DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1713059
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41602537
تاريخ النشر: 2026-01-12
المؤلف: Yulong Hu وآخرون
الموضوع الرئيسي: إدارة جودة ما بعد الحصاد وعمر الرف
نظرة عامة
تدرس الدراسة تأثير تطبيقات الأوراق قبل الحصاد لحمض القرفة (CA) وملح البوتاسيوم للقرفة (PC) على جودة وقابلية تخزين عنب ‘كيوهو’، الذي يتعرض لمشاكل ما بعد الحصاد مثل التليين، وسقوط الثمار، والتعفن بسبب درجات الحرارة العالية. تم معالجة العنب بتركيزات مختلفة من CA وPC من مرحلة النضج إلى النضج الكامل، تلتها فترة تخزين لمدة 96 ساعة عند 25 درجة مئوية. كشفت النتائج أن التركيزات العالية من CA وPC حسنت بشكل كبير جودة الفاكهة من خلال زيادة المواد الصلبة القابلة للذوبان الكلية (TSS) ومستويات مضادات الأكسدة (بما في ذلك الفينولات الكلية، والفلافونويدات، وحمض الأسكوربيك)، بينما قللت من الحموضة القابلة للتعادل (TA) وعززت خصائص القوام مثل قوة ثقب القشرة، وصلابة اللحم، والمرونة. بالإضافة إلى ذلك، قللت هذه العلاجات من نشاط الهيدرولاز، وسقوط الثمار، وحالات التعفن، ونمو مسببات الأمراض، وخاصة من فطر البنسليوم والأسبيرجيلوس.
على وجه التحديد، كانت معالجة 10 mmol·L⁻¹ CA الأكثر فعالية في تعزيز TSS واحتياطيات مضادات الأكسدة، بينما تفوقت معالجة 10 mmol·L⁻¹ PC في الحفاظ على صلابة الفاكهة وتمديد عمر التخزين. كانت الآثار المفيدة لهذه العلاجات مرتبطة بتنظيم أنشطة الإنزيمات الرئيسية (مثل، سوبر أكسيد ديسموتاز (SOD)، بيروكسيداز (POD)، أكسيداز البوليفينول (PPO)، هيدروكسيلاز القرفة-4 (C4H)، و4-كومارات-CoA ليغاز (4CL)) وتعبير الجينات ذات الصلة (مثل، VvPAL، VvCHS، وVvANS). بشكل عام، توفر هذه الأبحاث أساسًا عمليًا لتعزيز الحفاظ على عنب ‘كيوهو’ بعد الحصاد من خلال تطبيق CA وPC.
مقدمة
عنب ‘كيوهو’، وهو نوع رباعي الصبغيات نشأ من اليابان، هو هجين من Vitis vinifera وV. labrusca، ويشتهر بحباته الكبيرة، ومحتوى السكر العالي (≥18%)، ونكهته الفريدة، مما يجعله ذا أهمية اقتصادية في شرق آسيا وما وراءها (Chen, 2019). ومع ذلك، فإن الاحترار العالمي يشكل تحديات خلال مرحلة النضج، مما يؤدي إلى مشاكل ما بعد الحصاد الشديدة مثل تسريع تدهور جدران الخلايا، وتعطيل نظام مضادات الأكسدة، وسقوط الثمار المبكر، مما يمكن أن يؤدي إلى خسائر تتراوح بين 30%-45% بسبب العدوى الفطرية مثل العفن الرمادي والأنثراكنوز (Pablo et al., 2013; Tyagi et al., 2020). تعتمد طرق الحفظ الحالية غالبًا على منظمات مكلفة وذات مخاطر بيئية مثل حمض الأبسيسيك (ABA) وحمض الساليسيليك.
على النقيض من ذلك، فإن حمض القرفة (CA) وملحه البوتاسيومي، ملح البوتاسيوم للقرفة (PC)، هما مركبات فينولية طبيعية تقدم بديلاً أكثر استدامة وفعالية من حيث التكلفة. لقد أظهرت خصائص تنظيم نمو النبات ومضادة للبكتيريا، مما يعزز نشاط إنزيمات مضادات الأكسدة ويثبط مسببات الأمراض مثل Botrytis cinerea (Ruwizhi وAderibigbe، 2020؛ Wang et al.، 2021). تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق في التأثيرات المعتمدة على التركيز لتطبيقات CA وPC قبل الحصاد على جودة وقابلية تخزين عنب ‘كيوهو’ تحت ضغط درجات الحرارة العالية. تفترض الفرضية أن CA ستعمل بشكل أساسي على الحفاظ على جودة الفاكهة واحتياطيات مضادات الأكسدة، بينما سيعزز PC صلابة الثمار ومقاومة الأمراض. من خلال تحليل تراكم المستقلبات، وأنشطة الإنزيمات، وتعبير الجينات المتعلقة بتخليق الأنثوسيانين واللجنين، تسعى الأبحاث إلى تطوير استراتيجية مستمدة من النباتات للتخفيف من آثار تغير المناخ على صناعة العنب.
