果實(shí)采后品質(zhì)與安全的研究進(jìn)展及調(diào)控策略

陳彤，季東超，張占全，李博強(qiáng)，秦國(guó)政，田世平,c,

aKey Laboratory of Plant Resources,Institute of Botany,Innovative Academy of Seed Design,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100093,China bKey Laboratory of Postharvest Handling of Fruits,Ministry of Agriculture,Beijing 100093,China

cUniversity of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

新鮮果實(shí)風(fēng)味鮮美、營(yíng)養(yǎng)豐富、有益健康，受到全世界消費(fèi)者的青睞，成為健康膳食結(jié)構(gòu)的重要組成部分。果實(shí)采后品質(zhì)與安全涉及果實(shí)自身發(fā)育、環(huán)境因子和采后病原菌侵染之間的相互作用。解析果實(shí)成熟、衰老及抗性應(yīng)答，以及采后病原真菌的分子致病機(jī)制，對(duì)認(rèn)知果實(shí)品質(zhì)和安全的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。本文綜述了近年來(lái)果實(shí)采后品質(zhì)保持的分子機(jī)制、主要采后病原真菌（Botrytis cinerea和Penicillium expansum）致病產(chǎn)毒的分子基礎(chǔ)等方面的研究進(jìn)展及防控策略。相關(guān)研究結(jié)果將為促進(jìn)果實(shí)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

果實(shí)

采后生物學(xué)

品質(zhì)保持

質(zhì)量安全

1.引言

新鮮果實(shí)含有豐富的有機(jī)酸、糖、維生素、礦物質(zhì)和其他有益健康的成分，是人類(lèi)日常膳食結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成部分[1-2]。隨著人民生活水平的不斷提高和消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變，果實(shí)產(chǎn)業(yè)對(duì)世界經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)在過(guò)去幾十年顯著增加。根據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部和聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織的最新統(tǒng)計(jì)，中國(guó)果實(shí)年產(chǎn)量連續(xù)二十多年位居世界首位[3]。但是，在采前和采后階段，新鮮果實(shí)不可避免地會(huì)發(fā)生品質(zhì)劣變和病害腐爛。特別是在發(fā)展中國(guó)家，約有三分之一的新鮮果實(shí)損失于采后貯運(yùn)銷(xiāo)過(guò)程，不能到達(dá)消費(fèi)者餐桌。誘發(fā)果實(shí)采后損失的因素很多，而果實(shí)自身衰老和病原真菌侵染是最主要的誘因[4]。盡管使用化學(xué)農(nóng)藥防病至今仍然是控制采后損失的主要方法，但長(zhǎng)期高濃度使用化學(xué)農(nóng)藥防病引發(fā)的環(huán)境污染和食品安全，成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。此外，有些病原真菌產(chǎn)生的有毒次生代謝物對(duì)消費(fèi)者的健康造成重大威脅。因此，研究果實(shí)成熟、衰老機(jī)制及病原菌致病產(chǎn)毒的分子基礎(chǔ)，對(duì)創(chuàng)制有效調(diào)控果實(shí)衰老和抗病性以及病原菌致病力的精準(zhǔn)技術(shù)至關(guān)重要。本文將重點(diǎn)闡述近年來(lái)果實(shí)在采后品質(zhì)維持、抗氧化途徑及病原真菌致病產(chǎn)毒的分子基礎(chǔ)方面的重要進(jìn)展及關(guān)鍵調(diào)控靶點(diǎn)（圖1）。

圖1.采后果實(shí)、病原真菌與外源因子之間的相互作用。1-MCP：1-甲基環(huán)丙烯；SA：水楊酸；OA：草酸；NHS：非熱激處理；ROS：活性氧；WT：野生型；rin：ripening inhibitor；Ev：空載對(duì)照；VIGS：病毒誘導(dǎo)的基因沉默；IP：免疫沉淀；AQP：水通道蛋白。

