室开放课题（SKLCUSA-b201918）；国家自然科学基金（32001747）
作者简介：李倩，女，在读硕士研究生，研究方向为果蔬采后生物学与保鲜技术。Tel：156****3571，E-mail：**************** *通信作者Author for correspondence.Tel：159****7067，E-mail：***************
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果树学报第38卷vest temperature,banana cultivar,maturity degree,storage temperature and duration of exposure to low temperature are main factors that influence the degree of banana fruit chilling injury.It is very crucial to control these factors for preventing the occurrence of chilling injury in banana fruit.Cell membrane damage has been considered to be the initial reaction of chilling injury.The changes of cell membrane are shown in membrane structure and composition.Membrane structure change exhibits the transition from the flexible liquid crystal state to the rigid gel state,resulting in low fluidity of membrane,and thus cell membrane permeability is observed to decrease in banana fruit under cold stress.The change of membrane composition in banana fruit exhibits the decrease of phosphatidylcholine,phosphatidyleth-anolamine and unsaturated fatty acids and the increase of phosphatidic acid and saturated fatty acid. The activities of phospholipase D and lipoxygenase involved in membrane lipid degradation are signifi-cantly enhanced when the banana fruit is subject to cold stress.In addition,due to the damage of cell membrane,the activity of enzyme a
ttached to the membrane can be affected,resulting in the disorder of cell metabolism.Moreover,cold stress induces the outbreak of reactive oxygen species in banana fruit, accompanied with the decrease in antioxidant capacity.The balance between reactive oxygen species generation and antioxidant capacity is broken,resulting in causing oxidative stress to fruit cell.Mean-while,excessive reactive oxygen species can attack cell membrane,causing membrane lipid peroxida-tion.Low energy level is detected in banana fruit under cold stress,but more energy is needed to resist chilling injury.The shortage of cell energy supply accelerates chilling injury occurrence of banana fruit. In addition,osmotic substances including polyamine and proline are generated for resistance to chilling injury when the banana fruit encounters chilling injury.The abnormal ripeness of banana fruit caused by chilling injury was considered to be related to the decrease of ethylene binding ability.With the con-tinuous development of molecular biology technology,many genes that are associated with the occur-rence of banana fruit chilling injury have been identified,and the research on molecular regulation mechanism,in particular the transcriptional regulation mechanism of transcription factors in the process of chilling injury in banana fruits,has been paid more and more attention.It has been reported that tran-scription factors participated in cold stress response by binding to cis-acting elements of target genes or forming transcription complexes with other proteins,thereby regulating the expression of target genes. Taking into consideration of all the above-mentioned,the occurrence