طرق البحث
في هذه الدراسة، التي أجريت في حديقة تيانجين بينهاي تشاديان لعلوم وتكنولوجيا العنب، تم تقييم تأثيرات العلاجات المختلفة على جودة وقابلية تخزين عنب ‘كيوهو’ باستخدام تصميم كتلة عشوائية كاملة. تضمنت الإعدادات التجريبية كروم عنب ذات جذور ذاتية عمرها 10 سنوات مزروعة في بيئة محكومة، مع ثمانية علاجات متميزة بما في ذلك مجموعة تحكم (CK) وتركيزات مختلفة من هيدروكسي بروبيل-β-سيكلوديكسترين (HP-b-CD)، وحمض الستريك (CA)، ومركبات الفينول (PC). تم تصميم العلاجات لتقييم تأثيرها على مؤشرات جودة العنب مثل معدل سقوط الثمار، ومقاومة التعفن، وأنشطة إنزيمات مضادات الأكسدة.
أشارت النتائج إلى أن التركيزات العالية من CA وPC قللت بشكل كبير من معدلات سقوط الثمار والتعفن، حيث حسنت CA صحة الساق وقوة الساق، بينما أظهر PC تأثيرًا مضادًا للبكتيريا أكثر ديمومة وعزز خصائص فرشاة الفاكهة. ومن الجدير بالذكر أن الدراسة توصي بتطبيق الأوراق لـ 10 mmol•L -1 CA قبل سبعة أيام من الحصاد لتحسين جودة الفاكهة، بينما يُقترح استخدام 10 mmol•L -1 PC لتعزيز قابلية التخزين. تسلط هذه النتائج الضوء على إمكانية هذه العلاجات في التخفيف من خسائر ما بعد الحصاد وتحسين العوائد الاقتصادية في إنتاج العنب، على الرغم من الحاجة إلى مزيد من البحث لتأكيد فعاليتها على المدى الطويل وقابليتها للتكيف عبر أصناف مختلفة.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم تأثيرات العلاجات المختلفة التي تشمل حمض القرفة (CA) وملح البوتاسيوم للقرفة (PC) على جودة العنب وقابلية تخزينه من خلال سلسلة من التجارب. تم تطبيق العلاجات في ثلاث مراحل رئيسية من تطور عنب كيوهو، وركزت التحليلات اللاحقة على عدة مؤشرات جودة، بما في ذلك المواد الصلبة القابلة للذوبان الكلية (TSS)، والحموضة القابلة للتعادل (TA)، ومحتوى مضادات الأكسدة، والخصائص الميكانيكية، ووجود الميكروبات. ومن الجدير بالذكر أن العلاجات ذات التركيز العالي (T3 وT6) حسنت بشكل كبير مستويات TSS، وحسنت توازن السكر-الحموضة، وزادت من المركبات المضادة للأكسدة مثل الفينولات الكلية والفلافونويدات، خاصة في مراحل التخزين اللاحقة. أظهرت معالجة T6 أقوى التأثيرات، مع زيادات في القدرة المضادة للأكسدة والصلابة، بينما قللت معالجة T3 بشكل فعال من معدلات سقوط الفاكهة والتعفن.
كما تأثرت الخصائص الميكانيكية بشكل إيجابي من خلال العلاجات، حيث حافظت T3 وT6 على قوة ثقب القشرة وصلابة اللحم بشكل أفضل بكثير من مجموعة التحكم. بالإضافة إلى ذلك، منعت كلا العلاجات نمو الفطريات السطحية، حيث أظهرت T6 أقوى تأثير مضاد للميكروبات. كشفت اختبارات نشاط الإنزيمات أن العلاجات ذات التركيز العالي من CA وذات التركيز المتوسط من PC قيدت بشكل فعال إنزيمات تدهور جدران الخلايا، مما ساهم في تأخير تليين الفاكهة. أشار تحليل التعبير الجيني إلى أن علاجات CA وPC نظمت الجينات الرئيسية في مسار الأيض الفينيل بروبانويد، حيث أظهرت T3 وT6 تأثيرات تنظيمية كبيرة على الجينات المرتبطة بتخليق الأنثوسيانين وإنتاج اللجنين. أكدت التقييم الشامل باستخدام TOPSIS المعتمد على الوزن الانتروبي الأداء المتفوق لهذه العلاجات في تعزيز جودة العنب وقابلية تخزينه، مما يبرز إمكانياتها للتطبيق العملي في زراعة العنب.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1713059
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41602537
Publication Date: 2026-01-12
Author(s): Yulong Hu et al.
Primary Topic: Postharvest Quality and Shelf Life Management
Overview
The study investigates the impact of preharvest foliar applications of cinnamic acid (CA) and potassium cinnamate (PC) on the quality and storability of ‘Kyoho’ grapes, which are susceptible to postharvest issues such as softening, berry drop, and decay due to high temperatures. Grapes were treated with varying concentrations of CA and PC from veraison to maturity, followed by a 96-hour storage period at 25°C. The findings revealed that higher concentrations of CA and PC significantly improved fruit quality by increasing total soluble solids (TSS) and antioxidant levels (including total phenols, flavonoids, and ascorbic acid), while decreasing titratable acidity (TA) and enhancing texture properties such as peel puncture strength, flesh firmness, and elasticity. Additionally, these treatments reduced hydrolase activity, berry drop, decay incidence, and pathogen growth, particularly of Penicillium and Aspergillus.
