卡利比克迈耶氏酵母对水果采后病害的抑制及ざ哉骨嗝顾氐慕到饣制
2024-06-08蔺楠胡俊月丛龙美杜静婷施俊凤
蔺楠 胡俊月 丛龙美 杜静婷 施俊凤
摘要
為了明确拮抗酵母卡利比克迈耶氏酵母Meyerozyma caribbica对果实采后病害的抑制效果及其对毒素的降解机制,本文研究了卡利比克迈耶氏酵母结合辅助因子褐藻寡糖(alginate oligosaccharide,AOS),对草莓、梨、苹果、番茄的青霉病、灰霉病和黑斑病的抑制效果,以及拮抗酵母不同处理液对展青霉素(patulin,PAT)体外降解的机制。结果表明,浓度为1×108 cfu/mL的M.caribbica可有效抑制草莓、梨、苹果青霉病,草莓、番茄、葡萄灰霉病以及番茄、梨、葡萄黑斑病的发生,添加5 g/L的AOS能显著增强M.caribbica的抑制效果;M.caribbica发酵液可以有效降解苹果伤口处的PAT,处理后8 d其降解率为30.35%,经AOS诱导后,其对PAT的降解效率达到39.15%。体外条件下,接种M.caribbica后27 h可将10 μg/mL的PAT完全降解;M.caribbica主要是通过活细胞代谢降解PAT,同时AOS可显著增加M.caribbica 的降解能力,说明卡利比克迈耶氏酵母是一株生防潜力较好的菌株,本研究为该生防菌株的进一步应用奠定了基础。
关键词
果实; 病原菌; 展青霉素; 拮抗酵母; 褐藻寡糖; 生物防治
中图分类号:
S 436.611.16
文献标识码: A
DOI: 10.16688/j.zwbh.2023372
Inhibition on postharvest fruit diseases by Meyerozyma caribbica and its degradation mechanism to patulin
LIN Nan, HU Junyue, CONG Longmei, DU Jingting, SHI Junfeng*
(School of Food Science and Engineering, Shanxi Agricultural University, Taiyuan 030031, China)
Abstract
To determine the inhibitory effects of the antagonistic yeast Meyerozyma caribbica on postharvest fruit diseases and the mechanism of toxin degradation, we studied the combined effect of M.caribbica and alginate oligosaccharide (AOS) on penicilliosis, gray mold, and black spot in strawberries, pears, apples, and tomatoes. The mechanism of patulin (PAT) degradation in vitro was also explored using different treatment solutions of antagonistic yeast. The results showed that M.caribbica at a concentration of 1×108 cfu/mL could effectively inhibit the incidence of penicilliosis in strawberries, pears, and apples, gray mold in strawberries, tomatoes, and grapes, and black spot in tomatoes, pears, and grapes. Adding 5 g/L AOS could significantly enhance the inhibitory effect of M.caribbica. The fermentation broth of M.caribbica effectively degraded PAT in apple wounds, with a degradation rate of 30.35% eight days after treatment and 39.15% after AOS induction. PAT (10 μg/mL) could be completely degraded by M.caribbica within 27 h in vitro. Our study further revealed that M.caribbica mainly degraded PAT through intracellular enzymes produced in the normal metabolic process of living cells, and the degradation ability of M caribbica was significantly enhanced after AOS induction, highlighting its potential as a biocontrol strain with enhanced capabilities. This study lays a foundation for the future application of this biocontrol strain.
