植物内生菌在果蔬保鲜中的研究进展

吴忠红, 杜 鹃, 王刚霞, 李雪萍, 彭新媛, 陈维信, 吴 斌*

1.新疆农业科学院农产品贮藏加工研究所， 乌鲁木齐 830091;2.新疆农业职业技术学院， 新疆 昌吉 831100;3.新疆大学化学工程学院， 乌鲁木齐 830046;4.华南农业大学园艺学院， 广州 510642

新鲜果蔬采后腐烂变质主要由于受到病害侵染，据统计，我国每年生产的水果蔬菜从田间到餐桌，损失率高达25%～30%[1]。目前，果蔬采后病害在生产上多采用化学杀菌剂、防腐剂进行防治，但这类药剂的“农药残留”问题会给食品安全带来负面影响，研究者不断从自然界中寻找对人畜安全无毒、无残留、特异性强、不伤害有益生物、无二次污染、无抗药性的保鲜剂取代化学药剂进行防治[2]。作为重要生防微生物之一的内生菌，可以通过提高植物抗病性、与病原菌竞争生态位或产生拮抗物质等发挥防病功效，具有防治果蔬采后病害的优势。植物内生菌不易受到外界环境的影响,可以较长时间发挥生物学作用,因此值得深入研究[3]。本文综述了植物内生菌防治果蔬采后病害方面的研究进展，从菌株种类、防病机制、分离筛选以及病害防效方面分析了植物内生菌在果蔬保鲜方面的应用潜力，并对其作为生物保鲜剂用于果蔬保鲜存在的问题进行了分析与展望。

1 植物内生菌种类

植物内生菌种类繁多，普遍存在于各种植物的根、茎、叶中[4]，对宿主植物没有明显的病害作用。植物内生菌主要包括细菌、真菌和放线菌三大类[5]。

1.1 细菌

在果蔬病害生物保鲜研究中发现的拮抗细菌主要是芽胞杆菌，其次是假单胞杆菌。芽胞杆菌属好氧或兼性厌氧菌，抗逆能力强，繁殖速度快，营养要求简单，容易定殖在植物表面，适合作为生防制剂。目前，应用于果蔬防腐的有枯草芽胞杆菌、多粘芽胞杆菌和蜡状芽胞杆菌等[6]。

1.2 真菌

拮抗真菌种类较多，主要为木霉属，其次是酵母菌，另外也发现担子菌、炭角菌、拟茎点霉属和拟盘多毛孢属等对果蔬病原菌有拮抗作用[5]。颜霞等[7]从菊科植物假橐吾中分离得到86株内生真菌，分为10个属，交链孢霉属和丝核菌属占优势 (分别为41.9%和16.3%)，其中31株内生真菌分别对细菌、植物病原菌有显著的抑制作用。

1.3 放线菌

具有拮抗作用的放线菌主要有链霉属和丝状放线菌，已应用于芒果、香蕉、柑桔等水果的采后病害防治中。如钟敏等[8]发现链霉菌702发酵液能抑制有害菌在苹果、梨、猕猴桃、甜瓜表面的生长，减慢水分蒸发，对这些水果有较好的防腐保鲜效果。

2 植物内生菌的防病机制

植物内生菌的抗菌机制主要有产生抗菌物质、与病原菌竞争营养和诱导植物抗病性等三类，从而达到抗病的作用[9,10]。

2.1 产生抗菌活性物质

产生抗菌活性物质抑制植物病原菌生长是植物内生菌作为生防菌的重要作用机理之一[11,12]。内生菌产生的抗菌活性物质种类繁多[13]，有抗菌肽、脂肽、生物碱、酚类、醌类、萜类、几丁质酶、葡聚糖酶和挥发性物质等[14～16]。其中，脂肽、几丁质酶、葡聚糖酶等主要由内生细菌产生；生物碱类、肽类、甾体类、萜类、酚类、醌类、脂肪族类、异香豆素类的抗菌物质主要由内生真菌产生；内生放线菌则主要产生抗生素类。

这些抗菌物质产生后可以在植物体内运转，对入侵的病原菌有直接抑制作用[17]。袁志林等[18]从极端濒危植物百山祖冷杉针叶组织中分离到3株炭角菌科产气霉属的内生菌，能产生强烈的挥发性物质，对多种植物病原菌具有明显的抑制或致死功能。放线菌链霉菌可产生多种抗生素，对细菌和真菌有很强的抑制作用，是筛选药物成分的首先菌株。其中纳他霉素可抑制真菌，具有对人体无害、不易产生抗性及溶解度低等特点,常用于食品的表面防腐[19]，是目前国际上唯一的抗真菌微生物防腐剂，我国也批准其作为食品添加剂增补品种使用[6]。

2.2 竞争作用

内生菌与病原菌之间的竞争主要包括对物理位点侵入的竞争、对生态位点抢占的竞争以及对营养物质和氧气的竞争。内生菌作为拮抗菌可以通过与病原菌竞争果实表面的营养物质及侵染位点，达到降低果蔬表面病原真菌数量的效果[20]。

2.3 诱导植物产生抗病性

诱导抗性的机制非常复杂,涉及到寄主、病原菌、激发子之间的相互作用关系。蔡学清等[21]从辣椒叶和烟草茎杆中分离得到2株芽胞杆菌BS-2与TB2，用含有GFP基因标记的内生细菌芽胞杆菌BS-2-grp与TB2-grp菌株,研究了其在荔枝体内的定殖动态、定殖时间、定殖量及其与防病保鲜的关系, 结果表明，内生细菌能在荔枝叶片、花、幼果及采后果皮上定殖，并在各组织内繁殖以及在花和幼果间传导，进一步确定了它们对荔枝采后病害的防治效果及保鲜效果的稳定性和持久性。李春玲[22]从芒果病灶处分离筛选出2株枯草芽胞杆菌C1和B2-1，对芒果采后炭疽病菌有显著的抑制作用，进一步实验表明拮抗菌能诱导芒果PPO、POD和SOD三种防御酶的合成，从而提高果实对芒果炭疽病的抗性。

