果實的成熟和軟化是果實發育進程中的兩個階段， 果實的完全成熟即是衰老（軟化）的開始。在這兩個階段果實會發生一系列復雜的生理生化變化， 主要是細胞壁和中膠層的降解， 而多聚半乳糖醛酸酶、果膠酯酶、果膠裂解酶等胞壁酶起著相互協調的作用（朱明月等2005）。

草莓（Fragaria×ananassa Duch.）從成熟到軟化時間短， 不耐運輸， 不易儲藏， 經濟損失嚴重。同時， 草莓在成熟過程中無特定的呼吸峰和乙烯峰，是研究非躍變型果實成熟軟化分子機理的模式植物（蔣天梅等2011; Chai等2011）， 也是繼番茄之后把大量有關成熟基因用于基因功能分析和轉基因研究的又一重要水果（Mercado等2011; Posé等2011）。

本文將總結草莓成熟軟化的生理生化、與成熟軟化相關的胞壁酶基因以及激素與胞壁酶及其基因相互作用等方面的研究進展， 其目的是進一步明確草莓的成熟軟化機理， 為調控草莓及其它非呼吸躍變型果實的成熟軟化， 采后生理等提供參考。

1 草莓果實成熟軟化的生理生化變化

1.1 硬度和內含物等的變化

果實成熟軟化的程度主要用果實的硬度來反映。果實硬度主要取決于構成果實細胞的緊張度及其細胞壁的完整性， 其中構成細胞壁的纖維素和果膠的含量及其存在形態起著關鍵作用（Huber1983; Trainotti等2001）。研究發現隨著草莓果實成熟， 可溶性果膠含量不斷增加， 果實硬度降低逐漸軟化（趙青華2007）， 采后草莓隨著貯藏時間的延長硬度急劇下降（趙秀潔等2014）， .具有不同遺傳背景的草莓的硬度變化有所差異， ‘章姬’、‘紅頰’、‘申旭二號’、‘櫪乙女’和‘鬼怒甘’中， ‘櫪乙女’硬度最大， 其次為‘鬼怒甘’和‘紅頰', ’章姬‘最軟（王天文等2008）。草莓屬于極易軟化腐爛的非呼吸躍變型果實，在成熟衰老過程中草莓呼吸速率有所不同， 但變化不明顯（顧采琴2003）。果實的內含物包括可溶性固形物、糖、酸、維生素、色素、蛋白質、丹寧和芳香物質等。在果實的成熟軟化過程中這些成分都發生不同程度的變化， 較顯著的是可溶性固形物及糖酸含量。隨著草莓果實成熟度的增加， 糖和花青素含量增加， 糖酸比值先降低而后逐漸變大（賈海鋒2013; 李莉等2006）。在此期間可溶性固形物和Vc含量均逐漸增加（顧采琴和朱冬雪1998）。同時， 羅婭和湯浩茹（2011）分析草莓成熟衰老過程中物質變化時發現， 在草莓果實發育前期（轉紅面積為整個果實的1/4之前）， 花青素含量甚微或無法檢出， 但隨著果實的成熟， 花青素與Vc含量逐漸增加，這可能與果實成熟軟化過程中的抗氧化能力相關。

1.2 內源激素的變化

1.2.1 脫落酸

多年來的研究表明， 脫落酸（abscisic acid, ABA）對非呼吸躍變型果實的成熟起關鍵作用， 它有助于草莓、葡萄等的著色軟化， 外源ABA可提高纖維素酶等活性， 導致細胞壁結構解體， 使果實的成熟軟化過程加快， 并促進乙烯的生成（尹金華等2001; 曾勤和袁海波2012）。因此， 它可能是非躍變果實成熟的重要啟動因子。植物ABA生物合成一般經過C15直接途徑和C40間接途徑。ABA缺失突變體和同位素示蹤等分子生物學實驗表明C40間接途徑是高等植物ABA合成的主要途徑（劉廷旭2012）， 該過程9-順式-環氧類胡蘿卜素雙氧合酶（9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase, NCED）是ABA合成的限速酶（Tan等1997; Chernys和Zeevaart2000）。ABA被氧化或被結合物耦聯后將失去活性， 而研究表明CYP707A基因編碼的ABA 8'-羥化酶是調控ABA氧化途徑的關鍵酶（Saito等2004）。

