果蔬采后病害生物防治研究进展_黄健

1、西南园艺Southwest Horticulture2005年9月第33卷第5期:2325,38果蔬采后病害生物防治研究进展黄健曾顺德张迎君(重庆市果树研究所,江津402260摘要:本文主要对果蔬采后病害生物防治的微生物种类、拮抗机理及生物防治应用前景进行了介绍。关键词:果蔬采后病害;生物防治;进展中图分类号:S63+S476文献标识码:A文章编号:1008-1488(200505-023-04收稿日期:2005-04-05 Advances in the Biological Control of Postharvest Diseases of Fruits and VegetablesHu

2、ang Jian,Zeng Shunde,and Zhang Yingjun(Chongqing Fruit Research Institute,Jiangjin,Chongqing402260ChinaAbstract:This paper mainly introduced the antagonist microbial species,mechanism of antagonism and the foreground of application of the biological control for postharvest diseases of fruits and veg

3、etables.Key words:Postharvest disease of fruits and vegetables;Biological control;Advances果蔬采后病害造成的腐烂损失十分巨大。据统计报道,发达国家为l0%30%,发展中国家则高达40%50%。长期以来防治果蔬采后病害主要依靠化学杀菌剂,然而,连续使用化学杀菌剂易使病原真菌产生抗药性,易造成环境污染,且危害公众健康。上世纪80年代中期开始,在农作物大田病害生物防治蓬勃发展的带动下,生物防治果蔬采后病害成为研究热点,迄今为止,已从苹果、柑橘、梨、桃、猕猴桃等10余种水果上筛选出几十种拮抗微生物,目前商品化应用

4、的主要有:丁香假单胞杆菌(Ps eudom onas s yr i ngae、枯草芽胞杆菌(Baci l l us subt i l i s、酵母菌(Candi da ol eophi l中的季也蒙毕赤酵母菌(Pi chi a gui l l i er-m ondi i等。1用于采后病害生物防治的微生物种类采后病害生物防治最早报道是Tr ons m o&D enni s (1977利用木霉菌(Tr i choder m a sp.控制草莓灰霉病。在已报道的拮抗微生物中,以细菌(bact er i a、酵母菌(yeas t、类酵母菌(yeast-l i ke应用最多。拮抗细菌主要有芽孢杆

5、菌(Baci l l us s ubt i l i s、假单胞杆菌(P. spp.、土壤放射杆菌(A gr obact er i um r adi obact er等。芽孢杆菌包括枯草芽孢杆菌(B.subt i l i s、多粘芽孢杆菌(B.pol ym yxa、短小芽孢杆菌(B.pum i l i s、蜡状芽孢杆菌(B.cer eus、巨大芽孢杆菌(B.m egat er i um等;假单胞杆菌(Pseudom onas spp.主要有荧光假单胞杆菌(P.f l uor es cens、洋葱假单胞杆菌(P.cepeci a和恶臭假单胞菌(P.put i de等。拮抗酵母菌主要有:季也蒙毕赤酵

6、母菌(Pi chi a gui l l i er m ondi i、隐球酵母菌(Cr yp-t ococcus sp.、罗伦隐球酵母(C.l aur ent i i、假丝酵母菌(Candi da f am at a、季氏假丝酵母(Candi da gui l l i er-m ondi i、红酵母菌(R hodot or ul a gl ut i ni s、毕赤氏酵母菌属(Pi chi a m enbr anef aci ens、柠檬形克勒克氏酵母(K l oecker a api cul at a等。2作用机理果蔬采后病害生物防治拮抗机理主要有抗生、竞争、寄生及诱导抗性等。2.1抗生作用通过

