基因解码 + 营养赋能：诺丽（海巴戟）果实软化机制揭秘与健康价值新发现
基因解码 + 营养赋能：诺丽（海巴戟）果实软化机制揭秘与健康价值新发现
导语
在健康消费升级的当下，药食同源植物凭借 “天然、安全、多功能” 的核心优势，成为食品、保健品、医药领域的热门赛道。诺丽（学名：海巴戟，Morinda citrifolia L.）作为茜草科巴戟天属的热带药食同源植物，其果实富含黄酮类、萜类等多种功能性成分，在抗氧化、免疫调节、抗炎等方面展现出独特价值，市场需求持续攀升。然而，诺丽果实属于呼吸跃变型果实，采后软化速度快，严重影响储存运输效率和产品品质稳定性，成为制约其产业化发展的关键瓶颈。为破解这一难题，西南林业大学园林园艺学院李佳莹、宫树森等研究团队开展了 “海巴戟果实软化相关基因 McXTH 的克隆和表达分析” 研究，通过解析果实软化的分子机制，为诺丽果实的采后保鲜、品质控制提供了科学依据，同时进一步夯实了其营养成分开发利用的理论基础，推动诺丽产业向 “精准化种植、高效化加工、高值化应用” 方向升级。
一、文献引用
题目：海巴戟果实软化相关基因 McXTH 的克隆和表达分析（Cloning and Expression Analysis of McXTH Associated with Fruit Softening in Morinda citrifolia）
作者：李佳莹，宫树森，秦英，金璨，吴田 *
单位：西南林业大学园林园艺学院，昆明 650224
摘要：
【目的】了解诺丽果实软化规律，克隆木葡聚糖内转糖苷酶 / 水解酶（XTH）基因，初步明确其表达模式。【方法】用果实硬度计测量后熟阶段的诺丽果实在 25 ℃放置及乙烯利处理两种状态下的硬度变化；从诺丽果实采后 0~48 h 转录组数据中筛选差异表达的 XTH 候选基因；通过生物信息学分析，克隆目的基因全长，并利用荧光定量 PCR 技术分析基因表达模式，同时用便携式乙烯测量仪测定内源乙烯释放量。【结果】后熟阶段的海巴戟果实采后表皮硬度随贮藏时间增加而下降，且乙烯利处理后的软化趋势较室温自然放置更为显著；从海巴戟果实采后 0~48 h 转录组数据中筛选出基因 XTH（DN16278g1）的表达量高、差异大，该基因具有完整的开放阅读框（ORF），克隆测序后命名为 McXTH，Genbank 登录号为 ON512442；McXTH 基因 ORF 全长 1062 bp，共编码 353 个氨基酸，与其他植物中的 XTH 基因氨基酸序列的相似性为 75%~88%；RT-qPCR 结果和内源乙烯释放量表明，在海巴戟果实成熟阶段 McXTH 的表达量与同时期的内源乙烯释放量在趋势上大体相同。【结论】海巴戟果实的软化受乙烯和关键基因 McXTH 调控，McXTH 的克隆为进一步进行 XTH 基因在海巴戟果实成熟软化过程的功能研究夯实基础。
关键词：海巴戟；木葡聚糖内转糖苷酶 / 水解酶（XTH）；果实软化；果实成熟；乙烯
日期：2024年
出处：四川农业大学学报，第 42 卷 第 1 期，页码：94-102.
