生防芽孢桿菌對果蔬采后病害防治的研究進展

鄒 曼，陳雨詩，許春艷，楊相政，包汶婷，王傳增，朱配配，馬亞男，張 勇，辛 力，陳義倫, ，張 倩,

（1.山東省果樹研究所，山東泰安 271000；2.汶上縣市場監督管理局，山東濟寧 272000；3.山東農業大學食品科學與工程學院，山東泰安 271000；4.中華全國供銷合作總社濟南果品研究所，山東濟南 250014；5.山東省農業科學院黃河三角洲現代農業研究院，山東東營 257000；6.新泰市檢驗檢測中心，山東泰安 271200）

果蔬營養豐富，富含維生素、膳食纖維、礦物質、有機酸和果膠等，在居民膳食構成中占有重要地位。我國果蔬資源豐富，果蔬產業是僅次于糧食作物的第二大農業產業，其中水

果年產量近2.8億噸，蔬菜年產量達7.4億噸，均居世界第一位[1]。由于采后保鮮、預冷、分級、包裝與處理不當，冷鏈設施不足，水果和蔬菜的損耗率分別高達30%和40%，而發達國家僅為7%[2]，我國每年因采后腐爛導致的經濟損失約750億元，占果蔬產業總值的30%以上[3]。果蔬在采后貯運過程中發生病害和腐爛的原因包括果蔬自身組織的衰老，病原菌的侵染和運輸過程中引起的機械損傷等，其中病原菌侵染是主要原因。果蔬采后病害的控制主要依賴化學合成殺菌劑，但長期使用會導致環境污染、病原菌耐藥性增強等問題。生物防治具有綠色環保的特點，是近年來發展起來的新的研究領域。生防菌是一類抑制病原菌活性、控制病害發生和發展的有益微生物。

芽孢桿菌（Bacillus）是應用最為廣泛的生防菌，其種類多分布廣，易分離純化[4]，所產芽孢可制成粉劑、可濕性粉劑等多種劑型，且與化學農藥混用后不失活，是理想的生防菌[5]。目前國內外研究報道的生防芽孢桿菌主要有枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）、多粘芽孢桿菌（Bacillus polymyxa）、蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）、地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、巨大芽孢桿菌（Bacillus megaterium）和短小芽孢桿菌（Bacillus pumilis）等[6]。

真菌侵染造成的果蔬腐爛是當前需迫切解決的問題，拮抗微生物作為生物防治的一種，其無毒、綠色、安全和無抗藥性等特點使其具有更為廣闊的發展前景。本文對生防芽孢桿菌防治采后病害的種類、作用機制和在采后病害的應用現狀進行綜述，以期為其應用提供理論基礎。

1 生防芽孢桿菌防治采后病害的種類

1.1 對軟腐病害的防治

軟腐病是主要由歐氏桿菌屬（Erwinia）細菌和根霉屬（Rhizopusspp.）真菌引起的植物病害，病菌均為弱寄生菌，其主要侵染植物多汁肥厚的器官，如塊根、塊莖、果實、莖基等，主要侵染的果蔬種類包括草莓、櫻桃、馬鈴薯等。病菌從植物表面的傷口侵入，在擴展過程中分泌原果膠酶，分解寄主細胞間中膠層的果膠質，使細胞解離崩潰、水分外滲，致病組織呈軟腐狀。研究發現，枯草芽孢桿菌可抑制桃軟腐病病原菌匍枝根霉（Rhizopus stolonifer）[7]、獼猴桃軟腐病的主要致病菌葡萄座腔菌（Botryosphaeria dothidea）和擬莖點霉菌（Diaporthe nobilis）[8]。枯草芽孢桿菌Y-6抗菌肽對桃軟腐菌孢子壁具有溶解作用，抑制桃軟腐菌呼吸代謝、琥珀酸脫氫酶（succinate dehydrogenase，SDH）和蘋果酸脫氫酶（malate dehydrogenases，MDH）的活性[9]。解淀粉芽孢桿菌對由胡蘿卜軟腐果膠桿菌（Pectobacterium carotovorum）引起的馬鈴薯軟腐病具有抑制作用[10]。濃度為1×109CFU/mL的貝萊斯芽孢桿菌對甜櫻桃軟腐病的防治效果達到79.42%，能夠有效抑制匍枝根霉的生長[11]。埃吉類芽孢桿菌（Paenibacillus elgii）對白菜軟腐病的預防和治療作用分別為79.7%和64.4%，且能促進白菜種子萌發和生長[12]。