Specifically, the 10 mmol·L⁻¹ CA treatment was most effective in enhancing TSS and antioxidant reserves, while the 10 mmol·L⁻¹ PC treatment excelled in preserving fruit firmness and extending storage life. The beneficial effects of these treatments were linked to the regulation of key enzyme activities (e.g., superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), polyphenol oxidase (PPO), cinnamate-4-hydroxylase (C4H), and 4-coumarate-CoA ligase (4CL)) and the expression of relevant genes (e.g., VvPAL, VvCHS, and VvANS). Overall, this research provides a practical foundation for enhancing the postharvest preservation of ‘Kyoho’ grapes through the application of CA and PC.
Introduction
The ‘Kyoho’ grape, a tetraploid variety originating from Japan, is a hybrid of Vitis vinifera and V. labrusca, celebrated for its large berries, high sugar content (≥18%), and unique flavor, making it economically significant in East Asia and beyond (Chen, 2019). However, global warming poses challenges during the ripening stage, leading to severe postharvest issues such as accelerated cell wall degradation, antioxidant system disruption, and premature berry drop, which can result in losses of 30%-45% due to fungal infections like gray mold and anthracnose (Pablo et al., 2013; Tyagi et al., 2020). Current preservation methods often rely on costly and environmentally risky regulators like abscisic acid (ABA) and salicylic acid.
In contrast, cinnamic acid (CA) and its potassium salt, potassium cinnamate (PC), are natural phenolic compounds that offer a more sustainable and cost-effective alternative. They have demonstrated plant growth regulatory and antibacterial properties, enhancing antioxidant enzyme activity and inhibiting pathogens such as Botrytis cinerea (Ruwizhi and Aderibigbe, 2020; Wang et al., 2021). This study aims to investigate the concentration-dependent effects of pre-harvest applications of CA and PC on ‘Kyoho’ grape quality and storability under high-temperature stress. The hypothesis posits that CA will primarily preserve fruit quality and antioxidant reserves, while PC will enhance berry firmness and disease resistance. By analyzing metabolite accumulation, enzyme activities, and gene expression related to anthocyanin and lignin biosynthesis, the research seeks to develop a plant-derived strategy to mitigate the impacts of climate change on the grape industry.
Methods
In this study, conducted at the Tianjin Binhai Chadian Grape Science and Technology Park, the effects of various treatments on the quality and storability of ‘Kyoho’ grapes were evaluated using a randomized complete block design. The experimental setup involved 10-year-old self-rooted grapevines cultivated in a controlled environment, with eight distinct treatments including a control (CK) and various concentrations of hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HP-b-CD), citric acid (CA), and phenolic compounds (PC). The treatments were designed to assess their impact on grape quality indicators such as berry drop rate, decay resistance, and antioxidant enzyme activities.
The results indicated that high concentrations of CA and PC significantly reduced berry drop rates and decay, with CA improving stem health and pedicel strength, while PC exhibited a more durable antibacterial effect and enhanced fruit brush characteristics. Notably, the study recommends foliar application of 10 mmol•L -1 CA seven days prior to harvest to improve fruit quality, while 10 mmol•L -1 PC is suggested for enhancing storability. These findings highlight the potential of these treatments to mitigate postharvest losses and improve economic returns in grape production, although further research is necessary to confirm their long-term efficacy and adaptability across different cultivars.
Discussion
In this study, the effects of various treatments involving cinnamic acid (CA) and potassium cinnamate (PC) on grape quality and storability were evaluated through a series of experiments. The treatments were applied at three key developmental stages of Kyoho grapes, and subsequent analyses focused on several quality indicators, including total soluble solids (TSS), titratable acidity (TA), antioxidant content, mechanical properties, and microbial presence. Notably, high-concentration treatments (T3 and T6) significantly enhanced TSS levels, improved the sugar-acid balance, and increased antioxidant compounds such as total phenols and flavonoids, particularly at later storage stages. The T6 treatment exhibited the most pronounced effects, with increases in antioxidant capacity and firmness, while T3 treatment effectively reduced fruit drop and decay rates.
Mechanical properties were also positively influenced by the treatments, with T3 and T6 maintaining peel puncture strength and flesh firmness significantly better than the control. Additionally, both treatments inhibited the growth of surface fungi, with T6 demonstrating the strongest antimicrobial effect. Enzyme activity assays revealed that high-concentration CA and medium-concentration PC treatments effectively suppressed cell wall-degrading enzymes, contributing to delayed fruit softening. Gene expression analysis indicated that CA and PC treatments modulated key genes in the phenylpropanoid metabolic pathway, with T3 and T6 showing significant regulatory effects on genes associated with anthocyanin synthesis and lignin production. The comprehensive evaluation using entropy-weighted TOPSIS confirmed the superior performance of these treatments in enhancing grape quality and storability, underscoring their potential for practical application in viticulture.