2.果實(shí)成熟、衰老和抗性應(yīng)答

2.1.果實(shí)品質(zhì)形成與維持

果實(shí)成熟和衰老是高度復(fù)雜而有序的生理過(guò)程，直接關(guān)系到果實(shí)品質(zhì)的形成和保持[2,5]。這些過(guò)程涉及眾多基因在時(shí)間和空間尺度上的重編程，最終引發(fā)果實(shí)色澤、風(fēng)味、香氣、質(zhì)地及其他品質(zhì)性狀的變化[6]。成熟果實(shí)通常比未成熟果實(shí)對(duì)采后病害更加敏感[7]，這種敏感性往往會(huì)影響果實(shí)品質(zhì)，造成巨大損失；當(dāng)果實(shí)成熟度最高時(shí)通常具有最高的商品價(jià)值，而此時(shí)病原菌侵染造成的損失也更加嚴(yán)重[8]。因此，深入理解病原菌致病與果實(shí)成熟之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制，有助于保持果實(shí)采后品質(zhì)，增強(qiáng)果實(shí)抗病性，延長(zhǎng)貨架期，提高果實(shí)商品質(zhì)量。

果實(shí)有兩種類(lèi)型，即呼吸躍變型和非呼吸躍變型。許多呼吸躍變型果實(shí)（如番茄、蘋(píng)果和香蕉）在成熟啟動(dòng)時(shí)幾乎同時(shí)出現(xiàn)呼吸高峰和乙烯高峰[5]。這類(lèi)果實(shí)采收時(shí)成熟度相對(duì)較低，便于貯藏，出庫(kù)時(shí)進(jìn)行催熟處理，促進(jìn)快速成熟，達(dá)到可食用的品質(zhì)。在此過(guò)程中，過(guò)量使用乙烯會(huì)導(dǎo)致果實(shí)快速軟化和品質(zhì)劣變。因此，乙烯生物合成或信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程的精細(xì)調(diào)控，對(duì)于延長(zhǎng)果實(shí)采后貨架期和保持果實(shí)品質(zhì)具有重要意義。1-甲基環(huán)丙烯（1-methylcyclopropene,1-MCP）作為乙烯受體的競(jìng)爭(zhēng)抑制劑，抑制乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)反應(yīng)[9]，因此被廣泛用于延緩呼吸躍變型果實(shí)的成熟進(jìn)程[10-11]。除了在果實(shí)成熟進(jìn)程[10,12]和病原真菌抗性[11,13]調(diào)控中的作用之外，1-MCP還通過(guò)調(diào)控有機(jī)酸動(dòng)態(tài)平衡來(lái)維持果實(shí)風(fēng)味，調(diào)節(jié)糖和風(fēng)味揮發(fā)物的水平，進(jìn)而影響果實(shí)的感官品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì)[14]。

番茄是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，也是研究果實(shí)成熟和衰老分子機(jī)制的模式植物。關(guān)于調(diào)控番茄果實(shí)成熟的關(guān)鍵基因[15]已有很多報(bào)道，包括rin（ripening-inhibitor）[16]、nor（non-ripening） [17]、Cnr（colorless non-ripening）[18]、Gr（green-ripe）[19]和Nr（never ripe）[20]。其中MADS-box轉(zhuǎn)錄因子RIPENING-INHIBITOR（RIN）在成熟相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄激活中的作用已經(jīng)得到廣泛研究。研究者[21]通過(guò)染色質(zhì)免疫沉淀（chromatin immunoprecipitation,ChIP）法分析鑒定了241個(gè)可能參與果實(shí)品質(zhì)調(diào)控的RIN直接靶標(biāo)。隨后的研究鑒定了一系列與特定香氣產(chǎn)生（如TomloxC和ADH2）[22]、泛素-蛋白酶體途徑（如SlUBC32和PSMD2）[23]、細(xì)胞壁重構(gòu)和碳水化合物修飾[24]相關(guān)的功能基因，這些基因都是轉(zhuǎn)錄因子RIN直接調(diào)控的靶基因。然而，近年的研究表明，rin突變是一種功能獲得性突變，而不是一種功能缺失突變。DNA片段的部分缺失導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子MADS-RIN和MADS-Macrocalyx（MC）發(fā)生融合，形成融合蛋白R(shí)IN-MC，對(duì)下游靶基因產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄抑制作用[25-26]。因此，RIN的功能還有待于進(jìn)一步深入分析，需要結(jié)合多個(gè)等位基因位點(diǎn)的突變進(jìn)行研究。

