通过抑制乙烯的作用和改善能量代谢来延长伊藤牡丹切花的瓶插寿命

《Industrial Crops and Products》：Prolonging the vase life of Itoh peony cut flowers via inhibited ethylene action and improved energy metabolism

　　天石|水英石|一王|双周|穆罕默德·沙阿班|宋林何|国安石|郑王
河南农业大学景观建筑设计学院，郑州450002，中国

**摘要**
本研究开发了一种综合保存策略，结合了乙烯抑制和增强能量代谢的方法，以提高伊藤牡丹‘Bartzella’的采后品质。伊藤牡丹是一种高价值的切花品种，其在冷藏运输后花瓣脱落迅速，瓶插寿命较短。收获后的花朵用20 μg L?1的Chrysal AVB进行脉冲处理2小时，然后在4–6 ℃下储存10天，之后分别放入保鲜溶液（PS）或去离子水中。AVB+PS组合使最佳观赏期延长了12小时，最大花径增加了1.4厘米，抑制了乙烯和呼吸作用的峰值，并保持了较高的能量状态和膜完整性。此外，该组合还调节了参与乙烯生物合成、信号传导和能量代谢的基因表达。这些发现表明，这种双重策略能有效保持采后品质，并适用于对乙烯敏感的切花品种，如伊藤牡丹。

**1. 引言**
伊藤牡丹‘Bartzella’是树牡丹和草本牡丹的杂交品种，因其显著的观赏特性和强健的生长能力而成为高价值的商业切花品种（Cui等人，2022年；Hong等人，2024年；Zhang等人，2021a年；Zhong等人，2024年）。然而，其商业利用受到瓶插寿命较短的严重限制（Yang等人，2025年）。这一限制主要源于两个独特的采后生理特征：极高的乙烯敏感性（导致收获后立即出现自催化的乙烯爆发）以及内源性碳水化合物储备的快速消耗（Cavasini等人，2018年；Li等人，2026年）。早期的乙烯爆发迅速激活了乙烯生物合成和信号传导途径（Ha等人，2022年；Sun等人，2026年），从而加速了花瓣脱落和衰老（Farooq等人，2024年），同时细胞能量不足进一步破坏了代谢平衡。这些过程共同形成了一个自我强化的循环，极大地缩短了瓶插寿命。尽管在传统切花中已经广泛采用了结合乙烯抑制和碳水化合物补充的策略，但其对‘Bartzella’的有效性和调控机制仍知之甚少，这凸显了为这一高价值品种开发针对性采后保存方案的关键空白。

花衰老是一个活跃的、由基因编程控制的程序性细胞死亡（PCD）过程，受到植物激素、代谢状态和环境信号相互作用的严格调控（Wang等人，2025年）。在开花后期的花朵中，乙烯是主要的激素触发因素，它引发的自催化乙烯生物合成爆发启动了一系列生理和生化变化，包括花瓣萎蔫、脱落和观赏品质的下降（Ma等人，2025年；Zhu等人，2023年）。同时，花衰老与细胞能量状态密切相关（Wang等人，2025年）。花朵开放和后续维持所需的高代谢活动依赖于可溶性糖类，它们作为呼吸底物、渗透调节剂和信号分子（Ruan，2012年）。一旦花朵被收获，它们就与光合产物的供应断开，必须完全依赖有限的内源性碳水化合物储备（Guan等人，2021年；Rezai等人，2024年）。这些储备的耗尽导致能量不足（碳饥饿），这是衰老的关键驱动因素。细胞能量状态（反映在ATP水平上）对于维持膜完整性和整体代谢平衡至关重要（Patel等人，2016年）。因此，向瓶插溶液中补充碳水化合物（如蔗糖）对于提供外源能量、维持渗透平衡和延缓衰老至关重要（Wu等人，2025年）。值得注意的是，充足的糖分还可以降低组织对乙烯的敏感性，表明激素信号传导和能量状态之间可能存在协同作用（Pun等人，2016年；van Doorn和Han，2011年）。

使用保鲜溶液是延长切花瓶插寿命的成熟策略，可以缓解各种生理压力（Costa等人，2021年；Serrano等人，2001年）。这些溶液通常包含多种功能成分，如碳水化合物来源（例如蔗糖）以提供能量（Skutnik等人，2001年）、杀菌剂以防止木质部微生物堵塞、酸化剂以稳定水的pH值和吸收，以及乙烯抑制剂。在乙烯抑制剂中，银硫硫酸盐（STS）、纳米银（NS）和1-甲基环丙烯（1-MCP）对乙烯敏感的品种非常有效，它们通过阻断乙烯受体位点来防止衰老信号（Buanong等人，2024年；Rabiza-?wider等人，2020年）。Chrysal AVB是一种商业化的银基制剂，常用于脉冲预处理，以保护切花在采后储存和运输过程中的乙烯损伤。然而，尽管其在多种观赏品种中的有效性已被证实，但其与碳水化合物补充的生理和分子相互作用在伊藤牡丹中的研究仍十分有限。