of banana fruit chilling injury is a complex process,which involves the changes of cellular level and molecular level.Investigations showed that a lot of control technologies have been developed to alleviate the symptoms of chilling inju-ry in postharvest banana fruit,including physical and chemical treatment methods.Physical treatment methods contain appropriate low temperature storage,heat treatment,cold shock treatment,poly ethyl-ene film packaging,and irradiation treatment.Physical treatment methods are preferred because non-chemical residues are considered to be safer than chemical treatment methods.Chemical treatment methods mainly include small molecule signaling substances,hormone and plant growth regulators,or-ganic acids,silk fibroin protein,and cold shock with electrolyzed functional water.Although these con-trol measures have been proven to be effective,they are rarely applied in industrial production process. Therefore,large-scale preservation measures suitable for industrial production process need to be devel-oped.The occurrence of banana fruit chilling injury is a complex process,which involves multi-level regulation.More studies from the perspective of molecular biology are needed to clarify the occurrence and development mechanism of banana fruit chilling injury in the future.Meanwhile,the research on the physiological and molecular mechanisms underlying chilling injury in banana fruit will provide new preservation technologies for preventing banana fruit from chilling injury.Taken together,this article
，等：采后香蕉果实冷害发生与控制技术研究进展第5期
香蕉是生长于热带、亚热带的芭蕉科（Musace-ae）芭蕉属（Musa）多年生大型草本植物，喜高温高湿，怕低温，忌霜冻，在全球120多个国家均有种植，被誉为是世界主要热带果树之一[1]。中国是栽培香蕉最悠久的国家之一，有着3000多年的香蕉栽培历史，香蕉在我国的水果生产中占有重要的地位，近年来国内栽培面积保持在35~40万hm2，种植产区主要分布于广东、福建、广西、云南、海南、台湾等省份。香蕉产业的发展在促进农村经济发展、农业增效和农民增收等方面发挥着重要作用[2-3]。香蕉果实因其口感香甜软糯、营养物质丰富而广泛受到消费者的喜爱。研究发现，适宜的低温贮藏可通过降低香蕉果实呼吸速率，抑制微生物生长繁殖，从而达到延缓采后香蕉果实成熟和衰老，保持果实品质，延长商品寿命的效果。然而，香蕉属于冷敏性果实，所有品种的香蕉均会在不适低温下表现出冷害症状，只是不同品种间会有稍微的差异，通常在生产季节或贮运温度低于11℃时，香蕉即会出现果皮褐变、凹陷、无法正常后熟等冷害症状，使香蕉果实正常生理代谢活动失调，表皮细胞死亡，致使香蕉果实抗病性减弱，极易受到微生物的侵袭，受到严重冷害的香蕉果实不能正常后熟，甚至完全不能食用，导致采后香蕉果实品质劣变而失去商品价值，每年对香蕉产业造成巨大的经济损失，也使得低温保鲜技术在香蕉贮运过程中的应用受到限制[4]。近年来，香蕉冷害问题受到了国内外学者的广泛关注，关于香蕉果实冷害发生机制的研究和控制技术的研发已经积累了一系列理论基础和技术成果，但未见该领域研究成果有综合性的概括与总结。因此，笔者对香蕉果实采后冷害发生的生理变化、分子机制及控制技术进行综述，为香蕉果实冷害发生机制的研究与果实贮运技术的改进提供理论基础。 1香蕉果实的冷害症状
香蕉果实冷害初期，果皮颜出现灰褐烫伤样冷害斑，果皮失去原有的光泽度，颜由绿向灰绿转变，果皮组织表面局部有凹陷，内部显现出褐条纹，随着冷害程度的加深，果皮表面的灰褐面积扩大并连成片，最终整个果实的果皮完全变为黑褐[5]。外观变化可作为判断香蕉果实冷害的重要特征，根据香蕉果实遭受冷害的严重程度，可把冷害的香蕉果实进行分级：0级为果皮颜呈亮绿，无褐变，无冷害症状出现；1级为果皮变暗失去光泽，出现轻微的褐凹陷小斑点（冷害面积占果皮总面积1%~25%）；3级果皮呈灰褐，褐凹陷小斑点增加（冷害面积占果皮总面积25%~50%）；3级果皮褐加深面积扩大，褐凹陷斑点面积进一步增大且呈水渍状（冷害面积占果皮总面积50%~75%）；4级果皮大面积变黑，水渍状扩大连成片（冷害面积占果皮总面积75%~100%）[6]。除了外观上的显著变化，受冷害的香蕉果实硬度异常[7]、叶绿素荧光、吸光率差异指数和度值（L*,a*,b*,C*和h0值）等的变化也是判断冷害发生的重要指标[8]。由于冷害使香蕉果实正常生理代谢活动失调，表皮细胞死亡，致使香蕉果实抗病性减弱，极易受到微生物的侵袭，以致产生大量白霉，用手触摸有黏滑感[9]。此外，受到严重冷害的香蕉果实不能正常后熟，果实香气和风味下降，皮肉不易分离，果肉较硬，局部变软的地方，食之也淡而无味，甚至完全不能食用，失去商品价值[10-11]。
2影响香蕉果实冷害发生的因素
2.1采前温度
Bugaud等[12]以香蕉新品种CIRAD925为研究对象，研究了温度对果实生长过程中冷害的影响，利用logistic回归模型研究了香蕉果实生长过程中对冷害的反应与温度的关系。从开花后7d开始，观察持续35d的平均温度预测冷害。结果发现，果实生长过程的平均温度在24.1℃以上时，香蕉果实在13℃时发生冷害的概率为95%，而在23.4℃以下时，香蕉果实发生冷害的概率仅为5%。由此可见，采前温度的高低对香蕉冷害的发生起着重要作用。
2.2品种
比较优势理论所有品种的香蕉均会在不适低温下表现出冷害
aims to provide knowledge for further studying the occurrence mechanism of chilling injury in banana fruit,and references for developing new control technologies for preventing postharvest banana from chilling injury.