果實(shí)成熟涉及復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程和生理代謝變化[27]，特別是果實(shí)中糖類(lèi)和有機(jī)酸的含量變化[27-28]。非呼吸躍變型果實(shí)在成熟過(guò)程中的生理代謝變化遠(yuǎn)低于呼吸躍變型果實(shí)。轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析顯示，柑橘果實(shí)成熟中后期的碳水化合物代謝水平降低，這可能是由于蔗糖磷酸合酶（sucrose phosphate synthase,SPS）和檸檬酸合酶上調(diào)所致[29-30]。同時(shí)，蔗糖合成酶和SPS直接調(diào)控糖的積累[31]，而每種糖所占的比例在不同品種之間和不同成熟階段存在顯著差異[32]。研究證明，蔗糖可以加速非呼吸躍變型果實(shí)，如草莓[33]、葡萄[34]、柑橘[35]等的成熟進(jìn)程。有趣的是，糖類(lèi)、有機(jī)酸和細(xì)胞膨壓還是促進(jìn)脫落酸（abscisic acid,ABA）積累的早期信號(hào)，而FaABAR/CHLH和FaPYR1信號(hào)通路通過(guò)ABRE和sigma因子等調(diào)控糖和花青素的生物合成[36]。此外，蔗糖通過(guò)9-順式-環(huán)氧類(lèi)胡蘿卜素雙加氧酶1調(diào)控草莓果實(shí)中ABA積累的啟動(dòng)[37]。值得注意的是，有機(jī)酸含量的變化通常與糖含量的變化相反。當(dāng)?shù)矸劢到鈱?dǎo)致糖積累時(shí)，果實(shí)中有機(jī)酸顯著減少，此過(guò)程受其自身遺傳因素和環(huán)境因子的協(xié)同調(diào)控。蘋(píng)果酸和檸檬酸是呼吸躍變型和非呼吸躍變型果實(shí)中含量最豐富的有機(jī)酸。有些呼吸躍變型果實(shí)以蘋(píng)果酸作為呼吸底物，而非呼吸躍變型果實(shí)在整個(gè)成熟過(guò)程中則持續(xù)積累蘋(píng)果酸[39]。

果實(shí)成熟也會(huì)影響次生代謝產(chǎn)物的水平。黃酮類(lèi)化合物（如酚酸類(lèi)和花色苷類(lèi)）主要通過(guò)苯丙烷代謝途徑合成，是直接影響果實(shí)品質(zhì)和商品價(jià)值的關(guān)鍵次生代謝產(chǎn)物。類(lèi)黃酮的生物合成與MYB轉(zhuǎn)錄因子、MYC-like堿性螺旋-環(huán)-螺旋（bHLH）轉(zhuǎn)錄因子和WD40-repeat蛋白調(diào)控的關(guān)鍵酶密切相關(guān)[40-41]。MYB和bHLH轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)模式及其與DNA結(jié)合的特異性決定了被激活的基因亞群，而WD40蛋白在MYB-bHLH-WD40（MBW）復(fù)合物中僅作為常見(jiàn)的轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮作用[40]。有的果實(shí)能夠在果肉和果皮中同時(shí)積累花色苷，而另一些果實(shí)只在果皮中積累花色苷。此外，在光、溫度、干旱、機(jī)械損傷等環(huán)境因子刺激下，許多果實(shí)在果皮中積累花色苷；而不同的環(huán)境條件下，果實(shí)花色苷的組成和含量存在顯著差異[42-43]。果實(shí)中花色苷的環(huán)境特異性積累機(jī)制已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注[39,41]。然而，目前關(guān)于類(lèi)黃酮合成的關(guān)鍵因子及其在果實(shí)和病原菌相互作用中的功能的研究鮮有報(bào)道。

