果蔬作为日常膳食的核心组成部分,富含维生素、膳食纤维及有机酸等,是人体获取这类营养素的重要来源[1]。然而,采后果蔬受保鲜技术、运输贮藏条件制约,耗损率高,严重影响农户收益。而且,采后果蔬极易受到病原菌侵染,严重危害人类健康[1]。因此,有效延长果蔬采后的贮藏保鲜期,减少腐烂,对提升经济效益、保障食品安全具有重要意义。当前,果蔬采后病害防控常采用物理与化学保鲜方式,其中化学杀菌剂应用广泛。然而一方面,部分靶向杀菌剂可能加剧病原菌抗药性[2],另一方面,由于其对人体健康和环境有潜在不良影响,其大规模应用受到严格限制[1]。因此,寻找一种安全环保的采后保鲜技术迫在眉睫。
芽孢杆菌属(Bacillus spp.)是一类革兰氏阳性细菌,广泛分布于土壤、水及植物体表等多种环境中,其在生物防治领域展现出显著的潜在应用价值[3]。数据显示,在土壤、根际及植物体内,芽孢杆菌占革兰氏阳性细菌总数的95%[4]。芽孢杆菌的菌体通常呈杆状,大小约为0.5～25 μm×1.2～10 μm[5]。尽管多种微生物能作为生物防治剂应对植物病害,芽孢杆菌却因其突出的耐受力而独具优势。其可通过形成芽孢进入休眠状态,从而耐受高温、辐射及酸碱环境[6],待条件适宜后再恢复为营养体[7]。在生物农药领域,芽孢杆菌因其独特的特性,成为开发与应用的首选菌株之一。芽孢杆菌在具有高安全性的同时(对人、畜及环境无害),还能合成脂肽类、聚酮类及多肽类[5]等多种次生代谢产物,因此在果蔬采后保鲜方面潜力巨大。本文将阐述芽孢杆菌防控果蔬采后侵染性病害的生防机理,讨论影响芽孢杆菌对采后果蔬保鲜效果的因素及总结芽孢杆菌在果蔬采后病害及保鲜中的应用,旨在为果蔬采后保鲜研究及绿色、新型保鲜技术创新奠定理论基础。
1 芽孢杆菌防控果蔬采后侵染性病害的生防机理
目前对芽孢杆菌防控果蔬采后侵染性病害的能力研究有限,常见的防控机理主要分为两大方面:对病原真菌的抗菌活性以及诱导果蔬产生抗性。这些机制共同促进了芽孢杆菌属作为生物控制剂的有效性(图1)。
图1 芽孢杆菌防控果蔬采后侵染性病害的多重作用机制
Fig.1 Mechanisms of action of Bacillus spp.against postharvest diseases in fruits and vegetables
1.1 竞争作用
在生长过程中,由于芽孢杆菌自身对营养物质和氧气需求较低,同时生长繁殖速度快、菌体较大,其能在短时间内占据更多的营养与空间,侵占病原菌的生存环境,进而实现防治效果[8-9]。ZHANG等[10]研究发现贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)具有很强的竞争能力,其形成的生物膜可迅速在茄子表面定殖,与病原菌争夺营养和空间。BU等[11]研究发现枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)可稳定定殖于番茄果实表面,通过与病原菌竞争营养物质显著抑制番茄采后灰霉病的发生。芽孢杆菌可以稳定定殖于果蔬表面,凭借“抢先占位+争夺营养”策略显著抑制病原菌生长。
芽孢杆菌既通过争夺碳源、氮源来限制病原菌增殖,又能在铁元素匮乏的采后损伤部位微环境中,通过分泌嗜铁素竞争铁元素,从而有效抑制病原菌的生长与致病性。B.velezensis YL2021产生的嗜铁素对革兰氏阳、阴性菌和辣椒疫霉等多种病原菌具有广谱抗菌活性[12]。由此可见,通过空间占位以及对碳、氮、铁等关键营养物质的全面争夺,芽孢杆菌对病原菌构成了有效的营养竞争,此为其发挥保鲜功效的核心机制之一。
1.2 拮抗作用