1.2 對炭疽病害的防治

炭疽菌是一類重要的致病真菌，主要包括膠孢炭疽菌（Colletotrichum gloeosporioides）、尖孢炭疽菌（Colletotrichum acutatum）、博寧炭疽菌（Colletotrichum boninense）等，主要侵染果實、葉片和莖稈，在果蔬全生育期均可發病，易侵染草莓、蘋果、香蕉、黃瓜、辣椒等果蔬。果實染病時先出現濕潤狀、褐色橢圓形或不規則形的病斑，稍凹陷，斑面出現明顯環紋狀的橙紅色小粒點，后轉變為黑色小點[13]。據報道，巨大芽孢桿菌的優勢種群BM-3103對芒果炭疽病菌（Colletotrichum gloeosporioides）具有拮抗活性[14]，該菌的乙酸乙酯粗提物對采后芒果炭疽病的體內防治效果與化學殺菌劑施保克相似，7 d后生防效果高達89.55%±1.12%[15]。另外，短小芽孢桿菌和蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis）對芒果炭疽病的抑制率分別高達94.28%和87.06%[16]。多粘類芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌的懸液處理收獲的蘋果，可減輕由兩種真菌病原體（膠孢炭疽菌和尖孢炭疽）引起的炭疽病[17]。枯草芽孢桿菌[18]和短短芽孢桿菌（Brevibacillus brevis）對柑橘采后炭疽病（Colletotrichum gloeosporioides）具有較好的防治效果[19]。貝萊斯芽孢桿菌對膠孢炭疽菌引起的草莓炭疽病具有良好的防治效果[20]。萎縮芽孢桿菌（Bacillus atrophaeus）對牛油果炭疽病（C. gloeosporioides）具有拮抗作用[21]。

1.3 對褐腐病害的防治

褐腐病又名菌核病、果腐病、實腐病等，是由子囊鏈核盤菌（Moniliniaspp.）引起的侵染性病害，致病菌分為以下4種：果生鏈核盤菌[Monilinia fructigena（Aderh.et Ruhl.）Hony]、核果鏈核盤菌[Monilinia laxa（Aderh et Ruhl.）Honey]、美澳型核果褐腐病菌[Monilinia fructicola（Winter）Honey]和串珠霉（Monilia polystroma）[22]。采前褐腐病通常在盛花期和采收前發生，在環境條件適宜時，采后褐腐病在運輸、貯藏、過程中發生比采前更為嚴重。褐腐病菌易侵染桃、杏、櫻桃、梨、白菜、西葫蘆等，最初在果面產生褐色圓形病斑，數日擴散全果，果肉也隨之變褐軟腐。褐腐病菌繁殖的最適溫度是25 ℃，在0 ℃的低溫下也可生存。研究表明，枯草芽孢桿菌對桃褐腐菌具有抑制作用[23]，且對果生鏈核盤菌引起的采后梨褐腐病具有抑制效果[24]。蘇云金芽孢桿菌不僅可以防治油桃采后褐腐病，還可用于油桃的采后保鮮[25]。地衣芽孢桿菌也可抑制油桃褐腐病[26-27]。解淀粉芽孢桿菌抑菌譜廣，對桃褐腐病菌的拮抗作用最強，以細菌懸浮液處理桃果實，對桃褐腐病防病效果可達70%左右[28]。特基拉芽孢桿菌（Bacillus tequilensis）對甜櫻桃褐腐病的病原菌美澳型核果褐腐病菌具有較好的抑制效果[29]。

1.4 對青霉病害的防治

擴展青霉（Penicillium expansum）是一種多細胞的絲狀真菌，是導致果實采后青霉病的主要致病菌，不僅會引起水果由外到內的腐爛，在侵染的過程中還會分泌真菌毒素-展青霉素[30]。擴展青霉孢子普遍存在于果實采后環境中并能長時間存活，在感染早期只潛伏于果實表面，當水果抗性下降時，孢子就通過傷口進入果實并快速蔓延，導致水果腐敗。果實被侵染后癥狀為腐爛后充水略變色的斑點中心出現白霉，或受害果實變軟，果肉褐色， 病果表面生有灰綠色霉層，易受侵染的果蔬包括蘋果、梨、獼猴桃、黃瓜等。芽孢桿菌屬中的枯草芽孢桿菌、短小芽孢桿菌和巨大芽孢桿菌均對檸檬果實上的青霉病具有顯著的抗性，主要作用方式為抑制桔青霉的菌絲生長和孢子萌發，同樣的抑制作用在柑橘果實上也被發現[31]。枯草芽孢桿菌對蘋果[32]和柑桔[33]青霉同樣具有抑制作用，解淀粉芽孢桿菌對蘋果[34]、梨[35]和柑桔的采后青霉病[36]均具有抑制效果。