以往研究乙烯抑制和碳水化合物补充联合使用的主要针对的是传统切花，这些切花的乙烯开花后期通常在收获后3–5天发生（Hajizadeh等人，2023年）。相比之下，伊藤牡丹‘Bartzella’在放置于花瓶后3小时内就表现出异常早期的乙烯爆发现象，这在之前的双重处理研究中尚未得到探讨。为了填补这一空白，本研究评估了一种基于乙烯抑制和能量代谢改进的综合保存策略。我们假设Chrysal AVB脉冲预处理（抑制乙烯作用）与保鲜溶液（PS，提供碳水化合物和杀菌剂）的结合将通过同时抑制自催化的乙烯生物合成（Jin等人，2025年）和维持细胞能量状态（Wang等人，2013年；Shi等人，2025年）及线粒体功能来延缓‘Bartzella’切花的衰老。通过系统阐明乙烯与能量代谢之间的相互作用，本研究旨在评估一种科学合理且具有商业应用价值的方案，以提高这种高价值观赏切花的采后寿命和品质。

**2. 材料与方法**
**2.1. 植物材料及处理**
实验材料为五年生的伊藤牡丹‘Bartzella’切花，该品种具有较高的开花率、强健的茎干和鲜艳的黄色花瓣，非常适合切花生产（Fan等人，2024年；Ma等人，2018年）。花朵来自位于河南省洛阳市的河南科技大学牡丹实验站。选择大小均匀、无生物或非生物损伤的软芽期样本进行研究。收获后，花朵被包装在带冰块的保温泡沫箱中，并在1小时内运送到实验室。

商业花卉保鲜剂AVB（批号UL0409，生产日期2019年1月）购自昆明Chrysal有限公司。共120朵切花随机分为3组（每组40朵）。其中，每组13株茎干用于非破坏性连续观察瓶插寿命和观赏特性，剩余27株茎干在预定时间点（0、3、6、12、24、48、72、84、96小时）进行破坏性采样。根据初步实验，在23–25 ℃下测试的5–100 μg L?1浓度范围内，确定20 μg L?1为最佳浓度。所有茎干修剪至25厘米长度后，分别进行以下处理：对照组置于蒸馏水中；另外两组在室温下将茎基部浸泡在20 μg L?1的AVB溶液中2小时。随后，所有茎干用白色棉纸包裹，装入聚乙烯袋中（干燥储存，储存期间茎基部不接触溶液），并在4–6 ℃、相对湿度80–85%的条件下储存10天，以模拟商业冷藏和运输条件。

模拟储存期结束后，一组AVB脉冲处理的花朵转移到蒸馏水中，另一组AVB脉冲处理的花朵放入自制的瓶插溶液中，该溶液含有20 g L?1蔗糖、100 mg L?1 8-羟基喹啉（8-HQ）、200 mg L?1柠檬酸（CA）和10 mg L?1二氧化氯（ClO2），配方根据Shi等人（2010年）的方法进行轻微调整。对照组（仅用蒸馏水脉冲处理）继续保持在蒸馏水中。这些处理分别命名为对照组、AVB组和AVB+PS组。瓶插实验在受控实验室条件下进行：温度23–25 ℃，相对湿度60–70%，光照/黑暗周期为12小时/12小时。花瓣样本快速冷冻在液氮中，然后储存在-80 ℃下以供后续分析。

**2.2. 瓶插质量和水分状态的观察**
根据已建立的形态学标准（Nian等人，2017年；Shi等人，2009年；Wang等人，2021年），将切花的发育过程分为七个阶段：成熟花蕾（阶段I）、软芽（阶段II）、初开花（阶段III）、盛开（阶段IV）、完全开花（阶段V）、早期衰老（阶段VI）和花瓣脱落（阶段VII）。使用2到7的评分标准来量化从开始瓶插到花瓣完全脱落的发育过程。瓶插寿命（以小时计）从瓶插实验开始到花瓣脱落开始的时间段。最佳观赏期（以小时计）定义为50%的花朵达到盛开阶段到50%的花朵出现早期衰老迹象的时间间隔（Shi等人，2009年）。瓶插实验在口径26毫米、高度140毫米、直径67毫米的玻璃瓶中进行。每朵花使用220毫升溶液（每个瓶子一朵花）。实验期间溶液不更换。设置三个生物学重复实验，每个生物学重复实验包含13个技术重复实验。

每天使用数字游标卡尺按照Nian等人（2017年）和Wu等人（2025年）的方法测量花径（FD）。每次测量重复三次，平均值作为最终结果。在整个过程中避免接触花瓣以减少机械损伤。记录的数据包括样本编号、处理组别、测量时间和计算出的平均花径。随后，使用以下公式计算花径变化率（FDCR）：
(1) FDCR(%) = (Dn ? D0) / D0 × 100
其中Dn是第n天的花径，D0是初始花径。

使用重量法每天测量花茎的新鲜质量（FM）变化率。从瓶插期第一天开始，每天固定时间记录每朵花的重量，每次测量重复三次，得到相对新鲜质量（RFM）：
(2) RFM% = FM0 / FMt × 100
其中FM0是初始新鲜质量（处理前测量），FMt是处理后的每日新鲜质量变化。

在控制条件下（23–25 ℃，60–70%相对湿度），使用0.01克精度天平定期称重水分吸收（WA）和水分损失（WL）。根据Shi等人（2010年）和Wang等人（2021年）的方法直接计算水分平衡（WB），无需对蒸发进行校正。计算公式如下：
(3) WAg = Wn bottle + solution ? Wn+1 bottle + solution
(4) WLg = Wn bottle + solution + flower branch ? Wn+1 bottle + solution + flower branch
(5) WBg = WA ? WL