拮抗作用是芽孢杆菌最为核心的生防作用之一,该机制也是筛选自然生防微生物的关键指标,其关键在于能合成结构多样、活性广泛的抗菌代谢产物。这些抗菌物质主要通过核糖体与非核糖体2种合成途径合成,并可根据其化学性质与功能分为脂肽、细菌素、水解酶及挥发性有机物等主要类型[13]。
核糖体合成途径利用菌体氨基酸聚合生成抗菌物质,主要产物有水解酶、细菌素及活性蛋白等。一些水解酶可水解病原菌细胞壁中的关键成分(例如几丁质、葡聚糖),使病原菌菌丝扭曲、变形,影响其生长,甚至直接导致其死亡[14]。同样,细菌素也表现出广谱的抗菌活性,其通过干扰细胞壁合成或损伤病原菌细胞膜来抑制病原菌[15]。
芽孢杆菌通过非核糖体合成途径可生成非核糖体肽、聚酮化合物、脂肽及挥发性抗菌物。其中脂肽[表面活性素(surfactin)、芬原素(fengycin)和伊枯草菌素(iturin)等]是其中研究最为深入的抗生素化合物[16]。因其具有较强抗菌活性、低毒、耐高温等特性,受到广泛关注。脂肽通过形成孔隙或离子通道透化病原菌孢子和菌丝,改变细胞膜渗透性,导致细胞死亡[17]。表1显示,从西瓜到柑橘再到葡萄,不同类型的脂肽对多种采后病原真菌均表现出显著的抑制作用,这印证了其作用机制的广谱性。值得注意的是,某些脂肽(如iturin A、fengycin A)在导致膜损伤的同时,还能引发病原菌细胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)的异常积累,这可能是推动其走向程序性死亡的另一个关键因素[23]。此外,芽孢杆菌生成的挥发性物质(volatile organic chemicals,VOCs)也具备抑菌功能,可有效抑制病原菌的生长活性[26],其中包括醇、醛、酮、酸和萜类等。相比之下,VOCs则提供了一种“非接触式”的抑菌策略。其能在一定空间内自由扩散,从而能在未与果蔬直接接触的情况下抑制病原菌的生长,这种特性使其在采后熏蒸处理和保护性包装等特定场景中具有独特的应用潜力。
表1 芽孢杆菌抗菌代谢物及其对果蔬病原菌的抑菌机制
Table 1 Inhibitory mechanisms of Bacillus antimicrobial metabolites against postharvest pathogens in fruits and vegetables
代谢物类型代谢物类型主要产生菌株果蔬(病原菌)作用机制参考细菌素抗菌肽BaD9蜡样芽孢杆菌(Bacillus ce-reus)金黄色葡萄球菌破坏细胞膜的通透性[18]水解酶几丁质酶多粘类芽孢杆菌(Paeniba-cillus polymyxa)YF番茄[灰霉病菌(Botrytis cinerea)]降解病原菌细胞壁,导致菌丝畸变、穿孔[19]水解酶纤维素酶B.subtilis J6-1 桃(褐腐病菌)降解病原菌细胞壁,导致菌丝畸变、穿孔[20]iturin A、fengyci、surfac-tin B.subtilis IBFCBF-4西瓜(枯萎病菌)诱导病原菌菌丝肿胀,抑制生长[21]脂肽 iturin、fengyci、surfactin解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)F9柑橘(溃疡病菌)抑制致病变种胞外酶的产生,诱导细胞壁损伤并引发内容物泄漏[22]脂肽 C15iturin A、C18fengycin A B.velezensis NH-13-5 葡萄(B.cinerea)破坏细胞膜完整性,导致内容物泄漏,诱导活性氧异常积累[23]surfactin、fengycin、bacillaeneB.velezensis ZM202201 柑橘[指状青霉(Penicil-lium digitatum)病菌]抑制分生孢子萌发和诱导果实防御反应[24]挥发性有机物3-甲基-1-丁醇、s-甲基丁硫酸酯和2-甲基-2-(甲硫基)丙烷B.cereus N4桃(褐腐病菌)抑制菌丝生长、孢子萌发率和分生孢子的产生[25]
