果蔬采后病理及病害的控制研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1、果蔬采后病理及病害的控制研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢摘要：本文主要對果蔬采后主要病原菌及侵染過程做了介紹，主要介紹了酵母類抗菌劑防病害的生物防治方法，并對微生物種類、 拮抗機理及生物防治應(yīng)用前景進行了介紹。關(guān)鍵詞：采后病理；酵母菌類抗菌劑；病害侵染；微生物防治；1.前言影響食品食用安全性的最主要因素是化學(xué)農(nóng)藥殘留。天然植物成分(精油和植物提取物)、生物藥劑( 酵母和細菌類拮抗菌)和非選擇性生物殺菌劑(碳酸鈉、 碳酸氫鈉、活性氯、山梨酸)等防治果蔬采后病害的技術(shù)已越來越受到關(guān)注。本文重點介紹微生物抗菌劑防治果蔬采后病害的一些研究進展。迄今為止，已從蘋果、柑橘、梨、桃、獼猴桃等10余種水果中篩選出幾十種拮抗

2、微生物，目前商品化應(yīng)用的主要有：丁香假單胞桿菌、枯草芽胞桿菌、酵母菌中的季也蒙畢赤酵母菌、哈氏木霉、白粉寄生菌12。果蔬采后病害造成的腐爛損失十分巨大。據(jù)統(tǒng)計報道, 發(fā)達國家為 l0% 30%, 發(fā)展中國家則高達40% 50%。長期以來防治果蔬采后病害主要依靠化學(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, 且危害公眾健康。上世紀 80 年代中期開始, 在農(nóng)作物大田病害生物防治蓬勃發(fā)展的帶動下, 生物防治果蔬采后病害成為研究熱點34。果實采后病原性腐敗的生物防治技術(shù)是近年來國外發(fā)展起來的極具前途的 綠色防腐技術(shù)，主要原理是利用微生物之間的拮抗作用，通過改變果實

3、表面微生態(tài)環(huán)境，促進病原微生物拮抗菌的繁殖，達到抑制病原微生物生長，減少腐敗的目的1該技術(shù)安全環(huán)保性能優(yōu)越，越來越受到普遍歡迎可以預(yù)見，采用生物防治將是今后果蔬防腐保鮮技術(shù)的發(fā)展方向果蔬采后病害的生物防治因其無毒 無害 不污染環(huán)境，深受人們的重視與歡迎。2. 果蔬采后主要病原菌及侵染過程2.1主要病原菌引起蔬菜采后腐爛的病原菌主要有真菌、細菌、病毒和原生動物，其中以真菌和細菌性病原菌為主56。2.1.1 真菌真菌是最主要和最流行的病原微生物，侵染廣，危害大，是造成果菜類在貯藏運輸期間損失的重要原因。蔬菜采后病原真菌以霉菌為主，表現(xiàn)癥狀為組織變色、斑塊、腐敗、干縮、變質(zhì)等。其中鞭毛菌亞門有腐霉、

4、疫霉和霜疫霉菌，如引起瓜類和菜豆莢的綿腐病，瓜類和茄果類疫病等。接合菌亞門有根霉、毛霉等，如引起草莓的軟腐病等。子囊菌亞門有小叢殼、囊孢殼、間座殼、核盤菌和鏈核盤菌等，如炭疽病、焦腐病、蒂腐病、褐腐病、黑腐病等。 擔(dān)子菌亞門沒有蔬菜貯藏期間的重要病原真菌，僅有亡革菌引起的草莓干腐病和菜豆莢腐病，小核菌引起的韭黃爛葉病等。半知菌亞門有葡萄孢霉、木霉、青霉、曲霉、鐮刀菌、交鏈孢等，如灰霉病、青綠霉病、酸腐病、褐腐病、炭疽病、焦腐病、黑斑病等。2.1.2 細菌主要造成葉用蔬菜的腐爛。癥狀有組織壞死、萎蔫和畸形。引起蔬菜采后腐爛的細菌主要是：軟腐病桿菌引起蔬菜軟腐病，黑脛病桿菌引起馬鈴薯黑脛病和葉菜黑