**2.3. 可溶性蛋白和MDA含量的测定**
准确称取0.15克新鲜花瓣组织，加入5.0毫升磷酸盐缓冲盐水（PBS，pH 7.0）中匀浆。所得匀浆在4 ℃下以1500 × g离心10分钟。收集上清液用于后续分析。可溶性蛋白含量使用Coomassie Brilliant Blue G-250方法根据Bradford（1976年）进行定量。MDA含量根据Zhao等人（2002年）描述的双巴比妥酸（TBA）方法测定。可溶性蛋白和MDA含量分别表示为mg g?1 FM和μmol g?1 FM。设置三个生物学重复实验，每个生物学重复实验包含三个技术重复实验。

**2.4. 乙烯释放、呼吸速率、ACS和ACO活性的测定**
按照Ye等人（2021年）和Shi等人（2011年）的方法，在室温（23–25 ℃）收集12.0克花瓣样本并放入密封瓶中。在室温下放置2小时后，对顶空气体进行CO2（呼吸速率）分析。3小时后，进行了乙烯分析。每次测量时，使用注射器抽取5毫升或2毫升的顶空气体，并将其注入气相色谱仪（GC-7890II，上海天美）中，分别同时测定乙烯和二氧化碳的浓度。每个样本进行了三次技术重复实验。色谱条件如下：对于乙烯的测定，使用Porapak Q柱（2毫米×3毫米），注射器温度为120°C，柱温为60°C，检测器为FID。气体流速分别为：H2 25毫升/分钟，N2（载气）25毫升/分钟，空气300毫升/分钟。乙烯释放率以μL克^-1小时^-1表示。对于二氧化碳（呼吸作用）的测定，使用C-2000柱（2毫米×3毫米），柱温为140°C，检测器为TCD。载气（N2）流速为100毫升/分钟，桥电流设置为100毫安。呼吸速率以mLCO2克^-1小时^-1表示。定量分析采用外标法。

ACC合成酶（ACS）的活性测定依据Fernández-Maculet和Yang（1992）的方法进行，并稍作修改。将1.5克花瓣组织在液氮中研磨后，加入7毫升提取缓冲液（50毫米摩尔^-1 Hepes，含有4毫米摩尔^-1 DTT、10毫米摩尔^-1 EDTA和0.5微摩尔^-1 PLP，pH 8.5）中混匀。混合物在4°C下以15,000×g离心30分钟。上清液与5毫升测定缓冲液（2毫米摩尔^-1 Hepes，含有0.1毫米摩尔^-1 DTT和0.2微摩尔^-1 PLP，pH 8.5）混合后，在4°C下孵育12小时。然后再次离心两次（4°C，15,000×g，每次30分钟）以获得粗酶提取物。对于酶反应，将3毫升酶提取物与1.5毫升60微摩尔^-1 SAM混合，在30°C下孵育2小时。通过加入0.6毫升10毫米摩尔^-1 HgCl2终止反应。随后，将3毫升反应混合物与0.4毫升氧化剂（5% NaClO: NaOH = 2:1，体积比）混合，置于13毫升密封试管中，在4°C下孵育30小时。之后剧烈摇晃试管5秒，2-3分钟后再次摇晃。通过采样2毫升顶空气体来测定乙烯的产生量，并根据乙烯产量计算ACS活性。每个样本设置三个生物学重复实验，每个生物学重复实验包含三次技术重复实验。ACS活性以纳米摩尔^-1小时^-1表示。

ACC氧化酶（ACO）的活性测定遵循Kato和Hyodo（1999）的方法。将1.5克花瓣组织在液氮中研磨后，加入7毫升提取缓冲液（0.1毫米摩尔^-1 Tris-HCl，含有10%甘油、30毫米摩尔^-1抗坏血酸钠和5% PVPP）中混匀。混合物在4°C下以15,000×g离心25分钟，然后再次离心以澄清提取物。对于反应，将3毫升测定缓冲液（0.2毫米摩尔^-1 Tris-HCl，20%甘油，60毫米摩尔^-1抗坏血酸钠，40毫米摩尔^-1 NaHCO3，200微摩尔^-1 FeSO4）放入13毫升密封试管中。然后通过隔膜注入2毫升上清液和2毫升1毫米摩尔^-1 ACC溶液。反应在25°C下进行3小时。反应结束后，抽取2毫升顶空气体以测定乙烯产量，并据此计算ACO活性。每个样本设置三个生物学重复实验，每个生物学重复实验包含三次技术重复实验。ACO活性以纳米摩尔^-1小时^-1表示。

2.5 可溶性糖含量的测定
花瓣中可溶性糖（葡萄糖、蔗糖、甘露糖和果糖）的含量采用基于Shi等人（2009）和Wang等人（2021）的方法进行改进的测定。新鲜花瓣组织（2.0克）在液氮中研磨后，依次用2毫升、2毫升和6毫升85%乙醇提取。合并后的混合物在8000×g下离心15分钟。收集上清液并稀释至25毫升，然后在45°C下用氮气干燥4毫升。残渣重新溶解在4毫升去离子水中，再用0.45微米膜过滤后进行分析。分离使用HPLC系统（Agilent HPLC 1260，美国）进行，配备折射率检测器和氨基柱。流动相为超纯水，流速为1.0毫升/分钟，柱温保持在78°C。进样量为10微升，每个样本进行三次分析。定量使用葡萄糖、蔗糖、甘露糖和果糖的色谱级标准品进行外标校正。