尽管各类抗菌代谢产物的化学本质和作用靶点各有不同,但其最终都通过干扰病原菌正常的生理生化过程,达到抑制其生长和致病性的目的。这些机制与竞争、诱导抗性等共同构成了芽孢杆菌高效生物防治的协同网络。
1.3 寄生作用
寄生作用是芽孢杆菌抑制病原菌的重要生物防治机制之一,其核心在于芽孢杆菌能够通过物理接触、酶解与营养竞争等方式破坏并利用病原菌体。其表现为生防菌附着缠绕病原菌丝,分泌胞外酶降解细胞壁,引发穿孔畸形,随后侵入菌丝内部。人参B.cinerea和根腐病菌(Fusarium solani)经B.subtilis B11处理后,菌丝发生显著畸变,有效抑制其生长[27]。某些情况下,芽孢杆菌甚至还利用病原菌提供的营养繁殖,最终导致病原菌死亡[28]。然而,针对果蔬采后保鲜,芽孢杆菌的寄生机制并非主要作用因素。这主要源于两方面限制:第一,相较于病原菌对果蔬的快速侵染,芽孢杆菌的寄生作用呈现滞后性;第二,一定数量病原菌的存在是芽孢杆菌维持有效寄生作用的前提,这与采后保鲜需彻底清除或高效抑制病原菌的目标存在矛盾。因此,针对采后突发或快速传播的病害,基于寄生作用的生物防治相对有限。
因此,寄生作用也许在生长周期更长、病害发生更呈现逐步式的采前田间病害防控中往往能展现出更大的应用潜力与价值。在田间环境中,芽孢杆菌有更充足的时间在果蔬体表定殖、增殖,并与病原菌建立寄生关系,从而在病害发生的早期进行干预。
1.4 诱导抗性作用
芽孢杆菌诱导抗性作用这一过程通常涉及果蔬结构和生化防御2个层面。在结构防御层面,果蔬在芽孢杆菌或其代谢产物诱导下,通过积累木质素、抗菌素及合成溶菌酶等途径增强细胞壁抗性,从而激发自身抗病性以抵抗病原菌。例如,木质素通过沉积到细胞壁上影响植物组织木质化的形成,从而限制病原菌的侵染[29]。而在生化防御层面,更为复杂多样。一方面,果蔬会激活相关酶的合成,如几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶,这些酶能直接攻击并降解病原菌的细胞壁。另一方面,可以促进酚类、黄酮类等抗菌物质的积累。研究证实,在茄子表面接种B.velezensis,不仅诱导抗性相关次生代谢物(木质素、黄酮类等)合成基因表达的上调,同时增加这些代谢物在茄子中的积累,增强茄子对软腐病的抵御能力[10]。值得关注的是,上述防御反应的启动与协调,依赖于植物体内复杂的信号网络。大量证据表明,芽孢杆菌及其代谢产物主要激活的是茉莉酸和乙烯信号通路,从而诱导系统抗性。例如,当拟南芥遭受B.cinerea番茄致病变种侵染时,B.amyloliquefaciens SQR9产生的诱导物质,激活了其体内的茉莉酸、水杨酸和乙烯信号通路[30]。与此同时,B.subtilis CF-3 VOCs则能直接诱导病原菌的致病关键基因cutA的下调,其敲除证实了该基因在削弱病原菌侵染能力中的重要作用[31]。总之,诱导抗性实质上是信号通路介导的系统防御,其通过整合物理屏障防御、防御相关蛋白激活及抗菌物质积累等多层次防御响应,为采后果蔬提供了有效的抗病性。
1.5 多重机制的协同作用
在真实的生物防治中以上所述的机制并非孤立运行,而是构成一个紧密互补的防御网络来对抗病原菌的侵染(图1)。而芽孢杆菌卓越的保鲜效果,也正源于此多重机制的协同。该协同过程通常始于竞争作用,芽孢杆菌通过快速定殖与营养掠夺,在果蔬表面成功抢占生存环境,为后续作用奠定基础。随后拮抗作用被启动,其分泌的脂肽、细菌素等抗菌物质能直接攻击并削弱病原菌的活力。与此同时,部分芽孢杆菌所释放的VOCs,能够在不与果蔬直接接触的条件下,诱导果蔬激发自身的系统抗性机制,进而增强其抗病抗逆能力。如表2内容所示,B.velezensis与暹罗芽孢杆菌(Bacillus siamensis)分别对草莓青霉病和番茄灰霉病的高效防控,证实协同运用多重机制是芽孢杆菌在不同果蔬体系中发挥效果的核心。