1.5 對灰霉病害的防治

灰霉病（Gray Mold）是一類由灰霉菌（Botrytis cinerea）侵染而引起的導致果蔬腐爛的真菌性病害。葡萄孢屬真菌（Botrytisspp.）包含30多個種，俗稱灰霉病菌，其中灰葡萄孢是分布及寄主范圍最廣的一種。灰葡萄孢是一種死體營養型病原真菌，無性態屬于半知菌亞門葡萄孢屬，有性態屬于富氏葡萄孢盤菌屬。灰霉菌既可寄生也可腐生，其分生孢子可通過氣流、水滴等途徑傳播，因而不僅危害果蔬的花、莢、莖、葉、果實的正常生長，也嚴重危害果蔬采后貯藏。灰霉菌侵染果實后病斑處凹陷，引起褐變，覆蓋灰霉狀物，最后整個果實軟化腐爛，主要易發病果蔬包括桃、杏、櫻桃、葡萄、番茄和辣椒等。研究發現，芽孢桿菌對梨[37]和藍莓[38]的灰霉病具有抑制作用，可顯著降低梨貯藏過程中灰霉病菌的發病率。枯草芽孢桿菌可抑制番茄灰霉病[39]。貝萊斯芽孢桿菌能引起灰霉菌菌絲膨大、畸形[40]，對梨灰霉菌的活體抑制率為92.88%，其無細胞上清液對番茄和蘋果的灰霉菌感染率分別控制了67.3%和60.5%[41]。短短芽孢桿菌和多粘類芽孢桿菌可抑制草莓的灰霉病[42]。接種耐鹽芽孢桿菌的草莓，培養4 d后灰霉病率明顯低于對照，且具有顯著的誘導酶活性和抗病性相關化合物[43]。

1.6 對鏈格孢屬引起的采后黑斑病的防治

鏈格孢屬（Alternaria）真菌是極為常見的一類真菌，在自然界中分布十分廣泛，對生態環境和基質的適應性較強，95%以上的種均能兼性寄生于植物上，是引起果蔬發病的主要病原菌，其病斑多為圓形或近圓形，常有輪紋，深色，具暗色霉層，一般被稱為黑斑病[44]。眾多鏈格孢屬中茄鏈格孢（A. solani）和蕓薹鏈格孢（A. brassicae）是世界廣泛分布的種，蕓薹鏈格孢常導致十字花科蔬菜發生黑斑病。果蔬被侵染后局部產生淡褐色或棕色腐敗病斑，組織裂縫中長出絨毛狀灰色真菌菌絲，梨、馬鈴薯、辣椒和番茄等極易被侵染。鄭香香等[45]研究發現三種芽孢桿菌HB-2、B1和X發酵液均能顯著抑制鏈格孢菌菌落的生長，同時有效降低極早熟桃采后腐爛率，較好地維持果實品質。銀杏內生芽孢桿菌Q7代謝產物能夠破壞蘋果鏈格孢霉的細胞膜，增加細胞膜的通透性，加劇膜脂質過氧化，對機體代謝酶的酶活力也有明顯的抑制作用[46]。枯草芽孢桿菌對冬棗[47]和梨黑斑病[48]有抑制作用，多黏類芽孢桿菌HT16對梨黑斑病菌的體外抑制率為53.2%[49]，甲基營養型芽孢桿菌對白菜黑斑病菌具有強烈拮抗作用并具有較廣抗菌譜，防效達到79.08%[50]。

2 生防芽孢桿菌的作用機制

2.1 營養和空間位點的競爭

營養和空間位點的競爭是指存在于同一微小生物環境中的兩個或兩個以上微生物爭奪這一環境內的空間、營養和氧氣等的現象[51]。生防菌可迅速地搶占果蔬傷口的營養空間生長存活并大量繁殖，盡可能快地消耗掉傷口營養，使得病原菌得不到合適的營養與空間條件而不能繁殖從而抑制病害的發生[52]。鐵元素的競爭也會影響拮抗菌-病原體的相互作用。解淀粉芽孢桿菌可產生嗜鐵素吸附土壤中的Fe3+，通過螯合作用運至植物體內，通過與植物病原微生物競爭生物體直接可利用的Fe3+，抑制病原菌的生長[53-54]。同樣的，解淀粉芽孢桿菌通過在采后枇杷果實上的定殖和占位抑制真菌病原菌生長[55]。內生枯草芽孢解淀粉芽孢桿菌桿菌 B47 菌株通過在番茄維管束中定殖而抑制內生病菌的生長[56]。

