在国家自然科学基金、教育部高等学校博士学科点专项科研基金等的支持下，由江苏大学食品与生物工程学院张红印教授等科研人员历时10年完成的“拮抗酵母控制水果采后病害的理论基础研究”，日前获得2016年度高等学校科学研究自然科学奖二等奖。该研究聚焦于拮抗酵母控制水果采后病害的理论基础研究，取得多项重要进展，对增强我国农产品采后病害生物防治能力，发展能够替代化学杀菌剂的水果采后病害绿色控制方法具有重要的引领作用。
提高拮抗酵母防治效力，关键科学问题亟待破解
我国每年水果、蔬菜产量巨大，但水果的采后病害损失也非常严重。研究表明，水果采后病害主要是由霉菌引起的，许多病原霉菌在水果上生长的时候能分泌产生真菌毒素，从而引起严重的食品安全问题。
张红印教授在接受采访时介绍说，长期以来，控制水果采后病害的主要措施是使用杀菌剂。但杀菌剂的长期和大量使用，严重危害食用者的健康，而且会污染环境，研究并利用化学杀菌剂的替代物来防治水果的采后病害，成为科学界的一项紧迫任务。20世纪90年代末，国际上提出了用有益微生物（主要是拮抗酵母菌）进行水果采后病害的生物防治思路，虽然此后该领域的研究受到学术界的重视，但从整体来讲，目前水果采后病害生物防治仍处于起步阶段。
张红印说，在国际范围内，微生物拮抗菌剂尚未在果蔬贮藏保鲜中得到广泛应用，主要原因是商业生产条件下，拮抗酵母防治的效果往往不如化学杀菌剂的效果，从而达不到保鲜要求。因此，必须深入了解其控制水果采后病害的机制，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径。
张红印认为，提高拮抗酵母生物防治效力的三个关键科学问题包括：一是用拮抗酵母替代化学杀菌剂控制水果采后病害，为水果的绿色、无公害储运提供了可能，其作用机理是什么？二是目前拮抗酵母菌剂没得到广泛应用的主要原因，是其防治效力不如化学杀菌剂，提高拮抗酵母的防治效力，找到有效的方法和途径，是将其实现产业化应用的根本所在。三是一些拮抗酵母不仅能直接抑制水果上霉菌的生长，还可以防止霉菌产生真菌霉素，同时分解已经存在的真菌毒素，因此，必须搞清楚拮抗酵母控制水果真菌毒素产生与降解的作用机理。
针对影响水果采后病害生物防治发展的难题，十年来，课题组聚焦拮抗酵母控制水果采后病害的理论基础研究，开展了拮抗酵母防治水果采后病害的机制，定向提高拮抗酵母控制水果采后病害效力的方法、途径及其作用机制和拮抗酵母控制水果真菌毒素产生与降解的机制三个方面的研究，并取得多项创新性科研成果，为拮抗酵母控制水果采后病害打下理论基础。
分离筛选多株拮抗酵母，揭示拮抗酵母防治水果采后病害机制
张红印等筛选分离了对水果采后病害具有良好防治效果的拮抗酵母菌株，并以其为模式菌株，研究了拮抗酵母防治水果采后病害的机制。研究人员从生态果园的土壤、叶片、花朵及果实表面，筛选分离到对水果采后病害具有较高抑制作用的酵母菌六株。对这六株菌株进行系统分类鉴定，它们分别是胶红酵母、卡利比克毕赤酵母、耶罗维亚酵母、粘红酵母、罗伦隐球酵母和酿酒酵母。其中的三株：胶红酵母、卡利比克毕赤酵母、耶罗维亚酵母是首次发现的对水果采后病害具有防治作用的酵母菌。