7、拮抗微生物分泌抗菌素来抑制病原菌。如枯草芽孢杆菌(B.subt i l i s分泌伊枯草菌素(i t ur i n;洋葱假单胞杆菌(P.cepaci a产生吡咯烷酮类抗菌素;木霉(Tr i choder m a sp.产生吡喃酮等1。能够产生抗菌素的微生物主要是细菌,且抗菌素多种多样,不仅同一种细菌可以产生多种抗菌素,而且一种抗菌素也可由多种细菌产生。自1945年Johnson等报道枯草芽孢杆菌产生拮抗物质以来,人们已从枯草芽孢杆菌的不同菌株中分离出几十种抗菌物质,这些抗菌物质是一类从简单分子到复杂化合物,即从杆菌肽(bacitracin、大环脂(cycleopetite到类似噬菌体颗粒等不同

8、成份组成的物质,也有一部分低分子量抗菌素、蛋白性抗菌物质。芽孢杆菌(Baci l-l us spp.产生的肽类抗生素,肽链多呈闭合环状,几乎没有游离的氨基和羧基,能忍受蛋白酶的作用,但也有对蛋白酶敏感的;多数抗菌肽拮抗细菌,少数拮抗真菌。即使拮抗真菌,也抑菌活性不强,抗菌谱窄,不能同时抑制多种丝状真菌。细菌素(Bact er i ci n主要成分是蛋白质、多肽、核苷酸、生物碱类。产生细菌素的细菌主要有:土壤放射杆菌(A.r adi obact er、丁香假单胞菌(P.syr i ngae、密执安棒形杆菌(Cl avi bact erm i chi ganesi s、菊欧氏杆菌(E.chr ys

9、ant hem i、甘蓝黑腐黄单胞菌(X ant hom onas cam pes t r i s等。木霉菌通过产生木霉素(trichodermin、胶霉素(gliotoxin、绿木霉素(viridin、抗菌肽(peptide antibi-otic等来抑制植物病原真菌。2.2竞争作用指物理位点、生态位点的抢占以及营养物质和氧气的竞争。在果蔬采后病害生物防治中,竞争作用尤为重要,由于引起果蔬采后病害的病原菌都是非专化性的死体营养菌,其孢子萌发及致病活动需要大量的外源养分,通过与病原真菌竞争果实表面的营养物质及侵染位点,从而降低果蔬表面病原真菌数量。已报道的众多酵母菌和类酵母菌主要以此作为生物防

10、治基础,酵母菌菌体繁殖速度快,可迅速扩大种群数量,占据病原真菌的侵染位点,阻止病原菌的侵入。2.3寄生作用以吸附生长、缠绕、侵入、消解等形式抑制病原菌。如拮抗酵母菌分泌胞外水解酶如几丁质酶(chitinases和-1,3-葡聚糖酶(-1,3-glucanases,将真菌细胞壁的主要成分几丁质和-1,3-葡聚糖分别降解为几丁质单糖、二糖和寡糖,从而破坏病原菌细胞骨架,表现出明显的抗真菌活性2;木霉菌通过侵入或穿透寄主菌丝细胞,产生几丁质酶、葡聚糖酶(包括-1,3-葡聚糖酶、-1,4-葡聚糖酶、-1,6-葡聚糖酶以及蛋白酶、脂酶等一系列水解酶类,以此消解病原菌的细胞壁。Castoria等在研究红酵

11、母及隐球酵母对苹果采后病害的生防机制时发现:展青霉(P.ex-pans um及灰葡萄孢(Bot r yt i s ci ner ea细胞壁都可以诱导红酵母及隐球酵母产生胞外-1,3-葡聚糖酶。Wisniewski发现毕赤氏酵母(P.gui l l i er m ondi i防治苹果灰霉病的效果强于汉逊德巴氏酵母(D ebar yom yces hanseni i,前者的-1,3-葡聚糖酶活性高于后者。在采后病害生物防治中,寄生作用被认为作用不太理想,因为作用缓慢,往往落后于病原菌对果蔬的侵害。另外,拮抗菌的存活与增殖需保持一定的病原菌密度,而果蔬采后病害防治,需完全排除和钝化病原菌。2.4诱导

