果蔬生物防腐研究進(jìn)展

1、果蔬生物保鮮研究進(jìn)展果蔬采后腐爛損失十分巨大。發(fā)達(dá)國(guó)家為l0%30%，發(fā)展中國(guó)家則高達(dá)40%50%。長(zhǎng)期以來(lái)果蔬采后防腐保鮮主要依靠化學(xué)殺菌劑，然而，連續(xù)使用化學(xué)殺菌劑易使病原真菌產(chǎn)生抗藥性，易造成環(huán)境污染，易危害公眾健康。在農(nóng)作物大田病害生物防治蓬勃發(fā)展的帶動(dòng)下，果蔬生物保鮮成為研究熱點(diǎn)，迄今為止，人們已從蘋果、柑橘、梨、桃、獼猴桃等10余種水果上篩選出幾十種拮抗微生物，但真正能實(shí)現(xiàn)商品化應(yīng)用的僅有：丁香假單胞桿菌(P.syringae)、枯草芽胞桿菌(Bacillus subtilis)、季也蒙畢赤酵母菌(Pichia guilliermondii)等少數(shù)幾種拮抗微生物。1生物保鮮微生物種

2、類生物保鮮最早報(bào)道是TronsmoDennis(1977)利用木霉菌(Trichoderma sp.)控制草莓灰霉病。在已報(bào)道的拮抗微生物中，以細(xì)菌(bacteria)、酵母菌(yeast)應(yīng)用最多。拮抗細(xì)菌主要有芽孢桿菌(Bacillus subtilis)、假單胞桿菌(Pseudomonas spp.)、土壤放射桿菌(Agrobacterium radiobacter)等。芽孢桿菌包括枯草芽孢桿菌(B.subtilis)、多粘芽孢桿菌(B.polymyxa)、短小芽孢桿菌(B.pumilis)、蠟狀芽孢桿菌(B.cereus)、巨大芽孢桿菌(B.megaterium)等；假單胞桿菌(Pse

3、udomonas spp.)主要有熒光假單胞桿菌(P.fluorescens)、洋蔥假單胞桿菌(P.cepecia)和惡臭假單胞菌(P.putide)等。拮抗酵母菌主要有：季也蒙畢赤酵母菌(Pichia guilliermondii)、隱球酵母菌(Cryptococcus sp.)、羅倫隱球酵母(C. laurentii)、假絲酵母菌(Candida famata)、季氏假絲酵母(Candida guilliermondii)、紅酵母菌(Rhodotorula glutinis)、畢赤氏酵母菌屬(Pichia menbranefaciens)、檸檬形克勒克氏酵母(Kloeckera apicu

4、lata)等。2 作用機(jī)理果蔬采后生物保鮮作用機(jī)理主要有抗生、競(jìng)爭(zhēng)、寄生及誘導(dǎo)抗性。2.1 抗生作用 通過(guò)拮抗微生物分泌抗菌素來(lái)抑制病原菌。如枯草芽孢桿菌(B. subtilis)分泌伊枯草菌素；洋蔥假單胞桿菌(P. cepacia)產(chǎn)生吡咯烷酮類抗菌素；木霉(Trichoderma sp.)產(chǎn)生吡喃酮等1。能夠產(chǎn)生抗菌素的微生物主要是細(xì)菌，且抗菌素多種多樣，不僅同一種細(xì)菌可以產(chǎn)生多種抗菌素，而且一種抗菌素也可由多種細(xì)菌產(chǎn)生。自1945年Johnson等報(bào)道枯草芽孢桿菌產(chǎn)生拮抗物質(zhì)以來(lái)，人們已從枯草芽孢桿菌的不同菌株中分離出幾十種抗菌物質(zhì)，這些抗菌物質(zhì)是一類從簡(jiǎn)單分子到復(fù)雜化合物即從桿菌肽(b

5、acitracin)，大環(huán)脂(cycleopetite)，到類似噬菌體顆粒等不同成份組成的物質(zhì)，也有一部分低分子量抗菌素、蛋白性抗菌物質(zhì)。細(xì)菌素(Bactericin)是另一類抗菌素，主要成分是蛋白質(zhì)、多肽、核苷酸、生物堿類。產(chǎn)生細(xì)菌素的細(xì)菌主要有：土壤放射桿菌(A.radiobacter)、丁香假單胞菌(P.syringae)、菊歐氏桿菌(E.chrysanthemi)、密執(zhí)安棒形桿菌(Clavibacter michiganesis)、甘藍(lán)黑腐黃單胞菌(Xanthomonas campestris)等。木霉菌通過(guò)產(chǎn)生木霉素(trichodermin)、膠霉素(gliotoxin)、綠木霉素