Key words
fruit; pathogen; patulin; antagonistic yeast; algal oligosaccharide; biological control
在世界范围内,水果和蔬菜的采后损失估计超过25%,其中大部分是由于采后腐烂造成的[1]。而由机械损伤引起的病原菌侵染发病,是造成其经济损失的最主要原因[2]。其中扩展青霉 Penicillum expansum侵染速度快,适应环境能力强[3],可分泌有毒代谢产物展青霉素(patulin, PAT),是一种导致果实采后病害的重要病原菌[4]。
近年來,生物防治因其安全、绿色、高效等优点有望成为一种可替代化学杀菌剂的防治方法。目前已筛选出的具有生防效果的拮抗微生物包括细菌、真菌等[5]。其中拮抗酵母由于具有繁殖速度快、竞争能力强、营养需求低、不产生毒素、环境友好等优点,成为当前研究热点[6]。Hassan等[7]发现阿氏丝孢酵母Trichosporon asahii对木瓜采后炭疽病具有良好的控制效果;Castoria等[8]研究发现红冬孢酵母Rhodosporidium kratochvilovae LS11可以有效降低扩展青霉产生的展青霉素的浓度,可以作为抑制丝状真菌生长的生防制剂。
褐藻寡糖(alginate oligosaccharide,AOS)是由褐藻胶降解得到的小分子物质,具有抗氧化性、抑菌、调节免疫活性等多种生物学功能。关于其对果实采后病害的防治已有报道。Zhuo等[9]发现添加浓度为50 mg/L的褐藻寡糖可以有效控制猕猴桃果实灰霉病的发病率并使其病斑直径下降。Han等[10]将褐藻寡糖添加于拮抗酵母季也蒙毕赤酵母Pichia guilliermondii,对梨果采后青霉病的抑制效果大大加强,防治效果提升了50.01%。而关于其与卡利比克迈耶氏酵母Meyerozyma caribbica相结合用于果实采后病害防治尚未见相关报道。
展青霉素可以氧化损伤人类细胞导致致突变性[11]、细胞毒性[12]、致病性[13]以及遗传毒性[14],是对人类危害最大的真菌毒素之一,在许多水果及其衍生制品中均有发现[15]。近年来许多研究者尝试用不同的手段降低食品中展青霉素及其他真菌毒素的含量[16]。目前,由于生物降解安全性高、效率高、无污染等优点,真菌毒素的生物降解已经成为许多研究者关注的热点。
卡利比克迈耶氏酵母由本实验室从蟠桃果实表面分离,并进行了形态学、生理生化和分子鉴定。本试验主要研究不同浓度卡利比克迈耶氏酵母及添加褐藻寡糖后对不同果实采后病害的控制作用,以及卡利比克迈耶氏酵母体外降解展青霉素的机制。
1 材料与方法
1.1 供试水果
苹果、梨、草莓、葡萄、番茄均购于山西省太原市小店区水果市场。选择无病虫害、无机械损伤、成熟度、大小一致的果实,于0℃下贮藏备用。
展青霉素(PAT)标准品(CAS:149291,色谱级)购自北京索莱宝科技有限公司;褐藻寡糖(CAS: 9005383,分析纯)购自青岛博智汇力生物科技有限公司。
1.2 酵母菌株菌悬液和病原菌孢子悬浮液制备
酵母菌菌悬液:将划线培养的卡利比克迈耶氏酵母接种于NYDB培养基(酵母膏5 g,牛肉膏5 g,葡萄糖10 g,蒸馏水1 L),25℃,120 r/min振荡培养48 h后,得到酵母菌种子液,将种子液8 000 r/min离心15 min,弃上清,用无菌水配成菌悬液。
酵母菌与褐藻寡糖(AOS)共培养发酵液:在NYDB培养基中添加不同浓度的AOS,再接入酵母菌种子液,25℃,120 r/min振荡培养48 h得到AOS与NYDB共培养发酵液。
病原菌孢子悬浮液:将扩展青霉Penicillium expansum、灰葡萄孢Botrytis cinerea和链格孢Alternaria alternaria在PDA平板上26℃培养3 d,用无菌涂布器刮取分生孢子,采用血球计数法配制成1×105 个/mL的孢子悬浮液。
1.3 不同浓度的M.caribbica菌悬液对水果采后病害的抑制
