歷時六年 山東農(nóng)大科研團隊破解蘋果軟化之謎 最新成果在Nature Plants發(fā)表

　　泰安日報社·中華泰山網(wǎng)訊（記者 楊麗寧 審核 陳茂榮）北京時間2025年4月17日，國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然—植物》（Nature Plants）以“Enrichment of two important metabolites D-galacturonic acid and D-glucuronic acid inhibits MdHb1-mediated fruit softening in apple”為題在線發(fā)表了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院陳學(xué)森教授團隊胡大剛教授課題組的最新研究成果。該課題組破解了調(diào)控蘋果軟化的基因密碼，對構(gòu)建蘋果果實品質(zhì)調(diào)控的遺傳密碼圖，促進我國蘋果產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，助力鄉(xiāng)村振興具有重要意義。

　　

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　　破解蘋果軟化的基因密碼

　　“蘋果還在倉庫里，錢先爛在了地里？”果農(nóng)們的這句無奈調(diào)侃，道出了蘋果產(chǎn)業(yè)長期面臨的采摘后損耗嚴重難題。

　　數(shù)據(jù)顯示，蘋果是我國落葉果樹的第一大樹種，栽培面積占全世界的50.9%，占中國落葉果樹的43.4%，年產(chǎn)值2000余億元，是農(nóng)民增收和鄉(xiāng)村振興的支柱產(chǎn)業(yè)，也是優(yōu)質(zhì)水果周年供應(yīng)及健康中國的大宗果品。但我國每年因果實軟化導(dǎo)致的蘋果滯銷損失超過15億元，相當(dāng)于倒掉3000萬箱紅富士。因此，深入探究調(diào)控蘋果果實硬度背后的分子機理，將為這場無聲的“戰(zhàn)役”點亮破局之光。

　　

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　　2009年，胡大剛開始真正結(jié)緣科研，并一直厚植于山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院這片肥沃的土壤中。2014年，胡大剛博士畢業(yè)后留校任教，主要圍繞采前果實品質(zhì)形成開展相關(guān)研究。“為了彌補沒有從事博士后工作的遺憾，2019年，我赴美國康奈爾大學(xué)訪學(xué)，同年招收了自己的第一個碩士研究生趙玉文，也是這篇文章的第一作者。2020年回國后，在導(dǎo)師的建議下，我的研究方向從對采前果實轉(zhuǎn)到了對采后果實品質(zhì)形成、保持與調(diào)控途徑的研究。”胡大剛說，“歷時六年，這篇文章可以說是對我們團隊工作的肯定。”

　　胡大剛介紹，蘋果果實硬度是影響果實耐貯性、運輸性、貨架期和消費者偏好的重要品質(zhì)性狀。團隊成員通過研究蘋果果實采后不同貯藏階段的變化，檢測到D-半乳糖醛酸（D-GalUA）和D-葡萄糖醛酸（D-GlcA）這兩種代謝產(chǎn)物發(fā)生了顯著變化，并且它們與一個關(guān)鍵的1類非共生血紅蛋白（MdHb1）相關(guān)。

　　此次研究成果首次發(fā)現(xiàn)了非共生血紅蛋白MdHb1催化原果膠向可溶性果膠轉(zhuǎn)化，揭開果實軟化的關(guān)鍵機制；首次鑒定了D-葡萄糖醛酸（D-GlcA）和D-半乳糖醛酸（D-GalUA）為蘋果軟化的標(biāo)志代謝物；首次揭示了轉(zhuǎn)錄因子MdMYB2/MdNAC14/MdNTL9-MdHb1模塊在果實軟化中的負反饋調(diào)控作用。這一突破性的研究成果能為精準(zhǔn)調(diào)控果實品質(zhì)、延長水果保鮮期提供全新靶點。

　　

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　　文章評審專家認為，該研究通過多層次的創(chuàng)新，突破了果實軟化機制的固有認知，實現(xiàn)了從關(guān)鍵基因、代謝標(biāo)志物到調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的全鏈條解析，兼具科學(xué)價值與應(yīng)用潛力。其成果不僅為蘋果采后保鮮技術(shù)研發(fā)提供了理論依據(jù)，也為其他園藝作物的品質(zhì)改良研究開辟了新思路。

　　解碼蘋果品質(zhì)遺傳網(wǎng)絡(luò)