表2 芽孢杆菌在采后果蔬病害生物防控中的抑菌机制
Table 2 Antifungal mechanisms of Bacillus in the biocontrol of postharvest diseases of fruits and vegetables
名称果蔬种类病原菌作用机制参考B.velezensis草莓 P.digitatum、链格孢(Alternaria alter-nata)营养物质和空间的竞争、宿主防御反应关键酶与相关物质[32]柑橘 粉红单端孢(Trichothecium roseum)营养物质和空间的竞争、细菌素、宿主防御反应关键酶与相关物质[24]桃子 细极链格孢菌(Alternaria tenuissima)和禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)营养物质和空间的竞争[33]柑橘 P.digitatumVOCs、脂肽、宿主防御反应关键酶与相关物质、营养物质和空间的竞争、抑制孢子形成和发芽[34]黄瓜 胡萝卜软腐果胶杆菌(Pectobacterium ca-rotovorum)营养物质和空间的竞争、次生代谢物、宿主防御反应相关基因[35]B.amyloliquefa-ciens西瓜 尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)次生代谢物、营养物质和空间的竞争、抑制孢子形成和发芽[36]地衣芽孢杆菌(Ba-cillus lichenifor-mis)桃子 匍枝根霉(Rhizopus stolonifer)宿主防御反应关键酶、相关物质及关键基因[37]B.subtilis梨 黑斑病菌(Alternaria brassicicola)营养物质和空间的竞争、宿主防御反应关键酶、相关物质及关键基因[38]短小芽孢杆菌(Ba-cillus pumilus)猕猴桃丁香假单胞菌猕猴桃致病变种(Pseudo-monas syringae pv.actinidiae)小分子代谢物、营养物质和空间的竞争、宿主防御反应关键酶、相关基因[39]B.siamensis番茄 B.cinereaVOCs、宿主防御反应关键酶、相关物质及关键基因[40]
2 影响芽孢杆菌对采后果蔬保鲜效果的因素
2.1 贮存环境条件
2.1.1 温度
过高或过低的温度会影响芽孢杆菌的生长和繁殖,从而影响果蔬采后的保鲜效果。戴悦等[41]发现不同发酵温度对B.cereus M15发酵液抑菌物质活性有影响,发酵温度在30 ℃时,发酵液对4种指示菌的抑菌效果最佳。同样张雨萌等[42]研究了B.velezensis TP-1拮抗菌液对在常温和低温(25、4 ℃)2个不同温度下对葡萄果实接种病原菌后的腐烂率和果实品质的影响,研究发现在贮藏期间,常温处理虽在防腐与品质保持方面优于低温,但低温环境能显著延长葡萄的贮藏期。温度对B.siamensis N-1的生长具有明显的影响,通过绘制N-1菌株的吸光度值与温度的相关曲线可以得出,N-1菌株的最适生长环境温度约为30 ℃,过高或过低的温度都会对N-1菌株的生长产生不利影响[43]。
2.1.2 水分活度(Aw)
芽孢杆菌需要水分来生长和繁殖,因此食品中的水分含量对其保鲜效果有很大影响。如果食品中的水分含量过低,芽孢杆菌就会死亡;如果水分含量过高,则容易导致食品变质。所处环境的Aw对芽孢杆菌芽孢的形成、萌发及其抗逆性均有作用。当Aw变化时,最高芽孢浓度(Smax)会受到显著影响,在Aw为0.945时,Smax仅为3.0×104 CFU/mL,而在Aw为0.996的最适条件下,Smax可达6.54×108 CFU/mL[44]。