取苹果、梨、草莓、葡萄、番茄健果,用2% NaClO对果实表面消毒3 min,于果实赤道部位刺直径为4 mm、深4 mm的伤口,其中苹果、梨每果4个伤口,草莓、葡萄、番茄每果1个伤口。在伤口处分别加1×105、1×106、1×107、1×108、1×109 cfu/mL的酵母菌菌悬液50 μL,对照加等量无菌水。2 h后在伤口处分别接1×105 个/mL的P.expansum、B.cinerea和A.alternaria 20 μL,26℃下保温培养7 d后测量病斑直径并计算抑制率。抑制率=(对照病斑直径-处理病斑直径)/对照病斑直径×100%。每处理10个果,试验重复3次,取平均值。
1.4 添加褐藻寡糖的M.caribbica发酵液对水果采后病害的抑制
果实处理同1.3。在伤口处分别滴加50 μL分别添加4、4.5、5、5.5、6 g/L AOS的M.caribbica发酵液,以对应浓度的AOS处理和M.caribbica发酵液处理为对照。2 h后在伤口处分别接种1×105 个/mL的P.expansum、B.cinerea和A.alternaria孢子悬浮液20 μL,26℃下保温培养,7 d后测量病斑直径并计算抑制率。每处理10个果,试验重复3次,取平均值。
1.5 M.caribbica发酵液体外降解展青霉素的机制
1.5.1 M.caribbica发酵液对苹果伤口处展青霉素积累的影响
参考Yang等[17]的方法,在苹果上制造伤口后滴加50 μL M.caribbica(1×108 cfu/mL)发酵液或添加5 g/L AOS的M.caribbica发酵液,以等量无菌水为对照,2 h后接入20 μL 1×105 个/mL的P.expansum孢子悬浮液,于不同时间取伤口周围正常果肉组织加无菌水和果胶酶过夜,乙酸乙酯萃取旋干,使用孔径0.22 μm滤膜过滤后。采用液相色谱仪检测展青霉素含量,紫外检测器检测波长:276 nm;色谱柱:Agilent C18柱(250 mm×4.6 mm);流动相:乙腈(10%),水(90%);流速:1 mL/min;进样量:20 μL。
1.5.2 M.caribbica发酵液对培养基中展青霉素的降解作用测定
参考Cao等[18]的方法,在50 mL NYDB培养基中接入1 mL 1×108 cfu/mL M.caribbica发酵液或添加5 g/L AOS的M.caribbica发酵液,以加入等量无菌水作空白对照,再加入展青霉素色谱级标准品(终浓度为10 μg/mL),振荡培养27 h,从6 h开始每3 h取1次样离心取上清液过滤后测定展青霉素含量。同时用无菌水洗涤酵母菌体,液氮研磨粉碎,乙酸乙酯萃取,静置获得提取液,旋转蒸干后用乙酸乙酯溶解过滤,对滤液中展青霉素的含量进行测定。测定方法同1.5.1。
1.5.3 M.caribbica活细胞和热杀死细胞对展青霉素降解的影响
参考Zheng等[19]的方法,在50 mL NYDB培养基中分别接入:1) 1 mL M.caribbica发酵液;2) 1 mL 添加5 g/L AOS 的M.caribbica发酵液;3) 1 mL经热处理(121℃灭菌30 min)的M.caribbica发酵液;4) 1 mL 添加5 g/L AOS 的M.caribbica热处理发酵液;5) 1 mL等量无菌水(空白对照)。上述发酵液中M.caribbica浓度均为1×108 cfu/mL。在上述5个处理中分别加入展青霉素(终浓度为10 μg/mL),振荡培养27 h,从6 h开始每3 h取1次样分为离心组与非离心组,离心组取上清过滤后检测展青霉素含量,非离心组取培养液直接过滤后检测。
1.5.4 M.caribbica发酵滤液对展青霉素的降解作用测定
参考Zheng等[19]的方法,在50 mL NYDB培养基中接入1 mL 1×108 cfu/mL M.caribbica或M.caribbica+5 g/L AOS。以添加等量无菌水为对照,振荡培养20 h后离心过滤获得无细胞滤液,在无细胞滤液中加入一定量展青霉素(10 μg/mL),振荡培养27 h,从6 h开始每3 h取1次样离心过滤后,对展青霉素的含量进行测定。
1.5.5 展青霉素诱导下M.caribbica发酵滤液对展青霉素的降解作用测定
