植物內(nèi)生菌在果蔬保鮮中的研究進(jìn)展

吳忠紅, 杜 鵑, 王剛霞, 李雪萍, 彭新媛, 陳維信, 吳 斌*

1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所， 烏魯木齊 830091;2.新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 新疆 昌吉 831100;3.新疆大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院， 烏魯木齊 830046;4.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院， 廣州 510642

新鮮果蔬采后腐爛變質(zhì)主要由于受到病害侵染，據(jù)統(tǒng)計，我國每年生產(chǎn)的水果蔬菜從田間到餐桌，損失率高達(dá)25%～30%[1]。目前，果蔬采后病害在生產(chǎn)上多采用化學(xué)殺菌劑、防腐劑進(jìn)行防治，但這類藥劑的“農(nóng)藥殘留”問題會給食品安全帶來負(fù)面影響，研究者不斷從自然界中尋找對人畜安全無毒、無殘留、特異性強(qiáng)、不傷害有益生物、無二次污染、無抗藥性的保鮮劑取代化學(xué)藥劑進(jìn)行防治[2]。作為重要生防微生物之一的內(nèi)生菌，可以通過提高植物抗病性、與病原菌競爭生態(tài)位或產(chǎn)生拮抗物質(zhì)等發(fā)揮防病功效，具有防治果蔬采后病害的優(yōu)勢。植物內(nèi)生菌不易受到外界環(huán)境的影響,可以較長時間發(fā)揮生物學(xué)作用,因此值得深入研究[3]。本文綜述了植物內(nèi)生菌防治果蔬采后病害方面的研究進(jìn)展，從菌株種類、防病機(jī)制、分離篩選以及病害防效方面分析了植物內(nèi)生菌在果蔬保鮮方面的應(yīng)用潛力，并對其作為生物保鮮劑用于果蔬保鮮存在的問題進(jìn)行了分析與展望。

1 植物內(nèi)生菌種類

植物內(nèi)生菌種類繁多，普遍存在于各種植物的根、莖、葉中[4]，對宿主植物沒有明顯的病害作用。植物內(nèi)生菌主要包括細(xì)菌、真菌和放線菌三大類[5]。

1.1 細(xì)菌

在果蔬病害生物保鮮研究中發(fā)現(xiàn)的拮抗細(xì)菌主要是芽胞桿菌，其次是假單胞桿菌。芽胞桿菌屬好氧或兼性厭氧菌，抗逆能力強(qiáng)，繁殖速度快，營養(yǎng)要求簡單，容易定殖在植物表面，適合作為生防制劑。目前，應(yīng)用于果蔬防腐的有枯草芽胞桿菌、多粘芽胞桿菌和蠟狀芽胞桿菌等[6]。

1.2 真菌

拮抗真菌種類較多，主要為木霉屬，其次是酵母菌，另外也發(fā)現(xiàn)擔(dān)子菌、炭角菌、擬莖點霉屬和擬盤多毛孢屬等對果蔬病原菌有拮抗作用[5]。顏霞等[7]從菊科植物假橐吾中分離得到86株內(nèi)生真菌，分為10個屬，交鏈孢霉屬和絲核菌屬占優(yōu)勢 (分別為41.9%和16.3%)，其中31株內(nèi)生真菌分別對細(xì)菌、植物病原菌有顯著的抑制作用。

1.3 放線菌

具有拮抗作用的放線菌主要有鏈霉屬和絲狀放線菌，已應(yīng)用于芒果、香蕉、柑桔等水果的采后病害防治中。如鐘敏等[8]發(fā)現(xiàn)鏈霉菌702發(fā)酵液能抑制有害菌在蘋果、梨、獼猴桃、甜瓜表面的生長，減慢水分蒸發(fā)，對這些水果有較好的防腐保鮮效果。

2 植物內(nèi)生菌的防病機(jī)制

植物內(nèi)生菌的抗菌機(jī)制主要有產(chǎn)生抗菌物質(zhì)、與病原菌競爭營養(yǎng)和誘導(dǎo)植物抗病性等三類，從而達(dá)到抗病的作用[9,10]。

2.1 產(chǎn)生抗菌活性物質(zhì)

產(chǎn)生抗菌活性物質(zhì)抑制植物病原菌生長是植物內(nèi)生菌作為生防菌的重要作用機(jī)理之一[11,12]。內(nèi)生菌產(chǎn)生的抗菌活性物質(zhì)種類繁多[13]，有抗菌肽、脂肽、生物堿、酚類、醌類、萜類、幾丁質(zhì)酶、葡聚糖酶和揮發(fā)性物質(zhì)等[14～16]。其中，脂肽、幾丁質(zhì)酶、葡聚糖酶等主要由內(nèi)生細(xì)菌產(chǎn)生；生物堿類、肽類、甾體類、萜類、酚類、醌類、脂肪族類、異香豆素類的抗菌物質(zhì)主要由內(nèi)生真菌產(chǎn)生；內(nèi)生放線菌則主要產(chǎn)生抗生素類。