5、腐病，邊緣假單胞桿菌引起芹菜、萵苣和甘藍腐爛， 枯草芽孢桿菌在3040 下引起番茄軟腐，多黏芽孢桿菌在37 下引起馬鈴薯、洋蔥和黃瓜腐爛。2.2 病菌的侵染過程2.2.1 采前侵染有許多病原菌在田間或生長期就侵入果實，長期潛伏在內(nèi)，并不表現(xiàn)癥狀，直到果實成熟采收和環(huán)境條件適合時才發(fā)病，如洋蔥灰霉病菌是在田間入侵洋蔥葉內(nèi)，隨著采收自上而下進入鱗莖，貯藏期間大量發(fā)病。主要是加強采前田間管理，清除病源，減少侵染。2.2.2 采后侵染許多病菌的生活周期在田間完成，采前以孢子形式存在于果面，采后環(huán)境條件適宜時孢子萌發(fā)，通過傷口或皮孔直接侵入，迅速發(fā)病，引起果實腐爛。 如采后通過傷口或皮孔直接侵染果實的草

6、莓灰霉病菌。2.2.3 傷口侵染大多數(shù)蔬菜貯藏期間的病害都與各種傷害緊密相關(guān)，新鮮傷口的營養(yǎng)和濕度為病菌孢子的萌發(fā)和入侵提供了有利條件。冷害的凍傷，昆蟲的蟲傷，采收時的機械傷，以及貯運過程中的各種碰傷、擦傷等都是病菌入侵的門戶。青霉屬、根霉屬、葡萄孢霉屬、地霉屬和歐氏桿菌屬都是從傷口入侵，焦腐病菌主要從果蒂細胞受損處入侵，凍傷則加速各種腐爛病的發(fā)生。2.2.4 直接侵染有的病菌可從果實表面的皮孔直接入侵，或分泌毒素，破壞果皮組織，引起果實腐爛。如甜菜的黑腐病菌、草莓的灰霉病菌等都可通過接觸傳染，在貯藏期間迅速蔓延。3.微生物防病的機理及條件3.1.作用機理果蔬采后病害生物防治拮抗機理主要有抗生

7、、競爭、寄生及誘導(dǎo)抗性等793.1.1 抗生作用通過拮抗微生物分泌抗菌素來抑制病原菌。 如枯草芽孢桿菌分泌伊枯草菌素; 洋蔥假單胞桿菌產(chǎn)生吡咯烷酮類抗菌素; 木霉產(chǎn)生吡喃酮等10。能夠產(chǎn)生抗菌素的微生物主要是細菌, 且抗菌素多種多樣, 不僅同一種細菌可以產(chǎn)生多種抗菌素, 而且一種抗菌素也可由多種細菌產(chǎn)生。自 1945 年Johnson 等報道枯草芽孢桿菌產(chǎn)生拮抗物質(zhì)以來, 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)是一類從簡單分子到復(fù)雜化合物, 即從桿菌肽、 大環(huán)脂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)。利用微生物 (拮抗菌)

8、 防病的基本條件是拮抗菌必須搶先占據(jù)病原菌的侵染部位,并快速繁殖成為主導(dǎo)菌。大部分果蔬的采后腐爛是由傷口侵染的病原菌引起的, 目前, 果蔬采后病害的微生物防治研究主要集中在篩選能夠抵抗由傷口侵染的病原菌的拮抗菌。病原菌孢子從產(chǎn)品表面?zhèn)谇秩氲倪^程很快(一般在24 h 之內(nèi)) , 因此, 拮抗菌在傷口部位的快速繁殖和生長非常關(guān)鍵。 一般而言,篩選出的拮抗菌需要具備下列基本特點: (1)能在產(chǎn)品表面和傷口快速繁殖成主導(dǎo)菌; (2)在產(chǎn)品表面?zhèn)谏峡焖偕L; (3) 能夠充分利用傷口部位的低水平養(yǎng)分; (4) 能適應(yīng)比較廣泛的溫度、濕度和pH 值的生存環(huán)境; (5)在病原菌的侵染部位比病原菌更快地繁

