张元湖
随着生活水平的提高，人们对果品质量的要求愈来愈高，提高果实的贮藏品质，已成为世界水果业共同面临的任务。苹果的重要生理失调－虎皮病是苹果低温贮藏中后期发生的一种严重影响果实外观品质的生理性病害，并可造成重大经济损失，其研究受到国内外高度重视。

近年来虎皮病的研究又进入了历史上的第三个高峰。其原因主要有以下几方面。第一，化学药物的安全性问题已经引起了全世界的关注，而化学药物二苯胺和乙氧喹是虎皮病控制的主要商业措施。第二，α-法尼烯氧化产物-共轭三烯与虎皮病的发生关系出现与α-法尼烯氧化产物致病理论相反的报道，α-法尼烯氧化产物致病理论受到挑战。第三，虎皮病真正的致病因子和致病机理并不清楚。随着现代科学的发展，尤其是采用了激光共聚焦显微镜、气相色谱、高压液相色谱、红外光谱分析等先进检测技术以及分子生物学手段，虎皮病的发病机理和防治研究都取得了很大进展。自85年以来，我们在以下几个方面进行了较为深入的研究。

一、 虎皮病的症状及解剖学

（一）、虎皮病的症状

虎皮病的典型症状是在果实表面出现褐色至深褐色的不规则凹陷病斑，形如烫伤，故又称褐烫病。发病初期，果面出现不规则的褐色斑块，病斑较小。随着病情的加重，病斑扩展连结成片，以至整个果面都发生褐变。发病严重的部位会出现凹陷和皱缩症状。发病果实的外观品质受到严重影响，商品价值降低，而且果实极易感染病菌而腐烂，常常造成巨大的经济损失。

（二）、虎皮病的解剖学

发病组织的显微结构研究表明，在发病初期只是下皮层的外部细胞发生轻微褐变，而里面的邻近细胞正常。随着病情的发展，下皮层5－6层细胞解体死亡，表皮变褐下陷。虎皮病发生后皮孔及周围组织正常。皮孔的超微结构显示其周围蜡质丰富。通过对虎皮病发生不同程度的苹果果实蜡层研究发现，蜡层在虎皮病发生过程中逐渐消失。研究结果表明，虎皮病发生后表面暗淡、光泽失去很可能与蜡层的消失有关。通过果皮超微结构研究，首次发现了的苹果角质层中下移的电子密致物与细胞的伤害及虎皮病的发生密切相关。

二、 影响虎皮病发生的因素

影响虎皮病发生因素的很多，可概括为品种敏感性、采前因素和采后因素三个方面。

同一贮藏条件下，由于品种不同其发病情况不一。在我国对虎皮病的敏感程度从大到小依次为国光、倭锦、金冠、红星、红香蕉、青香蕉、鸡冠、富士、印度等。发病严重时病果率可 100％。

采前高温干燥气候会增加该病的发生。栽培期内N、P肥施用过多会增加虎皮病的发生率。含钙量低的苹果比含量高的苹果更易发生虎皮病，钙的含量与虎皮病的发生呈负相关。采前喷施CaCI2，能够提高果实中钙的含量，增加果实的硬度，提高抗病性。早采收的果实成熟度低，其虎皮病的发生明显高于晚采收的果实。

苹果采后及时入库、降低湿度可减少虎皮病的发生。更多的研究表明，02和CO2浓度的适当组合可以很好地保持果实品质，延缓虎皮病的发生。去除乙烯不但可延缓果实的衰老，还可减轻虎皮病的发生。1-MCP在抑制乙烯的产生的同时，也显著降低了虎皮病的发生率。

三、 虎皮病的发生机理

（一）、α-法尼烯的氧化产物与虎皮病的关系

1、α-法尼烯与虎皮病的关系

Huelin等人（1966）在自然杂志首先报道了苹果果皮蜡层中存在α－法尼烯，并认为该物质诱导虎皮病的发生。研究表明，α－法尼烯在果实采后很快积累并达到高峰，不久便会出现虎皮病症状，且在α－法尼烯含量下降时病情加重。大量研究结果显示，α－法尼烯与虎皮病发生相关不显著。但使用lovastatin抑制法尼烯后，虎皮病就不会发生，说明法尼烯是诱导虎皮病发生的重要因素，此外，α－法尼烯还有其它生物学效应，目前正在研究之中。