2.6 腺苷酸含量的测定和能量电荷（EC）水平的测定
腺苷酸（ATP、ADP和AMP）的含量根据Shi等人（2020）和Wang等人（2021）的方法进行测定，并进行了修改。将2.0克新鲜花瓣组织在液氮中研磨后，用10毫升0.6毫米摩尔^-1 HClO4混匀。混合物在4°C下以10,000×g离心15分钟。收集上清液，用1摩尔^-1 KOH调节pH至6.8，在冰上放置30分钟以沉淀HClO4，然后在相同条件下再次离心。得到的上清液通过0.45微米膜过滤后进行分析。分离使用配备VWD检测器和C18柱（4.6毫米×250毫米，5微米）的HPLC系统进行。流动相由甲醇（A）和0.1摩尔^-1磷酸盐缓冲液（pH 6.5）（B）组成，梯度程序如下：0-5分钟，5% A；5.0-5.1分钟，线性增加到15% A；5.1-6.0分钟，返回到5% A。流速为0.6毫升/分钟，柱温保持在30°C，检测波长为254纳米。定量使用色谱纯的5′-ATP-Na2、5′-ADP-Na2和5′-AMP-Na2进行外标校正。进样量为10微升，每个样本进行三次分析。

2.7 呼吸代谢酶活性的测定
酶活性使用商业试剂盒根据制造商的说明书进行测定（Wang等人，2021）：琥珀酸脱氢酶（SDH）和细胞色素c氧化酶（CCO）使用北京索莱宝生物技术的试剂盒进行分析，而H+-ATPase和Ca2+-ATPase则使用南京生物工程研究所的超微量测定试剂盒进行测定。所有程序均按照试剂盒的使用说明书进行，并以U毫克^-1蛋白质表示。每个样本设置三个生物学重复实验，每个生物学重复实验包含三次技术重复实验。

2.8 RNA提取和qRT-PCR
使用Tiangen RNA simple Total RNA Extraction Kit从花瓣样本中提取总RNA。使用分光光度计验证RNA的完整性和浓度。使用HiScript III RT SuperMix（南京诺维赞生物技术有限公司）合成第一链cDNA，反应体系和逆转录体系分别见表S1和表S2。进行qRT-PCR以检测参与乙烯生物合成（IpACS1、IpACO1）、乙烯信号转导（IpETR1、IpCTR1、IpEIN3、IpERF1）和能量代谢（IpSDH1、IpCCO1、IpH+-ATPase1、IpCa2+-ATPase1）的目标基因的转录水平，整个实验过程按照Shang等人（2023）的方法进行。选择GAPDH基因作为内部参考基因。使用Primer Premier 5.0（表S3，NCBI登录号PRJNA1181154）设计基因特异性引物，并由BGI基因组学（深圳）有限公司合成。每个qPCR反应使用cDNA模板和相应的引物（表S4）进行设置。相对基因表达使用2^-ΔΔCt方法（Livak和Schmittgen，2001）计算。每个处理时间点设置三个独立的生物学重复实验，每个生物学重复实验包含九次技术重复实验。

2.9 数据分析
统计分析使用IBM SPSS Statistics 26（SPSS，美国芝加哥）进行。使用GraphPad Prism 9.5（GraphPad Software，美国圣地亚哥）制作图表，随后使用Microsoft Visio（Microsoft，美国雷德蒙德）进行排版。每个生物学重复实验设置三个重复实验，每个重复实验包含40次技术重复实验。数据以平均值±标准差表示。在确认数据正态性和方差同质性后，应用双因素方差分析（Two-way ANOVA）和重复测量方差分析（Repeated Measures ANOVA），随后进行Duncan的事后检验（P < 0.05）。此外，为了分析生理和生化数据的多元模式，我们使用Metware云平台（https://cloud.metware.cn）进行了主成分分析（PCA）和样本相关性分析（SCA）。经过UV（自动/缩放）处理后，使用皮尔逊相关系数矩阵评估切花质量、乙烯代谢、能量状态、呼吸底物和呼吸代谢之间的相关性。

3. 结果
3.1 切花的花瓶质量变化
伊藤牡丹‘Bartzella’的切花花瓶寿命较短，通常仅持续72小时（图1A）。使用乙烯作用抑制剂AVB进行脉冲处理显著改善了采后性能，使花瓶寿命和最佳观赏期分别延长了15.5小时和9.9小时（图1B、C）。当AVB脉冲处理与防腐溶液（PS）结合使用时，效果最为显著，花瓶寿命延长了17.2小时，最佳观赏期延长了12小时，最大花径增加了1.4厘米（p < 0.05；图1B-D）。在花瓶寿命期间，切花从软芽阶段（阶段II）迅速发展到完全开花阶段（阶段V），而对照花在48-60小时进入初期衰老阶段（阶段VI）（图1E）。切茎的水分平衡呈现先快速增加后急剧下降的模式，在插瓶后12小时达到峰值。值得注意的是，AVB+PS处理将水分平衡降至零的时间分别比单独使用AVB和对照组推迟了24.1小时和26小时（图1F）。新鲜质量和花径也表现出类似的动态变化，两者最初迅速增加，随后在后期花瓶期间下降。与单独使用AVB和对照组相比，AVB+PS显著增加了新鲜质量的峰值分别达到11.15%和12.41%，并提高了最大花径的峰值分别达到18.19%和33.93%（图1G、H）。这些结果表明，AVB脉冲预处理与PS（防腐溶液）结合使用可以改善切花的吸水能力，维持更好的水分状态，从而提高伊藤牡丹切花的观赏价值。

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图1. 切花在花瓶中的水分状态和花径的形态动态变化。切花的动态变化（A）、花瓶寿命（B）、最佳观赏期（C）、最大花径（D）、开花指数（E）、水分平衡值（F）和花径变化率（H）。花瓶观赏特性的分析基于三个生物学重复实验，每个生物学重复实验包含13次技术重复实验。数值以平均值±标准差表示（Duncan的多重比较检验，显著性表示为p < 0.05）。

