4.5.1. Физиология

Улучшения сохраняемости качества неклимактерических продуктов с эволюцией цвета от зеленого к желтому можно достичь с помощью применения комбинирован­ных неразрушающих методов измерения цвета и механистической физиологиче­ской модели. У отдельных огурцов сохраняемость качества обусловле­на концентрацией протохлорофиллида при сборе (Рсhl0). Если значения Рсhl0 полу­чены для партии огурцов (огурцов, выращенных в одних и тех же условиях), то их вероятностное распределение варьирует между двумя граничными значениями, вблизи которых оно имеет скос. Одна из границ приходится на нуль, что указывает на отсутствие прекурсора цвета и связанную с этим быструю потерю зеле­ного цвета огурцами этой партии. Другая граница одинакова для партий одного сор­та растении, Эта зависящая от сорта граница может рассматриваться как сортоспецифичный цветовой идентификатор сохраняемости качества [73],по которому от­четливо различаются два промышленных сорта огурцов. Этот метод может использоваться для отбора сортов с высокой сохраняемостью качества.

Созревание многих климактерических плодов и плодов климактерического ти­па ингибирует 1-метилциклопропен (МЦП). Особенно это проявляется в их твер­дости и цвете. Например, применение МЦП увеличивает сохранение цвета брокко­ли более чем на 20% [1]. Понижение интенсивности дыхания, образование этилена, меньшая потеря твердости и кислотности, меньшее изменение цвета кожицы с зеле­ного на желтый отмечены у быстро созревающих летних сортов яблок на протяже­нии всего срока хранения [64].Также могут применяться и другие замедлители раз­вития цвета с функцией, аналогичной МЦП. Сохранить зеленый цвет помогает гиббереллиновая кислота (растительный гормон), и ее применяют для предуборочногоопрыскивания цитрусовых или их послеуборочной обработки погружением [62]. Для предотвращения созревания бананов могут использоваться этиленоксид и ди­оксид серы. Обработка плодов этими веществами доказала свою эффективность, позволяя сохранить свежий внешний вид и хороший цвет при минимальном разви­тии плесени [95].

Дли увеличения сохраняемости качества плодов (например, земляники), харак­теризующихся неклимактерическим формированием красного цвета вследствие об­разования антоцианов, может применяться послеуборочная тепловая или световая обработка. Световая обработка позволяет избавиться от слабой выраженности крас­ного цвета и «белых воротничков», уменьшив в то же время проявления фруктовой гнили и увеличив сохраняемость качества [69]. Применение для земляники (сорта Selva) тепловой обработки (45°С в течение 3 ч) в сочетании с упаковкой в РГС дает после имитации рыночного периода снижение грибковой порчи, размягчения и раз­вития красного цвета, особенно если продуцируемый в ходе тепловой обработки CO2 присутствует в упаковке [90]. По-видимому, световая обработка в равной сте­пени влияет на формирование красного цвета и снижение грибковой гнили, а тепло­вая характеризуется повышением устойчивости к грибковой гнили и слабым воз­действием на формирование красного цвета.

4.5.2. Генетика

Считается, что цитокинины задерживают старение, поскольку поддерживают цело­стность клеток, предотвращая утечку из вакуоли в цитоплазму протеаз, гидролизирующих белки (например, хлоропласт). Тем самым они позволяют сохранить хло­рофилл. Первоначально ген ipt. был с использованием методов генной инженерии суперэкспрессирован в трансгенном табаке. Этот ген кодирует изопентил-фосфотрансферазу, фермент, который катализирует фазу синтеза цитокинина. Суперэкспрессионирование гена ipt. не только замедляет старение листьев, по и снижает рост и продуктивность [21]. В работе [20] предложена стратегия авторегуляции образо­вания цитокинина с помощью высокоспецифичного к старению промотора SAG12, присоединенного к гену ipt. в растении табака. Химерический ген РSAG12-IPT акти­вируется только в начале старения, тем самым предотвращая суперэкспрессию. По­мимо табака эта стратегия также использовалась для салата-латука (сорта Evola) [49]. Сформировавшиеся (зрелые) растения характеризуются нормальной морфо­логией без отличий в массе сырой ткани и диаметре головки при сохранении содер­жания хлорофилла в листьях. Втрансгенных луковицах на стадии рассады и на по­следующих стадиях развития отсутствуют стареющие листья. Интересно, что при индуцировании старения посредством азотного голодания быстро снижается общее содержание азота и нитрата, а также рост трансгенных и контрольных расте­нии, но в трансгенных растениях сохраняется хлорофилл в нижних (внешних) ли­стьях. Помимо промотора SAG12 совместно с геном ipt применяются также промо­торы pSG529 и pSG766A. Эти химерические гены применялись для трансформации брокколи [10]: в результате трансгенные брокколи характеризовались 50%-ной со­храняемостью хлорофилла после четырех суток хранения при 25°С. Эффект замед­ления пожелтения в отрезанных листьях наблюдается у 31% трансформантов, в гроздьях цветочных бутонов – у 16% и одновременно в листьях и гроздьях – у 7%. Применение гена ipt совместно с другими промоторами в целом не привело к успеху вследствие избыточного образования цитокининов, приводивших к аномалиям в развитии [21]. Для получения повышенных концентраций цитокининов могут при­меняться и другие гены. Так, PetE-KNAT1, kn1-подобный гомолог, контролируемый промотором PetE пластоцианина гороха, является химерическим геном, успешно применяющимся для задержки старения листьев салата-латука [19]. Гены kn1 обычно экспрессируются в коротких меристемах, и их суперэкспрессирование при­водит к появлению признаков, характерных для измененной физиологии цитокинина.