Key words:Banana;Chilling injury;Physiological change;Molecular mechanism;Control technology
李倩819
果树学报第38卷
症状，但不同品种的香蕉在同一冷害温度下所表现的低温耐受性仍有差异。Oliveira等[13]比较5个品种Nanicão（AAA）、Prata（AAB）、Vitória（AAAB）、Maçã（AAB）和Caipira（AAA）的香蕉果实在10℃贮藏条件下的耐冷性，结果表明Prata（AAB）和Vitória（AAAB）品种的香蕉果实比Nanicão（AAA）、Maçã（AAB）和Caipira（AAA）有更强的耐冷性，并在冷藏21d后转移至22℃环境中可正常后熟，另外3个品种的香蕉果实则无法完成正常后熟。Lima 等[14]比较2个品种Prata和Nanica在5、10、20℃温度下的贮藏品质变化，发现Prata品种香蕉果实的冷害程度低于Nanica品种，并且更加耐贮藏，货架期是Nanica品种的2倍。香蕉果实冷害产生与其基因组类型密切相关，Nanica是AAA基因型的品种之一，具有商业价值，但其耐低温性低于AAB基因型的品种Prata，推测B基因可能赋予了其更强的抗寒能力[15]。
2.3成熟度
果实成熟度不仅对果蔬的营养和感官品质有影响，还关系到其抗冷性。一般来说，成熟度低的果实容易遭受冷伤害，随着成熟度增加，果实抗冷性逐渐提升，这可能与果实细胞膜脂肪酸组分、细胞内含物含量及相关代谢活动有关。邱佳容等[6]分别将4种成熟度的香蕉果实置于8℃环境中贮藏，发现6成熟香蕉的冷害程度明显比7成、8成和9成熟的高，6成熟的香蕉果实具有较差的抗冷能力，催熟后的果实品质和风味达也不到食用要求，丧失食用价值。9成熟香蕉果实的抗冷性虽然较好，但由于成熟度过高，催熟后不耐贮藏，极易腐烂。因此，过早或过晚的不适宜时间采收，都会对果实的品质和贮藏
性能造成不良影响，因此近距离销售和贮藏在8~9成熟时采收较好，远距离贮运在7~8成熟时采收较好。2.4低温程度以及接触低温的时间长短
采后香蕉冷害程度与存储的环境温度、低温持续时间密切相关。贮藏温度越低，接触低温时间越长，冷害表现得就越严重。例如，采收的新鲜拉加丹香蕉，在1.1℃下放2h开始出现了冷害现象，在7.2℃下放4h出现冷害症状，而在10℃下放36h冷害特征才较为显著[9]。李志刚等[7]在6℃下观察香蕉果实冷害症状的变化过程，发现在贮藏3d香蕉果实出现轻微的冷害症状，果皮颜变暗，但催熟后还能正常成熟，贮藏6~12d时出现中度冷害症状，果皮褐变进一步加重，贮藏15d果实冷害达到严重程
度，果皮大面积变黑，无法完成正常后熟，失去食用价值。
3香蕉果实冷害的生理生化变化
3.1细胞膜变化
在低温环境胁迫下，果实的细胞膜由液晶状态向凝胶状态转变，这种状态的改变导致膜的收缩，膜渗透性增加，细胞内的电解液泄漏，正常代谢失衡，细胞功能受阻。刘彩霞等[16]观察22℃和6℃贮藏的香蕉果皮细胞膜透性的变化，发现6℃香蕉果皮细胞膜渗透性始终大于22℃，在贮藏13d后，6℃贮藏的香蕉果皮细胞膜渗透性急剧上升，而22℃贮藏的果皮细胞膜渗透性仍未有显著变化，表明低温使香