2.2 抗生作用

抗生作用是具有拮抗能力的微生物通過產生抗菌代謝物如毒素、抗生素和酶等來抑制病原菌的作用。芽孢桿菌最主要的特性就是能產生具有廣譜抗菌活性的多種次級代謝物[57]。芽孢桿菌全基因組中有5%至8%的基因專門用于次級代謝產物的合成，其中包含肽、脂肽、細菌素和其他生物活性物質[58]。對采后致病真菌最常見的有效抗生素化合物包括：芽孢桿菌屬產生的伊枯草菌素Iturin[59]；假單胞菌屬產生的吡咯菌素Pyrrolnitrin[60]和丁香假單孢桿菌產生的丁香霉素Syringomycin[61]。由芽孢桿菌合成的其它代謝物，如bacillomycin、surfactin和fengycin等也表現出抗菌和抗真菌活性[62]。環脂肽（lipopeptide，LPs）家族包括iturin，surfactin和fengycin等，由于其表面活性可提高防效的特性，是公認的具有潛在應用價值的化合物；此外，不同組的LPs對芽孢桿菌菌株具有不同優勢，刺激果實的抗性反應[63]。貝萊斯芽孢桿菌Y6產生的脂肽類物質能夠抑制大約60%的真菌孢子萌發，其中伊枯草菌素對真菌孢子萌發表現出較強的抑制作用，泛革素表現出較弱的抗真菌活性，表面活性素則沒有明顯的抑制真菌活性[64]。

貝萊斯芽孢桿菌ZSY-1脂肽物質在200～400 μg/mL時可有效降低番茄采后早疫病發病率、延緩果實軟化以及推遲番茄采后乙烯釋放高峰[65]。Calvo等[66]研究表明解淀粉芽孢桿菌代謝產生的伊枯草素iturin A對灰葡萄孢菌、桃褐腐病菌、擴展青霉、指狀青霉和意大利青霉等引起果蔬腐爛的病原真菌具有抑制作用；付瑞敏等[67]利用從解淀粉芽孢桿菌BA-16-8菌株發酵液中分離到的脂肽類抗生素芬枯草菌素對病原菌擴展青霉P. expansum進行處理，透射電鏡觀察發現，病原菌細胞膜變形退化，細胞核和線粒體被部分或完全破壞，其余各細胞器均發生明顯變化。解淀粉芽孢桿菌產生的揮發性有機物可抑制多種病原真菌生長，其中對香蕉枯萎病菌抑制效果最強，揮發性有機物中的2-Pentadecanone、6,10,14-trimethyl-等酮類物質以及Caryophyllene、Squalene等烯烴類物質可能是主要抑菌組分[68]。

2.3 誘導抗性

芽孢桿菌防治果蔬采后病害，不僅直接合成真菌活性代謝產物，也間接啟動多個防御反應機制。植物受到病原微生物侵染時，植物體內的防御保護酶活性會被誘導，從而提高植株體本身的抗病能力[69]。Jayapala等[70]研究表明芽孢桿菌BSp.3/aM通過增強防御相關酶的活性和增加酚類化合物的積累，來誘導果實對入侵病原體的抗性；蠟樣芽孢桿菌AR156處理可顯著誘導幾丁質酶和β-1,3-葡聚糖酶的活性，促進H2O2的積累，提高總酚含量和DPPH自由基清除能力，有效抑制匍枝根霉引起的腐爛[71]。研究表明，生防菌產生的抗真菌化合物也有助于誘導寄主對病原微生物的防御機制，防治果蔬采后病害。枯草芽孢桿菌產生的Iturin和Fungicin，可以誘導植物類苯丙烷代謝基因的表達，觸發ISR機制[72]。枯草芽孢桿菌產生的Bacillomycin D，可以顯著提高植物防御相關酶的活性，直接抑制真菌和激活櫻桃番茄防御相關基因、酶，控制匍枝根霉的生長[73]。枯草芽孢桿菌ABS-S14及其粗提物Iturin A，Fengycin和Surfactin，能控制青霉引起的柑橘病害，提高過氧化物酶（peroxidase Stain，POX）和苯丙氨酸解氨酶（phenylalanineammonialyase，PAL）活性水平[74]。拮抗菌代謝產物如抗菌蛋白、抗菌脂肽均可誘導植物產生抗性。