3.2 可溶性蛋白和MDA含量的变化
在花瓶初期，切花瓣中的蛋白质合成和代谢非常活跃。随着花瓣的展开，可溶性蛋白含量显著增加，在24小时达到峰值，约为3小时时的两倍（图2A）。随后蛋白含量逐渐下降直至花瓣脱落。AVB和AVB+PS处理组的可溶性蛋白含量显著高于对照组（图2A）。同时，作为膜脂质过氧化标志物的丙二醛（MDA）在花朵初期迅速增加，在开花中期稳定，然后在后期衰老期间再次增加。与对照组相比，AVB和AVB+PS处理有效抑制了花瓣中MDA的积累（图2B）。这些生理结果表明，AVB，特别是与PS结合使用时，通过维持可溶性蛋白含量和减少氧化膜损伤，有效延缓了切花瓣的衰老。

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图2. 切花在花瓶期间可溶性蛋白和MDA含量的变化。可溶性蛋白含量（A）和MDA含量（B）。每个生物学重复实验设置三个重复实验，每个重复实验包含三次技术重复实验。数值以平均值±标准差表示（Duncan的多重比较检验，显著性表示为p < 0.05）。

3.3 乙烯释放特性和呼吸跃变动态
在插瓶后的最初3小时内，花瓣中观察到明显的乙烯跃变峰值。对照组、AVB处理组和AVB+PS处理组的乙烯产量分别比0小时时高出3.15倍、2.47倍和2.18倍（图3A）。在这一峰值之后，乙烯释放率呈现出逐渐下降的趋势，在随后的开花到衰老期间仅有轻微波动。同时，在插花后6-12小时出现了一个呼吸作用高峰，这表明呼吸作用高峰在时间上明显滞后于乙烯的生理变化期（图3A）。AVB预处理将呼吸作用高峰推迟到了12小时，并将其强度降低了9.98%，而AVB+PS组合也显著抑制了呼吸作用高峰（图3B）。这些结果表明，乙烯的生理变化期触发了伊藤牡丹切花在插花初期阶段的呼吸作用爆发，而且AVB和AVB+PS处理都能有效减弱这些代谢高峰。进一步分析关键乙烯生物合成酶发现，ACS和ACO的活性在插花后6小时达到峰值。与对照组相比，AVB和AVB+PS处理都显著降低了ACS和ACO的最大活性（图3C, D）。

3.4. 能量代谢特性分析
花的开放是一个依赖能量的生理过程，受到细胞内ATP浓度和能量状态严格调控。在插花后的最初0-6小时内，花瓣中的ATP水平显著增加，随后逐渐下降（图4A）。对照组、AVB处理组和AVB+PS处理组的ATP峰值分别比插花0小时时的基线水平提高了29.79%、45.79%和57.15%。在整个插花期间，花瓣中的ADP含量总体上呈下降趋势，但波动较小，这表明AVB和AVB+PS处理有效减缓了ADP水平的降低（图4B）。AMP含量则呈现相反的趋势，在6小时达到峰值，并在后期插花期间保持较高水平（图4C），始终高于对照组。花瓣中的能量状态在短时间内迅速增加，在6小时达到最大值，然后逐渐下降（图4D）。对照组的花瓣在整个实验过程中保持了相对较低的EC水平，这表明AVB和AVB+PS处理有助于维持花瓣的较高能量状态，从而延缓了衰老过程。

3.5. 呼吸基质特性分析
蔗糖、葡萄糖、果糖和甘露糖是支持花瓣细胞呼吸代谢的主要底物。在花瓣快速扩展期间，蔗糖迅速分解为葡萄糖和果糖，进入糖酵解途径并被逐渐消耗。因此，花瓣中的蔗糖含量迅速下降（图5A）。葡萄糖和果糖的水平在开花初期也急剧下降，在插花24小时后达到最低点，随后逐渐恢复。AVB脉冲预处理有效抑制了葡萄糖和果糖的消耗，使其最低水平分别比对照组提高了14.17%和13.58%。在AVB+PS组合处理中，最低水平进一步提高了24.86%和30.93%（图5B, C）。相比之下，甘露糖的含量在开花期间相对稳定，并在开花后继续上升。AVB脉冲和AVB+PS组合处理显著增强了甘露糖的积累（图5D）。这些发现表明AVB脉冲在减少呼吸底物的消耗方面起着关键作用，而AVB+PS组合处理在维持细胞呼吸所需底物的供应方面更为有效。

3.6. 呼吸酶活性分析
图6展示了‘Bartzella’花瓣在插花期间SDH、CCO和ATPase活性的动态变化。SDH是线粒体三羧酸（TCA）循环的标志酶，其活性持续下降。相比之下，电子传递链的末端氧化酶CCO的活性最初迅速增加，随后逐渐下降。AVB脉冲预处理和AVB+PS组合处理有效减弱了SDH和CCO活性的下降（图6A, B）。H+-ATPase和Ca2+-ATPase是线粒体能量合成的关键酶，它们的活性迅速下降，短暂回升后进入持续下降阶段（图6C, D）。与对照组相比，AVB和AVB+PS处理使H+-ATPase的峰值活性分别提高了21.18%和55.15%，Ca2+-ATPase的峰值活性分别提高了18.03%和35.40%。这些结果表明AVB脉冲预处理和AVB+PS组合有助于维持花瓣细胞中呼吸酶和能量转换酶的相对稳定活性。