2.2.氧化應(yīng)激和誘導(dǎo)抗氧化能力

活性氧（reactive oxygen species,ROS）一方面在發(fā)育進(jìn)程和環(huán)境刺激響應(yīng)的多條信號(hào)通路中發(fā)揮重要作用，另一方面作為氧氣消耗產(chǎn)生的副產(chǎn)物產(chǎn)生負(fù)面作用[2,44]。ROS可作為信號(hào)分子調(diào)節(jié)眾多細(xì)胞過(guò)程，但過(guò)量ROS積累造成的氧化脅迫將誘發(fā)果實(shí)品質(zhì)劣變[45-47]。線粒體是細(xì)胞內(nèi)ROS產(chǎn)生的主要細(xì)胞器，果實(shí)中特定的線粒體蛋白，如電壓依賴(lài)性陰離子選擇性通道蛋白（voltage-dependent anion channel,VDAC）、烏頭酸酶和某些抗氧化蛋白（如錳超氧化物歧化酶）容易發(fā)生氧化損傷。特別是在果實(shí)采后貯藏和運(yùn)輸過(guò)程中的不利環(huán)境條件下，這種損害會(huì)干擾線粒體功能，最終導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)劣變[48]。氧化脅迫將誘發(fā)蛋白質(zhì)羰基化修飾，干擾VDAC功能，影響抗氧化酶活性，進(jìn)而促進(jìn)線粒體中超氧陰離子自由基的生成[2,48]。研究表明，通過(guò)降低環(huán)境溫度減少ROS積累可有效降低線粒體羰基化水平，從而延緩果實(shí)衰老[49]。在低氧（2%～5%）條件下貯藏也能有效降低ROS水平，并延緩果實(shí)衰老；而誘導(dǎo)ROS積累的貯藏條件則產(chǎn)生相反的效果[50]?？偟膩?lái)說(shuō)，ROS穩(wěn)態(tài)介導(dǎo)的果實(shí)對(duì)不利環(huán)境因子的應(yīng)答反應(yīng)，主要是通過(guò)誘導(dǎo)果實(shí)抗氧化能力和植物激素（如水楊酸、茉莉酸和一氧化氮）、啟動(dòng)磷脂信號(hào)和其他防御反應(yīng)，增強(qiáng)細(xì)胞壁和其他物理屏障的重塑產(chǎn)生應(yīng)答[51]。

誘導(dǎo)果實(shí)內(nèi)在的抗氧化能力和抗病能力是保持果實(shí)品質(zhì)和延緩品質(zhì)劣變的有效策略，其機(jī)制包括：①誘導(dǎo)果實(shí)產(chǎn)生與抗性相關(guān)的蛋白或次生代謝物（如病程相關(guān)蛋白），以及激活其酶（如植保素、幾丁質(zhì)酶、苯丙氨酸解氨酶、β-1,3-葡聚糖酶和酚類(lèi)物質(zhì)）活性；②減輕蛋白氧化損傷；③增強(qiáng)細(xì)胞壁屏障。水楊酸作為激活防御反應(yīng)的重要信號(hào)分子，激活系統(tǒng)獲得性抗性，進(jìn)而保護(hù)植物（包括采后果實(shí)）免受生物和非生物脅迫的影響[52]。外源水楊酸處理可顯著誘導(dǎo)桃和甜櫻桃果實(shí)中抗氧化酶的水平，表明抗氧化蛋白（如過(guò)氧化氫酶和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶）參與果實(shí)防御反應(yīng)[52-53]。同樣，草酸可以抑制棗果實(shí)的乙醇產(chǎn)生和乙烯代謝，誘導(dǎo)防御反應(yīng)蛋白表達(dá)，延緩果實(shí)衰老和提高抗病能力[54]。