6、(viridin)、抗菌肽(peptide antibiotic)等來(lái)抑制病害發(fā)生。2.2 競(jìng)爭(zhēng)作用指營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生存空間的競(jìng)爭(zhēng)，在果蔬生物保鮮中，競(jìng)爭(zhēng)作用尤為重要2,3，由于引起果蔬采后病害的病原菌都是非?；缘乃荔w營(yíng)養(yǎng)菌，其孢子萌發(fā)及致病活動(dòng)需要大量的外源養(yǎng)分，通過(guò)與病原真菌競(jìng)爭(zhēng)果實(shí)表面的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及侵染位點(diǎn)，從而降低果蔬表面病原真菌數(shù)量。通過(guò)拮抗菌和病原菌聯(lián)合培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明：(1)拮抗菌能抑制病原菌的孢子萌發(fā)和生長(zhǎng)；(2)拮抗菌抑制病原菌的效果與拮抗菌繁殖體的密度顯著相關(guān)；(3)外加養(yǎng)分，可以使受到抑制的病原菌部分或完全復(fù)活。為了抑制病原菌的侵染，拮抗菌必須在病原菌到達(dá)以前或到達(dá)以后的很短

7、時(shí)間內(nèi)占據(jù)侵染部位。已報(bào)道的眾多酵母菌如季也蒙畢赤酵母、變黃羅倫隱球酵母、假絲酵母、擲孢酵母等都能夠在果蔬傷口部位快速繁殖，其繁殖速度明顯快于病原菌，從而造成病原菌失去了繁殖和生長(zhǎng)的有效空間。2.3 寄生作用 以吸附生長(zhǎng)、纏繞、侵入、消解等形式抑制病原菌。如拮抗酵母菌分泌胞外水解酶如幾丁質(zhì)酶(chitinases)和-1,3-葡聚糖酶(-1,3-glucanases)，將真菌細(xì)胞壁的主要成分幾丁質(zhì)和-1,3-葡聚糖分別降解為幾丁質(zhì)單糖、二糖和寡糖，從而破壞病原菌細(xì)胞骨架，表現(xiàn)出明顯的抗真菌活性4,5；木霉菌通過(guò)侵入或穿透寄主菌絲細(xì)胞，產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶、葡聚糖酶(包括-1,3-，-1,4-,-1,6

8、-葡聚糖酶)以及蛋白酶、脂酶等一系列水解酶類，以此消解病原菌的細(xì)胞壁。Castoria5等在研究紅酵母及隱球酵母對(duì)蘋果采后病害的生防機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)：展青霉(P. expansum)及灰葡萄孢(Botrytis cinerea)細(xì)胞壁都可以誘導(dǎo)紅酵母及隱球酵母產(chǎn)生胞外-1,3-葡聚糖酶。在采后生物保鮮中，寄生作用被認(rèn)為作用不太理想，因?yàn)樽饔镁徛浜笥诓≡鷮?duì)果蔬的侵害。另外，拮抗菌的存活與增殖需保持一定的病原菌密度，而果蔬采后生物保鮮，需完全排除和鈍化病原菌6。2.4 誘導(dǎo)抗性誘導(dǎo)植物抗性是生物保鮮的一個(gè)重要方面。植物在遭到病原物或非病原物誘導(dǎo)時(shí)，常常通過(guò)木質(zhì)素、胼胝體和羥脯氨酸糖的沉積、植物

9、抗菌素的積累、蛋白質(zhì)酶抑制劑和溶菌酶(幾丁質(zhì)酶和脫乙酰幾丁質(zhì)酶等)的合成來(lái)增強(qiáng)細(xì)胞壁的抗性，這些過(guò)程涉及苯丙氨酸解氨酶(PAL)、過(guò)氧化酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)與超氧化物歧化酶(SOD)等酶的活性。拮抗菌誘導(dǎo)植物抗性在G-細(xì)菌如假單胞菌和真菌已有很多報(bào)道7， Lppolito等8發(fā)現(xiàn)出芽短梗霉(Aureobasidium pullulans)對(duì)蘋果的-1,3-葡聚糖酶、幾丁酶和過(guò)氧化物酶有明顯的誘導(dǎo)作用，范青等9發(fā)現(xiàn)季也蒙假絲酵母(C. guilliermondii)和膜醭畢赤酵母(P. membranefaciens)可刺激桃果實(shí)傷口幾丁酶和-1,3-葡聚糖酶的產(chǎn)生。拮抗效果與拮抗

10、菌、病原菌和植物有關(guān)，植物與拮抗菌、病原菌之間的作用涉及分子識(shí)別、信號(hào)傳導(dǎo)和基因表達(dá)等一系列過(guò)程。如果想對(duì)誘導(dǎo)抗性有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)，必須在分子水平上深入了解植物產(chǎn)生誘導(dǎo)抗性的生理生化變化和調(diào)控基因。拮抗菌對(duì)植物誘導(dǎo)主要產(chǎn)生三方面的效果：a 抗病性次生代謝物的大量產(chǎn)生 Arras10發(fā)現(xiàn)拮抗菌(C.famata)可以誘導(dǎo)柑橘產(chǎn)生植保素和7-羥基-6-甲氧基香豆素(Scopoletin)等抗性物質(zhì)。b 細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 El-Ghaouth等11發(fā)現(xiàn)拮抗菌(C.saitoana)可誘導(dǎo)蘋果傷口細(xì)胞變形，產(chǎn)生乳突結(jié)構(gòu)，抑制病原菌的入侵。c 誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗病性 某些酵母菌在果蔬上大量生長(zhǎng)，可以誘導(dǎo)