12、抗性诱导植物抗性是生物防治的一个重要方面。植物在遭到病原物或非病原物诱导时,常常通过木质素、胼胝体和羟脯氨酸糖的沉积、植物抗菌素的积累、蛋白质酶抑制剂和溶菌酶(几丁质酶和脱乙酰几丁质酶等的合成来增强细胞壁的抗性,这些过程涉及苯丙氨酸解氨酶(PAL、过氧化酶(POD、多酚氧化酶(PPO与超氧化物歧化酶(SOD等酶的活性。拮抗菌诱导植物抗性在G-细菌如假单胞菌和真菌已有很多报道3,芽孢杆菌诱导植物抗性作用的报道相对较少,但已经证明诱导植物抗性也是其重要的生防机制之一4。Lppolito等5研究发现出芽短梗霉(A ur eobasi di-um pul l ul ans对苹果的-1,3-葡聚糖酶、几

13、丁酶和过氧化物酶有明显的诱导作用,范青等6研究发现拮抗菌季也蒙假丝酵母(C.gui l l i er m ondi i和膜醭毕赤酵母(P.m em br anef aci ens可刺激桃果实伤口几丁酶和-1,3-葡聚糖酶的产生。拮抗效果与拮抗菌、病原菌和植物有关,植物与拮抗菌、病原菌之间的作用涉及分子识别、信号传导和基因表达等一系列过程。如果想对诱导抗性有一个清楚的认识,必须在分子水平上深入了解植物产生诱导抗性的生理生化变化和调控基因。拮抗菌对植物诱导主要产生三方面的效果:(1抗病性次生代谢物的大量产生。Arras7发现拮抗菌(C.f am at a可以诱导柑橘产生植保素和7-羟基-6-甲氧基

14、香豆素(Scopoletin等抗性物质。(2细胞组织结构发生变化。El-Ghaouth等8发现拮抗菌(C.s ai t oana可诱导苹果伤口细胞变形,产生乳突结构,抑制病原菌的入侵。(3诱导植物产生抗病性。某些酵母菌在果蔬上大量生长,可以诱导果蔬产生具有抑菌作用的物质;而有些酵母细胞可以诱导果蔬产生几丁酶、葡聚糖酶及其它酶类,从而抑制病原菌的生长9。采后病害生物防治机制非常复杂,有些机制在离体条件下还无法确定,可能还存在其它未被检测到的作用机制。3生物防治应用前景3.1细菌细菌在离体条件下可产生抗生素类、酶类和挥发性成分等,在植物病害生物防治中起到关键性的作用10,如由Baci l l us

15、 spp.产生的多肽类物质对多种植物真菌和细菌病害在活体和离体条件下都表现出很强的拮抗活性。芽孢杆菌能产生耐热抗逆的芽孢,有利于生防菌剂的生产、剂型加工及在环境中存活、定殖与繁殖。田间应用研究证实芽孢杆菌生防菌剂在稳定性、与化学农药的相容性等方面,明显优于非芽孢杆菌和真菌生防菌。很多优良的芽孢杆菌已经应用于生产实践,美国迄今已有4株枯草芽孢杆菌(B.s ubt i l i s生防菌株M BI600、G BO3、Q ST713和B.s ubt i l i s var. amyloliquefaciens FZB24获得环保局(EPA商品化或有限商品化生产应用许可。我国利用芽孢杆菌防治植物病害的应

16、用研究达到世界先进水平,现已开发出一批生防作用优良的枯草芽孢杆菌菌株如B916、B908、B3、B903、BL03、X M16,蜡样芽孢杆菌(B.cer eus菌株R2,短小芽孢杆菌(B.pum i l l usA3和增产菌系列产品等。范青等11,12在采后病害生物防治方面对枯草芽孢杆菌也开展了深入研究。3.2酵母菌生防细菌产生抗菌素有可能诱发病原菌抗药性,从而逐步降低对病害抑制效果;另外,抗菌素对人体健康也有可能产生不利影响。基于这些原因,对拮抗菌的筛选从产生抗菌素的细菌转向了不产生抗菌素的酵母菌,与其它拮抗微生物相比,酵母菌优势明显。如Zahavi等13发现假丝酵母(C.gui l l i