参考Zheng等[19]的方法,略作修改。在50 mL NYDB培养基中分别加入1 mL M.caribbica发酵液和1 mL含5 g/L AOS 的M.caribbica发酵液,然后分别加入10 μg/mL展青霉素进行诱导培养,6 h后离心过滤得无细胞滤液,检测滤液中展青霉素含量。重新取50 mL NYDB,分别加入1 mL 上述无细胞滤液,以未进行PAT诱导的发酵液为对照,向上述4个处理组中加入展青霉素,使各处理终浓度均为10 μg/mL,上述M.caribbica发酵液浓度均为1×108 cfu/mL,振荡培养27 h,从6 h开始每3 h取1次样离心过滤后测定展青霉素含量。
1.5.6 展青霉素诱导下M.caribbica胞内酶对展青霉素的降解作用测定
参考Zhu等[20]的方法略作修改。在50 mL NYDB培养基中分别接入:1 mL M.caribbica发酵液,或1 mL添加5 g/L AOS 的M.caribbica发酵液,然后分别加入展青霉素,使终浓度为5 μg/mL,振荡培养48 h后离心洗涤获得菌体,从不同处理中称取等量菌体液氮研磨,离心后的上清液为粗酶制剂,吸取一定量的上清进行检测,确保无展青霉素残留后重新取50 mL NYDB培养基,分别接入1 mL上述经展青霉素诱导并检测无展青霉素残留的粗酶制剂,以未进行展青霉素诱导的M.caribbica粗酶液,添加5 g/L AOS 的M.caribbica粗酶液(1×108 cfu/mL)为非诱导对照,上述发酵液中M.caribbica浓度均为1×108 cfu/mL。在上述4個处理中分别加入展青霉素(终浓度为5 μg/mL),以加入无菌水为空白对照;振荡培养27 h取样离心过滤后,对展青霉素的含量进行测定。
1.5.7 放线菌酮对M.caribbica发酵液降解展青霉素的影响
参考Fu等[21]的方法,在50 mL NYDB培养基中接入1 mL 1×108 cfu/mL M.caribbica发酵液或添加5 g/L AOS的M.caribbica发酵液,然后分别加入展青霉素,使展青霉素终浓度为10 μg/mL,分别进行3个处理:1)加入展青霉素的同时添加放线菌酮,使其终浓度为5 μg/mL;2)添加展青霉素6 h后加入放线菌酮,使其终浓度为5 μg/mL;3)不添加放线菌酮作对照,振荡培养27 h,从6 h开始每 3 h 取1次样离心过滤后,对展青霉素的含量进行测定。
1.6 数据统计与分析
用Excel作图,用SPSS 22.0软件对试验数据进行方差分析,采用Duncan氏新复极差法进行差异显著性分析,显著水平设置为0.05。
2 结果与分析
2.1 不同浓度M.caribbica菌悬液对水果病害的抑制效果
2.1.1 对草莓、梨、苹果青霉病的抑制效果
将不同浓度M.caribbica菌悬液接种于各种水果培养7 d后,由P.expansum引起的草莓、梨、苹果采后青霉病均被抑制。随着发酵液浓度的升高,抑制率上升。在浓度为1×105 cfu/mL时抑制率分别为26.65%、33.54%、34.54%,在浓度为1×108 cfu/mL时抑制效果最好,抑制率分别为56.49%、56.14%、54.14%。而在浓度为1×109 cfu/mL时,抑制率有所下降(图1)。
2.1.2 对草莓、番茄、葡萄灰霉病的抑制效果
处理后7 d,M.caribbica菌悬液能显著降低由B.cinerea引起的草莓、番茄、葡萄采后灰霉病发病率。随着浓度的升高,对草莓、番茄、葡萄灰霉病的抑制率上升。其在浓度1×108 cfu/mL时抑制效果显著高于其他处理组,抑制率分别为56.09%、56.54%、56.54%,与其对青霉病的抑制效果一致的是,浓度1×109 cfu/mL时抑制率显著降低(图2)。
2.1.3 对番茄、梨、葡萄黑斑病的抑制效果
如图3所示,处理后7 d,M.caribbica菌悬液能显著降低由A.alternaria引起的番茄、梨、葡萄采后黑斑病发病率。随着浓度的升高,对番茄、梨、葡萄黑斑病的抑制率上升。在浓度为1×105 cfu/mL时抑制率较低,随着浓度的增加,抑制率有所上升,在浓度为1×108 cfu/mL时抑制率分别为54.14%、60.14%、55.54%,与浓度为1×109 cfu/mL时相差不大。
2.2 添加褐藻寡糖的M.caribbica发酵液对水果病害的抑制效果