11、果蔬產(chǎn)生具有抑菌作用的物質(zhì)；而有些酵母細(xì)胞可以誘導(dǎo)果蔬產(chǎn)生幾丁酶、葡聚糖酶及其它酶類，從而抑制病原菌的生長(zhǎng)12。3 生物保鮮應(yīng)用前景拮抗細(xì)菌在離體條件下可產(chǎn)生抗生素類、酶類和揮發(fā)性等成分，在果蔬生物保鮮中起到關(guān)鍵性的作用13，如由Bacillus spp.產(chǎn)生的多肽類物質(zhì)對(duì)多種植物真菌和細(xì)菌病害在活體和離體條件下都表現(xiàn)出很強(qiáng)的拮抗活性。范青等14,15對(duì)枯草芽孢桿菌果蔬生物保鮮開展了深入地研究。隨著研究的不斷深入，拮抗細(xì)菌產(chǎn)生的抗菌素可能誘發(fā)病原菌產(chǎn)生抗藥性，對(duì)人體健康可能產(chǎn)生不利影響等缺陷引起世人警覺?；谶@些原因，對(duì)拮抗菌的篩選已從產(chǎn)生抗菌素的細(xì)菌轉(zhuǎn)向了不產(chǎn)生抗菌素的酵母菌。如Zahavi

12、等16發(fā)現(xiàn)假絲酵母(C.guilliermondii)對(duì)葡萄灰葡萄孢霉及黑曲霉引起的腐敗具有明顯抑制效果。范青等17發(fā)現(xiàn)該酵母菌對(duì)桃果實(shí)軟腐病具有明顯抑制效果。 4 發(fā)展趨勢(shì)4.1 建立有效的拮抗菌篩選方法從分子水平上揭示果蔬生物保鮮的生防機(jī)制，建立快速、有效的離體方法，篩選更為有效的拮抗菌。4.2 利用遺傳工程手段構(gòu)建新的拮抗菌株由于多數(shù)拮抗菌抑菌譜較窄，構(gòu)建基因工程菌，擴(kuò)大抑菌譜具有重要意義。將胞外水解酶(幾丁質(zhì)酶和-1,3-葡聚糖酶等)或抗真菌蛋白基因等導(dǎo)人拮抗菌中，從而提高拮抗菌的活性及抑菌譜。如Jone等18克隆出殺菌酞A的編碼基因，并把它轉(zhuǎn)化入啤酒酵母(Saccharomyces

13、cerevisill)細(xì)胞，啤酒酵母細(xì)胞轉(zhuǎn)化體能很好地阻止毛刺盤孢屬霉菌(Calletotrichum caccodes)孢子的萌發(fā)，有效地阻止了西紅柿的腐爛。4.3 添加低劑量化學(xué)殺菌劑，并同各種保鮮措施相結(jié)合拮抗微生物在實(shí)際應(yīng)用中，會(huì)受各種因素影響而降低其對(duì)病害的防效，探討拮抗微生物間、拮抗微生物與低劑量化學(xué)農(nóng)藥混用以及與誘導(dǎo)抗性和采后保鮮處理等措施配合的防治效果，對(duì)生物保鮮走向商品化具有重要意義。如Calventz等19在研究紅酵母對(duì)蘋果采后青霉菌的抑制作用時(shí)發(fā)現(xiàn)：在制備紅酵母的培養(yǎng)基中添加鐵離子，制備的含鐵細(xì)胞紅酵母對(duì)霉菌的抑制效果強(qiáng)于不含鐵細(xì)胞的紅酵母，田世平、范青等20,21研究發(fā)

14、現(xiàn)：絲孢酵母菌液與12%的CaCl2配合可顯著提高絲孢酵母對(duì)蘋果灰霉病和青霉病的抑制效果；絲孢酵母與撲海因(iprodione)配合對(duì)蘋果采后灰霉病和青霉病的抑制效果也明顯好于單獨(dú)使用相同劑量的拮抗菌和殺菌劑。McLaughin等22研究發(fā)現(xiàn)：在季也蒙畢赤酵母細(xì)胞培養(yǎng)液中加入鈣鹽能提高這種酵母菌的防病效果，同時(shí)可降低該菌的使用劑量。也有試驗(yàn)表明，2-脫氧-D-葡萄糖能夠提高擲孢酵母抑制蘋果青霉菌的效果。為了進(jìn)一步強(qiáng)化生物保鮮效果，結(jié)合保鮮措施，如將微生物抗菌劑與愈傷和熱處理、紫外線、改變O2和CO2的濃度、適宜低溫等結(jié)合，更有利于提高果蔬生物保鮮的功效。參考文獻(xiàn)：1 張維一,畢陽(yáng) 果蔬采后病害

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