菠萝的成熟：糖和液体的积累，对菠萝半透明有什么重要影响作用？

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菠萝作为一种热带水果，具有透明果肉的独特特点，与其他水果不同，近年来，有关菠萝透明度的研究越来越多，许多研究都发现，菠萝透明度与果肉中外泌物液体和糖的积累有关。

菠萝与其他水果相比，其果肉中的透明度更高，通过对菠萝透明度的研究表明，其透明果肉与果实中的某些因素有关，包括果肉中外泌物液体和糖的积累。

菠萝（Ananas comosus L. Merr.）是热带和亚热带国家的重要作物，菠萝透明度（或水心病）是市场销售水果的一个常见问题。

透明的菠萝果肉具有浸泡在水中的外观，透明果肉中的细胞间隙充满液体，透明的菠萝在采摘和后期处理过程中容易遭受机械损伤，透明的菠萝口感差，可食性也显著降低。

菠萝水心病影响约10%的新鲜水果，损失可能超过30%。

菠萝透明度与钙缺乏、果实温度和花冠大小有密切关系，钙的施用量增加后，果实透明指数会降低。

当收获前3个月的最高和最低温度分别低于23℃和15℃时，透明度更为严重。

在果实发育的最后3周内使用透明塑料覆盖果实会增加透明度的严重程度，花冠较大的果实透明度发生率较低。

糖分含量是菠萝品质的重要组成部分，Chen和Paull发现，自采摘前4周以来，菠萝果实中的蔗糖和果糖迅速增加。

在采摘前3周剪去植株叶子的1/3显著降低了果肉中可溶性固体和采摘时的半透明病发生率，剪去冠头会增加半透明程度。

这些结果表明果实中的糖积累与菠萝的半透明有关，输液组分中游离的溶解糖浓度和向细胞外输水的移动可能会导致菠萝半透明。

然而，这些过程是否已发生于半透明的果实尚未确定，菠萝半透明的机制仍然不清楚。

为了全面了解菠萝半透明的机制，还分析了半透明果实和正常果实的蛋白组。

结果显示，半透明果实中的蔗糖、葡萄糖、果糖和总糖含量与正常果实相似，但半透明果实中细胞外液中的蔗糖、葡萄糖、果糖和总糖含量明显高于正常果实，半透明果实中细胞壁反转酶（CWI）的活性高于正常果实。

半透明果实中将更多的蔗糖转化为了葡萄糖和果糖，与正常果实相比，半透明果实中的细胞外空间含有更多的液体，与正常果实相比。

有205种蛋白质在半透明果肉中的表达量高于正常果肉，有10种蛋白质的表达在半透明果肉相对于正常果实的表达量（W/C）比例大于5.6。

半透明果肉中可能含有更多的活性氧自由基（ROS）攻击细胞膜，导致细胞释放更多液体。

半透明果肉的电解质渗漏显著高于正常果肉，这可能是由于半透明果肉的细胞膜中有更多的孔道或者半透明果肉细胞膜中的孔径大于正常果肉。

半透明果肉间隙中积累了更多的液体，这可能导致菠萝半透明，通过证明细胞外空间中糖积累和菠萝半透明之间的关系，并提出了菠萝半透明的机制。

菠萝果实被纵向切开，三个半透明果实的果肉混合在一起作为一个样本，正常果实按照相同的方法处理，样品被液氮冷冻并存储在-80℃的冰箱中。

将2克冷冻果肉在液氮中研磨，加入18微升90％乙醇，并进行均质处理，将混合物存放在4℃下24小时，上清液浓缩至粘稠。

然后加入纯水使总体积达到10毫升，使用过滤膜（0.45微米）过滤1毫升溶液。

将新鲜果肉切成边长为1厘米的立方体，用纯净水清洗立方体以去除老化的组织和细胞，十个立方体放入50毫升试管中。

将纯净水加入试管中，直到总体积为20毫升，将液体转移到另一个试管中并测量液体体积，测量的体积记为A。

样品体积为20毫升与A的差异值，记为B，将样品在4℃下离心30分钟，离心上清液的体积测量并记为C，C/B的值是细胞壁外液体的体积。

将果肉放入液氮中，然后将其转移到其他干净容器中，将其放入冷冻干燥器中，在果肉中完全去除水分后，用液氮将果肉研磨成粉末。

将一克粉末放入锅中，放入温度为200℃的烤箱中加热1小时，然后将其转移到550℃加热2小时，样品放置1小时，将5毫升2M盐酸与样品混合并摇动5分钟。

加入20毫升去离子水并用滤纸过滤，向滤液中加入去离子水，直至总体积为25毫升，将1毫升5%氯化镧和3.9毫升去离子水与0.1毫升滤液混合。

正常菠萝果肉呈黄金色，紧实，透明果肉的细胞间隙中有很多液体，呈现出浸泡在水中的样子。

透明果肉中蔗糖、葡萄糖、果糖和总糖的含量与正常果肉相似，然而，在透明果肉中这些糖的非细胞质含量显著高于正常果肉。

表明透明果肉中比正常果肉中更多的光合产物积累在了细胞间隙中，水果细胞外质中糖类积累会导致菠萝透明度。

透明果肉中的CWI活性为15.03±2.47 umol/hexose/h/gFW，而正常果肉中相应的数值仅为9.56±2.61 umol/hexose/h/gFW。