3 植物内生菌的分离筛选及防效

用于果蔬采后病害防治的生防菌主要分为两大类，即果实表面自有的拮抗微生物和人为引入的拮抗微生物[23]，其中，人为引入的拮抗微生物主要为植物内生菌[24]。

近年，国内外有关分离筛选果蔬病原菌的拮抗微生物的研究报道不少，已发现了若干具有开发应用价值的拮抗菌株。纪丽莲等[25]从黄海海岸芦竹中分离到一株木霉属的内生真菌F0238，其4 d的发酵液对西红柿的防腐保鲜作用与化学保鲜剂多菌灵和甲基托布津的混合液无显著差异，且该发酵液为无毒级别。李敏等[26]从龙眼果皮中分离获得2株拮抗细菌和3株拮抗酵母菌，室内抑菌谱测定结果显示，拮抗细菌AP-01的拮抗活性最强，对10种常见的病害病原真菌的平均抑制率达到了66.13%；其次是拮抗酵母BP-7、BP-10和BP-12，平均抑制率分别达到41.30%、40. 96%和42.37%；拮抗酵母BP-7对香蕉采后炭疽病的控制效果最好，相对防效达到68.9%。罗春芳[27]研究了板栗干腐病菌与板栗内生真菌互作效应，发现4种菌株的代谢物对病原菌有明显的抑制作用。颜霞等[7]从菊科植物假橐吾中分离得到26株内生放线菌均对靶标菌有抗性，这些菌来自3个属，其中以链霉菌属占优(92.3%)，拮抗性最好的2株内生菌wz57和wz01均为链霉菌。胥丽娜等[28]从野生鲁桑中获得了内生细菌枯草芽胞杆菌ME0717菌株，该菌体及其发酵液对桑炭疽病菌、桑漆斑病菌的菌丝生长和孢子萌发均有明显的抑制作用。尹向田等[29]进一步将 ME0717菌株的TasA基因克隆到大肠杆菌BL21中表达，表达产物对桑疫病病原细菌的菌体生长以及桑漆斑病菌和桑炭疽病菌的菌丝生长均有一定程度的抑制作用。刘杰凤等[30]从小白菜中筛选出2株内生放线菌及1株内生细菌，对植物菌核病菌有很强拮抗作用。刘建利等[31]从宁夏地区乌拉尔甘草的根、茎、叶中共分离筛选出19株内生细菌，对甜瓜采后粉霉病、白霉病、黑腐病及软腐病中的至少2种病原菌有抑制作用，其中8株内生细菌对4种病原菌的抑制能力均较强。李娟等[32]从健康辣椒植株中筛选出芽胞杆菌属003和X两株内生菌，对辣椒疫霉病菌、辣椒绿霉病菌、辣椒炭疽病菌3种病原菌具有明显拮抗作用,抑制率达到34.50%～48.0%。刘起丽等[33]从柑橘皮中分离得到5株内生细菌对柑橘青霉病菌有明显拮抗作用，抑菌作用最强的菌株H-3为枯草芽胞杆菌(Bacillussubtilis)。刘娜等[34]从生姜中分离筛选得到1株对黑曲霉具有明显抑制作用的内生荧光假单胞菌JT716。唐胜球等[35]从饲料油菜中分离出内生细菌SY-N1，其代谢产物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌有较强的抑制作用；SY-N1代谢产物浓缩样品与青霉素、强力霉素及庆大霉素的抑菌效果相近。王兰英等[36]从九里香中分离筛选出8株真菌、9株细菌对芒果炭疽病菌及芒果蒂腐病均有拮抗活性，其中枯草芽胞杆菌HBS-1抑菌活性最好，其酵液10倍稀释液的防效优于化学药剂特克多800倍液，50倍稀释液的防效与化学药剂特克多800倍液相当。Müller等[37]从甜菜中分离得到一株PseudomonaspoaeRE* 1-1-14，对甜菜根腐病有一定防治作用，测得全基因序列长度为约5 Mp。Taechowisan等[11]从红豆寇中发现内生链霉菌BRM110对革兰氏阳性菌有拮抗作用。Hernawati等[38]从辣椒叶片中得到内生真菌对植物病害有一定抑制作用。由此可以看出，对果蔬病害有抑制作用的植物内生菌资源丰富，为开发果蔬生物保鲜剂奠定了良好的研究基础。

4 展望

植物内生菌用于果蔬采后病害防治时，需要注意很多问题。由于植物内生菌本身也是微生物，是否对果蔬采后生理造成一定影响，是应用过程中需要考虑的因素；利用菌体防效的内生菌菌体易受外界环境影响，导致防效不稳定；大多内生菌是利用抗菌活性成分防治病菌的，由于发酵周期长与活性成分少，提取纯化技术不成熟等因素，使植物内生物菌生物保鲜剂多处于分离筛选和鉴定阶段，防效实验只局限在实验室，成果转化和应用率低。

植物内生菌是个巨大的宝库，目前在常见植物中已进行分离筛选，但对海洋植物、极端环境下生长的植物内生菌研究较少，有待开发利用。随着研究水平的提高，分子生物学手段在植物内生菌的研究方面已初步展开，必将加速推进生物技术在果蔬保鲜方面的研究现状，通过克隆表达功能基因、高密度发酵、优化提取工艺，为高效利用有效成分提供技术了技术保障。针对不同果蔬病害，研制抗菌谱较宽的复配生物保鲜剂也是将来发展的方向。

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