果蔬采后真菌病害的生物防治策略：微生物拮抗剂与植物天然产物的应用与优化

《Physics of Life Reviews》：The anti-oomycete activity and potential mechanisms of pamidronate against development and pathogenicity in Phytophthora sojae

本文系统综述了微生物拮抗剂（如酵母、芽孢杆菌、链霉菌）和植物天然产物（如酚类、萜类、精油）在控制果蔬采后真菌病害（如灰霉病、青霉病、交链孢霉病）中的应用。研究人员探讨了这些生物防治剂的抑菌机制、现有挑战以及通过适应性驯化、组合疗法、CRISPR-Cas9基因编辑、代谢工程和可食用涂层等策略提升其防效的途径。该研究为减少化学杀菌剂依赖、推动果蔬采后病害的绿色可持续防控提供了重要理论依据和技术方向。

　　

新鲜诱人的水果和蔬菜从田间到餐桌的旅程中，潜伏着看不见的“杀手”——采后真菌病害。灰葡萄孢（Botrytis cinerea）引起的灰霉病、扩展青霉（Penicillium expansum）导致的青霉病、以及链格孢（Alternaria spp.）引发的黑斑病等，不仅造成巨大的经济损失，其产生的真菌毒素如展青霉素（patulin）更直接威胁消费者健康。长期以来，化学杀菌剂是控制这些病害的主要手段，但随之而来的病原菌抗药性、农药残留以及环境污染等问题日益凸显。在全球倡导绿色、可持续农业的背景下，开发高效、安全的替代防控策略迫在眉睫。自然界本身蕴藏着丰富的“武器库”，其中，有益微生物（微生物拮抗剂）和植物自身产生的活性物质（植物天然产物）展现出巨大的生物防治潜力。它们通过竞争营养、寄生病原、产生抗菌物质或诱导植物自身防御等多种方式对抗病原菌，为果蔬采后保鲜开辟了一条新路径。相关研究成果发表在《Physics of Life Reviews》上，系统梳理了该领域的最新进展和未来方向。

为了深入探索生物防治的可行性，研究人员主要依托于以下几项关键技术方法：一是对多种微生物拮抗剂（如酵母菌、芽孢杆菌、木霉、链霉菌）和植物源活性成分（如酚类、萜类、生物碱、精油）进行体外抑菌活性和体内果实防效评价；二是运用CRISPR-Cas9基因编辑技术对具有生防潜力的微生物底盘（如贝莱斯芽孢杆菌Bacillus velezensis）进行基因组修饰，以增强其抗菌物质合成或环境适应性；三是利用合成生物学策略，在微生物（如大肠杆菌E. coli、酵母）或植物（如烟草、番茄）底盘细胞中重构目标天然产物的生物合成途径；四是开发基于多糖、蛋白质、脂质等的可食用涂层和薄膜技术，用于包埋和缓释挥发性或不稳定的天然产物，以提高其稳定性和持效性。研究涉及的病原菌和果蔬种类广泛，涵盖了多种重要的采后病害体系。

微生物拮抗剂的应用

微生物拮抗剂主要包括酵母菌、细菌和放线菌等。其中，酵母菌如罗伦隐球酵母（Cryptococcus laurentii）和膜璞假丝酵母（Candida membranifaciens）能通过快速繁殖抢占营养和空间位点，并分泌β-1,3-葡聚糖酶等细胞壁降解酶直接破坏病原菌结构。细菌以芽孢杆菌属（Bacillus）为代表，能产生脂肽（如surfactin, iturin, fengycin）、聚酮化合物和多肽类抗生素等多种抗菌物质，并形成生物膜增强定殖能力。放线菌中的链霉菌（Streptomyces）则是著名的抗生素生产者，但其在采后领域的应用仍处于探索阶段，较长的生长周期和复杂的营养需求是规模化应用的瓶颈。

植物天然产物的应用

植物天然产物种类繁多，包括酚类（如丁香酚eugenol、肉桂醛cinnamaldehyde、百里香酚thymol）、萜类（如芳樟醇linalool）、生物碱（如石蒜碱lycorine）以及精油（EO）等。它们主要通过破坏病原菌细胞膜完整性、导致内容物泄漏、抑制菌丝生长和孢子萌发、以及诱导果实系统抗性（如激活活性氧（ROS）清除系统和防御相关基因表达）等多种机制发挥抑菌作用。例如，丁香酚和肉桂醛能有效抑制灰葡萄孢菌丝生长；百里香酚和香芹酚（carvacrol）能破坏细胞膜结构。

提升生物防治效能的策略

针对微生物拮抗剂效价不稳定、环境适应性差的问题，研究人员发展了多种优化策略。适应性驯化（如亚致死温度、酸胁迫预处理）可提高菌株的抗逆性。将微生物拮抗剂与物理方法（如热水、UV-C照射）或化学助剂（如壳聚糖、水杨酸）结合使用，可产生协同增效作用。CRISPR-Cas9基因编辑技术可用于敲除微生物拮抗剂中的负调控基因（如Bacillus中的rapC, rapF, rapH），从而显著提高抗菌脂肽iturin A的产量。

针对植物天然产物含量低、稳定性差的问题，代谢工程提供了解决方案。通过在微生物底盘（如E. coli, 酵母）或植物底盘（如烟草、番茄）中异源表达关键酶基因，重构目标产物的合成途径，有望实现其高效可持续生产。此外，将植物天然产物包埋于可食用涂层或薄膜中（如壳聚糖基涂层、巴西棕榈蜡涂层），可以控制其释放速率，减少挥发和降解，从而延长作用时间并提高防效。例如，将百里香精油加入巴西棕榈蜡涂层中，可有效延缓甜椒灰霉病的发生。

综上所述，微生物拮抗剂和植物天然产物作为果蔬采后真菌病害绿色防控的核心策略，展现出巨大的应用前景。通过基因编辑、代谢工程、剂型优化等先进生物技术的赋能，可以有效克服其在实际应用中面临的效价不稳、含量有限、易降解等挑战。尽管从实验室研究到商业化应用仍面临监管政策、生产成本和工艺放大等诸多障碍，但基于微生物和植物的生物防治策略无疑是减少化学杀菌剂依赖、保障果蔬采后品质与安全、实现农业可持续发展的必然趋势和重要方向。未来的研究需要更加注重在实际供应链条件下验证和优化这些策略的稳定性和有效性，并推动相关法规标准的 harmonization，以加速其产业化进程。