17、 er m ondi i对葡萄灰葡萄孢霉及黑曲霉引起的腐败具有明显抑制效果,范青等14发现该酵母菌对桃果实软腐病具有明显抑制效果。4发展趋势4.1建立有效的拮抗菌筛选方法从分子水平上揭示采后病害生防机制,建立快速、有效的离体方法,筛选更为有效的拮抗菌。4.2利用遗传工程手段构建新拮抗菌将胞外水解酶(几丁质酶和-1,3-葡聚糖酶等或抗真菌蛋白基因等导入拮抗菌中,从而提高拮抗菌的活性及抑菌谱。王益明等15将B.s ubt i l i s B908与B. t hur i ngi ens i s7216原生质体融合,构建了兼有防病增产和杀虫作用的融合子CF103。Jone等16克隆出杀菌酞A的编码基因

18、,并把它转化入啤酒酵母(Saccha-r om yces cer evi s i l l细胞,啤酒酵母细胞转化体能很好地阻止毛刺盘孢属霉菌(Cal l et ot r i chum caccodes孢子的萌发,有效地阻止西红柿的腐烂。4.3添加低剂量化学杀菌剂及其它物质在实际应用中,拮抗微生物会受各种因素影响而降低其对病害的防效,探讨拮抗微生物间、拮抗微生物与低剂量化学农药混用以及与诱导抗性和采后保鲜处理等措施配合的防治效果,对生物防治走向商品化具有重要意义。如Calventz等17在研究红酵母对苹果采后青霉菌的抑制作用时发现:在制备红酵母的培养基中添加铁离子,制备的含铁细胞红酵母对霉菌的抑制

19、效果强于不含铁细胞的红酵母;田世平、范青等18,19研究发现:丝孢酵母菌液与1%2%的CaCl2配合可显著提高丝孢酵母对苹果灰霉病和青霉病的抑制效果,丝孢酵母与扑海因(iprodione配合对苹果采后灰霉病和青霉病的抑制效果也明显好于单独使用相同剂量的拮抗菌和杀菌剂。随着人们环保意识的加强,果蔬采后病害生物防治必将在世界各国得到广泛的重视并发挥越来越重要的作用,随着生物防治理论的不断深入,采后病害生物防治技术将日趋完善。参考文献1张维一,毕阳.果蔬采后病害与控制M.北京:中国农业出版社,1996.2陈三风,李季伦.几丁质酶研究历史和发展前景J.微生物学通报,1993,20(3:156160.3

20、Loon LC,Bakker HM,Pieterse CMJ.Systemic resistance induced byrhizosphere bacteriaJ.Ann.Rev.Phytopathol.,1998,36:453483.4Tang WH.Advances in biological control of plant diseases:proceedingof the international workshop on biological control of plant diseasesC.Beijing:China Agricultural University Pres

21、s,1996.5Ippolito A,El-Ghaouth A.Control of postharvest decay of apple fruitby A ur eobas i di um pul l ul ans and induction of defense responsesJ.Postharvest Biology and Technology,2000,19:265272.6范青,田世平,刘海波,等.两种拮抗菌-1,3-葡聚糖酶和几丁酶的产生及其抑菌的可能机理J.科学通报,2001,46(20: 17131717.7Arras G.Mode of action of an is

22、olate of condida famata in biologicalcontrol of penicillium digitatum in organge fruitsJ.Postharvest Biology and Technology,1996,8:191198.8El-Ghaouth A,Wilson CL,Winiewski M.Ultrastructural and cytoche-mical aspects of the biological of Bot r yt i s ci ner ea by candida saitoana in apple fruitJ.Biol

23、ogical control1998,88:283191.9刘海波,田世平.水果采后生物防治拮抗机理的研究进展J.植物学通报,2001,18(6:657664.10Trejo-Estrada SR,Paszcaynski A,Crawford DL.Antibiotics and enzy-mes produced by the biocontrol agent St r ept om yces vi ol aceus ni ger YCED-9J.Indust Microb Biotech,21:8190.11范青,田世平,李永兴,等.枯草芽孢杆菌(B-912对桃和油桃褐腐病的抑制效果J.植