3.7. 乙烯代谢和信号转导基因表达水平分析
研究了插花期间与乙烯生物合成和信号传导相关的关键基因的表达模式（图7）。在对照组中，乙烯生物合成中的关键基因IpACS1的表达相对稳定。相比之下，AVB脉冲预处理在开花早期（6-12小时）和初始衰老期（60小时）抑制了IpACS1的表达。同样，AVB+PS组合在开花早期（6小时）和从中期开花到早期衰老期（36-60小时）显著抑制了IpACS1的转录水平，但在晚期衰老期（84-96小时）促进了IpACS1的表达（图7A）。另一个乙烯生物合成关键基因IpACO1的表达在插花开始后3-6小时迅速增加，开花后恢复到较低水平。AVB和AVB+PS处理在开花早期和快速开花期（3-12小时）显著抑制了IpACO1的表达（图7B）。乙烯信号传导的负调控基因IpETR1和IpCTR1在花朵开放时达到峰值，随后在花瓣衰老过程中迅速下降。只有AVB脉冲预处理在36小时促进了IpETR1的表达峰值，而AVB+PS组合在24小时诱导了更早的峰值（图7C, D）。乙烯响应调节基因IpEIN3和IpERF1的表达模式也先是增加然后下降。这些发现表明AVB脉冲和AVB+PS组合在开花和衰老期间有效抑制了IpACS1和IpACO1基因的表达，并在开花后期和衰老期间抑制了下游信号基因的转录。

3.8. 能量代谢基因表达分析
分析了插花花瓣在插花期间的关键酶基因的调控模式，包括参与三羧酸（TCA）循环中的琥珀酸脱氢酶（SDH）、电子传递链中的细胞色素c氧化酶（CCO）、H+-ATPase和负责离子转运的Ca2+-ATPase的基因（图8）。在对照组中，TCA循环基因SDH的表达相对稳定，但在衰老过程中迅速下降。相比之下，AVB脉冲和AVB+PS组合处理在插花后6-12小时内显著加速了花的开放，并在衰老开始时（60小时）提高了IpSDH1的表达（图8A）。编码电子传递链末端氧化酶的IpCCO1的表达在开花早期迅速增加，在12小时达到峰值。此时，AVB和AVB+PS处理分别使其表达增加了53.7%和90.3%，具有统计学意义（P<0.05）（图8B）。同样，促进能量转换的IpH+-ATPase1和IpCa2+-ATPase1的表达在开花早期迅速增加，之后逐渐下降。AVB和AVB+PS处理显著增强了这些ATP酶基因的表达（图8C, D）。这些发现突显了能量转换相关基因在‘Bartzella’切花开放和衰老过程中的关键作用。乙烯抑制与能量补充相结合有效地调节了这些基因的表达，强调了它们在调节花卉能量代谢中的重要性。

3.9. 生理和代谢参数的主成分分析
我们测量了23个与切花衰老相关的关键生理和生化指标。这些指标涵盖了五个簇：切花质量（花径FD、鲜重FM、花径变化率FDCR、水分平衡WB、可溶性蛋白SP、丙二醛MDA）、乙烯代谢（乙烯释放率ETH、1-氨基环丙烷-1-羧酸ACC、ACC合成酶ACS和ACC氧化酶ACO）、能量状态（能量状态EC以及ATP、ADP和AMP的含量）、呼吸底物（蔗糖S、葡萄糖G、果糖F和甘露糖M）和呼吸代谢（琥珀酸脱氢酶SDH、细胞色素C氧化酶CCO、H+-ATPase HA、Ca2+-ATPase CaA和呼吸速率R）。为了全面分析不同生理指标之间的内在联系，对23个指标进行了相关性分析。如图9A的样本相关性分析（SCA）所示，在插花期间这五组指标之间存在显著相关性。与切花质量相关的指标与花瓣的氧化损伤密切相关。例如，水分平衡（WB）与丙二醛（MDA）呈强烈的负相关（r=-0.91*），表明水分失衡与切花的氧化损伤之间存在密切关联。在乙烯代谢中，ACS和ACO的活性高度正相关（r=0.90***），同时两者都与底物ACC的含量呈显著负相关，表明乙烯生物合成在其前体的负反馈调节下紧密协调。能量状态与呼吸代谢密切相关，表现为ATP含量与EC之间的强正相关（r=0.92***），SDH、CCO、H+-ATPase和Ca2+-ATPase的活性也呈正相关（r=0.88***、0.67***、0.75***和0.66***）。在呼吸底物中，蔗糖（S）与能量指标ATP和EC呈正相关（r=0.58***和0.65***），果糖（F）与呼吸酶活性呈正相关，而甘露糖（M）则呈负相关，表明这些糖在能量代谢中具有不同的调控功能。总体而言，这个相关网络揭示了切花开放和衰老过程中相互关联的多代谢系统的生理和生化基础。统计显著性水平表示如下：*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001。为了评估各种指标对切花开放和衰老过程的贡献，将23个指标分为5个簇。对这5个指标簇进行了主成分分析（PCA）（图9B）。结果清晰地识别出两个独立且权重不同的调控维度，这些维度驱动了采后质量的变化。主轴PC1（解释了88.73%的方差）主要由与质量相关的和乙烯代谢簇驱动，这两个簇表现出几乎完全的负相关。次轴PC2（解释了10.74%的方差）反映了能量代谢系统的内部协调，涉及三个相互关联的簇：呼吸底物、能量状态和呼吸代谢。这个维度独立于核心的“乙烯-质量”关系，并有效捕捉了不同处理之间与能量相关的策略的微妙差异。