研究人员以胶红酵母、卡利比克毕赤酵母、罗伦隐球酵母和粘红酵母作为模式菌株，研究了拮抗酵母对水果采后病害防治的生理及分子机制。在生理层次，发现拮抗酵母主要通过营养与空间的竞争、抑制致病霉菌孢子的萌发、降解霉菌的细胞壁成分直接在霉菌菌丝上生长、引起水果的应激反应提高水果对致病霉菌的抵抗能力、延缓水果的衰老进程等来防治水果采后病害的发生。在分子层次，通过蛋白质组学及转录组学技术，对拮抗酵母处理前后苹果果实蛋白及基因的表达进行了分离和比较研究，结果显示，经拮抗酵母处理，苹果中少数与抗性相关的蛋白及多种基础代谢蛋白被诱导或抑制。
提出三种提高拮抗酵母防治效果途径，达到或接近化学杀菌剂水平
张红印等提出了三种定向提高拮抗酵母对水果采后病害生物防治效力的方法。一是提出了先用热水、热空气、微波及臭氧等物理方法处理水果，再用拮抗酵母处理，从而提高拮抗酵母对水果采后病害防治效力的方法。研究发现物理处理是通过抑制水果上致病霉菌孢子的萌发及芽管的延伸、增强水果的自身抗病力来提高拮抗酵母对水果采后病害的防治效果。
二是提出了植物生长调节剂（水杨酸、茉莉酸甲酯、植酸、苯并噻二唑、抗坏血酸等）与拮抗酵母结合使用，从而提高其生防效力的方法。发现植物生长调节剂是通过促进拮抗酵母在水果表面及伤口处的生长，提高其与致病菌对营养与空间的竞争能力、诱导水果抗病性酶的分泌，从而提高水果对致病菌的抵抗能力等来提高拮抗酵母对水果采后病害的防治效力。
三是提出了生物激发子（几丁质、壳聚糖、海藻糖、牛蒡低聚果糖、甜菜碱等）诱导培养以提高拮抗酵母生物防治效力的方法。发现生物激发子诱导培养可以通过刺激拮抗酵母病程相关蛋白（几丁质酶、-l, 3-葡聚糖酶等）的分泌，促进拮抗酵母在水果伤口处的生长，使其与病原菌的营养和空间竞争能力加强，增强拮抗酵母对水果抗病性酶的诱导能力，从而提高水果对致病菌的抵抗力，增强拮抗酵母抑制水果脂质过氧化作用，从而增强其延缓水果衰老的能力等来提高拮抗酵母对水果采后病害的防治效力。
上述三种方法可以显著提高拮抗酵母对水果采后病害防治的效力，有些方法可以将拮抗酵母的防治效力达到或接近化学杀菌剂的水平，从而为拮抗酵母菌剂应用于水果贮藏保鲜的实际生产提供了可能。
发现拮抗酵母控制降解水果真菌毒素机理，为开发微生物防治制剂奠定理论基础
在拮抗酵母控制水果真菌毒素产生与降解的作用机理研究方面，张红印等发现，胶红酵母、卡利比克毕赤酵母等拮抗酵母，能够控制苹果上展青霉素及葡萄上赭曲霉毒素A（OTA）的产生，同时能够降解已经存在于苹果及葡萄上的霉菌毒素。发现卡利比克毕赤酵母是通过抑制扩展青霉孢子的萌发，从而抑制扩展青霉在苹果上生长、降解已经存在于苹果上的展青霉素等来控制苹果上展青霉素的。通过研究胶红酵母降解展青霉素的生理及分子机制，发现胶红酵母活细胞在展青霉素的刺激、诱导下，会产生胞内分解酶，从而将展青霉素降解。这一研究，为开发新型微生物防治制剂奠定了理论基础。
以上述研究结果为依据，课题组获得国家发明专利授权8件，发表学术论文65篇，其中SCI论文有38篇。发表的论文已被国内外学者引用1568次，引用的期刊包括40余种国际期刊，他引论文来自37个国家和地区的134家机构。张红印还受邀为国际微生物领域权威期刊《微生物学评论（Critical Reviews in Microbiology）》《食品科学与技术趋势（Trends in Food Science & Technology）》等撰写综述性论文，论述水果真菌毒素微生物控制及降解的研究进展，并指出相关研究发展方向。研究成果在江苏省推广试用，产生了良好的经济效益和社会效益，具有广阔的开发前景。
（潘锋）