2.1.3 氧气含量
贮藏环境中的氧气含量是影响芽孢杆菌活性及其与病原菌竞争关系的关键因素。大多数芽孢杆菌属于需氧菌或兼性厌氧菌,其对低氧气含量环境的耐受性通常优于许多好氧型的病原菌。因此,通过技术手段适度降低氧气浓度,可能选择性地抑制病原菌生长,从而间接增强芽孢杆菌的生防效果。气调包装(modified atmosphere packaging,MAP)是调控贮藏环境气体成分的有效手段,在与芽孢杆菌结合使用时被视为是一种高效的协同保鲜策略。研究显示B.subtilis与聚丙烯材质MAP(包装内气体环境约14% O2,5% CO2)结合使用时,能有效控制荔枝腐烂与果皮褐变,并显著保持果实色泽与品质[45]。
2.1.4 pH值
芽孢杆菌对pH值的适应性较强,可以在酸性或碱性环境中生存。但是,过高或过低的pH值会影响芽孢杆菌的生长和繁殖,从而影响食品的保鲜效果。尤文静等[43]通过绘制B.siamensisN-1菌株的吸光度值与pH值之间的相关曲线得出:pH值为6.0～9.0是N-1菌株适宜的生长环境,其中pH值为7.0最适宜,此时吸光值最高。此外在不同pH值处理条件下,B.velezensis SX-45提取物对人参F.solani的抑菌效果存在明显差异,结果发现当pH值为1和3时,提取物抑菌作用显著低于其他pH值处理,说明强酸性条件会降低SX-45提取物的抑菌活性[19]。
2.2 浓度及应用方式
2.2.1 浓度
不同浓度的芽孢杆菌处理可能会影响果蔬采后的抗病性和品质保鲜效果。通过设置不同浓度的B.velezensis发酵液来抑制灰霉菌丝的生长,结果表明发酵液抑制灰霉的生长,并且呈现剂量依赖的特性[8]。郗良卿等[46]发现1×109CFU/mL的B.velezensis发酵液对甜樱桃软腐病具有显著抑制效果,处理后果实发病率仅为20.58%,并且随着发酵液浓度的降低,抑制软腐病效果越弱。
2.2.2 应用方式
芽孢杆菌的应用方法也会影响其保鲜效果,例如采前喷施和采后浸泡处理可能会导致不同的保鲜效果。芽孢杆菌的采前施用能增强其在果实表面定殖能力,同时抑制贮藏阶段的病原菌侵害;采后施用则有助于维持果蔬品质稳定。郑香香等[3]采用芽孢杆菌B271菌株处理液分别于杏采前10 d喷施及采后浸泡处理发现,采前喷施处理后的杏果实在贮藏过程中的腐烂率要低于采后浸泡处理。GAVA等[47]发现在芒果生长期持续进行B.subtilis QST713喷施处理,可显著降低果实在货架期内的腐烂率。YU等[48]在蓝莓栽培期间喷施3种混合芽杆菌(B.amyloliquefaciens JC65、B.licheniforims HS10和B. subtilis 7ze3)后,产量提高了14.56%,同时蓝莓果实品质也得到改善。在番茄采后早疫病与软化的控制研究中,高振峰等[49]对比分析不同质量浓度B.velezensis ZSY-1脂肽物质采前喷雾和采后浸泡2种处理方式的效果。结果表明,在采后浸泡处理下,质量浓度为200、400 μg/mL的脂肽物质处理表现最佳,整体效果显著优于采前喷雾处理。
芽孢杆菌作为保鲜剂还可以制备成保鲜包装产品用于果蔬保鲜。B.amyloliquefaciens GSBa-1结合壳聚糖涂布于聚乙烯(polyethylene,PE)膜上制备成保鲜膜,可以更好地维持芒果的硬度、色泽,减缓呼吸强度和乙烯释放量,降低贮藏期间发病率,从而延缓芒果的成熟与衰老进程[50]。芽孢杆菌w176发酵物与可生物降解的天然多糖魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan,KGM)和可得然胶(curdlan gum,CUD)复配制备得到复合膜,该复合膜对柑橘的P.digitatum P44和意大利青霉(Penicillium italicum)B3均有明显的抑菌作用[51]。同样也有研究证明将芽孢杆菌产生的抑菌活性物整合到可食涂膜或其他载体中,可协同提升果蔬保鲜效能。许琳琳[52]指出,将B.subtilis环脂肽-海藻酸钠成膜液处理蓝莓后,果实表面微孔被有效封闭,菌落总数显著下降,呼吸速率与水分流失同步减缓,从而抑制软化并延长保鲜期。