4. 讨论
切花的采后质量是一个复杂的数量性状，受植物激素信号传导、代谢稳态和环境应激反应的协调作用控制。在这些调控网络中，乙烯信号传导和细胞能量代谢被广泛认为是控制花卉衰老进程的两个中心枢纽（Wang等人，2020年；Kou等人，2025年；Yadav和Sharma，2025年）。尽管Itoh牡丹‘Bartzella’具有出色的观赏特性和在全球切花市场中的高商业价值，但其花瓶寿命极短，因此受到严重限制。人们称其为“花朵非常美丽，但寿命太短”。在这项研究中，我们系统地阐明了乙烯信号传导和能量代谢在‘Bartzella’切花采后衰老中的协同调控机制，并开发了一种高效且具有商业可行性的保存策略。核心发现及其科学意义如下所述。

4.1. 乙烯是乙烯敏感型Itoh牡丹花瓣衰老的主要触发因素
乙烯是一种特征明确的气态植物激素，在多种 climacteric 水果和切花中作为衰老的主要调节因子（Pierik等人，2006年；Zhu等人，2023年）。在这项研究中，我们发现切花的花瓣衰老遵循典型的 climacteric 模式，这一过程由花瓶阶段前6小时内突然的乙烯自催化释放引发（图3A），随后是呼吸 climacteric（图3B）和快速的花瓣脱落（图1E）。这一时间序列证实了早期乙烯释放是触发切花下游衰老级联反应的初始信号。值得注意的是，这种早期乙烯驱动的花瓣衰老模式与Yang等人（2025年）的研究结果不一致，他们报告称‘Bartzella’切花中的乙烯释放峰值和乙烯代谢相关基因的上调发生在72小时（花瓶后期）。这种差异可能归因于两项研究在收获成熟度、采前生长条件以及是否使用了冷链等方面的差异。
通过使用Chrysal AVB（一种商业化的银基乙烯作用抑制剂）进行功能验证，进一步证实了乙烯在调节花朵开放和衰老中的主导作用。作为乙烯受体拮抗剂，Chrysal AVB不可逆地与乙烯受体结合，阻断乙烯衰老信号的转导，并中断乙烯生物合成的自催化正反馈循环（Choi等人，2018年）。我们的分子和生理数据显示，AVB脉冲预处理，无论是单独使用还是与基于糖的防腐溶液（PS）联合使用，在花朵早期开放和衰老阶段显著下调了关键乙烯生物合成基因（IpACS1和IpACO1）的表达（图7A，B），降低了ACS和ACO的酶活性（图3C，D），从而使乙烯释放峰值分别比对照组降低了21.6%（AVB单独使用）和30.6%（AVB+PS）（图3A）。同时，AVB和AVB+PS处理在晚期衰老阶段显著抑制了乙烯信号的下游正向调节因子（IpEIN3和IpERF1）的表达（图7E，F），进一步阻止了程序性细胞死亡（PCD）程序和随后的花瓣脱落（Li等人，2013年）。这种通过阻断乙烯感知来抑制内源性乙烯生物合成和信号转导的调控模式，是延长乙烯敏感型切花寿命的保守机制（Busatto等人，2018年；Zhang等人，2021b）。已经证明，抑制乙烯在多种植物中都是有效的，从延缓果实成熟（Xiong等人，2023年；Botondi等人，2003年）到调节植物在压力下的生长（Khan等人，2014年；Sun等人，2010年）。

4.2. 能量状态是器官水平上花朵存活能力和乙烯敏感性的主要开关
花朵开放、膨压维持和细胞稳态是高度依赖能量的生理过程，这些过程严重依赖于呼吸底物的持续供应（Biswas等人，2022年；Kaur和Jhanji，2023年；Lezoul等人，2021年）。一旦从母株上分离，切花就与光合产物的来源断开连接，必须依赖有限的内源性碳水化合物储备来维持代谢活动，这不可避免地导致碳饥饿和能量水平下降（Costa等人，2021年；Reyes-Medina等人，2023年）。我们的结果显示，在对照花中，可溶性糖（蔗糖、葡萄糖、果糖、甘露糖）的含量在花朵早期开放阶段迅速减少（图5），这与ATP含量和EC水平的降低显著相关（P < 0.001）（图9）。这种能量不足直接导致膜完整性的丧失，表现为丙二醛（MDA）的持续积累和可溶性蛋白质（SP）的减少（图2），最终引发花瓣衰老和脱落。
AVB+PS联合处理在整个花瓶期间显著保持了花瓣中较高的可溶性糖水平（图5），维持了线粒体呼吸代谢（图6）并保持了较高的细胞能量状态（图4）。充足的能量供应对于维持膜结合的ATP酶（H+-ATPase和Ca2+-ATPase）的正常功能至关重要（图6C，D和8C，D），这些酶对于维持膜电位、离子稳态和细胞pH平衡至关重要——这些都是细胞存活的核心生理基础（Kan等人，2025年；Silver等人，2001年）。AVB+PS组中这些ATP酶的持续高活性和上调的基因表达直接有助于改善水分平衡，减少膜脂质过氧化，并延缓花瓣衰老（图1，图2）。同时，关键线粒体呼吸酶（琥珀酸脱氢酶，SDH；细胞色素c氧化酶，CCO）的持续活性以及IpSDH1和IpCCO1的上调表达（图8A，B）确保了通过三羧酸（TCA）循环和电子传递链的有效能量产生（Armstrong等人，2019年），进一步巩固了细胞能量稳态。
值得注意的是，细胞能量状态不仅在基础代谢中起维护作用，还作为植物器官中乙烯敏感性的主动调节因子（Renziehausen等人，2024年）。充足的碳水化合物供应和高细胞能量电荷可以显著降低花瓣组织对乙烯的敏感性，这在之前的多种切花采后研究中已有报道（van Doorn和Han，2011年；Pun等人，2016年）。这种调节效应直接支持了AVB+PS策略的协同效果：AVB在受体水平上阻断乙烯感知，而PS通过能量补充同时减轻组织对乙烯信号的响应，从而实现乙烯驱动的衰老的全面和有效抑制。