這些抗菌物質(zhì)產(chǎn)生后可以在植物體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，對入侵的病原菌有直接抑制作用[17]。袁志林等[18]從極端瀕危植物百山祖冷杉針葉組織中分離到3株炭角菌科產(chǎn)氣霉屬的內(nèi)生菌，能產(chǎn)生強(qiáng)烈的揮發(fā)性物質(zhì)，對多種植物病原菌具有明顯的抑制或致死功能。放線菌鏈霉菌可產(chǎn)生多種抗生素，對細(xì)菌和真菌有很強(qiáng)的抑制作用，是篩選藥物成分的首先菌株。其中納他霉素可抑制真菌，具有對人體無害、不易產(chǎn)生抗性及溶解度低等特點,常用于食品的表面防腐[19]，是目前國際上唯一的抗真菌微生物防腐劑，我國也批準(zhǔn)其作為食品添加劑增補(bǔ)品種使用[6]。

2.2 競爭作用

內(nèi)生菌與病原菌之間的競爭主要包括對物理位點侵入的競爭、對生態(tài)位點搶占的競爭以及對營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣的競爭。內(nèi)生菌作為拮抗菌可以通過與病原菌競爭果實表面的營養(yǎng)物質(zhì)及侵染位點，達(dá)到降低果蔬表面病原真菌數(shù)量的效果[20]。

2.3 誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗病性

誘導(dǎo)抗性的機(jī)制非常復(fù)雜,涉及到寄主、病原菌、激發(fā)子之間的相互作用關(guān)系。蔡學(xué)清等[21]從辣椒葉和煙草莖桿中分離得到2株芽胞桿菌BS-2與TB2，用含有GFP基因標(biāo)記的內(nèi)生細(xì)菌芽胞桿菌BS-2-grp與TB2-grp菌株,研究了其在荔枝體內(nèi)的定殖動態(tài)、定殖時間、定殖量及其與防病保鮮的關(guān)系, 結(jié)果表明，內(nèi)生細(xì)菌能在荔枝葉片、花、幼果及采后果皮上定殖，并在各組織內(nèi)繁殖以及在花和幼果間傳導(dǎo)，進(jìn)一步確定了它們對荔枝采后病害的防治效果及保鮮效果的穩(wěn)定性和持久性。李春玲[22]從芒果病灶處分離篩選出2株枯草芽胞桿菌C1和B2-1，對芒果采后炭疽病菌有顯著的抑制作用，進(jìn)一步實驗表明拮抗菌能誘導(dǎo)芒果PPO、POD和SOD三種防御酶的合成，從而提高果實對芒果炭疽病的抗性。

3 植物內(nèi)生菌的分離篩選及防效

用于果蔬采后病害防治的生防菌主要分為兩大類，即果實表面自有的拮抗微生物和人為引入的拮抗微生物[23]，其中，人為引入的拮抗微生物主要為植物內(nèi)生菌[24]。