利用芽孢杆菌及其挥发性代谢物进行熏蒸处理,也是果蔬采后保鲜的有效策略。高空芽孢杆菌(Bacillus altitudins)h217产生的VOCs能够抑制P.digitatum的生长[53]。LING等[54]首次发现了东洋芽孢杆菌(Bacillus toyonensis)D-6 VOCs和从VOCs鉴定出的抗真菌活性物质3-甲基戊酸都可以有效控制葡萄的采后病害。另一项研究发现,B.velezensis P2-1 VOCs能够抑制轮纹病菌(Botryosphaeria dothidea)的生长,从P2-1菌株VOCs中鉴定出6种具有强抗真菌活性的化合物(2-辛醇、乙酸、2-甲基丁酸、丁酸、异丁酸和丙酸),这6种化合物可以完全抑制B.dothidea的生长[55]。这些研究表明,芽孢杆菌VOCs中富含多种抗菌次级代谢产物,能在不直接接触果蔬的情况下抑制病原菌生长,在生物防治方面具有良好的应用潜力。
2.3 果蔬种类与成熟度
除上述外部环境因素外,果蔬自身的内部因素也是决定芽孢杆菌保鲜效果的关键前提。不同的果蔬为芽孢杆菌与病原菌的相互作用提供了不同的环境。
果蔬的种类决定了其表面的微环境。浆果类果实果皮脆弱、组织柔软多汁,为微生物的侵入与生长提供了便利,但也更利于芽孢杆菌的定殖与营养获取;而柑橘类果实拥有厚实的表皮和油脂层,对微生物的侵入构成了物理屏障。此外,不同果蔬表面分泌的糖类、有机酸、氨基酸等营养物质在种类与数量上存在差异,这直接为芽孢杆菌提供了截然不同的营养竞争基底。果蔬的采后成熟度是一个动态变化的关键变量。对于呼吸跃变型果实而言,其在成熟过程中经历呼吸速率和乙烯释放的变化,果实组织随之软化,细胞壁结构降解,营养物质组分改变。这一过程不仅加速了病原菌对果实的入侵,还对芽孢杆菌所处的微环境造成改变。因此,芽孢杆菌的施用时机需精准匹配果实的生理状态,通常在成熟早期或呼吸跃变启动前进行处理,能最大化其保鲜潜力。
3 芽孢杆菌在果蔬采后病害及保鲜中的应用
3.1 采后果蔬外观及营养品质
采后果蔬在呼吸作用及多种生理生化作用下,其外观容易发生明显变化,例如变软、皱缩与色泽改变等。因此,采后贮藏的关键在于延缓衰老进程,通过抑制呼吸速率和乙烯生物合成,减缓了细胞壁降解酶的活性,从而维持了硬度;通过调控酚类代谢和抗氧化系统,有效减缓了维生素C等营养物质的降解,维持果蔬的综合品质。刘奎等[56]采后喷洒B.subtilis BS-1发酵液能降低猕猴桃失重与腐烂率,延缓软化、提升脆性与紧实度,进而提升猕猴桃贮藏品质。并且发酵液的保鲜效果更为明显。经B.amyloliquefaciens LY-1采后喷施处理后,荔枝果实表皮亮度、色素含量(黄酮、总酚、叶绿素等)增加[57]。果蔬采后持续的代谢过程伴随着营养物质的消耗与品质劣变。其中,维生素C和多酚类物质是关键营养物质,其对果蔬的外观色泽、食用风味及营养价值具有直接影响。将B.velezensis TP-1菌液浸泡处理与低温贮藏联用,可显著抑制采后葡萄腐烂率、失重率及相对电导率的升高,并有效延缓其硬度、可滴定酸、可溶性固形物及维生素C含量的下降,维持果实色度稳定[42]。同样B.velezensis NH-13-5菌株显示出对采后葡萄有着很好的保鲜潜力,经菌液浸泡处理后的葡萄具有更高的维生素C、可滴定酸、可溶性糖含量和硬度等,并且经过口服安全性评估,菌株NH-13-5属于非急性毒性级别[18]。李佳怡等[58]发现B.siamensis N-1菌液采后浸泡处理能够延缓芒果硬度下降,保持较高的类黄酮含量,有效维持芒果果实的贮藏品质。