9、殖和生長。關(guān)于拮抗菌篩選方面, Wilson 等設(shè)計了一種優(yōu)選酵母類拮抗菌的方法。這種方法主要是將洗滌果蔬表面的水滴入果蔬的傷口, 再接種病原菌孢子。培養(yǎng)數(shù)天后, 從沒有發(fā)生病原菌感染的傷口分離拮抗菌, 并根據(jù)Dro by 等的方法進行拮抗菌培養(yǎng)、分離純化和抗菌試驗。研究結(jié)果表明, 許多酵母菌能在果蔬傷口或干燥的植物表面快速繁殖成主導(dǎo)菌, 并向體外分泌多糖物質(zhì), 這些物質(zhì)不僅具有加強酵母菌的生存能力, 同時還有抵制病原菌侵染的作用。這些酵母類拮抗菌一般能在低水平的營養(yǎng)條件下快速繁殖, 而且對普通化學(xué)殺菌劑的敏感性較小。盡管這些酵母菌抵抗病原菌侵染的機理尚不明確, 但比較肯定的是它們的拮抗作用并

10、不依賴于抗生物質(zhì)。3.1.2 競爭作用指物理位點、生態(tài)位點的搶占以及營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣的競爭。在果蔬采后病害生物防治中, 競爭作用尤為重要, 由于引起果蔬采后病害的病原菌都是非?；缘乃荔w營養(yǎng)菌, 其孢子萌發(fā)及致病活動需要大量的外源養(yǎng)分, 通過與病原真菌競爭果實表面的營養(yǎng)物質(zhì)及侵染位點, 從而降低果蔬表面病原真菌數(shù)量。已報道的眾多酵母菌和類酵母菌主要以此作為生物防治基礎(chǔ), 酵母菌菌體繁殖速度快, 可迅速擴大種群數(shù)量,占據(jù)病原真菌的侵染位點, 阻止病原菌的侵入。3.1.3寄生作用以吸附生長、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)酶和-1,3-葡聚糖酶,將真菌細胞壁的主要

11、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, 從而破壞病原菌細胞骨架, 表現(xiàn)出明顯的抗真菌活性11; 木霉菌通過侵入或穿透寄主菌絲細胞, 產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶、 葡聚糖酶以及蛋白酶、酶等一系列水解酶類, 以此消解病原菌的細胞壁。3.1.4 誘導(dǎo)抗性誘導(dǎo)植物抗性是生物防治的一個重要方面。 植物在遭到病原物或非病原物誘導(dǎo)時, 常常通過木質(zhì)素、胼胝體和羥脯氨酸糖的沉積、植物抗菌素的積累、 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)的合成來增強細胞壁的抗性, 這些過程涉及苯丙氨酸解氨酶( PAL)、過氧化酶( POD)、多酚氧化酶( PPO)與超氧化物歧化酶( SOD)等酶的活性

12、。拮抗菌誘導(dǎo)植物抗性在 G-細菌如假單胞菌和真菌已有很多報道12, 芽孢桿菌誘導(dǎo)植物抗性作用的報道相對較少,但已經(jīng)證明誘導(dǎo)植物抗性也是其重要的生防機制之一。13153.2酵母類抗菌劑防病機制方面的研究現(xiàn)狀盡管有關(guān)拮抗菌抗病原菌侵染的機理尚不明確, 但已有越來越多的研究結(jié)果表明酵母菌能夠以明顯的優(yōu)勢在果蔬創(chuàng)傷部位繁殖和生長, 并向體外分泌抗菌物質(zhì), 而且還能刺激和提高果蔬組織的抗病能力。3.2.1營養(yǎng)物質(zhì)和生存空間的競爭拮抗菌和病原菌聯(lián)合培養(yǎng)試驗結(jié)果表明, 拮抗菌抑制病原菌的作用存在著營養(yǎng)競爭的機制, 具體表現(xiàn)為:(1)拮抗菌能抑制病原菌的孢子萌發(fā)和生長;(2)抑制病原菌的效果與拮抗菌繁殖體的密

