拮抗菌生物防治果蔬采后病害的研究进展

  • 格式:docx
  • 大小:33.57 KB
  • 文档页数:7

拮抗菌生物防治果蔬采后病害的研究进展摘要:拮抗菌是一种安全、无毒、有效的生物保鲜剂,在控制果蔬采后病害方面应用前景广阔。

本文综述了利用拮抗菌生物防治果蔬采后病害的研究进展,阐述了拮抗菌的种类、分离筛选方法、作用机理、提高生防效果措施,并对其发展趋势进行了展望。

关键词:生物防治;拮抗菌;果蔬;采后病害Research Advances on the Biological Control of Postharvest Diseases of Fruits and Vegetables by AntagonisticMicroorganismAbstract: Antagonist microorganism is a safe, non-toxic and effective biological preservative, which has broad prospects in controlling postharvest diseases.This review describes recent advances on the biological control of postharvest diseases of fruits and vegetables by antagonist microorganism, including antagonistic microorganism’s kinds, isolation and screening technique, mechanism of action and measures to improve the biological control effect. Its development trend is also predicted.Key words:Biological control; Antagonistic microorganism; Fruit and vegetable; Postharvest diseases前言果蔬在采后处理及贮运、保鲜等过程中,常因受到病原菌的侵染或机械损伤而腐烂变质。

在发达国家约有10%-30%的新鲜果蔬损失于采后的腐烂,而在缺乏贮运冷链设备的发展中国家,腐烂损失率则高达40%-50%[1,2]。

因此,在对果蔬进行加工及贮藏的过程中,必须采取措施延缓果蔬自身组织细胞的新陈代谢,或加入杀菌剂、拮抗菌等抑制病原菌的生长繁殖。

采用化学杀菌剂控制果蔬的腐败是目前最常用的杀菌方法,但易造成果蔬农药残留超标,危害人类健康[1,3]。

因此,迫切需要寻求一些新的、无毒高效的病害防治技术,以逐步取代化学杀菌剂在采后果蔬上的应用[1]。

自从20世纪50年代Gutter等首次报道枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)对水果病原菌具有生防作用以来,国内外学者对果蔬采后病害的生物防治进行了广泛的研究。

在生物防治中,通过对病原菌的拮抗作用来防治果蔬采后病害的微生物称为拮抗菌。

研究人员已从苹果、柑橘、桃、猕猴桃等中筛选出几十种拮抗菌,其中可进行商品化应用的主要有枯草芽孢杆菌、季也蒙毕赤酵母(Pichiaguilliermondii)、哈茨木霉(Trichodermaharzianum)等[3]。

本文从拮抗菌的种类、分离筛选方法、生防机理、提高拮抗菌生防效果措施等方面,综述目前拮抗微生物防治果蔬采后病害的研究进展,并对未来研究进行展望。

1 拮抗菌的种类自然界中存在着大量对果蔬采后病原菌生长具有抑制作用的拮抗菌,其中细菌、小型丝状真菌和酵母菌较为常见。

其中,细菌中应用较多的是芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、假单胞杆菌(Pseudomonas spp.)、土壤放射菌(Agrobacterium radiobacter);真菌主要是木霉菌和酵母菌;放线菌中最有生防价值的则是链霉菌及其变种。

不同种类的拮抗菌可用于防治同一种果蔬病害,而一种拮抗菌也可用于防治不同种类果蔬的病害[3]。

2 拮抗菌的分离、筛选分离和筛选拮抗菌是开展生物防治研究的第一步,对于生防菌成功应用到商业化生产起着关键作[3]。

Wilson等[4]在1989年制订了一个用于果蔬采后病害生物防治的理想拮抗菌选择标准:1)对人体健康和寄主无害;2)遗传稳定,具有广谱抗菌性;3)不苛求营养条件,可在逆境下生存;4)生产成本低,保质期长,使用时易分散;5)可以适应采后商业处理条件,能够耐受采后贮藏环境中的化学药剂。

拮抗菌的获得主要从现有已知拮抗菌中筛选,果蔬表面、伤口和土壤等处分离得到。

如范青[3]从桃果实表面分离得到的浅白色隐球酵母(Cryptococcus albidus(Saito)Skinner)和丝孢酵母(Trichosporon sp.)可显著地抑制苹果灰霉病和青霉病的发生。

Pusey等[4]从桃树根部土壤中分离到的枯草芽孢杆菌能够有效地防治桃果实采后褐腐病,是第1株大规模用于采后病害生物防治研究的菌株。

拮抗菌的筛选通常分为离体(in vitro)和活体(in vivo)两种。

离体筛选是将病原菌和可能的拮抗菌共同培养于适宜培养基上,以确定所选菌株的抑菌能力;活体筛选是将病原菌和拮抗菌同时接种到果蔬伤口上,通过病害发生情况来确定所选菌株的抑菌能力。

直接在体外进行筛选的方法操作比较简单,但有时筛选出的拮抗菌株接种至果蔬伤口上后拮抗效果并不明显,因此目前多将2种方法结合起来筛选适宜的拮抗菌株[3]。

3 拮抗菌对果蔬采后病害防治的机理许多研究表明,拮抗菌的生防机制主要包括以下四个方面:抗生作用、重寄生作用、竞争作用、诱导抗性作用。

3.1 抗生作用抗生作用是利用拮抗菌的代谢产物来抑制或杀死病原菌[5]。

这是最早被确定的抗菌机理,在离体筛选时可观察到抑菌圈的形成。

这些代谢产物可通过影响病原菌的生长或生存来达到防治果蔬采后病害的目的[5]。

大多数生防细菌和真菌都能产生抗菌物质,主要包括抗生素、多肽、脂肽、水解酶类和含氮氧化物等[3]。

从枯草芽孢杆菌的不同菌株中分离出几十种抗菌物质,这些抗菌物质是一类从简单分子到复杂化合物,即从杆菌肽(Baeitracin)、大环脂(Cvcleopetite)到类似噬菌体颗粒等不同成分组成的物质,也有一些低分子量抗菌素、蛋白性抗菌素物质[7]。