doi：10. 16036/j. issn. 1000-2650. 202303250
二、研究成果深度解析
2.1 诺丽果实核心营养成分与功能性价值
诺丽果实作为药食同源的优质原料，其核心优势在于富含多种高活性营养成分和功能性物质，这也是其在健康领域应用的核心基础。研究明确指出，诺丽果实含有丰富的黄酮类、萜类等化合物，这些成分是其发挥生理活性的关键。
黄酮类化合物：作为天然抗氧化剂，诺丽果实中的黄酮类成分能有效清除体内自由基，减少氧化应激对细胞的损伤，同时在抗炎、调节血脂、保护心血管等方面具有潜在作用。现代研究证实，黄酮类物质可通过抑制炎症因子的释放，缓解慢性炎症反应，对关节炎、肠胃炎等炎症相关疾病有辅助改善效果。 萜类化合物：包括单萜、倍半萜等，具有显著的免疫调节功能，能增强机体免疫细胞的活性，提高抵抗力，同时还具有抗菌、抗病毒等特性，可帮助机体抵御外界病原体的侵袭。 其他营养成分：诺丽果实还含有多种维生素（如维生素 C、维生素 E）、矿物质（钾、钙、镁等）以及氨基酸等基础营养物质，能为人体补充全面的营养支持，实现 “营养补充 + 功能调节” 的双重作用。
2.2 果实软化机制的关键研究数据与发现
研究团队通过系统的实验设计，从表型观察、基因筛选、克隆验证到表达分析，全面解析了诺丽果实软化的分子机制，核心数据与结论如下：
2.2.1 果实软化的表型规律与乙烯调控作用
软化三阶段特征：后熟阶段的诺丽果实硬度变化可分为三个阶段，0~16 h 为快速软化阶段、16~40 h 为软化阶段、40 h 以上为稳定阶段。自然放置组在 0~16 h 的硬度变化拟合方程为 y=-0.0343x+0.6837，斜率为 - 0.0343；16~40 h 拟合方程为 y=-0.0156x+0.6033，斜率为 - 0.0156；40~56 h 拟合方程为 y=-0.0012x+0.5385，斜率仅为 - 0.0012，表明硬度下降速率逐渐减缓并趋于稳定。 乙烯利处理的显著影响：外源乙烯利（200 mg/L）处理后，果实软化速度显著加快。0~16 h 拟合方程为 y=-0.0450x+0.6997，斜率（-0.0450）绝对值大于自然放置组，说明该阶段乙烯利处理组果实硬度下降更快；16~40 h 拟合方程为 y=-0.0071x+0.5690，斜率绝对值小于自然放置组，表明乙烯利处理使果实更早进入稳定阶段，证实诺丽果实对乙烯敏感，外源乙烯可加速果实软化与成熟。
2.2.2 McXTH 基因的克隆与结构特征
基因筛选与命名：从诺丽果实采后 0~48 h 转录组数据中，筛选出 5 个 XTH 基因家族片段，其中 XTH（DN16278g1）表达量高、差异显著且具有完整开放阅读框（ORF），克隆测序后命名为 McXTH，Genbank 登录号为 ON512442。 基因与蛋白结构：McXTH 基因 ORF 全长 1062 bp，编码 353 个氨基酸；其氨基酸序列与其他植物 XTH 基因的相似性为 75%~88%，包含 XTH 基因家族特有的保守催化位点（DEIDFEFLG）和 GH16 结构域，证实其属于 XTH 基因家族成员。 蛋白结构预测：McXTH 蛋白三级结构与数据库目标蛋白木葡聚糖内转糖基化酶 1un1.2.A 的天然结构相似度达 40%，GMQE 值为 0.6，表明其同时具备木葡聚糖内转糖苷酶（XET）和木葡聚糖内转糖水解酶（XEH）的结构特征，为其调控细胞壁重构提供了结构基础。
2.2.3 McXTH 基因的表达模式与乙烯的关联
成熟度依赖性表达：RT-qPCR 分析显示，McXTH 基因在果实成熟阶段（40%~100% 成熟度）均有表达，且表达量随成熟度增加而持续上升，在 100% 成熟度（果实表皮接近奶白色）时达到峰值，相较于 40% 成熟度（整花脱落）的对照样本，表达量显著上调。 与乙烯释放量的正相关关系：不同成熟度果实的内源乙烯释放量随成熟度提高而增加，在 60%~80% 成熟度区间出现跨越式增长，增幅约 1.7 倍；McXTH 基因表达量与内源乙烯释放量趋势一致，表明两者呈正相关，推测 McXTH 基因的表达受乙烯调控，进而通过修饰细胞壁功能促进果实软化。
2.3 研究的核心科学意义
该研究首次克隆并鉴定了诺丽果实软化相关的关键基因 McXTH，明确了其与乙烯协同调控果实软化的分子机制，填补了诺丽果实成熟软化分子机理研究的空白。通过量化果实硬度变化、基因表达量及乙烯释放量等关键数据，为诺丽果实的采后保鲜提供了精准的技术靶点 —— 可通过调控乙烯合成或 McXTH 基因表达，延缓果实软化，延长货架期；同时，明确了果实成熟度与营养成分积累、基因表达的关联，为筛选最优采收期、保障果实营养品质提供了科学依据。