13、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。US-7酵母菌抵抗病原菌的效果與其吸收養(yǎng)分的能力有著十分重要聯(lián)系16為了抑制病原菌的侵染, 拮抗菌必須在病原菌到達以前或到達以后的很短時間內(nèi)占據(jù)侵染部位。季也蒙畢赤酵母、變黃羅倫隱球酵母、出芽短梗霉、假絲酵母、擲孢酵母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的有效空間。3.2.2 產(chǎn)生細胞壁降解酶在果蔬采后病害的微生物防治研究中,有關(guān)拮抗菌寄生于病原菌營養(yǎng)繁殖體的報道很少。Wisniew ski等發(fā)現(xiàn), 季也蒙畢赤酵母細胞似乎寄生于灰霉病菌的菌絲體內(nèi), 但只是簡單地附著在青霉菌

14、的菌絲體上。在這些酵母細胞的外圍還包裹著一層基質(zhì)。加入蛋白質(zhì)變性物質(zhì)或抑制微生物的呼吸作用,就會解離酵母細胞與病原菌之間的連結(jié)。因此, 在酵母細胞表面和周圍的基質(zhì)中可能存在著粘連蛋白質(zhì)。與病原菌菌絲體連結(jié)的季也蒙畢赤酵母菌能夠向體外分泌降解病原菌細胞壁的-1-3-葡聚糖酶。當(dāng)這些酵母菌與灰霉病菌的菌絲體分離后就會發(fā)現(xiàn), 灰霉病菌菌絲體上原先與酵母菌連結(jié)的部位出現(xiàn)壞死和部分細胞壁降解的區(qū)域。酵母細胞分泌-1-3-葡聚糖酶的能力取決于這些酵母細胞與病原菌菌絲體的緊密結(jié)合。動力學(xué)研究表明, 酵母細胞與病原菌菌絲體和植物組織的緊密結(jié)合有利于 -1-3-葡聚糖酶的產(chǎn)生和分泌。進一步研究表明, US- 7

15、酵母細胞分泌的-1-3-葡聚糖酶的分子量為4. 5105, 其適宜pH值范圍為4.05.0, 適宜的溫度為50。在更廣泛的pH值范圍(3.06.0),該酶活性保持在80%的水平。 50mmol / L 的葡萄糖并不影響酶的活性, 當(dāng)葡萄糖濃度提高到0.5mol/ L和1.4 mol/ L時, 酶活性則分別降低了35%和64%。17183.2.3 產(chǎn)生胞外活性物質(zhì)Wisniew ski 等在研究拮抗菌- 病原菌互作時發(fā)現(xiàn), 在果實傷口部位生長的酵母細胞外圍有大量的新生物質(zhì)。體外試驗結(jié)果顯示, 這種物質(zhì)對某些果蔬采后病原菌的孢子萌發(fā)和芽管伸長均具有較強的抑制作用, 明顯控制了青霉菌在葡萄柚創(chuàng)傷部位

16、的侵染和由此而引發(fā)的腐爛。這些結(jié)果表明, 酵母細胞分泌的胞外物質(zhì)可能參與了拮抗菌-病原菌之間的互作。2. 4 誘導(dǎo)果蔬組織的抗病性為了研究拮抗菌對采后果蔬抗病性的影響, Dro by 等將US- 7 酵母培養(yǎng)液接種于葡萄柚、柚、葡萄、胡蘿卜的傷口表面, 這些組織的乙烯產(chǎn)生量明顯提高 (酵母細胞本身并不產(chǎn)生乙烯)。進一步研究發(fā)現(xiàn), US- 7酵母細胞向體外分泌的物質(zhì)能夠刺激葡萄柚組織塊產(chǎn)生乙烯, 說明這種物質(zhì)可能起著乙烯合成誘導(dǎo)物的作用。內(nèi)源或外源乙烯的增加則可提高組織抵抗青霉菌侵染的能力。U S- 7酵母還能誘導(dǎo)檸檬產(chǎn)生植物抗毒素-金雀花素( C20H2 0O10)。 US- 7 酵母誘導(dǎo)果蔬

