在國家自然科學(xué)基金、教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金等的支持下，由江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院張紅印教授等科研人員歷時(shí)10年完成的“拮抗酵母控制水果采后病害的理論基礎(chǔ)研究”，日前獲得2016年度高等學(xué)?？茖W(xué)研究自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。該研究聚焦于拮抗酵母控制水果采后病害的理論基礎(chǔ)研究，取得多項(xiàng)重要進(jìn)展，對(duì)增強(qiáng)我國農(nóng)產(chǎn)品采后病害生物防治能力，發(fā)展能夠替代化學(xué)殺菌劑的水果采后病害綠色控制方法具有重要的引領(lǐng)作用。
提高拮抗酵母防治效力，關(guān)鍵科學(xué)問題亟待破解
我國每年水果、蔬菜產(chǎn)量巨大，但水果的采后病害損失也非常嚴(yán)重。研究表明，水果采后病害主要是由霉菌引起的，許多病原霉菌在水果上生長的時(shí)候能分泌產(chǎn)生真菌毒素，從而引起嚴(yán)重的食品安全問題。
張紅印教授在接受采訪時(shí)介紹說，長期以來，控制水果采后病害的主要措施是使用殺菌劑。但殺菌劑的長期和大量使用，嚴(yán)重危害食用者的健康，而且會(huì)污染環(huán)境，研究并利用化學(xué)殺菌劑的替代物來防治水果的采后病害，成為科學(xué)界的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。20世紀(jì)90年代末，國際上提出了用有益微生物（主要是拮抗酵母菌）進(jìn)行水果采后病害的生物防治思路，雖然此后該領(lǐng)域的研究受到學(xué)術(shù)界的重視，但從整體來講，目前水果采后病害生物防治仍處于起步階段。
張紅印說，在國際范圍內(nèi)，微生物拮抗菌劑尚未在果蔬貯藏保鮮中得到廣泛應(yīng)用，主要原因是商業(yè)生產(chǎn)條件下，拮抗酵母防治的效果往往不如化學(xué)殺菌劑的效果，從而達(dá)不到保鮮要求。因此，必須深入了解其控制水果采后病害的機(jī)制，才能提出定向提高拮抗酵母控制水果采后病害效力的新方法和新途徑。
張紅印認(rèn)為，提高拮抗酵母生物防治效力的三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題包括：一是用拮抗酵母替代化學(xué)殺菌劑控制水果采后病害，為水果的綠色、無公害儲(chǔ)運(yùn)提供了可能，其作用機(jī)理是什么？二是目前拮抗酵母菌劑沒得到廣泛應(yīng)用的主要原因，是其防治效力不如化學(xué)殺菌劑，提高拮抗酵母的防治效力，找到有效的方法和途徑，是將其實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的根本所在。三是一些拮抗酵母不僅能直接抑制水果上霉菌的生長，還可以防止霉菌產(chǎn)生真菌霉素，同時(shí)分解已經(jīng)存在的真菌毒素，因此，必須搞清楚拮抗酵母控制水果真菌毒素產(chǎn)生與降解的作用機(jī)理。
針對(duì)影響水果采后病害生物防治發(fā)展的難題，十年來，課題組聚焦拮抗酵母控制水果采后病害的理論基礎(chǔ)研究，開展了拮抗酵母防治水果采后病害的機(jī)制，定向提高拮抗酵母控制水果采后病害效力的方法、途徑及其作用機(jī)制和拮抗酵母控制水果真菌毒素產(chǎn)生與降解的機(jī)制三個(gè)方面的研究，并取得多項(xiàng)創(chuàng)新性科研成果，為拮抗酵母控制水果采后病害打下理論基礎(chǔ)。
分離篩選多株拮抗酵母，揭示拮抗酵母防治水果采后病害機(jī)制
張紅印等篩選分離了對(duì)水果采后病害具有良好防治效果的拮抗酵母菌株，并以其為模式菌株，研究了拮抗酵母防治水果采后病害的機(jī)制。研究人員從生態(tài)果園的土壤、葉片、花朵及果實(shí)表面，篩選分離到對(duì)水果采后病害具有較高抑制作用的酵母菌六株。對(duì)這六株菌株進(jìn)行系統(tǒng)分類鑒定，它們分別是膠紅酵母、卡利比克畢赤酵母、耶羅維亞酵母、粘紅酵母、羅倫隱球酵母和釀酒酵母。其中的三株：膠紅酵母、卡利比克畢赤酵母、耶羅維亞酵母是首次發(fā)現(xiàn)的對(duì)水果采后病害具有防治作用的酵母菌。