2.3.果實(shí)采后品質(zhì)維持研究的新策略

近年來(lái)關(guān)于番茄果實(shí)成熟機(jī)制的研究表明，現(xiàn)有的自然突變體背景可能比最初預(yù)期的情況更加復(fù)雜，往往是由顯性失活突變（dominant-negative mutation）或功能獲得突變（gain-of-function mutation）造成。因此，利用成簇規(guī)則間隔短回文重復(fù)序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR）/CRISPR相關(guān)內(nèi)切酶9（Cas9）技術(shù)研究果實(shí)成熟相關(guān)表型時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)敲除靶點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生多個(gè)新的等位基因。此外，由于成熟相關(guān)基因可能通過(guò)上調(diào)或下調(diào)表達(dá)的方式發(fā)揮作用，添加或刪除啟動(dòng)子區(qū)域的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合基序也是調(diào)控不同果實(shí)中基因表達(dá)的一種策略[6]。全面分析與基因表達(dá)譜和果實(shí)品質(zhì)性狀相關(guān)的表觀遺傳修飾位點(diǎn)，可能為未來(lái)育種研究提供新的候選基因?？傊?，更全面的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)該涉及多個(gè)調(diào)控水平（如轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后和表觀遺傳調(diào)控），需借助高通量方法和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，加深我們對(duì)果實(shí)品質(zhì)維持分子機(jī)制的理解。

3.采后病害發(fā)生機(jī)制及調(diào)控策略

病原真菌侵染是威脅全球食物鏈供應(yīng)的另一個(gè)主要因素，人們一直在努力探索經(jīng)濟(jì)、有效、安全的采后病害控制技術(shù)[4]。使用方便、成本低廉的化學(xué)合成殺菌劑一直是控制采后病害最常用的方法。然而，殺菌劑的頻繁使用引起了公眾對(duì)食品安全和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的廣泛擔(dān)憂，而且殺菌劑的高濃度使用也會(huì)誘發(fā)耐藥菌株產(chǎn)生和農(nóng)藥殘毒超標(biāo)，因此從自然資源中探索高效的抑菌物質(zhì)來(lái)代替/減少化學(xué)農(nóng)藥用量是綠色防病的新途徑。

3.1.明確病原菌致病力調(diào)控的潛在靶點(diǎn)

大多數(shù)果實(shí)采后病原真菌都是死體營(yíng)養(yǎng)型病原真菌，最初認(rèn)為這類(lèi)病原真菌主要利用細(xì)胞壁降解酶（cell wall degrading enzyme,CWDE）或真菌毒素殺死寄主細(xì)胞，而非效應(yīng)因子[7]。然而，近些年研究表明，事實(shí)并非如此。例如，Zhang等[55]報(bào)道擬南芥（Arabidopsis）中一種受體蛋白R(shí)ESPONSIVENESS TO BOTRYTIS POLYGALACTURONASES1能夠識(shí)別灰霉菌（B.cinerea）分泌的一種內(nèi)聚半乳糖醛酸酶（Bcpg3），表明寄主細(xì)胞的細(xì)胞膜上的受體蛋白和類(lèi)受體蛋白將B.cinerea分泌蛋白識(shí)別為微生物相關(guān)的分子模式，從而調(diào)節(jié)寄主的免疫反應(yīng)。加利福尼亞大學(xué)的金海翎團(tuán)隊(duì)[56]通過(guò)研究小RNA（small RNA,sRNA），揭示了植物細(xì)胞與B.cinerea之間存在活躍的通信交流，并賦予了sRNA作為效應(yīng)因子的新功能，表明sRNA在病原菌和寄主植物之間的相互作用中可能也具有致病因子的作用。B.cinerea細(xì)胞中某些sRNA可以轉(zhuǎn)移到植物細(xì)胞中，利用植物的RNA干擾系統(tǒng)沉默與其免疫過(guò)程相關(guān)的特定基因[56]。相反，植物也能利用胞外囊泡將sRNA轉(zhuǎn)入B.cinerea，進(jìn)而抑制致病相關(guān)基因的表達(dá)[57]。雖然一些先進(jìn)的技術(shù)（如表面等離子體共振結(jié)合串聯(lián)質(zhì)譜、分裂泛素酵母雙雜交分析和單分子膜蛋白追蹤）已經(jīng)逐漸應(yīng)用于分析病原真菌與寄主植物之間的相互作用，采后病原菌復(fù)雜的致病機(jī)制仍然值得進(jìn)一步深入探討。