3.2 采后果蔬病害
果蔬在采后贮藏和运输中,极易遭受由真菌引发的多种病害侵袭。真菌病害潜伏后在一定时期集中爆发,大幅缩短果蔬的贮藏时间和货架期。现有的研究表明,采后果蔬病害主要包括软腐病、炭疽病、灰霉病、褐腐病、青霉以及链格孢菌等[59]。采前采用埃吉类芽孢杆菌(Paenibacillus elgii)SWL-W8菌液进行浇灌处理,对白菜软腐病的预防效果为79.7%,治疗效果为64.4%[60]。采后辣椒经B.velezensis HG-8-2菌液接种处理后,对炭疽病表现出显著抗病性[61]。经采前菌液灌溉处理,B.velezensis 12Y对灰霉菌和加州灰霉菌(Botryotinia polyblastis)等6种草莓采后病原菌显示出广谱抗真菌活性,且对所有病原菌的抑制率均超过50%[32]。同样,B.velezensis D44与B.amyloliquefaciens SAV2230采后喷施处理,可分别增强桃子[62]与草莓[63]对褐腐病和青霉病的抗性,而B.amyloliquefaciens的脂肽提取物经采前喷施处理,也显著增强了番茄[64]对黑斑病的抗性。
3.3 商业化应用
尽管在现有研究中已经涌现出大量具有潜力的芽孢杆菌菌株,但其技术价值最终需通过商业化产品在产业链中的应用来体现。目前,已有部分产品成功实现了从实验室到市场的转化。例如,在国际上,SerenadeTMASO(活性成分为B.subtilis QST713)作为一种成熟的生物杀菌剂,已在多国登记并广泛应用于多种果蔬的采前及采后病害防治。在国内,以B.amyloliquefaciens、B.subtilis等为活性成分的微生物菌剂也陆续获得登记,标志着芽孢杆菌保鲜剂正逐步被市场接纳。
4 结语
随着社会经济、生活水平的提高,公众愈发关注饮食健康安全,对果蔬品质要求更高。微生物保鲜技术应运而生,成为果蔬采后保鲜领域的研究热点。尽管芽孢杆菌在果蔬采后保鲜领域已初见成效,但仍面临诸多待解难题:a)批准使用的稳定性较高的微生物保鲜剂品种稀缺,获证菌株寥寥可数,导致市售商业化产品种类单一、稳定性差,难以覆盖多样果蔬与复杂储运的场景;b)目前研究主要集中于芽孢杆菌的筛选与保鲜效果评价,但其具体代谢产物成分、功能及其是怎么作用于病原菌等方面机制仍尚未明确,还需进一步研究;c)现有多数文章多停留于温度、湿度、菌量浓度等单因素考察,忽视了微生物与果蔬表面微生物组、采后生理代谢、包装微环境等多因素协同关联效应,难以揭示其中的协同抑菌机制;d)单一的生物保鲜手段在应对果蔬采后保鲜需求时存在局限性,因此需要结合其他新型保鲜技术(低温贮藏、多糖涂层等)共同应用于果蔬保鲜。
展望未来,芽孢杆菌属微生物作为一种绿色安全的生物保鲜剂,前景广阔。在未来研究中,需整合多组学(基因组、转录组、代谢组、蛋白组)数据,系统解析芽孢杆菌-病原菌-果蔬三者互作网络,精准锁定关键抑菌代谢通路和信号分子,同时利用分子生物学知识结合基因编辑与合成生物学手段,定向强化脂肽、挥发性抗菌物等活性产物的合成效率,以满足不同果蔬采后保鲜需求。其次未来研究中应融合智能包装技术,将芽孢杆菌及其活性代谢产物与温敏、湿敏或pH响应型包装材料相结合,通过实时监测贮藏环境变化,智能调控菌体或抗菌物质的释放速率,实现精准抑菌与品质保鲜,推动生物保鲜技术向商业化、可控化和智能化方向发展。
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