17、組織產(chǎn)生乙烯和金雀花素, 從而提高了組織對病原菌的抵抗能力。El Ghaouth 等還發(fā)現(xiàn), 清酒假絲酵母能夠誘導(dǎo)合成殼聚糖酶, 使蘋果組織細胞壁形成乳狀突起, 從而提高了組織抵抗病原菌侵染的能力。4、微生物防治發(fā)展趨勢目前已有一些公司成功地研制出用于防治果蔬采后病害的微生物抗菌劑, 如 As-pireTM生物抗菌劑 ( 美國 Ecog en 公司)、Biosave 111和Biosave 110 (美國Eco Science公司) , 這兩類酵母類微生物抗菌劑主要用于控制柑桔類和仁果類果實的采后腐爛。盡管有不少報道指出某些微生物抗菌劑的效果與化學(xué)殺菌劑相當(dāng), 但是在實際應(yīng)用中常常會發(fā)現(xiàn)其效果

18、并不穩(wěn)定。造成這種現(xiàn)象的原因尚不十分明確, 但肯定與抗菌劑的制備工藝、使用方法、環(huán)境衛(wèi)生和果蔬產(chǎn)品的生理狀況等有著密切的關(guān)系。微生物抗菌劑的使用方法直接關(guān)系到其防病的效果。噴、淋方法比較適合于微生物抗菌劑的使用, 也便于微生物抗菌劑與低劑量化學(xué)藥劑或其它添加劑的結(jié)合使用。保證微生物抗菌劑能夠正常發(fā)揮功效的一個極為重要的條件是完善的衛(wèi)生管理體系。處理車間、用具、用水、操作人員和果蔬本身的清潔均有利于微生物抗菌劑發(fā)揮作用。5.結(jié)論防病的效果是決定微生物防病技術(shù)能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵因素, 強化微生物抗菌劑功效的措施也就自然成為生物防病研究的重要課題。McLaughin 等證實, 在季也蒙畢赤酵母細胞培

19、養(yǎng)液中加入鈣鹽能提高這種酵母菌的防病效果, 可降低該菌的使用劑量。也有試驗表明, 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, 許多食品添加劑和乳酸鏈球菌肽也被證實能強化微生物抗菌劑的防病作用。酵母類拮抗菌的共同特點是在果蔬創(chuàng)傷部位快速繁殖成為主導(dǎo)菌, 因此, 這些酵母菌可以作為載體將降解病原菌細胞壁的酶或其它抗菌蛋白質(zhì)直接定位于病原菌侵染的部位。這種防病機制的實際效果在很大程度上取決于載體菌中抗菌蛋白質(zhì) (殼聚糖酶和葡聚糖酶等) 編碼基因的表達水平。因此, 采用分子生物技術(shù)提高拮抗菌產(chǎn)生和分泌特定抗菌蛋白質(zhì)的潛力很大。將微生物抗菌劑與其它物理和化學(xué)處理相結(jié)合則不失為一種強化微

20、生物防病效果的策略。采用這種綜合措施將有可能達到常規(guī)化學(xué)殺菌劑的防病效果。愈傷和熱處理、紫外線、動植物的提取物、改變O2 和CO2 的濃度、適宜低溫等輔助處理措施均可能提高拮抗菌防治果蔬采后病害的功效。 不少試驗表明, 微生物抗菌劑在果蔬采前處理能夠提高其采后處理的效果。采前拮抗菌處理能夠調(diào)節(jié)果蔬表面附生微生物的種群和數(shù)量,從而控制傷口部位的主導(dǎo)菌種。參考文獻1 葛毅強, 張維一. 果蔬采后病害的生物防治J, 世界農(nóng)業(yè),1997,7.2 鮑瑞峰,秦 丹. 果蔬采后病害生物防治的研究進展J,熱點論壇,2009,3.3 余曉紅,汪志君. 我國蔬菜采后商品化處理技術(shù)的研究與發(fā)展J. 中國果菜, 20

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