生物技术冠脉素对水果显色增糖效果显着
一、全球水果颜色转换问题及需求
近年来,“绿色、天然”的概念开始流行,人们对水果的需求与日俱增。 “超级食物”的概念在北美、日本、澳大利亚和一些欧洲国家流行,苹果、草莓、无花果、蓝莓、番石榴、奇异果等各种水果被称为“超级食物”(“超级食物”指向各种能提供高能量和营养素的食物,提供人体所需的能量,改善饮食习惯,既提供丰富的营养,又以环保的方式种植)。然而,全世界的水果都普遍面临着变色的问题。变色期着色缓慢、不着色、着色后变绿严重影响水果的外观品质,对鲜果蔬菜加工品的市场价值、加工用途和品质影响较大[1] .根据产量测算,2019年全球十大水果中,香蕉、橙子、苹果、葡萄、桃子、菠萝、李子等7个品种均有提早释放“提色增糖”的需求,占超过 90% 的全球水果产量。保守估计,目前的色彩转换市场容量估计为数十亿美元。
2. 全球水果颜色改良解决方案
以往的研究表明,水果的颜色是叶绿素、类胡萝卜素和花青素等色素高度修饰的结果[2],这些色素由遗传因素决定,也受外部环境和栽培措施的影响。叶绿素和类胡萝卜素决定基色,而花青素决定表面颜色。基色和表面颜色的组合可以组合形成不同的外观颜色。这一过程伴随着果实内部细胞壁的新陈代谢、芳香族化合物抗氧化剂的积累和多酚的合成、激素含量的变化,最终达到可食用水平,逐渐呈现出该品种固有的色泽和香气[3-5]。因此,调控特征色素的合成、成熟相关代谢产物的合成以及激素含量的变化,是果实着色均匀、品质提升的关键。
目前市场上主要的转色产品中,对生长调节剂(乙烯利)的使用时间和用量要求比较严格。稍有不慎,果实就会变软、发黑、易脱落,果实耐贮运能力下降,甚至引起落叶、树势下降等诸多问题[6-7]。生物刺激素(肽类、酶类、活性分子等)价格昂贵,且具有不同的颜色转换效果。营养转色产品多以氨基酸水溶肥或有机水溶肥的形式注册销售,使用要求严格,用途广泛。在不利条件下,无法保证颜色转换效果。因此,市场迫切需要一种绿色、安全、有效的色彩转换产品来解决上述问题。
如何调控果实色变过程中特征色素、成熟相关代谢物、激素的有序变化,是解决果实色变和品质提升问题的关键。新型植物生长调节剂COR,品牌名称“Sweet Crown”,为全球水果变色问题提供了解决方案。作为茉莉酸分子信号调节剂,“甜冠”的主要成分冠花素通过诱导植物基因表达,激活花青素、花青素等生物合成途径,提高光合速率、内部蛋白质、氨基酸、糖类等物质的积累,并解决了果实颜色转换的问题。催熟过程中的关键问题是促进果实均匀着色和品质提升。
3. 新型植物生长调节剂Coronatine
3.1 冠宁的发现
CORONATINE(COR)是一种新开发的植物生长调节剂,存在于天然植物中,对人畜无毒无害。 1977 年,Ichihara 等人。将其与 Pseudomonas syringae pv 的培养基分离。 atropurpurea 并将其命名为 Coronatine (COR)[10]。它是一种生物毒素,在高浓度下可引起植物黄萎病。后来研究发现,该成分的生理功能与茉莉酸、脱落酸等类似,最终于2013年5月3日更名为Coronatine,由 成都新阳光作物科学有限公司 并经中国标准化技术委员会批准。
图 1:COR 的作用机制
3.2 冠宁的产业化之路
自1977年冠菌素被发现以来,如何高效地获得冠菌素产品一直是冠菌素相关研究的热点。经过多年的研究和探索,目前已建立了化学合成法和生物合成法两种合成冠宁素的方法。然而,这两种方法都有其自身的缺点。冠菌素化学合成繁琐,产量低,微生物发酵的野生菌株生产能力普遍较低,不能满足目前工业化生产的要求。此外,还存在产量低、发酵周期长、能耗高、生产成本高等问题,冠菌素产业化进展缓慢,极大地影响了其在农业中的应用。随着全球对新型、安全、高效农药开发和应用的重视,我国率先启动了相关高新技术研发计划。经过20年的科研攻关,成功地利用转座子诱导突变、基因重组等方法,构建出冠菌素高产基因工程菌,使冠菌素产量提高10倍以上。并在 成都新阳光作物科学有限公司 之后,冠菌素的产业化发展迅速,膜浓缩、重结晶等冠菌素提取纯化技术针对营养进行了优化,解决了冠菌素发酵效能和收率低的问题。目前,发酵技术、提取工艺、生产成本等方面均已满足冠脉素工业化生产的要求。据中国农药信息网消息,2021年9月,成都新盛作物科技有限公司正式取得全球首张98%冠菌素原药登记证(登记证号:PD20211351)和全球首张0.006%冠菌素SL登记证(注册证)证书编号:PD20211370)。