处理后7 d,相较于M.caribbica发酵液或AOS单独处理,添加AOS的M.caribbica发酵液对多数果实采后病害的抑制效果显著增强,其中AOS添加量为5.0 g/L时最佳(表1)。
添加5.0 g/L AOS的M.caribbica发酵液对草莓、梨和苹果青霉病的抑制率分别为80.22%、78.28%和84.29%,比不加AOS的抑制率分别提升了23.73%、22.13%和30.14%,相较于AOS单独处理,抑制率分别提升了33.06%、27.87%、34.80%,当AOS添加量继续增加,其抑制率反而呈下降趋势;酵母发酵液单独处理草莓、番茄、葡萄后其对灰霉病的抑制率为56.09%、56.55%和56.55%,添加5.0 g/L AOS后,抑制率分别提升到了87.48%、85.39%和84.60%;添加5.0 g/L AOS的M.caribbica发酵液对梨、番茄、葡萄黑斑病的抑制率为87.28%、88.37%和85.35%,相较于M.caribbica或5.0 g/L AOS单独处理,抑制率分别提升了27.13%、34.11%、29.80%和30.55%、39.03%、39.98%。
2.3 M.caribbica发酵液处理后苹果伤口处展青霉素的积累
各处理苹果伤口处PAT积累情况如图4所示。图中可看出,M.caribbica发酵液可以显著减少苹果伤口处PAT的积累,而添加AOS的M.caribbica发酵液对PAT的降解作用增强。M.caribbica发酵液处理后8 d PAT的浓度为0.92 μg/mL,而添加AOS后,PAT的浓度为0.80 μg/mL,对照组PAT浓度为1.31 μg/mL。
2.4 M.caribbica发酵液在对培养基中展青霉素的降解作用
如图5所示,M.caribbica发酵液和添加AOS的M.caribbica发酵液具有降解PAT的能力。M.caribbica发酵液在27 h内,使PAT浓度从10 μg/mL下降到0.14 μg/mL,下降了98%。添加AOS的发酵液,PAT浓度在27 h内从10 μg/mL下降到0.07 μg/mL,下降了99%,而对照组中的PAT浓度没有明顯降低。同时发现,在添加和未添加AOS的情况下,菌体经液氮粉碎后均未能检测到PAT。由此推断,对于PAT的降解主要依赖于活细胞作用,而非细胞吸附。
图5 卡利比克迈耶氏酵母发酵液对PAT的体外降解作用
Fig.5 Degradation of PAT in vitro by Meyerozyma
caribbica fermentation broth
2.5 M.caribbica活细胞和热杀死细胞对展青霉素的吸附作用
如图6a,6b所示,经过27 h培养后,M.caribbica活细胞和添加AOS的M.caribbica活细胞的2个处理组中PAT含量基本相似,表明M.caribbica活细胞细胞壁对PAT没有吸附作用;与对照相比,M.caribbica活细胞的离心组与未离心组都对PAT有明显的降解作用。如图6c,6d所示,热杀死M.caribbica细胞和添加AOS的M.caribbica热杀死细胞的2个处理中PAT浓度无明显变化,培养27 h后PAT浓度低于10%,而活细胞的降解率可以达到100%,表明M.caribbica死细胞细胞壁对PAT没有吸附作用。由此证明PAT含量的降低并不是由于M.caribbica细胞壁吸附,可能是由于M.caribbica活细胞代谢产生的酶类起作用。
2.6 M.caribbica发酵滤液对展青霉素的降解作用
M.caribbica的无细胞滤液对PAT降解作用如图7所示。培养27 h内,未添加和添加AOS处理的PAT含量从10 μg/mL分别降为9.02 μg/mL和8.47 μg/mL,而对照组中PAT含量从10 μg/mL降为9.71 μg/mL,说明M.caribbica代谢产物不是降解PAT的主要原因。
2.7 展青霉素誘导下M.caribbica发酵滤液对展青霉素的降解作用
