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灰霉病防治中甲硫氨酸预处理通过增强抗氧化酶活性、调控苯丙烷类代谢及乙烯相关通路，显著降低葡萄发病率并延缓软化，为绿色保鲜提供新策略。
李成楠|王瑞|马文玲|赵玉蕾|姚文坤|单守明|尹晓
宁夏大学葡萄与园艺学院，中国银川750021
摘要
由灰葡萄孢（Botrytis cinerea）引起的灰霉病是葡萄采后的一种主要病害，会导致严重的经济损失和品质下降。为了寻找环保的替代合成杀菌剂的方法，本研究探讨了外源甲硫氨酸（Met）对葡萄（Vitis vinifera 品种‘Red Globe’）果实抗灰葡萄孢能力的影晌。生理实验表明，尤其是在10 mmol/L的浓度下，甲硫氨酸预处理显著降低了病害发生率和病斑大小，同时延缓了果实软化，并保持了总可溶性固形物和可滴定酸度的含量。经甲硫氨酸处理的葡萄中抗氧化酶活性增强，同时丙二醛水平降低，表明氧化应激得到缓解。转录组分析显示，甲硫氨酸调节了植物对病原体胁迫的转录反应，相关途径包括苯丙素生物合成、氨基酸代谢以及硫/乙烯相关过程。广泛靶向的代谢组学分析进一步表明，甲硫氨酸处理后的果实中酚酸、黄酮类化合物和芪类物质的积累增加。总体而言，甲硫氨酸增强了植物的抗氧化防御和次生代谢，从而提高了对灰葡萄孢的抵抗力。这些发现表明甲硫氨酸是一种安全且可持续的葡萄采后处理方法。
引言
鲜食葡萄（Vitis vinifera L.）在全球范围内广泛种植和消费，中国既是最大的生产国也是最大的消费国（Zenoni等人，2023年）。由于葡萄属于非成熟果实，必须在完全成熟时或接近成熟时收获，以确保最佳的风味和营养价值。然而，在采后储存和运输过程中，它们极易受到真菌感染（Welke，2019年；Yin等人，2022年）。其中，由灰葡萄孢引起的灰霉病是最普遍且最具破坏性的病害之一，会导致果梗变褐、果实腐烂和脱落，从而降低商业价值并缩短保质期（Su等人，2023年）。目前，化学杀菌剂是控制灰霉病的主要方法，但其长期过量使用导致了灰葡萄孢不同程度的抗性，包括多重抗性（Chen等人，2022年）。这凸显了迫切需要寻找安全、经济有效的替代策略来延缓果实劣化和提高采后品质。
氨基酸对植物代谢至关重要，不仅是蛋白质生物合成的前体，还是多种初级和次级代谢途径的中间体，调节许多生理和生化过程（Amir等人，2018年；Yang等人，2018年）。甲硫氨酸（Met）是一种含硫的必需氨基酸，参与蛋白质合成和DNA甲基化等关键过程，同时参与氧化还原调节以及重要信号分子（如乙烯和谷胱甘肽）的生物合成（Shin等人，2023年；Shi等人，2025年）。最近，甲硫氨酸作为外源处理剂在提高园艺作物抗逆性和调节采后品质方面受到了关注。例如，采前施用甲硫氨酸可以改善葡萄的色泽和风味（Attia，2018年）；采后处理可以减少冷藏荔枝的酶促褐变（Ali等人，2018年），并延长西兰花、白菜和香菜等叶类蔬菜的保鲜期并减少腐烂（Sohail等人，2021a；Sohail等人，2021b）。Boubakri等人（2013年）证明甲硫氨酸可以作为诱导剂，触发葡萄的防御反应，从而增强对真菌感染的抵抗力。尽管已有几种诱导剂被用于提高对灰葡萄孢的采后抵抗力，但其效果因物种或处理条件而异。Tropolone可以抑制采后葡萄的灰霉病，但由于品种依赖性和机制理解不完全，其应用范围有限（Chen等人，2025年）。GABA通过激活茉莉酸和乙烯相关信号通路来促进番茄果实的抗性（Li等人，2024年），但其效果依赖于剂量和物种特异性。同样，24-表油菜素内酯（EBR）可以增强葡萄的抗氧化能力和抗性（Li等人，2024年），但油菜素内酯处理通常需要精确控制浓度。这些局限性表明需要更安全、稳定和实用的新型诱导剂。因此，甲硫氨酸成为一种有前景的采后病害管理候选物质，尽管其作用机制尚不完全清楚。