4.3. 提出未来开发高效切花保存策略的方向
切花的采后质量主要由乙烯信号传导和能量代谢之间的相互作用决定（Brenner等人，2005年；Wei等人，2024年）。乙烯加速了切花器官的呼吸 climacteric 和内源性碳水化合物的快速消耗（Mohorovi?等人，2024年）。AVB脉冲预处理通过抑制乙烯感知来延迟和抑制呼吸高峰（图3B），从而保护细胞能量储备（图4D）。同时，PS防腐剂中的外源蔗糖维持了较高的细胞能量状态，显著降低了花瓣组织对乙烯的敏感性。
为了进一步验证乙烯信号传导和能量代谢在Itoh牡丹切花采后质量变化中的独立和耦合调控作用，我们对所有生理和生化数据进行了主成分分析（PCA）和样本相关性分析（SCA）（图9）。结果显示，PCA的两个调控轴（图9B）累积解释了采后质量变化的99.47%的方差，而基于每个PC的核心加载指标的SCA（图9A）的显著相关性直接验证了这两个调控轴的生物学意义。主要的“乙烯-质量调控（正向途径）”（PC1，88.73%的方差）主导了衰老进程，这一途径得到了关键SCA发现的支持：水分平衡作为在PC1上加载最高的品质指标，与氧化损伤标志物丙二醛强烈负相关（r = -0.91*，P < 0.05）；乙烯生物合成酶ACS和ACO显示出高度正相关（r = 0.90***，P < 0.001），两者都与它们的底物ACC负相关，证实了乙烯代谢、氧化损伤和质量恶化之间的紧密耦合。次要的“能量代谢调控（反向反馈途径）”（PC2，10.74%的方差）反映了独立于乙烯途径的能量状态的独立调控作用，这一点得到了SCA结果的支持：ATP与能量电荷正相关（r = 0.92***），关键呼吸酶（SDH、CCO、H+-ATPase、Ca2+-ATPase）显示出显著的正相关，蔗糖和果糖与能量指标正相关，而甘露糖则呈现相反的趋势。总体而言，PCA和SCA相互验证了在Itoh牡丹切花开放和衰老过程中介导多代谢相互作用的双重乙烯-能量调控网络。
综合的AVB+PS策略为Itoh牡丹切花的保存提供了一种具有商业相关性和操作可行性的方案。以AVB脉冲预处理为核心，该方法确保了与现有冷链物流的兼容性。在花瓶期间，基于碳水化合物的防腐溶液补充能量，协同作用显著延长了花瓶寿命并提高了整体采后质量（图10）。这种现成的方案为Itoh牡丹切花的商业生产提供了竞争优势。

图10. Itoh牡丹‘Bartzella’切花采后衰老的乙烯-能量核心相互作用示意图。该模型描绘了以乙烯-能量核心相互作用为中心的双向调控网络，其中乙烯信号传导作为上游的衰老触发因素，能量代谢作为细胞稳态的守护者。乙烯主导的正向途径（PC1，解释了88.73%的方差）通过ACS/ACO介导的乙烯释放和ETR1/CTR1-EIN3/ERF1信号级联加速衰老，而能量驱动的反向途径（PC2，解释了10.74%的方差）通过线粒体功能障碍、膜损伤和能量消耗形成恶性正循环，加剧了衰老。AVB+PS组合通过破坏乙烯释放和能量消耗之间的相互作用有效阻止了花瓣衰老，从而显著延长了花瓶寿命并提高了观赏质量。

5. 结论
总之，我们的发现表明，Itoh牡丹切花的采后衰老是由早期的乙烯释放和渐进的能量消耗共同调节的，这加速了花瓶中的花瓣衰老过程。我们提出了一个乙烯-能量相互作用双重调控机制的概念模型，以增强切花质量。因此，我们开发了一种综合保存策略，结合了AVB抑制乙烯作用和PS外源能量补充，有效打破了乙烯诱导的衰老途径并缓解了能量消耗，显著延长了花瓶寿命并提高了采后观赏质量。这一策略同时解决了衰老的主要乙烯触发因素和分离切花的临界代谢能量不足问题。这些发现不仅为花卉产业提供了一个具有商业应用的保存方案，还推进了对乙烯和能量信号协调调节花瓣衰老的基本理解。进一步的研究将集中在乙烯-能量相互作用的分子机制上，并优化这一双重目标策略，以便在Itoh牡丹和其他乙烯高度敏感的观赏作物中的大规模商业应用。郑 Wang：撰写、审稿与编辑；项目监督；项目管理；资金筹集；概念构思。遵守伦理要求。本文不包含任何涉及人类或动物受试者的研究。