如图8所示,M.caribbica或M.caribbica+AOS与PAT共培养6 h后,滤除M.caribbica,培养基中PAT含量在9 h有显著降低,降至7.6 μg/mL和7.27 μg/mL,随后18 h保持较平稳状态。而M.caribbica发酵液和添加5 g/L AOS的M.caribbica发酵液在整个过程中一直降解PAT,6~27 h中,M.caribbica发酵液处理下PAT浓度由8.32 μg/mL降低至0.14 μg/mL,添加5 g/L AOS的M.caribbica发酵液处理下PAT浓度由8.01 μg/mL降低至0.07 μg/mL。结果表明,PAT诱导下,M.caribbica和添加AOS的M.caribbica发酵滤液前期对PAT有一定降解作用,但作用较弱。
2.8 展青霉素刺激下M.caribbica胞内酶对展青霉素的降解作用
如图9所示,M.caribbica胞内酶和添加AOS培养所得M.caribbica胞内酶与PAT共培养27 h后,PAT终浓度为2.83 μg/mL和1.48 μg/mL,而前期经PAT诱导培养的M.caribbica胞内酶和PAT诱导并添加AOS的M.caribbica胞内酶降解PAT的能力显著高于未经PAT诱导培养的酵母胞内酶,其培养液中PAT浓度低于检测限,显著低于对照组和未经PAT诱导培养的M.caribbica和M.caribbica+AOS处理。由此可知,经PAT诱导培养的M.caribbica和M.caribbica+AOS的胞内酶对PAT降解有重要作用。
2.9 放线菌酮对M.caribbica和M.caribbica+AOS降解PAT的影响
如图10所示,M.caribbica和M.caribbica+AOS单独处理组,在培养27 h后PAT含量显著降低;在0 h添加PAT同时添加放线菌酮的处理组,培养27 h后,PAT的含量由10 μg/mL降为5.66 μg/mL和5.18 μg/mL;当添加PAT共培养6 h后再添加放线菌酮时,PAT的含量随着时间延长而降低,培养 27 h 后2个处理组中PAT含量分别为3.60 μg/mL和3.24 μg/mL;PAT降解速率依次为未添加放线菌酮组>6 h后添加放线菌酮组>0 h后添加放线菌酮组,这表明放线菌酮的确会影响各酵母处理组PAT的降解速率,但并未完全阻止其对PAT的降解。
3 结论与讨论
本试验结果表明,卡利比克迈耶氏酵母M.caribbica能显著降低草莓、梨、苹果采后青霉病、灰霉病、黑斑病的发病率。其中浓度为1×108 cfu/mL时对病原菌抑制效果最好,对梨果实黑斑病抑制效果可达60%以上,对其他水果的抑制率也达到54%以上。
褐藻寡糖(AOS)由于其溶解性强、性质稳定、安全无毒等特点,在医药、农业、生活日用等方面有广阔的应用空间[22]。王学江等[23]发现施用AOS可有效提高蕹菜的产量和品质,在提升蕹菜净重、株高、茎粗的同时,也提高了蕹菜中可溶性糖、可溶性蛋白、叶绿素等营养成分的含量;Xi等[2]发现,0.5% AOS可增强拮抗酵母汉逊德巴利酵母Debaryomyces hansenii对苹果采后青霉病的抑制效果,发病率降至21.6%,D.hansenii单独处理后发病率为37.5%。
一些可增强拮抗酵母菌对水果采后病害防治效果的方法已经被广泛应用。Li等[24]发现海藻糖培养的罗伦隐球酵母Cryptococcus laurentii细胞内有较高浓度的海藻糖积累,并显著提高该酵母对苹果青霉病的控制效果。He[25]发现茉莉酸甲酯诱导的季也蒙毕赤酵母Meyerozyma guilliermondii比M.guilliermondii单独作用控制苹果青霉病的效果更好。本研究发现,AOS与拮抗酵母结合可有效控制草莓、梨、苹果的青霉病、灰霉病和黑斑病,M.caribbica经AOS诱导后其防治效果比单独使用M.caribbica效果更好,对果实上PAT的降解效率更高。Zhuo[9]等采用AOS处理猕猴桃,发现能使寄主的抗性增强。
已有研究表明,拮抗酵母清除PAT的机制主要包括酵母细胞壁的吸附作用、酵母细胞的吸收作用、酵母分泌的胞内酶与胞外酶的降解作用等[16,20]。本研究结果表明,M.caribbica与添加AOS的M.caribbica活细胞在体外降解PAT的效果显著,而热杀死细胞则不能降解PAT,说明酵母细胞壁的吸附作用不是降解PAT的主要机制,这与Yang等的研究结果相似[26]。且无论是否添加AOS,失活的酵母细胞并不能有效降解培养基中的PAT,而活细胞则能显著降解(图5),这也进一步验证了拮抗酵母M.caribbica的细胞壁对PAT没有吸附作用。