許多研究表明，ROS產(chǎn)生系統(tǒng)及其相關(guān)組分參與調(diào)控B.cinerea的生長(zhǎng)發(fā)育和致病力[58-59]。在B.cinereaROS產(chǎn)生系統(tǒng)的多個(gè)組分中，BcNoxA和BcNoxB是人類(lèi)NADPH（一種輔酶，指還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）氧化酶催化亞基gp91phox的同源蛋白，同時(shí)具有跨膜結(jié)構(gòu)域和催化結(jié)構(gòu)域[60-61]。BcNoxD作為接頭蛋白p22phox的同源蛋白，能夠直接與BcNoxA相互作用；而另一種跨膜蛋白BcPls1作為BcNoxB復(fù)合物中的p22phox同源蛋白發(fā)揮作用[62]，特別是BcNoxR通過(guò)調(diào)節(jié)BcNoxA和BcNoxB的催化功能發(fā)揮核心調(diào)控作用[61-62]。表型分析表明，不同Nox亞基的缺失突變體在菌核形成、菌絲生長(zhǎng)以及附著胞形成方面存在缺陷[61,63-65]，進(jìn)而降低B.cinerea的致病力。這些證據(jù)表明，Nox亞基除了在維持細(xì)胞ROS產(chǎn)生和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中發(fā)揮作用外，還參與調(diào)控B.cinerea的發(fā)育和致病過(guò)程[61-62]。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)采后病原菌細(xì)胞的ROS穩(wěn)態(tài)來(lái)抑制其生長(zhǎng)和致病力是可行的[2]。

此外，研究表明，擴(kuò)展青霉（Penicilliumexpansum）和指狀青霉（Penicilliumdigitatum）的寄主專(zhuān)化性可能涉及基因組變異[66]。例如，與P.expansum相比，P.digitatum的遺傳變異水平相對(duì)較低，這也解釋了P.digitatum對(duì)柑橘果實(shí)侵染的特異性[66-67]。然而，特定的環(huán)境條件也會(huì)影響P.expansum的致病力。報(bào)道顯示，pH響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子PePacC可以調(diào)控致病力和棒曲霉素（patulin,PAT）合成，在P.expansum對(duì)環(huán)境pH的響應(yīng)中發(fā)揮重要作用[68]。此外，對(duì)轉(zhuǎn)移DNA（T-DNA）插入文庫(kù)的篩選顯示，一種分泌相關(guān)蛋白Blistering1也可以調(diào)控P.expansum的致病力[69]。

3.2.采后病害的生物防治

利用拮抗微生物來(lái)防控果實(shí)采后病害是一種安全有效的技術(shù)[70]。近二十多年的研究在拮抗微生物篩選、抑菌機(jī)理解析、提高生防效果等方面取得了顯著進(jìn)展。許多酵母菌株已被證明對(duì)多種果實(shí)采后病害具有明顯的抑制作用[71-73]，具有廣泛的應(yīng)用前景；并且，它們對(duì)營(yíng)養(yǎng)需求低，與其他防控措施相容性好，在不利條件下存活率高[1]。酵母拮抗菌的作用機(jī)制主要包括：競(jìng)爭(zhēng)生存環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)、形成生物膜、與病原菌互作、產(chǎn)生抗真菌物質(zhì)、誘導(dǎo)寄主抗性等[74]。在目前報(bào)道的分離菌株中，黏紅酵母（Rhodotorulaglutinis）、羅倫隱球酵母（Cryptococcuslaurentii）和卡利比克畢赤酵母（Pichiacaribbica）均能夠有效控制不同果實(shí)的采后病害[75-80]。未來(lái)的研究重點(diǎn)應(yīng)聚焦于提高現(xiàn)有菌株的生物防治效力，并積極探索生物防治與其他有效措施協(xié)同作用的潛力。

