內生菌對食品資源品質的影響

◎ 丁麗娜，阮子琦，吳 淵，束 彤，阮 暉

（1.浙江大學生物系統工程與食品科學學院，浙江 杭州 310058；2.青海省食品檢驗檢測院，青海 西寧 810008）

植物組織中存在伴生微生物這一事實早已被認識。1992年，Kloepper等提出了“植物內生菌”概念，即能夠定殖在植物組織間隙或者細胞內部，并且與宿主植物建立起共棲共生、或互惠共養(yǎng)等關系的微生物，包括內生細菌、內生真菌、內生放線菌。后續(xù)發(fā)現，幾乎所有植物都有內生菌。內生菌廣泛定殖于植物器官組織的細胞或細胞間隙中，定植部位包括根、莖、葉、花、果、胚和種子等，植物根瘤實際上就是內生菌定植后的表現。農作物和藥用植物體內也普遍存在內生菌，例如，蔥的根、莖、葉，番茄的根、莖，油菜的根、莖、葉、花、種子，花生的根、莖、葉、種子，小麥的根、莖、葉、葉鞘，馬鈴薯的塊莖、種子、胚珠，棉花的胚根、棉鈴等，這些農作物的不同器官部位內均分離出大量內生菌。內生菌的存在對食品資源的品質產生顯著影響。

1 內生菌與宿主植物的關系

內生菌中有相當一部分與宿主植物之間形成共生互利關系，對宿主生長、代謝、抗逆（逆性因子包括旱、寒、高溫、鹽堿、昆蟲病害及微生物病原體等）等起著重要調節(jié)作用，其作用機制體現在以下方面：①幫助宿主產生生物活性物質，如抗生素類物質、水解酶、植物生長調節(jié)劑、生物堿等。②增加宿主對礦物質、重金屬以及有機物質的吸收能力，提高宿主對惡劣環(huán)境的適應性。③通過降低植冠溫度、增強水分吸收能力、增加宿主生物氧化及滲透調節(jié)能力等，提高宿主抗逆性。④與病原菌競爭營養(yǎng)物質，增強植物抵抗力或誘導植物產生抗性。

抗逆促生方面，已從小麥中分離出具有抗病原菌的內生菌，從柑橘中分離出具有耐冷性的內生菌，從食用菌中分離出對大腸桿菌、酵母菌、木霉菌都有抑制作用的內生菌。酥油草的根系內生菌使酥油草對磷、鈣、鎂的吸收能力更強，已從甘蔗、牧草、禾谷類植物水稻、玉米、小麥、高粱等以及棕櫚樹、塊根植物、甘薯等非豆科植物中分離得到多種具有固氮作用的內生菌。內生菌分泌多種胞外酶，如漆酶、蛋白水解酶等，為宿主植物利用有機養(yǎng)分提供便利。內生菌通過改變根部周圍環(huán)境緩解非生物壓力，如分泌胞外多糖改變土壤結構，從而提高植物根部對環(huán)境的適應性，促進植物生長。內生菌增加植物抗應激能力，例如麥角菌科內生真菌能提高禾草耐旱、耐貧瘠能力。內生蠟樣芽孢桿菌對小麥紋枯病菌具有抑制作用。從青蒿中分離的內生菌能夠分泌抗病活性物質，對棉花枯萎病、小麥赤霉病都有抗性。

在與作物聯合修復重金屬污染方面，植物益生菌對重金屬具有積累能力，在植物體內能夠降低重金屬毒性并影響重金屬運輸、聚集，通過固氮、溶解礦物元素及產生類植物激素、鐵載體、ACC脫氨酶等產物促進植物生長及對重金屬的吸收，其與宿主組成的共生體為土壤重金屬污染的植物修復提供了可能，這種植物-內生菌聯合修復重金屬污染方式非常獨特且對環(huán)境無污染，成本低廉，可持續(xù)性強。

2 內生菌對植物抗病和食品資源品質的影響

水果是一類重要的食品資源，水果中的內生菌對于水果在生產和貯存中的品質具有重要影響，微生物病原菌造成的水果腐敗變質與水果中內生菌菌相組成密切相關。

霉心病是蘋果和梨等水果的一種主要疾病，導致水果在貯存過程中爛心并由內向外擴散至整果。霉心病由多種弱寄生真菌復合侵染所致，發(fā)生在果心部位，一般在采收后貯運期間表現出癥狀，嚴重者采收前也可發(fā)病。初期，水果心室壁上形成褐色至黑褐色小斑，后整個果心變?yōu)楹诤稚谛氖覂乳L出霉狀物。霉心病表現有3種類型：①心室霉變型，多在收獲前發(fā)生，病變部位僅限于心室，在心室內產生霉狀物，發(fā)展初期基本不影響食用。②果心腐爛型，貯藏期發(fā)生較多，主要是梨果果肉從心室向外腐爛直到果實表面，果實不能食用。③混合型，即霉心和心腐同時發(fā)生，果實不能食用。