蕉果皮细胞膜结构遭受了较为严重的破坏，造成细胞外渗物质增加，冷害程度加剧。因此，细胞膜透性的增加也常作为判断冷害发生的重要指标之一。Liu等[17]将香蕉果实在6℃贮藏，后取0d和4d 香蕉果皮组织进行脂质分析，共鉴定出45种脂类化合物，包括甘油磷脂、糖脂和甘油脂等，结果发现，4d 的香蕉果皮相对于0d的果皮含有更高比例的双半乳糖基甘油二酯、单半乳糖甘油二酯、磷脂酸（phos-phatidic acid，PA）和饱和脂肪酸，以及更低水平的磷脂酰胆碱（phosphatidylcholine，PC）、磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamine，PE）和不饱和脂肪酸。与此同时，低温诱导了膜脂降解相关的磷脂酶D和脂氧合酶活性升高，MaPLD1和MaLOX2基因表达显著上调，丙二醛（malonaldehyde，MDA）含量升高。据此，膜脂降解的原因被认为是PC和PE的减少，以及PA的积累，而膜脂过氧化的原因是脂肪酸饱和度的升高，导致膜损伤，进而加速了香蕉果实在低温贮藏过程中冷害的发生。
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3.2活性氧清除能力下降
高水平的活性氧自由基可攻击生物高分子，破坏其结构的完整性和功能，导致蛋白质的降解和失活、DNA链断裂、膜脂过氧化等，最终引发细胞的正常代谢过程发生紊乱，细胞受损，直至死亡[18]。研究发现，在冷害温度下贮藏的香蕉果实，超氧阴离子（O2•-）产生速率和H2O2含量随着贮藏时间的延长而逐渐增加，抗坏血酸过氧化物酶（ascorbate peroxi-dase，APX）、过氧化物酶（peroxidase，POD）、过氧化氢酶（catalase，CAT）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，
SOD）活性在贮藏初期会有些许上升，随
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，等：采后香蕉果实冷害发生与控制技术研究进展第5期
后一直处于急剧下降趋势，而通过提高香蕉果实的抗氧化能力，果实冷害症状能够在一定程度上得到减轻[19]。
3.3能量水平下降
研究表明，低温胁迫下的果蔬组织需要更多的能量来适应环境变化，而低温状态下的组织代谢水平处于较低水平，细胞能量供应不足，也加速了冷害的发生，线粒体结构的破坏，导致细胞内线粒体呼吸代谢过程中的关键酶活性的下降，影响能量合成，加速了细胞受损[20]。研究发现，香蕉果实受到冷害时，体内三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）含量和能荷水平降低，ATP合成酶基因MaATPase1表达下调，而通过维持较高水平的ATP含量和能荷能够有效减轻香蕉果实冷害症状，细胞能量可直接影响膜脂生成和细胞膜修复，从而诱导香蕉果实在低温胁迫下的耐寒性[21]。细胞外ATP（extracellular ATP，eATP）被认为通过eATP受体（DOes not Respond to Nucleotides1，DORN1）在植物响应低温胁迫过程中发挥重要作用[22]。采用1mmol·L-1ATP预处理可显著增强香蕉果实耐冷性，同时在早期迅速诱导Ma-DORN1s表达，说明eATP受体参与了对低温的响应[23]。
3.4渗透调节物质增加