因此， ABA在植物中的含量是由NCED和ABA 8'-羥化酶（CYP707A）共同決定的， 在GenBank中已經登錄FaNCED1、FaNCED2和FaCYP707A1等基因。草莓果實發育過程中ABA含量出現2次高峰，期間有一個下降過程， 但總體呈增加的趨勢， ABA含量變化不僅跟FaNCED1表達變化一致， 還與果實色澤變化及蔗糖含量變化相一致（Jia等2011; 朱海生等2012）， Symons等（2012）發現ABA隨果實發育成熟含量不斷的增高， 沒有下降的過程， 這可能是草莓進行時期劃分時造成的差異， 但以上結果明顯表明ABA對草莓果實成熟和品質形成起重要作用。外源ABA處理能促進內源ABA的合成， 提高果實呼吸強度， 從而促進草莓、葡萄和荔枝等非乙烯躍變型果實軟化、著色、糖分積累等（吳有梅等1992; 尹金華等2001; 張大鵬等1997）。ABA信號的細胞內轉導起始于ABA信號路徑中最上游的組分即ABA受體對ABA信號的感知。近年來， 含有START特征區的PYR/PYL/RCAR （Ma等2009;Nishimura等2009; Park等2009; Fujii等2009）， 位于細胞質膜上G蛋白偶聯受體GCR2、GTG1和GTG2,定位于質體/葉綠體的ABAR/CHLH （Shen等2006）等三類ABA受體以及PP2C、SnRK2等核心組分的發現（Hubbard等2010; Santiago等2012; 胡帥等2012）使ABA代謝及信號轉導途徑的研究取得了突破性進展， 該過程也逐步清晰（圖1）。伴隨這些重大發現， 在果實中的相關研究雖取得了進步， 但在非躍變型果實中的ABA受體及其信號轉導機制的起步較晚， 目前在草莓上鑒定了FaABAR/CHLH和Fa-PYR1等受體（賈海鋒等2011; Chai等2011）。

1.2.2 乙烯

果實在成熟軟化過程中會伴有內源激素的變化。一般認為啟動躍變型果實成熟衰老的激素是乙烯， 所以關于乙烯與果實成熟衰老研究大多集中在躍變型果實， 而像草莓等非躍變型果實成熟時沒有或很少有乙烯生成， 因而認為乙烯在其成熟衰老中的作用有限。近年研究發現， 非躍變型果實諸多與成熟相關的品質如香味、色澤和質地等都可能受到內源或外源乙烯調控（Chervin等2008）， 乙烯處理草莓白果期后， 其花青素合成加速， 苯丙氨酸解氨酶（PAL）和β-Gal活性提高， 使其紅色加深， 軟化和腐爛加速， 而乙烯受體競爭性抑制劑1-甲基環丙?。?-methylcyclopropene, 1-MCP）處理同時期的草莓果實則效果完全相反， 尤其顯著抑制了果實花青苷及其他酚類物質的合成以及PAL和PG活性， 從而維持采后果實硬度和顏色（Ji-ang等2001; Bower等2003; Villarreal等2010）。同時，乙烯能夠使果膠甲酯酶（PME）、β-半乳糖苷酶（β-Gal）和β-木糖苷酶（β-Xyl）的表達下調（Trainotti等2001; Bustamante等2009; Castillejo等2004）。由此表明， 乙烯對非躍變型果實成熟衰老的調控不應忽視。草莓果實中所產生的內源乙烯含量是非常低的（15~80 nL·kg-1·h-1）， 從綠果期到紅果期呈現出先降后升的趨勢（Abeles和Takeda 1990）。乙烯含量的這種變化趨勢在后來的研究中也得已驗證（Iannetta等2006; Perkins-Veazie等1996）。目前， 乙烯生物合成途徑已經清楚， 相關信號轉導模型初步建立（Giovannoni 2007; Yang和Hoffman 1984）。

在草莓中， 已經克隆出2個與乙烯合成有關的基因（FaACO1和FaACO2）和3個乙烯受體基因（FaEtr1、FaErs1和FaEtr2）， 它們的表達與草莓果實成熟過程顯著相關（Trainotti等2005）。Sun等（2013）研究發現， 在草莓著紅色過程中， FaSAMS1和FaCTR1表達量上調并且乙烯含量增加， 并應用煙草脆裂病毒誘導的基因沉默技術抑制了果實著紅色和硬度的減低， 而乙烯利的施用能促進草莓果實著紅色和軟化， 并在一定程度上恢復RNAi果實著色。上述研究結果表明， 少量乙烯的產生能夠影響草莓果實的成熟衰老， 可能與它內在高水平的乙烯信號轉導元件轉錄過程有關， 似乎也說明非躍變型果實草莓有較強的乙烯信號轉導響應系統。

1.2.3 其它激素

IAA調節草莓果實的發育可以通過它與瘦果的關系體現， 去掉果實全部花托上的瘦果（種子），肉質花托就停止生長， 再用萘氧乙酸（NOA）處理花托， 花托又能發育成正常大小和形狀果實， 這也證實瘦果的存在對草莓花托的膨大是必須的（Nitsch1950）， 發育后期瘦果提供的生長素量的逐漸減低是果實成熟的基礎（Given等1988）。Symons等（2012）發現隨著草莓果實發育， IAA的含量降低， 白果到紅熟期幾乎沒有IAA含量； 同時， 在白果期NAA處理抑制果實的成熟， 而生長素抑制劑PCIB卻促進了果實的著色成熟， 這跟前人的研究結果一致。以上證據顯示IAA可能是控制草莓或其他非躍變型果實成熟的又一重要激素。果實中赤霉素和細胞分裂素的含量盡管遠低于生長素的含量，人們很少關注它們在果實成熟中作用， 研究表明赤霉素和細胞分裂素在草莓中與生長素的變化大致相似， 瘦果中的含量遠高于花托中， 它有助于果實的膨大以及品質的改善（Csukasi等2011; Symons等2012; 單守明等2008; 原牡丹2010）。

以上說明， 激素對草莓等果實成熟軟化起著至關重要的作用， 有些激素雖然很微量但不能缺少，否則果實就不能順利完成這一正常的生理過程。