2、α-法尼烯的氧化产物与虎皮病的关系

通过比较施用与未施用虎皮病防治药物－二苯胺的果实中α-法尼烯在贮藏过程中变化曲线，发现二苯胺可抑制α-法尼烯的氧化，且用α-法尼烯的氧化产物处理苹果出现了虎皮病症状，因而提出α-法尼烯的氧化产物是虎皮病的致病因子。大量研究都证明了α-法尼烯的氧化产物与虎皮病发生密切相关。通常以共轭二烯含量代表α-法尼烯氧化产物来说明虎皮病的发生程度，但后来发现有相反的报道。研究表明，在贮存过程中早采和晚采国光和红星苹果中的共轭三烯含量与虎皮病的发生存在不相关现象，例如：贮藏在20℃左右的苹果虽然产生大量共轭三烯，但几乎不发生虎皮病；同一采期的共轭三烯含量相近，但虎皮病的发生程度不同。证明了以共轭三烯含量来表示α-法尼烯氧化产物说明虎皮病的发生程度存在弊端。事实上，共轭三烯与虎皮病的关系只是基于相关数字，其大小实际上反映了α-法尼烯的氧化速率，它从未被证实是虎皮病的致病因子。α－法尼烯氧化产生的另外一种物质6－甲基－5－庚烯－2－酮（MHO）,被认为诱导虎皮病的发生，但最近证明MHO与虎皮病的发生无关。

（二）抗氧化物质与虎皮病的发生

苹果果皮中的天然抗氧化物质与虎皮病的发生有密切关系，当果实内有足够能抑制α-法尼烯氧化的抗氧化物质时，虎皮病就不发生。晚采苹果中含有较多的抗氧化物质，α-法尼烯的氧化受到抑制，虎皮病发生率显著低于早采果。苹果中的抗氧化活性与虎皮病的发生成显著正相关。我们根据抗氧化物质可抑制α-法尼烯的氧化，在国际上首次提出α-法尼烯与共轭三烯的比值（简称RFC值）可以反映苹果果皮内抗氧化能力的大小，并可能用于预测苹果贮存过程中虎皮病的发生。研究表明，RFC值与贮藏苹果虎皮病发生密切相关。低温贮藏期间苹果果皮中的RFC值呈规律性变化，即在贮藏初期迅速上升并达到高峰，后又迅速下降并随贮期的延长而逐渐降低，当比值达到某一临界值时，虎皮病便会发生。我们已经建立了以RFC值预测虎皮病发生的数学模型，实践证明该模型可用于虎皮病的预测。

（三）角质层中电子致密物与虎皮病的关系

早在1963年Bain研究了患病组织的亚显微结构，发现其细胞原生质解体并有新的电子密致物产生。我们比较了容易发病的果实阴面及抗病的果实阳面的超微结构后，首次发现角质层中的电子密致物在苹果虎皮病发生过程中可向内层表皮细胞、下皮细胞移动，从外部破坏细胞；用二苯胺处理和未用二苯胺处理的果实角质层中电子密致物结构不同，并且经二苯胺处理的果实角质层的电子致密物下移速度要明显低于未处理的果实。推测在电镜下所观察到的角质层中的电子致密物可能是蜡质、角质及其氧化产物（包括自由基）的混合物，低温贮存过程中这些化合物会脱离角质层而沿表皮细胞或下皮细胞之间的细胞壁（主要是中胶层）下移，并且在下移过程中这些化合物仍可发生氧化反应并引起细胞膜系统的破坏，这些混合物可进入细胞内，并使液泡的分室作用被打破，即打破了细胞中酚类物质（存在于液泡中）与多酚氧化酶（存在于细胞质中）的区域化分布，使酚类物质被氧化成醌等褐色物质，从外观上看，即出现了虎皮病症状。由于电子密致物是由外向内移动，在破坏细胞或被液泡、细胞壁等吸附后，角质层中电子致密物的量会大量减少，透明度明显增大，而受到伤害的细胞也仅限于近表皮的几层细胞中。15℃贮藏果实中的电子致密物下移速度明显快于低温贮藏的果实，这可能是较高温度下虎皮病发生较早的一个主要原因。