Активация цитокининов и фитохрома влияет на качество растений и их органов и вызывает аналогичные морфогенетические и биохимические реакции [79]. Цитокинины состоят из пуриновой структуры с различными боковыми цепочками. Натпвные цитокинины с ароматической гидроксилированной боковойцепью (тополины) значительно задерживают процессы старения в старых собранных растениях [78]. Для этой группы цитокининов было установлено (с использованием LCMS/MS-идентификации), что фитохромная активация коротким импульсом красного света вызывает в течение 70 мин временную аккумуляцию только метаполина (рибоцида, метагидроксилированного цитокинина) и никаких других изопреноидных цитокининов [38]. Недавние эксперименты с различными фитохромными мутантами томатов показали, что накопление метаполина в листьях то­матов обусловлено именно активацией фитохрома В, а не фитохромом А.

Существуют многочисленные «цветные» мутанты томатов [24]. Например, му­тант Спr характеризуется низким уровнем содержания каротиноидов, фитола и ликопина. Экстракты из спелых плодов характеризуются пониженной способностью синтезировать геранил-геранилдифосфат (прекурсор каротиноидов), а также отсутствием фитолсинтотазы [17].В работе[67]исследовалисьдва пигментных му­танта томатов, ß и og.ß - единственный доминантный ген, который увеличивает со­держание каротина, a og – рецессивная мутация, характеризующаяся отсутствием ß-каротина и повышенным содержанием ликопина. Клонирование обоих генов по­казало, что ß-геп кодирует ликопин-е-циклазу, основной фермент, преобразующий ликопин в ß-каротин. В процессе развития плода растет содержание информацион­ной РНК ликопин-продуцирующих ферментов и фитол-десатуразы, а содержание информационной РНК генов, ответственных за ликопин-циклазу, снижается вплоть до нуля [66]. Другими интересными мутациями с тонки зрения накопления каротиноидов являются высоко пигментированные мутации hp-1 и hp-2. Эти му­танты характеризуются очень сильной реакцией на свет в ходе деэтиоляции и повы­шенными уровнями содержания ликопина и ß-каротппа в сочетании с высоким со­держанием в неспелых плодах хлорофилла [39]. Деэтиоляция рассады томатов – это фитохромная реакция (на красный свет), которую можно усилить голубым све­том (предполагается, что hp-1 может воздействовать на фитохром). Вероятно, hp-мутанты функционируют как негативные регуляторы реакции на свет [22].

Использование комбинаций мутантов может иметь интересные последствия с. точки зрения сохраняемости качества томатов. Мутанты hp и og являются цветоусиливающими мутантами. Двойной мутант hp/hp  ogс/ ogс улучшает красный цвет и увеличивает срок хранения плодов, но у него есть несколько нежелательных эффек­тов [13]. Влияние сочетаний мутаций hp, ogс и ale на продуктивность, твердость и формирование цвета (с образованием всех возможных гомозиготных и гетерозигот­ных комбинаций) было недавно исследовано на томатах. Включение мутации ale должно было улучшить твердость, так как ягоды виноградного мутанта ale полно­стью не вызревают, если собираются до наступления стадии растрескивания, и не проявляют признаков климактерического поведения, что приводит к увеличению лежкости ягод гомозиготных растений ale/ale почти на 300%. Анализ внутриаллельного аддитивного и доминантного взаимодействий внутри этих трех локусов и их межаллельных взаимодействий выявил ряд генотипических комбинаций, представ­ляющих собой приемлемый компромисс между продуктивностью растения, сроком хранения плодов и формированнием их цвета [13].

Трансгенное модифицирование созревания зачастую в равной степени влияет на формирование твердости и цвета, особенно если оно связано с продуцированием этилена. Тем не менее для некоторых типов плодов сохранение твердости представ­ляет менее значимую проблему. Например, в ACO-антисмысловых лимонах сорта Cantaloupe основные пигменты (хлорофилл и каротиноиды) лучше сохраняются в ходе созревания по сравнению с дикими лимонами [16]. В работе [27] произведена оценка 12 трансгенных линий брокколи, содержащих антисмысловой ген АСС-оксидазы томатов. Три линии оказались в пределах приемлемости и показали меньшее продуцирование этилена и улучшенный цвет кочанов по сравнению с контролем по­сле 98 и 48 ч послеуборочного хранения. Был проведен также трансгенный анализ сохраняемости цвета. Бактериальная десатураза, экспрессированная в томатах, не повысила общее содержание каротиноидов, но увеличила в три раза долю ß-каротина [65]. При другом подходе использовалась бактериальная десатураза, суперэкспрессированная в томатах с помощью ПГ-промотора, что привело к двухкратному увеличению содержания фитола, ликопина и ß-каротина [18].