3.2 重寄生作用重寄生作用是利用寄生菌作为生防菌株,通过吸附、缠绕、侵入、消解等形式抑制病原菌的生长[5]。

部分生防菌在病原菌菌丝上附着定殖,形成对病原菌的直接寄生作用,并能分泌胞外水解酶(β-1,3-葡聚糖酶、几丁质酶等),分解病原菌的细胞壁或菌丝体,从而抑制病原菌的生长[4]。

重寄生菌作为生防因子的前提是靶标病原菌的存在,因此用其控制靶标病菌引起的植物病害,会有一个滞后的作用过程,且往往落后于病原菌对果蔬的侵染速度,不利于控制突发性或流行速率高的植物病害[7]。

引起果蔬采后病害的病原菌,有些来自大田,附着于果蔬上带入储藏环境,在一定的条件下侵染并表现症状。

因此采用重寄生菌进行贮运前的处理对于采后潜伏病害具有一定的预防作用。

3.3 竞争作用竞争作用指物理位点、生态位点的抢占以及营养物质和氧气的竞争。

由于引起果蔬采后病害的病原菌都是非专化性的死体营养菌,其孢子萌发及致病活动需要大量的外源养分。

因此在短时间内,通过与病原真菌竞争果蔬表面的营养物质及侵染位点,使病原菌得不到合适的营养和生存空间进行孢子的萌发,从而降低果蔬表面病原真菌数量,起到病害防治的效果[8]。

与抗生作用的区别是与病原菌共同培养时没有明显的抑菌带,且高温高压灭活或经过过滤去除菌体后即无抑菌能力。

此类拮抗菌大多是酵母菌和类酵母菌。

可避免病原菌对抗菌素产生抗性而降低生物防治的抑病效果,从20世纪90年代初人们开始将拮抗菌的筛选从细菌转向酵母菌,迄今已经发现多种具有此种拮抗机理的有效拮抗菌。

近年来的大量研究证实了拮抗菌主要是通过在果蔬伤口处快速繁殖和营养竞争来抑制病原菌的生长[4]。

范青等[5]研究了季也蒙假丝酵母对采后桃果实软腐病的抑制效果,发现该菌不产生抗菌素,其抑菌机理可能与营养竞争等有关。

3.4 诱导抗性作用诱导抗性作用是指利用物理、化学以及生物的方法预先处理植物,诱导植物自身产生抗病性,启动本身的防御机制,增强对后续病原物的抵抗力来防治果蔬采后病害。

拮抗菌之所以能够诱导果蔬产生抗病性,主要是因为其存在激活果蔬的防御酶体系,促使果蔬自身产生抗菌物质,使果蔬的次生代谢产物含量增加,细胞结构发生变化,从而产生抗病性。

许多非生物和生物因子可以诱导采后果蔬的抗病反应[6]。

植物在遭到病原物或非病原物诱导时,常常通过木质素、胼胝体和羟脯氨酸糖的沉积、植物抗菌素的积累、蛋白质酶抑制剂和溶菌酶(几丁质酶和脱乙酰几丁质酶等)的合成来增强细胞壁的抗性,这些过程涉及苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)与超氧化物歧化酶(SOD)等酶的活性。

4提高拮抗菌生防效果措施虽然生物防治可有效控制果蔬采后病害,但其具有抗菌谱窄、易受环境因素的影响等局限性,而且单独使用拮抗菌时其防效还难以达到化学杀菌剂的水平。

因此,近年来国内外的学者将目光更多地投向如何提高拮抗菌对病害防治的效果,并取得了许多突破性进展。

4.1 多菌种联用果蔬采后的腐烂一般是多种病原菌侵染的结果,而单一的拮抗菌抗菌谱较窄,不可能有效地防治果实上所有的病原菌,所以混合使用不同的拮抗菌可拓宽使用范围,防治多种病原菌;增强有效性,降低使用剂量与使用频率;整合不同微生物的防治优势,提高生防效果。

在进行多菌种联用时,必须保证所使用菌种之间的相容性,不会产生相互竞争。

确定不同拮抗菌间能够在宿主表面环境下友好共生,是利用该方法实现有效防治的关键。

Calvo等[6]将黏红酵母和罗伦隐球酵母结合使用,增强了苹果灰霉病的防治效果,证实了拮抗菌混合使用能提高生防效果。

4.2 与化学杀菌剂联用使用化学杀菌剂可以有效地杀死附生在植物叶面及果实表面的病害微生物,但同时也会对非病源微生物产生毒害。

与化学杀菌剂不同,生物防治只是使病原菌处于一种低活性和高抑制的状态,达到一种稳定而持久的对病害的相对控制[7]。

在目前的情况下,单独采用生防菌的抑菌效果往往比不上化学杀菌剂,这限制了生防菌的应用前景[8,9],将拮抗菌与化学杀菌剂联用,可提高拮抗菌的抑菌能力,降低化学药剂的使用剂量,减少果蔬的农药残留,减少病害的耐药性基因生成以及维持果园的生态平衡。

Errampalli等[10]将P. syringae和一种低毒杀菌剂Cyprodinil以一定的浓度比例混合用以防治苹果上抗TBZ的扩展青霉菌株,效果明显好于单独使用菌株或药剂。