内生菌对食品资源品质的影响

2018-02-15丁丽娜阮子琦

现代食品 2018年17期

◎ 丁丽娜，阮子琦，吴渊，束彤，阮晖

（1.浙江大学生物系统工程与食品科学学院，浙江杭州 310058；2.青海省食品检验检测院，青海西宁 810008）

植物组织中存在伴生微生物这一事实早已被认识。1992年，Kloepper等提出了“植物内生菌”概念，即能够定殖在植物组织间隙或者细胞内部，并且与宿主植物建立起共栖共生、或互惠共养等关系的微生物，包括内生细菌、内生真菌、内生放线菌。后续发现，几乎所有植物都有内生菌。内生菌广泛定殖于植物器官组织的细胞或细胞间隙中，定植部位包括根、茎、叶、花、果、胚和种子等，植物根瘤实际上就是内生菌定植后的表现。农作物和药用植物体内也普遍存在内生菌，例如，葱的根、茎、叶，番茄的根、茎，油菜的根、茎、叶、花、种子，花生的根、茎、叶、种子，小麦的根、茎、叶、叶鞘，马铃薯的块茎、种子、胚珠，棉花的胚根、棉铃等，这些农作物的不同器官部位内均分离出大量内生菌。内生菌的存在对食品资源的品质产生显著影响。

1 内生菌与宿主植物的关系

内生菌中有相当一部分与宿主植物之间形成共生互利关系，对宿主生长、代谢、抗逆（逆性因子包括旱、寒、高温、盐碱、昆虫病害及微生物病原体等）等起着重要调节作用，其作用机制体现在以下方面：①帮助宿主产生生物活性物质，如抗生素类物质、水解酶、植物生长调节剂、生物碱等。②增加宿主对矿物质、重金属以及有机物质的吸收能力，提高宿主对恶劣环境的适应性。③通过降低植冠温度、增强水分吸收能力、增加宿主生物氧化及渗透调节能力等，提高宿主抗逆性。④与病原菌竞争营养物质，增强植物抵抗力或诱导植物产生抗性。

抗逆促生方面，已从小麦中分离出具有抗病原菌的内生菌，从柑橘中分离出具有耐冷性的内生菌，从食用菌中分离出对大肠杆菌、酵母菌、木霉菌都有抑制作用的内生菌。酥油草的根系内生菌使酥油草对磷、钙、镁的吸收能力更强，已从甘蔗、牧草、禾谷类植物水稻、玉米、小麦、高粱等以及棕榈树、块根植物、甘薯等非豆科植物中分离得到多种具有固氮作用的内生菌。内生菌分泌多种胞外酶，如漆酶、蛋白水解酶等，为宿主植物利用有机养分提供便利。内生菌通过改变根部周围环境缓解非生物压力，如分泌胞外多糖改变土壤结构，从而提高植物根部对环境的适应性，促进植物生长。内生菌增加植物抗应激能力，例如麦角菌科内生真菌能提高禾草耐旱、耐贫瘠能力。内生蜡样芽孢杆菌对小麦纹枯病菌具有抑制作用。从青蒿中分离的内生菌能够分泌抗病活性物质，对棉花枯萎病、小麦赤霉病都有抗性。

在与作物联合修复重金属污染方面，植物益生菌对重金属具有积累能力，在植物体内能够降低重金属毒性并影响重金属运输、聚集，通过固氮、溶解矿物元素及产生类植物激素、铁载体、ACC脱氨酶等产物促进植物生长及对重金属的吸收，其与宿主组成的共生体为土壤重金属污染的植物修复提供了可能，这种植物-内生菌联合修复重金属污染方式非常独特且对环境无污染，成本低廉，可持续性强。

2 内生菌对植物抗病和食品资源品质的影响

水果是一类重要的食品资源，水果中的内生菌对于水果在生产和贮存中的品质具有重要影响，微生物病原菌造成的水果腐败变质与水果中内生菌菌相组成密切相关。

霉心病是苹果和梨等水果的一种主要疾病，导致水果在贮存过程中烂心并由内向外扩散至整果。霉心病由多种弱寄生真菌复合侵染所致，发生在果心部位，一般在采收后贮运期间表现出症状，严重者采收前也可发病。初期，水果心室壁上形成褐色至黑褐色小斑，后整个果心变为黑褐色，在心室内长出霉状物。霉心病表现有3种类型：①心室霉变型，多在收获前发生，病变部位仅限于心室，在心室内产生霉状物，发展初期基本不影响食用。②果心腐烂型，贮藏期发生较多，主要是梨果果肉从心室向外腐烂直到果实表面，果实不能食用。③混合型，即霉心和心腐同时发生，果实不能食用。