24、物学报,2000,42(11:11371143.12范青,田世平,李永兴,等.枯草芽孢杆菌(B-912对采后柑橘果实青、绿霉病的抑制效果J.植物病理学报,2000,30(4:343348.13Zahavi T,Cohen L,Weiss B,et al.Biological control of Botrytis,Aspergillus and Rhizopus rots on table and wine grapes in IsraelJ.Postharvest Biology and Technology,2000,20:115124.14范青,田世平,徐勇,等.季也蒙假丝酵母对采后桃果

25、实软腐病的抑制效果J.植物学报,2000,42(10:10331038.(下转第38页其花甚大、淡红色、重瓣、有长梗,在武汉4月上旬至5月上中旬开花,花先叶开放或花叶同放,花大而艳丽。高温多雨季节老叶渐变深紫色,叶大而厚, 晚秋遇图4红叶樱花霜叶变橘红色。适应性:喜光,较耐寒,适应性强,耐旱、耐盐碱,不耐涝,较耐瘠薄。栽培:红叶樱花的繁殖方法,经试验用嫁接和扦插繁殖为好。嫁接可在34月或78月进行,用山樱、毛樱、樱花、樱桃等都可以作为砧木,嫁接亲和力和成活率均良好。扦插可在68月用嫩枝进行,最好用全光喷雾,成活率在85%以上。应用:适宜与灌木配置,也可种植在小型园林绿地中。(上接第25页15王

26、益民,唐文华.几丁质酶基因和-1,3-葡聚糖酶基因的克隆及双价基因在枯草芽孢杆菌B-908中的表达J.植物病理学报,1998,28(3:288288.16Jones RW ,Prusky D.Expression of an antifungal peptide in Saccharo-myces :A new approach for biological control of the postharvest disease caused by Colletotrichum coccodes J.Phytopathology ,2002,92(1:3337.17Calventz V ,Ben

27、uzzi D ,Tosetti MI.Antagonistic action of siderophoresfrom R hodotor ul a gl ut i ni s upon the postharvest pathogen Peni ci l l i i i um expans um J.Inter national Biodeterioration and Biodegradation ,1999,43(4:167172.18范青,田世平,徐勇.丝孢酵母对苹果采后灰霉病和青霉病抑制效果的影响J.中国农业科学,2001,34(2:163168.19田世平,范青,徐勇,等.丝孢酵母Tr

28、 i chos por on sp.与钙和杀菌剂配合对苹果采后病害的抑制效果(英J.植物学报,2001,43(5:516523.!西南园艺鲁平,姚中华,徐冬云:几种适宜华中地区绿化用的彩叶新品种欢迎订阅2006年特种经济动植物是由农业部主管、中国农科院特产研究所主办。月刊,每月10日出版。欢迎订阅、欢迎刊登广告、欢迎投稿。报道内容:特种经济动物毛皮动物、经济(野生动物、经济昆虫、珍(野禽、观赏动物等。特种经济植物经济植物、野生(名特果树,药源、观赏、油料、纤维、香料、饲料、蜜源、野生蔬菜、名特蔬菜等。信息荟萃国内毛皮市场及世界毛皮拍卖会行情,全国十大中药材市场特种经济动、植物类中药材市场行情,供求信息等。全国各地邮局(所均可订阅,邮发代号12-183,每期(册3.6元,全年43.2元。可随时从邮局汇款至编辑部订阅。地址:吉林省吉林市左家镇鹿鸣大街15号邮编:132109单位:中国农业科学院特产研究所特种经济动植物编辑部联系人:刘鹏举(发行刘云章王守本(广告电话(传真:(04326513069发行部电话:(04326513067E-mail :tzjjdzw欢迎订阅2006年特产研究是由农业部主管、中国农科院特产研究所和中国农学会