酵母细胞在生长代谢过程中会产生各种代谢物分泌到胞外。本研究中无细胞滤液始终不能有效降解PAT。而PAT与M.caribbica和M.caribbica+AOS共同培养6 h后,滤去细胞得到的无细胞滤液前期PAT可被降解在后续培养过程中不再继续降解PAT。表明PAT诱导拮抗菌产生的代谢物对PAT没有明显的降解作用。而Zheng等[19]的研究结果表明,P.caribbica在PAT的诱导下可以产生大量的胞内和胞外代谢物,可以继续降低PAT的浓度。
另外,研究发现,无论是否添加AOS,酵母胞内酶都具有降解PAT的能力。此外,酵母菌与PAT共培养后,其胞内酶对PAT的降解效力大大提高。表明M.caribbica降解PAT是可诱导的,这一结果与Ianiri等[27]的研究结果相符,与PAT共培养的酵母对PAT表现出更高的降解效率,但相关降解通路研究尚少。
放线菌酮可以阻断蛋白质的生物合成,从而影响很多酶的正常合成。因此我们通过研究添加放线菌酮对M.caribbica和M.caribbica+AOS降解PAT能力的影响,来探究细胞中酶在分解PAT中的作用。结果显示,无论AOS是否存在,0 h添加放线菌酮会影响M.caribbica对毒素的降解,特别是9 h后,PAT降解速率趋于平缓,27 h后PAT含量仍处于较高水平;6 h后添加放线菌酮,两个处理组均一直保持较高降解能力,且降解效率高于0 h添加组,但低于不添加放线菌酮组。根据上述结果,我们推测在PAT的诱导下,不同处理组产生了一些具有降解作用的酶,这些酶对降解PAT起关键的作用。对于0 h添加组而言,体系中放线菌酮阻止了一些可降解的相关酶类,因此抑制了拮抗菌对PAT的降解能力。而对于6 h添加组而言,在6 h内,在PAT的诱导下,M.caribbica已合成了降解PAT的酶类,因此6 h后再添加放线菌酮,虽然对酵母菌降解PAT的能力有一定的影响,但并不能完全抑制M.caribbica对PAT的降解。
综上所述,本试验研究发现M.caribbica能够显著提升果实抗病原菌的能力,且AOS能增强这种能力,但相关机制尚不清楚,Han等[10]研究发现,5 g/L AOS与季也蒙迈耶氏酵母Meyerozyma guilliermondii结合可促进酵母生长,提高梨果抗性相关酶活性和物质含量来抑制P.expansum生长繁殖,降低梨果发病率。M.caribbica降解PAT的主要机制是M.caribbica活细胞在PAT诱导下产生的胞内酶对PAT进行降解。这一结果与孙艺文[5]的研究结果相似,S.pararoseus Y16降解PAT的机制不是由于S.pararoseus Y16细胞壁对PAT的吸附作用,也不是由于酵母细胞的吸收作用,而是活的酵母细胞在正常代谢过程中产生的胞内酶对PAT的降解作用。此外,AOS能顯著增强M.caribbica降解PAT的能力。
参考文献
[1] EL GHAOUTH A, WILSON C, WISNIEWSKI M, et al. Biological control of postharvest diseases of fruits and vegetables [J]. Applied Mycology and Biotechnology, 2002, 2: 219238.
[2] XI Yinan, YANG Qiya, GODANA E A, et al. Study on the effect of Debaryomyces hansenii enhanced by alginate oligosaccharide against postharvest blue mold decay of apples and the physiological mechanisms involved [J/OL]. Biological Control, 2022, 176: 105081. DOI: 10.1016/J.BIOCONTROL.2022.105081.