鉴于甲硫氨酸诱导抗性的机制尚不明确，需要先进的分析技术来表征其调控作用。高通量组学技术如转录组学和代谢组学能够发现有助于植物抵御病原体的基因、代谢物和调控途径，为设计生物控制策略提供宝贵信息（Li等人，2019年；Cuéllar-Torres等人，2023年）。RNA测序（RNA-seq）是一种先进的下一代测序（NGS）技术，能够高分辨率地分析植物在不同条件下的转录反应。该技术对于识别差异表达基因（DEGs）、重建调控网络和阐明代谢途径至关重要（Jin等人，2021年；Foku等人，2025年）。相比之下，代谢组学可以全面分析特定条件下生物系统中的代谢物。当与转录组数据结合使用时，代谢组学可以更深入地了解调控生物胁迫反应、外源诱导剂处理和生物控制干预的分子机制。近期研究证明了整合组学方法在提高采后病害抵抗力方面的价值。例如，生理和转录组分析表明，植酸处理通过激活抗氧化活性和相关的代谢途径，增强了葡萄对Aspergillus carbonarius的抵抗力（Foku等人，2025年）。Yang等人（2025年）发现，甲基茉莉酸（MeJA）处理通过促进苯丙素生物合成和激素信号通路，诱导了猕猴桃对灰葡萄孢的系统抗性。在葡萄中，壳聚糖处理通过破坏真菌菌丝、激活抗氧化防御和调节关键病害识别基因，增强了其对灰葡萄孢的抵抗力（Zhang等人，2020年）。此外，Trichoderma harzianum处理通过促进苯丙素和黄酮类化合物的生物合成，提高了对Plasmopara viticola的抵抗力（Li等人，2025年）。这些发现表明，虽然多种诱导剂可以通过抗氧化和代谢调节触发采后防御反应，但甲硫氨酸在葡萄中诱导抗性的具体机制仍不清楚。
在本研究中，我们旨在确定能够增强葡萄对灰葡萄孢抗性的最佳甲硫氨酸浓度。基于这一优化处理方案，我们进一步采用整合转录组学和代谢组学分析，阐明了甲硫氨酸诱导的防御反应的分子机制，特别关注抗氧化防御、苯丙素生物合成和硫/乙烯相关途径。总体而言，这项工作为理解葡萄对灰葡萄孢感染的防御调控网络提供了新的见解，并为开发安全有效的采后病害管理策略奠定了理论基础。
实验部分
植物材料收集与处理
从中国宁夏银川贺兰的园艺工业园区采集了鲜食葡萄（Vitis vinifera ‘Red Globe’）果实。选择大小均匀、颜色一致、表皮光滑且无机械损伤或病害的果实进行实验。新鲜收获的果实带回实验室后，先用无菌水冲洗三次进行表面消毒，然后浸入1% NaClO溶液中1分钟。
甲硫氨酸预处理对接种灰葡萄孢（B. cinerea）的葡萄采后腐烂发生率和病斑发展的影响
如图1A所示，外源施用甲硫氨酸显著抑制了接种灰葡萄孢的‘Red Globe’葡萄的灰霉病发展。在测试的浓度中，10 mmol/L的甲硫氨酸处理效果最为明显，病斑直径和腐烂发生率分别降低了43.7%和49.3%（图1B-C；P < 0.05）。5 mmol/L的浓度也显示出一定的抗病效果。相比之下，更高浓度的甲硫氨酸处理效果不明显。
讨论
采后腐烂是葡萄产业面临的一个重大挑战，导致储存和运输过程中的显著经济损失。在各种病原体中，引起灰霉病的B. cinerea是对采后葡萄最具破坏性的病害之一（Torres-Palazzolo等人，2024年）。传统的控制策略主要依赖合成杀菌剂，但其过度使用引发了环境污染和食品安全方面的担忧。
结论
总体而言，这些研究表明甲硫氨酸增强了葡萄果实对灰葡萄孢的抗性。甲硫氨酸预处理减少了病斑发展，延缓了果实软化，并保持了整体果实品质。抗氧化酶活性的增强，以及转录组学和代谢组学证据的支持表明，甲硫氨酸可能通过激活氧化还原平衡、苯丙素和黄酮类代谢以及甲硫氨酸/乙烯相关途径来启动防御机制。
作者贡献声明
李成楠：撰写 – 审稿与编辑，撰写原始草稿，验证，软件使用，资源准备，方法学设计，数据管理。王瑞：验证，资源准备，方法学设计，实验实施。单守明：概念构思。尹晓：项目监督，资金筹集，概念构思。马文玲：方法学设计，实验实施。赵玉蕾：数据管理，概念构思。姚文坤：概念构思。
资助
本工作得到了国家自然科学基金（编号：32302496）、宁夏回族自治区重点研发计划（编号：2024BEH04127）、宁夏自然科学优秀青年科学家基金（编号：2023AAC05016）以及宁夏大学研究生创新项目（编号：CXXM2025071）的支持。