目前，已分离出霉心病病理真菌20多属，主要是交链孢和串珠链孢，苹果花粉、果实渗出液、营养物质如糖类等对病理真菌分生孢子萌发、菌丝体生长和进一步产孢繁殖扩散具有促进作用。

苹果霉心病的侵染延续时间很长，从苹果暴芽至果实萼筒封闭前的整个时期，病菌均可侵染苹果花器组织，但以苹果暴芽、显蕾、初花、盛花等时期为主要侵染时期，病原菌通过芽鳞片、雌蕊、雄蕊及萼筒等花器组织进入果心。在苹果果实形成过程中，病理真菌分生孢子萌发、菌丝体生长和进一步产孢繁殖扩散，直至摘果贮藏后仍然进一步发展，最终导致整果无法食用。

对于霉心病的防治，除了化学防治方法如波尔多液、保湿剂中加用多菌灵、施用多效灵等之外，生物防治，即通过将抑制霉心病病原菌的拮抗微生物加入内生菌菌群中，也能够起到显著效果。从霉心病病果中分离到多种对霉心病病原菌表现出抑制作用的拮抗菌株，并且鉴别出了拮抗蛋白，对霉心病病原菌的抑制机制主要是生长空间竞争、抑制病菌孢子萌发、使孢子发芽异常、使菌丝畸变、细胞壁溶解、原生质泄露等。这些拮抗菌株一般属于乳酸菌和芽孢杆菌，制成菌剂施用使之成为苹果内生菌后，在田间试验中均显示效果明显，并且对苹果品质也有提升作用。

3 内生菌对食品资源中功效性成分形成的作用

植物体内的内生菌数量、种类与植物种属、植物代谢途径、植物化学物丰富程度、生存环境、生长阶段、营养供给及基因型有密切关系，不同地区、不同环境下生长的同种植物组织中存在的内生菌种类、数量均有较大差异，这可能是造成食品资源营养与功效成分存在地域特殊性的重要原因。

植物内生菌对食品资源中功效性成分形成有重要贡献。在调节宿主代谢、合成功效性成分方面，在百合中发现与其互利共生的植物益生菌，其代谢产物富含天然维生素E、天然维生素C、维生素B6、多糖、胱甘肽、类SOD及生物碱等活性成分，抗氧化高效显著从蒲公英中分离出的植物益生菌对鸡致病性大肠杆菌有较强抑制效果；从酿酒葡萄中分离出的植物益生菌能够合成产白藜芦醇；药用植物体内的内生菌更是对功效性成分的合成起着关键作用，一些重要的抗肿瘤活性代谢产物，例如萜类抗肿瘤物质、生物碱类抗肿瘤物质、醌类抗肿瘤物质、木脂素类抗肿瘤物质、酶抑制剂抗肿瘤物质等，植物内生菌在这些物质的合成中贡献了非常重要的代谢途径。从短叶红豆杉、秦艽、茶茱萸、银杏、人参和小麦等植物的根、茎、叶内分离出的内生菌能产生与宿主植物相同或相似的活性物质。对于重要的抗癌先导物紫杉醇及其衍生物，从短叶红豆杉、西藏红豆杉、欧洲红豆杉、南方红豆杉等植物中分离出的多种内生菌均可合成。从夹竹桃科植物长春花中提取、对白血病和恶性淋巴瘤具有显著疗效的生物碱长春新碱。另外如有明显抗肿瘤活性作用的布雷菲德菌素（大环内酯类紫杉醇衍生物）、球毛壳甲素A、壳囊孢酮B等，也存在类似情形，暨宿主植物的内生菌也能合成。

以枸杞为例，从枸杞花、果、叶、根皮中分离出81株内生菌，其中内生细菌39株、内生放线菌1l株、内生真菌31株，其中多株芽孢杆菌对植物病理真菌具有拮抗活力，并且从宁夏枸杞中分离到了具有抗氧化、抗病理真菌和抗肿瘤等活力的内生菌。枸杞中内生菌组成不同是否是造成不同产地枸杞中功效成分差异的一个重要原因，值得深入探讨。