[3] TITTLEMIER S A, CRAMER B, DALLASTA C, et al. Developments in mycotoxin analysis: an update for 201819 [J]. World Mycotoxin Journal, 2020, 13(1): 324.
[4] LIN Rouling, YANG Qiya, XIAO Jinwei, et al. Study on the biocontrol effect and physiological mechanism of Hannaella sinensis on the blue mold decay of apples [J/OL]. International Journal of Food Microbiology, 2022, 382: 109931. DOI: 10.1016/J.IJFOODMICRO.2022.109931.
[5] 孫艺文, 赵利娜, 郑香峰, 等. 拟粉红锁掷孢酵母降解展青霉素的机制[J]. 食品与生物技术学报, 2020, 39(2): 1623.
[6] LIU Jia, SUI Yuan, WISNIEWSKI M, et al. Review: Utilization of antagonistic yeasts to manage postharvest fungal diseases of fruit [J]. International Journal of Food Microbiology, 2013, 167(2): 153160.
[7] HASSAN H, MUDA MOHAMED M T, YUSOFF S F, et al. Selecting antagonistic yeast for postharvest biocontrol of Colletotrichum gloeosporioides in papaya fruit and possible mechanisms involved [J/OL]. Agronomy, 2021, 11(4): 760. DOI: 10.3390/agronomy11040760.
[8] COSTORIA R, MANNINA L, AURANPATRON R, et al. Conversion of the mycotoxin patulin to the less toxic desoxypatulinic acid by the biocontrol yeast Rhodosporidium kratochvilovae strain LS11 [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011, 59(21): 1157111578.
[9] ZHUO Ruiling, LI Boqiang, TIAN Shiping. Alginate oligosaccharide improves resistance to postharvest decay and quality in kiwifruit (Actinidia deliciosa cv. Bruno) [J]. Horticultural Plant Journal, 2022, 8(1): 4452.
[10]HAN Junjia, ZHAO Lina, ZHU Huimin, et al. Study on the effect of alginate oligosaccharide combined with Meyerozyma guilliermondii against Penicillium expansum in pears and the possible mechanisms involved [J/OL]. Physiological and Molecular Plant Pathology, 2021, 115: 101654. DOI: 10.1016/j.pmpp.2021.101654.
[11]SCHUMACHER D M, METZLER M, LEHMANN L. Mutagenicity of the mycotoxin patulin in cultured Chinese hamster V79 cells, and its modulation by intracellular glutathione [J]. Archives of Toxicology, 2005, 79(2): 110121.
[12]WU Tingshuan, LIAO Yichun, YU Fengyi, et al. Mechanism of patulininduced apoptosis in human leukemia cells (HL60) [J]. Toxicology Letters, 2008, 183(1/3): 105111.
[13]DONMEZALTUNTAS H, GOKALPYILDIZ P, BITGEN N, et al. Evaluation of genotoxicity, cytotoxicity and cytostasis in human lymphocytes exposed to patulin by using the cytokinesisblock micronucleus cytome (CBMN cyt) assay [J]. Mycotoxin Research, 2013, 29(2): 6370.
[14]周思敏. 棒曲霉毒素對HepG2细胞的遗传毒性及氧化应激机制的研究[D]. 大连: 大连医科大学, 2009.
[15]WRIGHT S A I, DE FELICE D V, IANIRI G, et al. Two rapid assays for screening of patulin biodegradation [J]. International Journal of Environmental Science and Technology, 2014, 11(5): 13871398.
[16]DI STEFANO V, PITONZO R, CICERO N, et al. Mycotoxin contamination of animal feeding stuff: detoxification by gammairradiation and reduction of aflatoxins and ochratoxin A concentrations [J]. Food Additives & Contaminants, Part A, 2014, 31(12): 20342039.
[17]YANG Qiya, ZHANG Hongyin, ZHANG Xiaoyun, et al. Phytic acid enhances biocontrol activity of Rhodotorula mucilaginosa against Penicillium expansum contamination and patulin production in apples [J/OL]. Frontiers in Microbiology, 2015, 6: 1296. DOI: 10.3389/fmicb.2015.01296.