近年，國內(nèi)外有關(guān)分離篩選果蔬病原菌的拮抗微生物的研究報道不少，已發(fā)現(xiàn)了若干具有開發(fā)應(yīng)用價值的拮抗菌株。紀(jì)麗蓮等[25]從黃海海岸蘆竹中分離到一株木霉屬的內(nèi)生真菌F0238，其4 d的發(fā)酵液對西紅柿的防腐保鮮作用與化學(xué)保鮮劑多菌靈和甲基托布津的混合液無顯著差異，且該發(fā)酵液為無毒級別。李敏等[26]從龍眼果皮中分離獲得2株拮抗細(xì)菌和3株拮抗酵母菌，室內(nèi)抑菌譜測定結(jié)果顯示，拮抗細(xì)菌AP-01的拮抗活性最強(qiáng)，對10種常見的病害病原真菌的平均抑制率達(dá)到了66.13%；其次是拮抗酵母BP-7、BP-10和BP-12，平均抑制率分別達(dá)到41.30%、40. 96%和42.37%；拮抗酵母BP-7對香蕉采后炭疽病的控制效果最好，相對防效達(dá)到68.9%。羅春芳[27]研究了板栗干腐病菌與板栗內(nèi)生真菌互作效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)4種菌株的代謝物對病原菌有明顯的抑制作用。顏霞等[7]從菊科植物假橐吾中分離得到26株內(nèi)生放線菌均對靶標(biāo)菌有抗性，這些菌來自3個屬，其中以鏈霉菌屬占優(yōu)(92.3%)，拮抗性最好的2株內(nèi)生菌wz57和wz01均為鏈霉菌。胥麗娜等[28]從野生魯桑中獲得了內(nèi)生細(xì)菌枯草芽胞桿菌ME0717菌株，該菌體及其發(fā)酵液對桑炭疽病菌、桑漆斑病菌的菌絲生長和孢子萌發(fā)均有明顯的抑制作用。尹向田等[29]進(jìn)一步將 ME0717菌株的TasA基因克隆到大腸桿菌BL21中表達(dá)，表達(dá)產(chǎn)物對桑疫病病原細(xì)菌的菌體生長以及桑漆斑病菌和桑炭疽病菌的菌絲生長均有一定程度的抑制作用。劉杰鳳等[30]從小白菜中篩選出2株內(nèi)生放線菌及1株內(nèi)生細(xì)菌，對植物菌核病菌有很強(qiáng)拮抗作用。劉建利等[31]從寧夏地區(qū)烏拉爾甘草的根、莖、葉中共分離篩選出19株內(nèi)生細(xì)菌，對甜瓜采后粉霉病、白霉病、黑腐病及軟腐病中的至少2種病原菌有抑制作用，其中8株內(nèi)生細(xì)菌對4種病原菌的抑制能力均較強(qiáng)。李娟等[32]從健康辣椒植株中篩選出芽胞桿菌屬003和X兩株內(nèi)生菌，對辣椒疫霉病菌、辣椒綠霉病菌、辣椒炭疽病菌3種病原菌具有明顯拮抗作用,抑制率達(dá)到34.50%～48.0%。劉起麗等[33]從柑橘皮中分離得到5株內(nèi)生細(xì)菌對柑橘青霉病菌有明顯拮抗作用，抑菌作用最強(qiáng)的菌株H-3為枯草芽胞桿菌(Bacillussubtilis)。劉娜等[34]從生姜中分離篩選得到1株對黑曲霉具有明顯抑制作用的內(nèi)生熒光假單胞菌JT716。唐勝球等[35]從飼料油菜中分離出內(nèi)生細(xì)菌SY-N1，其代謝產(chǎn)物對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌有較強(qiáng)的抑制作用；SY-N1代謝產(chǎn)物濃縮樣品與青霉素、強(qiáng)力霉素及慶大霉素的抑菌效果相近。王蘭英等[36]從九里香中分離篩選出8株真菌、9株細(xì)菌對芒果炭疽病菌及芒果蒂腐病均有拮抗活性，其中枯草芽胞桿菌HBS-1抑菌活性最好，其酵液10倍稀釋液的防效優(yōu)于化學(xué)藥劑特克多800倍液，50倍稀釋液的防效與化學(xué)藥劑特克多800倍液相當(dāng)。Müller等[37]從甜菜中分離得到一株P(guān)seudomonaspoaeRE* 1-1-14，對甜菜根腐病有一定防治作用，測得全基因序列長度為約5 Mp。Taechowisan等[11]從紅豆寇中發(fā)現(xiàn)內(nèi)生鏈霉菌BRM110對革蘭氏陽性菌有拮抗作用。Hernawati等[38]從辣椒葉片中得到內(nèi)生真菌對植物病害有一定抑制作用。由此可以看出，對果蔬病害有抑制作用的植物內(nèi)生菌資源豐富，為開發(fā)果蔬生物保鮮劑奠定了良好的研究基礎(chǔ)。

4 展望

植物內(nèi)生菌用于果蔬采后病害防治時，需要注意很多問題。由于植物內(nèi)生菌本身也是微生物，是否對果蔬采后生理造成一定影響，是應(yīng)用過程中需要考慮的因素；利用菌體防效的內(nèi)生菌菌體易受外界環(huán)境影響，導(dǎo)致防效不穩(wěn)定；大多內(nèi)生菌是利用抗菌活性成分防治病菌的，由于發(fā)酵周期長與活性成分少，提取純化技術(shù)不成熟等因素，使植物內(nèi)生物菌生物保鮮劑多處于分離篩選和鑒定階段，防效實驗只局限在實驗室，成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用率低。

植物內(nèi)生菌是個巨大的寶庫，目前在常見植物中已進(jìn)行分離篩選，但對海洋植物、極端環(huán)境下生長的植物內(nèi)生菌研究較少，有待開發(fā)利用。隨著研究水平的提高，分子生物學(xué)手段在植物內(nèi)生菌的研究方面已初步展開，必將加速推進(jìn)生物技術(shù)在果蔬保鮮方面的研究現(xiàn)狀，通過克隆表達(dá)功能基因、高密度發(fā)酵、優(yōu)化提取工藝，為高效利用有效成分提供技術(shù)了技術(shù)保障。針對不同果蔬病害，研制抗菌譜較寬的復(fù)配生物保鮮劑也是將來發(fā)展的方向。

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