（四）虎皮病的致病过程模式

综合我们的实验结果及前人的工作，我们提出了苹果虎皮病的致病过程模式，可为苹果虎皮病的深入研究及防治提供依据（图略）。

四、 α－法尼烯的代谢途径及分子生物学研究

α－法尼烯氧化产物积累导致虎皮病发生的理论已经得到普遍承认，α－法尼烯的代谢途径以及分子调控研究是国内外研究的热点。研究表明，果皮中的α－法尼烯的生物合成是通过经典的甲羟戊酸途径，而不是通过3－磷酸甘油醛/丙酮酸途径。FPP到α－法尼烯的转化由倍半萜合成酶－α－法尼烯合成酶催化，而不是以法尼醇为中间产物。此途径的限速酶是3－羟基－3－甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)。HMGR是真核生物中一个高度保守的酶，催化HMGR到MVA的转化。Rupasinghe等首先克隆了HMGR的Hmg1和Hmg2 cDNA，并对它们的表达特性进行了研究。近来，α－法尼烯合成酶的基因已在Genbank注册，对其表达特性的研究正在进行中。我们已经成功的克隆了α－法尼烯合成酶基因的cDNA中间片断，序列比较后发现与注册基因有较大差异，研究工作正在进行中，对α－法尼烯合成的调控研究进入了一个新阶段。在充分了解α－法尼烯代谢的分子调控机制后，可以利用基因技术对苹果的遗传特性进行改良，选育出抗虎皮病的品种。

五、 虎皮病的控制与预测研究

（一） 虎皮病的化学防治

化学处理尤其二苯胺的使用存在各种各样的弊端，消费者也开始排斥经化学处理过的果实。近来，MCP已经在许多国家注册，允许商业上的使用。研究发现MCP可以有效地抑制乙烯的产生，同时也显著抑制了虎皮病的发生。

（二） 虎皮病的非化学防治

低O2或超低氧贮藏是取代化学防治的一种非化学防治方法，可用于苹果的长期贮藏，如今在一些地区已被商业化。

采后热处理也是近年来研究的非化学防治方法之一。将苹果放在38°C下4天后再于0°C贮藏，贮至3个月时的防治效果与二苯胺处理相同，但是5～6个月后，其防治效果开始大大下降。贮前热处理抑制了果皮中的α-法尼烯和共轭三烯的积累，而二苯胺只抑制了α-法尼烯的氧化。同时，热处理还可提高苹果的贮藏品质。

虎皮病发生的预测也是非化学防治方法之一。虎皮病的敏感性因栽培品种、生长地点和环境、成熟度大小以及贮藏条件的不同而不同。若在采收时能够预测苹果对虎皮病的敏感性大小，则可结合适当的药物处理及其它方法控制该病的发生。若在贮藏过程中能够预测该病发生，则可以在虎皮病发生之前将果实出库（鲜销或加工等），以减少虎皮病发生所造成的损失。关于虎皮病的预测亦早有报道。Bramlage等对 OD200值和采前10°C以下温度时数与虎皮病的关系进行了进行了研究，发现二指标均不能用于供试的九个品种虎皮病的预测。我们根据抗氧化物质可抑制α-法尼烯的氧化，α-法尼烯与共轭三烯的比值（即RFC值）可以反映苹果果皮内抗氧化能力的大小，提出了用RFC值预测虎皮病的发生，并通过贮藏期间RFC值与虎皮病发生率的数据建立了反映RFC值与贮藏苹果虎皮病发生率之间关系的回归方程，对虎皮病的预测具有较高的准确率。该指标测定简单，是预测虎皮病发生的一个可行指标。低氧贮藏是有效的非化学方法，但由于气调库造价昂贵成本高，在应用上尚有许多困难。热处理对虎皮病的防治效果明显且成本低，但只适用于短期贮藏。虎皮病的预测是一个大有发展前途的方向。

六、 前景展望

虎皮病的发生存在一个复杂的生理生化过程，只有了解虎皮病发生的根本原因，虎皮病发生才能得到有效地控制。随着α－法尼烯合成途径中各个酶基因的克隆，将会更清楚的了解α－法尼烯在虎皮病致病中所起的作用。同时，可以利用转基因技术对苹果的遗传特性进行改良，选育出抗虎皮病的新品种。

张元湖，教授 1996获博士学位，1998年BOLOGNA大学访问学者，2001园艺学院博士后出站。主要研究方向为次生代谢及分子调控。主持教育部、山东省科委优秀中青年科研奖励基金、山东省教委等多项课题。已在植物学报、ACTA HORTICULTURAE、Italus Hortus、Phytopathologia Mediterranean等国内外学术刊物上发表论文30余篇。