3.3 冠宁的显着作用及作用机制
Coronatine (COR) 是茉莉酸 (JA) 的结构类似物。研究发现,COR通过与JA受体COI1(COR敏感1)结合,比茉莉酸(JA)活性高100-10000倍[11],在不同浓度下表现出不同的应用效果[12]。当COR进入植物细胞后,会产生两个信号分支,其中之一就是激素系统。 COR 和 JA 共享一个共同的受体 COI1。 IAA、JA 和赤霉素的受体是由 ASK、CUL 和 RBX 组成的 SCF 复合物。因此,COR 可通过受体 COI1 影响 IAA、JA 和赤霉素通路; COR还通过E3连接酶亚基COI1促进气孔重开,气孔关闭途径涉及触发水杨酸(SA)和脱落酸(ABA)信号通路;由于乙烯的前体ACC和COR的前体CMA之间的相似性,COR可以增加植物中乙烯的产量。总之,COR可以操纵几乎所有的激素信号通路,这也是冠状霉素可以调控植物生长发育、逆境等诸多生理化学过程的原因。另一个信号分支是生理代谢。 COR诱导蛋白表达水平上调,调节细胞膜系统、渗透调节、光合作用系统和抗氧化系统,帮助植物抵抗胁迫损伤。
4、冠花素在果实增色增糖中的应用
转录组和代谢组学研究表明,中等浓度的COR(1-10 μM)可以直接或间接刺激乙烯合成诱导植物基因表达,促进花青素和花青素等生物合成途径的激活,以及高活性物质的积累。水平果皮和果肉中的花青素[13],促进果实均匀着色,改善果实色泽和甜度。大量的现场试验也验证了其正确性。
4.1 COR对葡萄(夏黑)品质的影响
实验结果表明,在葡萄着色阶段施用一次COR,可加快颜色转化过程,提前5-7天完成转化,糖度增加60%,酸度降低22.8%,品质得到改善。
4.2 COR对苹果品质的影响
试验结果表明,在苹果上施用一次COR可显着提高着色率,着色更均匀,着色指数达到95%以上,远高于对照组,显着提高果实品质。其中,果实可溶性糖含量增加30%以上
4.3 COR对柑橘品质的影响
实验结果表明,每15天对柑橘进行二次COR叶面喷施,整个果实着色,红色漂亮,几乎没有变绿现象。但对照组有部分着色和深色,COR组果实在采摘期的口感明显改善,可溶性固形物含量平均增加约20%。
图 2:COR 对柑橘品质的影响
4.4 COR对火龙果品质的影响
实验结果表明,在火龙果上色阶段使用COR后,色泽鲜艳,鳞片绿色,不老化,品质明显提高。
4.5 COR对番茄品质的影响
实验结果表明,在西红柿上使用COR后,颜色转换提前7-10天完成,从而显着改善了颜色和味道,提高了商业价值(图4)。
图 3:COR 对番茄品质的影响
4.6 COR对草莓品质的影响
实验结果表明,在草莓上使用COR后,颜色转换提前4-6天完成,颜色均匀,色泽和口感都有显着改善(图5)。
图 4:COR 对草莓品质的影响
综上所述,COR作为一种环境友好的生物植物生长调节剂,不仅可以改善果实的外在品质,使果实着色均匀、适销对路,还可以通过提高含糖量、平衡糖酸比、改善口感等改善内在品质。 ,解决了苹果、葡萄、柑橘等因光照不均造成的“阴果”等问题。此外,COR作为一种具有高生理活性的环保型新型植物生长调节剂,不仅提高了农产品的品质,而且还能抑制植物体内不必要的活性氧水平的增加,降低植物果实软化和细胞快速解体的风险,延长果实的贮藏和保质期。这将在水果健康快速的甜味和着色方面发挥越来越重要的作用。
5. COR在水果颜色转化和含糖量增加方面的市场潜力
随着科学技术的不断发展和进步,减少化学农药的使用,保护人类生存环境的呼声越来越高。研究、开发利用,研制绿色健康的变色产品,已成为全球科技工作者的重要研究课题之一。 COR作为全球范围内的新型植物生长调节剂,通过调控特征色素合成、成熟相关代谢产物合成、激素含量变化等,从根本上解决了果实着色不均和品质下降的问题。在促进果实着色的同时,还可以降低酸度和增加糖分,使果实的口感更好,不会造成软果和树势弱。与传统的颜色转化提取产品相比,COR的有效活性成分完全存在,来源于自然生态系统,使用后无残留,对非靶标生物的影响相对较小。对环境和农产品安全,更符合全球消费者对安全环保投入品的需求。冠状素是绿色健康转色产品发展的一大趋势,是水果栽培“着色均匀、含糖量增加”的最佳选择,在全球具有广阔的应用前景。
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