3 生防芽孢桿菌在采后病害的應用現狀

3.1 生防芽孢桿菌制劑的開發

美國Agraquest公司研制的枯草芽孢桿菌菌株的活菌殺菌劑Serenade TM和Souata AS，用于防治疫病、白粉病、灰霉病、霜霉病等病害。Taensa公司將解淀粉芽孢桿菌變種制成的商品Taegro TM，可用于防治根腐病和枯萎病[75]，同時，Taensa公司研發的生防芽孢桿菌菌劑MBI600、QST713、GB03、FZB42和AS43.3等可抑制白粉病、疫病和灰霉病等多種植物病害的致病真菌生長[76]。

國內現已開發出一批生防效果優良的枯草芽孢桿菌菌株，如Bs-916、B908、B3、B903、BII、PRs5、ZH-2、BL03、XM16[77]。孫力等[78]成功研制貝萊斯芽孢桿菌Can L-30可濕性粉劑，其對油菜菌核病和黑脛病都有一定的防效，并可提高油菜籽產量。張桂娟等[79]研制了多粘類芽孢桿菌246-1可濕性粉劑制劑，其與小白鏈霉菌的復配菌劑處理的黃瓜植株長勢茂盛，在株高、單果重及小區產量等方面都顯著高于其他處理，并能夠使黃瓜植株病害明顯降低。王小兵等[80]研制出的復合芽孢桿菌水分散粒劑能夠有效防治辣椒青枯病，并提高辣椒的產量和品質。由膨潤土、羧甲基纖維素鈉、凈洗劑等組成的解淀粉芽孢桿菌Y-3生物可濕性粉保鮮劑對番茄采后早疫病和灰霉病病原具有良好防治效果，可有效減少紅熟番茄貨架期的腐爛率和病果率[81]。

3.2 提高芽孢桿菌制劑生防效果技術的研究

一般情況下，單一使用拮抗菌效果弱于化學殺菌劑，且高濃度的拮抗菌生產成本高，不利于商業應用推廣，將拮抗菌與其他物質結合使用是提高拮抗效果的有效途徑。Alvindia[82]研究報道解淀粉芽孢桿菌DGA14與碳酸氫鈉結合，可以有效增強抑制效果，降低冠腐病發病率，處理效果與合成殺真菌劑效果相當，對果實品質沒有負面影響。史鳳玉等[83]研究發現，108～109CFU/mL枯草芽孢桿菌與2% CaCl2結合使用，對蘋果采后青霉病的抑制效果優于兩者單獨使用。巨大芽孢桿菌A6與兩種基因存在差異的枯草芽孢桿菌分離株（BY-2、Tu-100）結合使用，不僅能夠控制Sclerotinia sclerotiorum引起的油菜病害，還可促進油菜生長[84]。枯草芽孢桿菌分別與其他生防因子CaCl2、水楊酸、殼聚糖復配后，可降低拮抗菌的使用濃度，顯著提高生物拮抗菌的拮抗效果，其中與2% CaCl2和1%殼聚糖復配后的拮抗菌懸液其防效分別為72.81%和77.07%[48]。由此可見，拮抗菌與外源物質結合能夠顯著提高生防效果，有效控制采后病害。

4 展望

利用芽孢桿菌防治植物病害是目前農業生產上最常用的生物防治技術之一，已經成為國內外研究熱點。芽孢桿菌種類和數量眾多，抗逆性強，繁殖速度快，發酵工藝成熟，便于生產應用，對許多病原菌都有良好的抑制作用，也可誘導植物自身產生抗性，在果蔬保鮮等領域具有良好的應用前景。但目前生防芽孢桿菌的研究與應用方面還有一些不足，例如，微生物菌體或其代謝產物易受環境的影響導致防腐效果不穩定，商業化應用的生防菌劑較少等。因此，將來還需基于現代多組學等技術進一步明確生防菌的作用機理，通過基因組學、代謝組學等技術選育具有廣譜抗菌活性且耐不良環境的生防菌株，探究芽孢桿菌聯合其他抑菌物質結合使用效果等，實現生防芽孢桿菌菌株的大規模商品化生產和應用。