当植物体受到胁迫时，自身通常会做出应激反应来缓解胁迫所造成的伤害，例如诱导参与渗透调节的基因表达，积累一些水溶性的物质（如脯氨酸、多胺、甜菜碱、糖醇等），来保持细胞液浓度，降低渗透势，提高细胞保水力，以适应胁迫环境，维持细胞正常生理活动。脯氨酸是多种植物体内最有效的一种亲和性渗透调节物质，研究发现，香蕉果实受到冷害时，内源脯氨酸含量增加，保持原生质与环境渗透平衡，防止细胞失水，还可与蛋白质结合增强蛋白质的水合作用，减少可溶性蛋白质的沉淀[18]。多胺是生物体代谢过程中产生的一类次生代谢产物，能稳定细胞膜结构，受冷胁迫时香蕉果实内源多胺含量增加，抑制核酸酶和蛋白酶活性，防止蛋白质的降解，调节细胞水分平衡，抑制脂质过氧化作用[20]。3.5乙烯结合能力下降
香蕉果实的成熟由乙烯启动，乙烯与果实膜上受体结合，经过一系列信号转导，引发果实成熟相关基因表达，促使果实淀粉降解，软化变甜[24]。Jiang 等[25]将香蕉果实分别置于3℃、8℃和13℃贮藏8d，
结果显示，3℃和8℃贮藏的香蕉果实发生了冷害，并且3℃贮藏的香蕉果实冷害程度大于8℃的香蕉果实，而13℃贮藏的香蕉果实在整个贮藏期间没有发生冷害，进一步分析发现，3℃和8℃贮藏的香蕉果实乙烯结合能力随着贮藏时间延长逐渐降低，并且3℃贮藏的果实低于8℃贮藏的香蕉果实，而13℃贮
藏的香蕉果实乙烯结合能力随着贮藏时间延长逐渐增加。由此可知，发生冷害的香蕉果实由于乙烯结合相对能力下降，果实对乙烯的敏感性降低，导致不能正常成熟，并且冷害温度越低，乙烯结合能力越低，这可能是因为低温使香蕉果实细胞膜损伤，膜的理化性质发生改变，进而导致膜上乙烯受体相关蛋白功能的丧失。
4采后香蕉果实冷害的分子调控机制
近年来关于香蕉果实冷害的研究多集于生理层面，并已取得了较多的研究成果。随着分子生物学技术及研究手段的不断进步，转录因子在植物逆境响应过程中的转录调控机制受到了越来越多的关注。研究表明，转录因子通过结合靶基因的顺式作用元件或者与其他蛋白形成转录复合物，进而调控靶基因的表达来参与对植物的逆境响应。例如，MaNAC1能够与ICE1、CBF互作形成蛋白复合体，进而通过ICE1-CBF信号途径调控丙烯诱导的香蕉果实抗冷性[26]。MaERF10通过增强对茉莉酸合成基因MaJAZ3的抑制作用而参与了MeJA介导的香蕉果实耐冷性[27]。热处理诱导逆境调节基因MaCaM和MaCAMTA3的表达量上调，从而增强香蕉果实对冷胁迫的抗性[28]。外源MeJA处理减轻香蕉果实冷害的同时，也诱导了MaWRKY11的表达上调，进一步研究发现MaWRKY11可能通过与逆境相关蛋白MaERD互作来响应香蕉果实的冷胁迫[29]。MaMYC2通过与冷信号关键蛋白MaICE1的相互作用，增强了MeJA诱导香蕉果实对低温的耐受性[30]。MaABI5通过与E3泛素连接酶MaC3HC4-1相互作用参与ABA诱导的耐寒性[31]。低温胁迫下茉莉酸甲酯（MeJA）可诱导香蕉果实MaWRKY26表达，从而
波导s2000提高其耐寒性，MaWRKY26通过与茉莉酸（Jasmonic acid，JA）合成基因MaLOX2、MaAOS3和MaOPR3的启动子结合激活其表达，此外，MaWRKY26还能与含有VQ基序的MaVQ5蛋白结合，进而减弱MaWRKY26对JA合成基因的激活作
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