　　“果樹作為多年生木本植物，在我國新舊動能轉(zhuǎn)換、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)民增收和優(yōu)化生態(tài)等方面占有重要的地位，雖然經(jīng)過長期發(fā)展已有很大成就，但與其相關(guān)的很多重要的農(nóng)藝性狀的分子機理研究還相當(dāng)落后，不僅阻礙了果樹的遺傳改良育種進程，還制約了優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)栽培技術(shù)的研發(fā)。”在長期的科研工作中，胡大剛逐漸意識到，要想幫助農(nóng)民增收致富，就必須充分發(fā)揮科學(xué)研究的作用。

　　

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　　為了解決影響果實品質(zhì)的系列問題，十余年來，胡大剛團隊以蘋果為研究對象，針對蘋果果實品質(zhì)生物學(xué)與營養(yǎng)健康研究方向開展理論基礎(chǔ)和技術(shù)應(yīng)用研究，進行基因遺傳改良和生物育種等工作。

　　通過深入研究，該團隊采用現(xiàn)代分子生物學(xué)、生理生化及組學(xué)相結(jié)合的方法，初步解析了葡萄糖信號調(diào)控蘋果色澤的分子機制，構(gòu)建了山梨醇、硝酸鹽和乙烯調(diào)控蘋果果實酸度的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，挖掘了調(diào)控蘋果果實硬度的新的靶基因和關(guān)鍵代謝物。基于上述的蘋果果實品質(zhì)理論研究成果，胡大剛團隊初步構(gòu)建了蘋果果實品質(zhì)調(diào)控的遺傳密碼圖。

　　創(chuàng)制生態(tài)循環(huán)有機果園關(guān)鍵技術(shù)

　　小時候，像蘋果、桃子等，那種濃郁的果香味兒如今仿佛變成了一種特殊的記憶。那么，果實的口感、香味不比從前的原因是什么呢？

　　除了探究果實品質(zhì)調(diào)控的遺傳密碼，通過改良土壤、優(yōu)化栽培技術(shù)，為果實創(chuàng)造良好的生長環(huán)境，也是提升果實品質(zhì)的重要方面。2016年，胡大剛在煙臺蘋果園調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，果園除草劑、化學(xué)農(nóng)藥、肥料使用量大，土壤酸化嚴重、微生物群落單一，再加上果園修剪枝條、果袋隨意丟放等，造成果園生態(tài)環(huán)境破壞。

　　為此，胡大剛在全國首創(chuàng)了五位一體“果—蟲—菌—草—牧”生態(tài)循環(huán)。他通過構(gòu)建復(fù)合系統(tǒng)，利用“蟲—菌”復(fù)合環(huán)境生物系統(tǒng)技術(shù)，把廢棄的秸稈生物轉(zhuǎn)化為動物蛋白飼料、蟲砂基生物菌肥、赤松茸等高品質(zhì)產(chǎn)品。其中，動物蛋白飼料可以用于養(yǎng)殖業(yè)，為生態(tài)養(yǎng)殖提供蛋白新選擇；蟲砂基生物菌肥和赤松茸的種植廢料則可以用于種植業(yè)，為蘋果和桃的有機生產(chǎn)提供可溯源有機質(zhì)，由此形成“消費即生產(chǎn)”的循環(huán)經(jīng)濟綜合體。

　　“五位一體生態(tài)循環(huán)有機果園關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)發(fā)展綠色低碳、果實品質(zhì)提質(zhì)增效、服務(wù)鄉(xiāng)村全面振興相互促進、協(xié)同發(fā)展的良好局面。”胡大剛說，“該技術(shù)已建立5萬畝示范田，全國推廣超百萬畝。”

　　

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　　“水果入盤，蔬菜入籃，藏糧于技。我們將努力讓每個果園都成為綠水青山的財富密碼！”說起下一步打算，胡大剛表示，他將帶領(lǐng)團隊繼續(xù)圍繞蘋果果實品質(zhì)生物學(xué)與營養(yǎng)健康方向開展研究，自主培育“好看、好吃、好管、好賣、好運”的蘋果新品種，打造“營養(yǎng)果籃”，推動蘋果產(chǎn)業(yè)從“規(guī)模擴張”向“價值提升”轉(zhuǎn)型。同時，將聚焦西北干旱區(qū)面臨水資源短缺、土壤貧瘠化、生態(tài)系統(tǒng)脆弱的三重困境，將五位一體“果—蟲—菌—草—牧” 生態(tài)循環(huán)模式向西北干旱區(qū)推廣，以提高經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，打造西部綠洲。