目前，已分離出霉心病病理真菌20多屬，主要是交鏈孢和串珠鏈孢，蘋果花粉、果實滲出液、營養(yǎng)物質如糖類等對病理真菌分生孢子萌發(fā)、菌絲體生長和進一步產孢繁殖擴散具有促進作用。

蘋果霉心病的侵染延續(xù)時間很長，從蘋果暴芽至果實萼筒封閉前的整個時期，病菌均可侵染蘋果花器組織，但以蘋果暴芽、顯蕾、初花、盛花等時期為主要侵染時期，病原菌通過芽鱗片、雌蕊、雄蕊及萼筒等花器組織進入果心。在蘋果果實形成過程中，病理真菌分生孢子萌發(fā)、菌絲體生長和進一步產孢繁殖擴散，直至摘果貯藏后仍然進一步發(fā)展，最終導致整果無法食用。

對于霉心病的防治，除了化學防治方法如波爾多液、保濕劑中加用多菌靈、施用多效靈等之外，生物防治，即通過將抑制霉心病病原菌的拮抗微生物加入內生菌菌群中，也能夠起到顯著效果。從霉心病病果中分離到多種對霉心病病原菌表現出抑制作用的拮抗菌株，并且鑒別出了拮抗蛋白，對霉心病病原菌的抑制機制主要是生長空間競爭、抑制病菌孢子萌發(fā)、使孢子發(fā)芽異常、使菌絲畸變、細胞壁溶解、原生質泄露等。這些拮抗菌株一般屬于乳酸菌和芽孢桿菌，制成菌劑施用使之成為蘋果內生菌后，在田間試驗中均顯示效果明顯，并且對蘋果品質也有提升作用。

3 內生菌對食品資源中功效性成分形成的作用

植物體內的內生菌數量、種類與植物種屬、植物代謝途徑、植物化學物豐富程度、生存環(huán)境、生長階段、營養(yǎng)供給及基因型有密切關系，不同地區(qū)、不同環(huán)境下生長的同種植物組織中存在的內生菌種類、數量均有較大差異，這可能是造成食品資源營養(yǎng)與功效成分存在地域特殊性的重要原因。

植物內生菌對食品資源中功效性成分形成有重要貢獻。在調節(jié)宿主代謝、合成功效性成分方面，在百合中發(fā)現與其互利共生的植物益生菌，其代謝產物富含天然維生素E、天然維生素C、維生素B6、多糖、胱甘肽、類SOD及生物堿等活性成分，抗氧化高效顯著從蒲公英中分離出的植物益生菌對雞致病性大腸桿菌有較強抑制效果；從釀酒葡萄中分離出的植物益生菌能夠合成產白藜蘆醇；藥用植物體內的內生菌更是對功效性成分的合成起著關鍵作用，一些重要的抗腫瘤活性代謝產物，例如萜類抗腫瘤物質、生物堿類抗腫瘤物質、醌類抗腫瘤物質、木脂素類抗腫瘤物質、酶抑制劑抗腫瘤物質等，植物內生菌在這些物質的合成中貢獻了非常重要的代謝途徑。從短葉紅豆杉、秦艽、茶茱萸、銀杏、人參和小麥等植物的根、莖、葉內分離出的內生菌能產生與宿主植物相同或相似的活性物質。對于重要的抗癌先導物紫杉醇及其衍生物，從短葉紅豆杉、西藏紅豆杉、歐洲紅豆杉、南方紅豆杉等植物中分離出的多種內生菌均可合成。從夾竹桃科植物長春花中提取、對白血病和惡性淋巴瘤具有顯著療效的生物堿長春新堿。另外如有明顯抗腫瘤活性作用的布雷菲德菌素（大環(huán)內酯類紫杉醇衍生物）、球毛殼甲素A、殼囊孢酮B等，也存在類似情形，暨宿主植物的內生菌也能合成。

以枸杞為例，從枸杞花、果、葉、根皮中分離出81株內生菌，其中內生細菌39株、內生放線菌1l株、內生真菌31株，其中多株芽孢桿菌對植物病理真菌具有拮抗活力，并且從寧夏枸杞中分離到了具有抗氧化、抗病理真菌和抗腫瘤等活力的內生菌。枸杞中內生菌組成不同是否是造成不同產地枸杞中功效成分差異的一個重要原因，值得深入探討。

4 結語

內生菌在植物類食品資源中普遍存在，其中有相當一部分與宿主植物之間形成共生互利關系，這部分內生菌可以稱為植物益生菌，對植物類食品資源生長、代謝、抗逆等起著重要調節(jié)作用，并對食品品質產生重要影響。

同一種植物類食品資源在不同區(qū)域生長生產，所形成的食品產品在營養(yǎng)和功效成分組成有顯著差異，這種差異不僅與不同區(qū)域的地理氣候條件有關，而且很可能與特定區(qū)域條件所形成的內生菌菌相所發(fā)揮的作用也密切相關。

將植物內生菌中的植物益生菌開發(fā)成制劑，用于提升食品資源品質、提高農產品產量、改良土壤、保障食品安全（例如消減農藥殘留）等，以及通過調控植物內生菌菌相以豐富或提升植物資源中功效成分，具有廣闊的應用前景。