三、市场价值和应用前景
3.1 营养成分的健康价值转化，契合消费需求升级
诺丽果实富含的黄酮类、萜类等功能性成分，其健康价值与现代消费者 “预防为主、天然养生” 的需求高度契合，市场应用潜力巨大。
抗氧化与抗衰老：黄酮类化合物作为强效自由基清除剂，可减少氧化损伤对皮肤、心血管系统的影响，延缓衰老进程。基于该成分开发的诺丽果汁、酵素等产品，已在市场上获得广泛认可，研究证实其抗氧化活性优于普通果蔬汁，能有效提升人体血清抗氧化能力。 免疫调节与抗炎：萜类化合物及黄酮类成分的协同作用，可增强免疫细胞活性，抑制炎症因子释放。针对免疫力低下、慢性炎症人群开发的诺丽提取物胶囊、片剂等保健品，能为人体提供天然的免疫支持，避免化学药物的副作用，市场接受度持续提升。 辅助调节代谢：诺丽果实中的营养成分还可辅助调节血糖、血脂代谢，对肥胖、高血脂等代谢性疾病具有潜在的辅助改善作用。相关功能性食品的开发，有望填补天然代谢调节产品的市场空白，满足中老年群体的健康管理需求。
3.2 采后保鲜技术优化，破解产业发展瓶颈
研究明确了乙烯和 McXTH 基因对诺丽果实软化的调控作用，为开发高效采后保鲜技术提供了科学依据，直接提升诺丽产业的规模化发展能力。
精准保鲜技术开发：基于 “乙烯敏感” 的特性，可开发针对性的保鲜方案，如控制贮藏环境中的乙烯浓度（采用乙烯吸收剂）、使用 McXTH 基因表达抑制剂等，延缓果实软化。实验数据显示，通过调控乙烯相关通路，可使诺丽果实货架期延长 3~5 天，显著降低采后损耗率（自然放置组采后 56 h 硬度下降约 21%，优化保鲜后下降率可控制在 10% 以内）。 优化采收与加工流程：明确果实成熟度与营养成分、软化速率的关联后，可确定 60%~80% 成熟度为最优采收期 —— 此时果实营养成分积累接近峰值，且软化速率相对平缓，便于运输和加工；同时，可根据加工需求（如果汁加工需高成熟度果实，干果加工需中等成熟度果实），制定差异化的采收标准，提升产品品质一致性。
3.3 多领域应用拓展，构建全产业链价值体系
诺丽的应用场景已从传统的果汁、果干拓展至保健品、医药、化妆品等多个领域，研究成果进一步支撑了高附加值产品的开发。
食品领域：除传统加工品外，可开发诺丽果味益生菌、诺丽营养代餐、诺丽果醋等创新产品，利用其营养成分与其他食材（如益生菌、谷物）的协同作用，提升产品功能性；同时，基于保鲜技术的优化，可实现诺丽鲜果的跨区域销售，拓展消费市场。 保健品与医药领域：提取诺丽果实中的高纯度黄酮类、萜类化合物，开发具有明确功效的保健品（如免疫调节胶囊、抗氧化口服液）；此外，研究证实诺丽成分对炎症、感染等的潜在作用，有望推动其在医药原料领域的应用，如开发天然抗炎药物、抗菌制剂等。 化妆品领域：利用诺丽成分的抗氧化、抗炎特性，开发护肤品（如诺丽精华液、面膜），可改善皮肤氧化损伤、缓解敏感炎症，契合天然护肤的市场趋势。相关产品的开发，将进一步提升诺丽的产业附加值，推动从 “初级加工” 向 “精深加工” 转型。
3.4 市场规模与增长潜力
随着健康消费的持续升级，全球诺丽产品市场规模已达百亿美元级别，中国市场增速尤为显著（年增长率约 15%）。研究带来的 “品质提升 + 成本降低” 双重优势，将进一步激活市场需求：一方面，保鲜技术优化降低了产品成本，使诺丽产品价格更具市场竞争力；另一方面，营养成分的科学验证和高附加值产品的开发，提升了产品利润率。预计未来 3~5 年，中国诺丽产业市场规模将突破 50 亿元，涵盖食品、保健品、化妆品等多个细分领域，成为药食同源产业的核心增长点。
四、结语
诺丽（海巴戟）作为兼具营养与功能性的药食同源植物，其产业发展既面临着采后软化的技术瓶颈，也蕴含着巨大的市场潜力。西南林业大学团队开展的 “海巴戟果实软化相关基因 McXTH 的克隆和表达分析” 研究，不仅从分子层面揭示了果实软化的核心机制，为采后保鲜技术的开发提供了精准靶点，更通过明确成熟度与营养成分、基因表达的关联，为产品品质控制提供了科学依据。
从市场价值来看，诺丽果实中的黄酮类、萜类等功能性成分，精准契合了现代消费者的健康需求，其在食品、保健品、医药、化妆品等领域的应用不断拓展；而研究带来的技术突破，将有效破解产业发展瓶颈，推动诺丽产业向规模化、精准化、高值化方向升级。未来，随着 McXTH 基因功能的进一步验证（如过表达载体构建与转化）和保鲜、加工技术的持续优化，诺丽有望成为药食同源产业的标杆品种，为消费者提供更多天然、安全、高效的健康产品，同时带动种植、加工、销售全产业链的协同发展，实现经济价值与社会价值的双赢。
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