3.3.篩選天然的生物活性物質(zhì)

經(jīng)美國(guó)食品藥品管理局（FDA）認(rèn)證的一些安全物質(zhì)/天然來(lái)源（植物或微生物來(lái)源）的物質(zhì)，如黃酮類(lèi)、酚酸類(lèi)、萜類(lèi)及其衍生物，由于具有較好的抑病潛力，可作為安全的保鮮劑應(yīng)用，受到研究人員的廣泛關(guān)注。事實(shí)上，許多外源物質(zhì)（如肉桂酸[81]、磷酸三鈉[82]、苧酸甲酯[83]、殼聚糖[84]和納他霉素[85]）已經(jīng)被報(bào)道能夠有效防控蘋(píng)果、草莓和葡萄等果實(shí)的采后病害，其作用機(jī)制主要包括提高果實(shí)抗氧化能力、誘導(dǎo)磷脂信號(hào)和增強(qiáng)細(xì)胞壁防御。另外，這些物質(zhì)能夠引起病原菌膜完整性受損、誘導(dǎo)細(xì)胞氧化應(yīng)激以及自噬活性，進(jìn)而抑制病原菌的細(xì)胞活力[86]。今后的研究需要進(jìn)一步確定針對(duì)不同靶標(biāo)的活性物質(zhì)是否可以復(fù)配，以實(shí)現(xiàn)協(xié)同作用。

3.4.果實(shí)采后致病因子研究面臨的挑戰(zhàn)

現(xiàn)有研究表明，大多數(shù)病原真菌的成功侵染依賴(lài)于其分泌活性和調(diào)節(jié)環(huán)境pH條件的能力，進(jìn)而降解寄主細(xì)胞壁，緩解寄主產(chǎn)生的氧化暴發(fā)[56,68-69]。因此，病原菌與寄主互作時(shí)分泌蛋白譜的時(shí)空變化、T-DNA插入文庫(kù)篩選、缺失突變體表型分析和蛋白質(zhì)互作分析是今后研究的重點(diǎn)。在侵染早期對(duì)植物組織樣本的分析也可以為致病因子鑒定和功能分析提供新線索。除了分泌蛋白，sRNA和真菌毒素也可作為潛在的效應(yīng)因子或毒力因子發(fā)揮作用，了解這些致病因子的作用將為闡明果實(shí)與病原菌相互作用的機(jī)制提供新證據(jù)。在自然條件下，病原菌侵染果實(shí)的能力很大程度上取決于特定的環(huán)境條件，包括環(huán)境pH值、光照、溫度和養(yǎng)分等。因此，精細(xì)調(diào)控這些環(huán)境因子也是提高果實(shí)抗性的重要途徑。

4.毒素合成和污染控制措施

4.1.毒素生物合成途徑中的關(guān)鍵基因和潛在靶點(diǎn)

絲狀真菌能夠產(chǎn)生大量次級(jí)代謝物[87]，其中一部分代謝物在制藥工業(yè)中具有重要價(jià)值，而另一部分代謝物則對(duì)食品工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有害[88-89]。除了造成果實(shí)采后腐損，有些病原真菌還能產(chǎn)生真菌毒素，這些毒素是食品中常見(jiàn)的污染物，嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康。棒曲霉素是一種由絲狀真菌產(chǎn)生的真菌毒素，可污染新鮮果蔬及其加工產(chǎn)品[90-92]。