研究人員以膠紅酵母、卡利比克畢赤酵母、羅倫隱球酵母和粘紅酵母作為模式菌株，研究了拮抗酵母對(duì)水果采后病害防治的生理及分子機(jī)制。在生理層次，發(fā)現(xiàn)拮抗酵母主要通過營養(yǎng)與空間的競(jìng)爭(zhēng)、抑制致病霉菌孢子的萌發(fā)、降解霉菌的細(xì)胞壁成分直接在霉菌菌絲上生長、引起水果的應(yīng)激反應(yīng)提高水果對(duì)致病霉菌的抵抗能力、延緩水果的衰老進(jìn)程等來防治水果采后病害的發(fā)生。在分子層次，通過蛋白質(zhì)組學(xué)及轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)，對(duì)拮抗酵母處理前后蘋果果實(shí)蛋白及基因的表達(dá)進(jìn)行了分離和比較研究，結(jié)果顯示，經(jīng)拮抗酵母處理，蘋果中少數(shù)與抗性相關(guān)的蛋白及多種基礎(chǔ)代謝蛋白被誘導(dǎo)或抑制。
提出三種提高拮抗酵母防治效果途徑，達(dá)到或接近化學(xué)殺菌劑水平
張紅印等提出了三種定向提高拮抗酵母對(duì)水果采后病害生物防治效力的方法。一是提出了先用熱水、熱空氣、微波及臭氧等物理方法處理水果，再用拮抗酵母處理，從而提高拮抗酵母對(duì)水果采后病害防治效力的方法。研究發(fā)現(xiàn)物理處理是通過抑制水果上致病霉菌孢子的萌發(fā)及芽管的延伸、增強(qiáng)水果的自身抗病力來提高拮抗酵母對(duì)水果采后病害的防治效果。
二是提出了植物生長調(diào)節(jié)劑（水楊酸、茉莉酸甲酯、植酸、苯并噻二唑、抗壞血酸等）與拮抗酵母結(jié)合使用，從而提高其生防效力的方法。發(fā)現(xiàn)植物生長調(diào)節(jié)劑是通過促進(jìn)拮抗酵母在水果表面及傷口處的生長，提高其與致病菌對(duì)營養(yǎng)與空間的競(jìng)爭(zhēng)能力、誘導(dǎo)水果抗病性酶的分泌，從而提高水果對(duì)致病菌的抵抗能力等來提高拮抗酵母對(duì)水果采后病害的防治效力。
三是提出了生物激發(fā)子（幾丁質(zhì)、殼聚糖、海藻糖、牛蒡低聚果糖、甜菜堿等）誘導(dǎo)培養(yǎng)以提高拮抗酵母生物防治效力的方法。發(fā)現(xiàn)生物激發(fā)子誘導(dǎo)培養(yǎng)可以通過刺激拮抗酵母病程相關(guān)蛋白（幾丁質(zhì)酶、-l, 3-葡聚糖酶等）的分泌，促進(jìn)拮抗酵母在水果傷口處的生長，使其與病原菌的營養(yǎng)和空間競(jìng)爭(zhēng)能力加強(qiáng)，增強(qiáng)拮抗酵母對(duì)水果抗病性酶的誘導(dǎo)能力，從而提高水果對(duì)致病菌的抵抗力，增強(qiáng)拮抗酵母抑制水果脂質(zhì)過氧化作用，從而增強(qiáng)其延緩水果衰老的能力等來提高拮抗酵母對(duì)水果采后病害的防治效力。
上述三種方法可以顯著提高拮抗酵母對(duì)水果采后病害防治的效力，有些方法可以將拮抗酵母的防治效力達(dá)到或接近化學(xué)殺菌劑的水平，從而為拮抗酵母菌劑應(yīng)用于水果貯藏保鮮的實(shí)際生產(chǎn)提供了可能。
發(fā)現(xiàn)拮抗酵母控制降解水果真菌毒素機(jī)理，為開發(fā)微生物防治制劑奠定理論基礎(chǔ)
在拮抗酵母控制水果真菌毒素產(chǎn)生與降解的作用機(jī)理研究方面，張紅印等發(fā)現(xiàn)，膠紅酵母、卡利比克畢赤酵母等拮抗酵母，能夠控制蘋果上展青霉素及葡萄上赭曲霉毒素A（OTA）的產(chǎn)生，同時(shí)能夠降解已經(jīng)存在于蘋果及葡萄上的霉菌毒素。發(fā)現(xiàn)卡利比克畢赤酵母是通過抑制擴(kuò)展青霉孢子的萌發(fā)，從而抑制擴(kuò)展青霉在蘋果上生長、降解已經(jīng)存在于蘋果上的展青霉素等來控制蘋果上展青霉素的。通過研究膠紅酵母降解展青霉素的生理及分子機(jī)制，發(fā)現(xiàn)膠紅酵母活細(xì)胞在展青霉素的刺激、誘導(dǎo)下，會(huì)產(chǎn)生胞內(nèi)分解酶，從而將展青霉素降解。這一研究，為開發(fā)新型微生物防治制劑奠定了理論基礎(chǔ)。
以上述研究結(jié)果為依據(jù)，課題組獲得國家發(fā)明專利授權(quán)8件，發(fā)表學(xué)術(shù)論文65篇，其中SCI論文有38篇。發(fā)表的論文已被國內(nèi)外學(xué)者引用1568次，引用的期刊包括40余種國際期刊，他引論文來自37個(gè)國家和地區(qū)的134家機(jī)構(gòu)。張紅印還受邀為國際微生物領(lǐng)域權(quán)威期刊《微生物學(xué)評(píng)論（Critical Reviews in Microbiology）》《食品科學(xué)與技術(shù)趨勢(shì)（Trends in Food Science & Technology）》等撰寫綜述性論文，論述水果真菌毒素微生物控制及降解的研究進(jìn)展，并指出相關(guān)研究發(fā)展方向。研究成果在江蘇省推廣試用，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有廣闊的開發(fā)前景。
（潘鋒）