CWI能将蔗糖转化为葡萄糖和果糖，透明果肉中的CWI活性比正常果肉高，表明透明果实中的蔗糖被转化成葡萄糖和果糖比正常果实中更多。

采集透明果实和正常果实的果肉分别进行蛋白质组学分析，鉴定了5000多个蛋白质，并对3956个蛋白质进行定量，确定了已鉴定蛋白质的表达情况。

有205个蛋白质在透明果肉中的表达量高于正常果肉，将透明果肉中表达量比正常果实高的前10个蛋白质（W/C）列在下表中。

EF-hand结构域蛋白质可以与钙离子结合，1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶（ACO）是合成乙烯的重要酶，EF-hand结构域蛋白质和ACO的W/C值最高和次高，提示菠萝透明度与果实中的钙和乙烯密切相关。

普遍胁迫蛋白（USP）在缺氧条件下调节细胞间隙中的H2O2水平，并将缺氧信号传导到下游的防御信号通路中。

磷酸果糖激酶是糖酵解途径中重要的调节酶，丙酮酸脱羧酶（AcPVDC）和酒精脱氢酶（AcADH）是无氧呼吸合成乙醇的重要酶。

这些蛋白质在半透明果实中积累，表明无氧呼吸是半透明果实的主要呼吸形式，半透明果实可能含有较少的ATP。

为了研究半透明果肉与正常果肉中表达显著差异的蛋白质的功能，蛋白质按域分类进行富集。

结果显示，大多数富集的蛋白质具有半胱氨酸合成酶（CBS）域、丝氨酸羧肽酶、普遍胁迫蛋白家族、PBI域、磷酸果糖激酶、氧化还原酶NAD结合域和罗丹明样域。

CBS蛋白可以调节细胞中的H2O2含量，H2O2可以剪切多糖和脂质体，由于这些原因，细胞壁和细胞膜可能会被降解，包含CBS域的蛋白质积累在半透明果肉中，表明许多半透明果肉细胞已经破裂。

ACO是植物合成乙烯的重要酶，半透明果肉中含有比正常果肉更多的ACO，表明菠萝半透明与乙烯有一定的关系。

结果显示，从半透明果肉中释放的乙烯为0.47 ± 0.02 ul/kg/h，而对应的正常果肉仅为0.18 ± 0.02 ul/kg/h，半透明果实中含有更多的乙烯，呼吸爆发氧化酶的表达可以被乙烯诱导。

氧分子可以通过呼吸爆发氧化酶转化为反应性氧化物（ROS），这些ROS可以攻击膜或细胞壁，导致膜和细胞壁中的孔道更多更大。

半透明果肉的电解质泄漏会增强，更多的液体将从库细胞流失并在果肉的细胞间隙中积累，低温可以诱导乙烯的合成。

这可以解释为什么在收获前3个月温度低于15℃的水果会更容易出现半透明，半透明果肉中AcPVDC和AcADH的表达量高于正常水果，表明半透明果实合成更多的乙醇。

EF-hand结构域蛋白质中W/C值最高，表明菠萝半透明与钙的含量有关，半透明果肉中的钙含量为0.0735% ± 0.0152%，而正常果肉中的对应值为0.1533% ± 0.0326%。

半透明果肉中的钙含量低于正常果肉，EF-hand结构域蛋白质可以与钙离子结合。

如果钙缺乏，果胶分子就无法连接，细胞壁组织就无法形成，果实细胞壁中的孔道会更多，果肉细胞壁中的孔道直径会更大，更多的液体将从库细胞流出，果肉细胞壁将被降解。

并且，半透明果实的电解质泄漏率更高，细胞间隙中积累了更多的液体，比正常果实更多。

半透明果肉细胞中的孔道比正常果肉更多而且更大，半透明果肉很松，而正常果肉很紧实。这也证明了半透明果实的细胞壁和细胞膜已经遭受了攻击和降解。

由此，提出了一个导致菠萝透明的可能机制，当大量的糖被转移到果肉中并在细胞间隙中积累时，水将从周围的细胞中吸收，导致透明。

如果在采摘前移除叶子，将产生较少的糖并转移到果实中，透明度将降低，当菠萝水果发育并受到寒潮影响时，乙烯的合成被诱导，导致呼吸爆发氧化酶的表达增强。

氧气分子转化为活性氧ROS，攻击膜或细胞壁，导致膜和细胞壁中出现更多、更大的孔隙。

如果向果实的汇聚细胞中输送较少的钙离子，则不会形成果胶分子，细胞壁中也会形成更多和更大的孔隙。

菠萝果肉细胞间隙中糖和液体的积累导致了透明度，细胞壁和细胞膜受到ROS的攻击，导致细胞外液体中糖和液体积累，细胞壁和细胞膜被分解。

揭示了透明果实果肉细胞外液体中的蔗糖、葡萄糖和果糖比普通果实更多，透明果实释放更多乙醇和乙烯，含有较少的钙。

透明果肉中可能存在更多、更大的细胞壁和细胞膜孔隙。这些数据将有助于未来研究控制菠萝透明的方法。

通过对菠萝果实透明度的因素进行分析，发现其透明度与果肉中外泌物液体和糖的积累有关。

这些因素不仅会影响菠萝的口感和甜度，还会增加享受菠萝的乐趣，此外，该信息还可以帮助菠萝生产者了解菠萝成熟和品质的关系，提高菠萝产量和质量。

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