考慮到在食品中消除或減少棒曲霉素污染的高成本，闡明棒曲霉素生物合成的分子路徑具有重要的應(yīng)用價(jià)值，有助于通過(guò)直接阻斷毒素合成來(lái)控制棒曲霉素污染。有些絲狀真菌（如棒曲霉Aspergillusclavatus[93]、灰黃青霉Penicilliumgriseofulvum[94]和P.expansum[95-97]）負(fù)責(zé)棒曲霉素合成的基因簇已經(jīng)得到解析。與黃曲霉毒素的合成基因簇不同，P.expansum棒曲霉素合成基因簇中的15個(gè)基因（PePatA～PePatO）都能影響棒曲霉素的生物合成，敲除其中的8個(gè)編碼催化酶的基因后，棒曲霉素合成被完全抑制[98-99]，表明這些基因?qū)τ诎羟顾氐纳锖铣墒潜夭豢缮俚?。其中，C6型轉(zhuǎn)錄因子PePatL是調(diào)控棒曲霉素合成的特異性轉(zhuǎn)錄因子[97]。除了棒曲霉素生物合成途徑的特異性轉(zhuǎn)錄因子外，一些全局性的轉(zhuǎn)錄因子（如VeA、VelB和VelC）也參與了棒曲霉素合成的調(diào)控，它們也是抑制真菌毒素產(chǎn)生的重要潛在靶點(diǎn)[99]。

4.2.毒素污染的防控措施

目前，關(guān)于從食品中減少或消除棒曲霉素的研究進(jìn)展相對(duì)緩慢，清洗或清除果實(shí)腐爛組織仍然是減少棒曲霉素污染最經(jīng)濟(jì)有效的措施[100]。由于酵母菌細(xì)胞能夠代謝或降解棒曲霉素，因此，通過(guò)酵母菌株的發(fā)酵作用也能有效減少棒曲霉素的含量，脫除效果通常能達(dá)到90%以上[101-102]。然而，酵母菌發(fā)酵會(huì)影響果實(shí)制品的自然風(fēng)味。一些天然產(chǎn)物（如植物源酚酸）也能顯著減少真菌毒素的產(chǎn)生[103]。研究發(fā)現(xiàn)酚酸類(lèi)物質(zhì)對(duì)香豆酸可降低約90%的A型單端孢霉烯毒素T-2和HT-2的積累，以及48%～77%的玉米赤霉烯酮的積累[103]，說(shuō)明這些物質(zhì)可以通過(guò)采前或采后的應(yīng)用來(lái)控制鐮刀菌和其他病原真菌導(dǎo)致的毒素積累。今后的研究還可以從新來(lái)源（如木材、竹材廢料或傳統(tǒng)中藥材）中廣泛篩選天然黃酮類(lèi)化合物，利用這些資源還有助于減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。

5.展望

近年來(lái)，在采后果實(shí)品質(zhì)與安全調(diào)控方面的研究已經(jīng)取得了重要進(jìn)展（圖2）。然而，自然環(huán)境與采后生物學(xué)實(shí)驗(yàn)條件有很大的不同，尤其在采后運(yùn)輸、貯藏和銷(xiāo)售過(guò)程方面。此外，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室的研究是通過(guò)在果實(shí)表面人為產(chǎn)生傷口來(lái)檢驗(yàn)抑菌效果，而在商業(yè)應(yīng)用中，抗性應(yīng)該在果實(shí)表面和內(nèi)部表現(xiàn)出來(lái)。因此，今后的研究應(yīng)著重于以下幾方面：①進(jìn)一步篩選抗菌譜更寬、效果更好的天然活性物質(zhì)和拮抗微生物；②綜合研究果實(shí)、病原菌和環(huán)境因子之間的相互作用機(jī)制和模式；③整合具有不同作用機(jī)制的防控策略進(jìn)而達(dá)到協(xié)同效應(yīng)。

圖2.解析果實(shí)品質(zhì)保持及安全相關(guān)機(jī)制的研究策略。

致謝

本研究在國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)項(xiàng)目（31530057、31930086、31672210、31722043 和 31671910）的資助下完成。

Compliance with ethics guidelines

Tong Chen,Dongchao Ji,Zhanquan Zhang,Boqiang Li,Guozheng Qin,and Shiping Tian declare that they have no conflict of interest or financial conflicts to disclose.