文章题目：Improvement of Biocontrol Efficiency of Hanseniaspora thailandica Induced by Alginate Oligosaccharide Against Banana Anthracnose Caused by Colletotrichum musae

发表期刊：Journal of Fungi

影响因子：4.0（2025）

通讯单位：福州大学

研究背景

        香蕉作为全球广泛消费的水果，其采后运输与贮藏过程中易受炭疽病菌（Colletotrichum musae）侵染，引发香蕉炭疽病，造成严重的产后损失。尽管泰国汉逊酵母（Hanseniaspora thailandica）Lg3 展现出一定的生防潜力，但直接应用时防控效果有限。为此，有研究团队开展了褐藻寡糖（AOS）诱导该酵母以提升其生防效率的相关研究，通过一系列实验探究了AOS对H. thailandica Lg3 生防效果的影响及潜在机制，为香蕉炭疽病的绿色防控提供了新方向。

        本研究首先考察了不同浓度AOS对H. thailandica Lg3生防效果的影响。结果显示，经AOS诱导的酵母处理组生防效果均优于未诱导酵母组，且存在浓度依赖性，10mg/L AOS诱导效果最显著，对香蕉腐烂的抑制作用远高于其他浓度组，能更有效控制炭疽病的发生与扩散（图 1A、1B）。

图1 不同浓度AOS对H. thailandica Lg3生防效果的影响

        在探究AOS诱导酵母提升生防效果的机制时，研究首先关注了香蕉自身防御酶系统的变化。香蕉体内的多酚氧化酶（PPO）、过氧化物酶（POD）、几丁质酶（CHI）和β-1,3-葡聚糖酶（GLU）是应对病原菌侵染的关键防御酶，其活性变化直接反映果实的防御能力。实验结果表明，经AOS诱导的酵母处理后，香蕉体内POD活性显著高于未诱导组，且活性峰值出现更早（图 2A）；PPO活性虽提升幅度略低于POD，但仍明显高于未诱导组（图 2B）；CHI和GLU不仅活性峰值更高，还能维持较长时间的高活性状态，而未诱导酵母组酶活性提升幅度与持续时间均不及前者（图 2C、2D）。这表明AOS诱导的酵母能更有效地激活香蕉自身的防御系统，通过增强防御酶活性构建更稳固的生化防御屏障，抵御炭疽病菌的侵染。

图2 经AOS增强的H. thailandica Lg 3对在28℃下储存14天的香蕉果实中POD、PPO、CHI和GLU活性的影响

        生物膜的形成能力与酵母在果实表面的定殖能力，是影响生防酵母发挥作用的重要因素。研究对AOS诱导后H. thailandica Lg3的生物膜形成能力进行了评价。结果显示，AOS能显著提升酵母的生物膜形成能力，随着AOS浓度变化，生物膜密度（以OD₅₉₀值表示）呈现先升后降的趋势，10mg/L AOS诱导时酵母生物膜密度达到最高，相较于未诱导组有显著提升（图 3），这意味着AOS诱导的酵母能更牢固地附着在香蕉表面，为后续定殖与发挥作用奠定基础。

图3 不同浓度的AOS对H. thailandica Lg 3生物膜形成能力的影响。

CK：Lg 3；A：5 mg/L AOS诱导的Lg 3；B：10 mg/L AOS诱导的Lg 3；C：20 mg/L AOS诱导的Lg 3；D：40 mg/L AOS诱导的Lg 3

        同时，本研究还考察了酵母在香蕉伤口及营养培养基中的种群动态。结果显示，AOS诱导的酵母在香蕉伤口处的定殖数量显著高于未诱导组，且能在较长时间内维持较高种群密度（图 4A）；而在营养丰富的NYDB培养基中，AOS诱导的酵母生长反而受到一定抑制（图 4B）。这一现象表明，AOS并非通过促进酵母在营养丰富环境中的增殖来提升生防效果，而是通过调控酵母生理特性，使其更适应香蕉伤口这一营养相对匮乏、竞争激烈的环境，增强其在目标生境中的定殖与存活能力。

图4 不同浓度的AOS对H. thailandica Lg 3定殖能力和生长动态的影响

        果实伤口环境中存在的氧化应激，是影响生防酵母存活与功能发挥的重要胁迫因素。研究进一步探究了AOS对酵母氧化应激耐受性的影响，结果显示，经AOS诱导后，酵母细胞内ROS积累量显著减少（图 5A），MDA含量也随之降低（图 5B），而存活率则明显提高，尤其是10mg/L AOS诱导下，酵母存活率提升最为显著，细胞膜完整性得到更好保护（图 5C）。

图5 不同浓度的AOS对H. thailandica Lg 3的ROS、MDA及存活率的影响

        为进一步揭示这一现象的机制，研究检测了酵母体内关键抗氧化酶的活性。结果显示，AOS诱导后，过氧化氢酶（CAT）活性、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）活性和超氧化物歧化酶（SOD）活性均有显著提升（图 6A-C）。三者协同作用，SOD先将超氧阴离子转化为过氧化氢，CAT和GPX再进一步将过氧化氢分解为无害物质，形成高效的抗氧化防御体系，从而增强酵母应对氧化应激的能力，提升其在香蕉伤口环境中的存活与竞争能力。

图6 不同浓度的AOS对H. thailandica Lg 3抗氧化能力的影响

        除了通过调控酵母自身特性与激活果实防御系统外，AOS诱导的酵母对炭疽病菌是否存在直接拮抗作用也备受关注。研究检测了不同处理组酵母对病原菌孢子萌发和菌丝生长的抑制效果，结果显示，AOS诱导的酵母对病原菌孢子的萌发和菌丝的生长的抑制率均显著高于未诱导组（图 7A, B）。这表明AOS诱导不仅能通过间接方式提升生防效果，还能增强酵母对病原菌的直接拮抗能力，从多个层面抑制炭疽病菌的生长与侵染，进一步保障生防效果的稳定性。

图7 不同浓度的AOS对H. thailandica Lg 3抑制香蕉炭疽杆菌的影响

        为从分子水平揭示AOS诱导酵母提升生防效果的机制，研究开展了转录组分析。首先通过差异表达基因（DEGs）分析，结果显示，AOS诱导后酵母出现293个差异表达基因，其中76个上调、217个下调，表明AOS可能通过调控基因表达，实现细胞内资源的重新分配，以适应环境并增强生防相关功能（图8A）。对差异基因进行GO富集分析，结果显示，差异基因主要富集于核糖体生物发生、翻译过程、末端氧化酶活性、细胞骨架组件等条目，这些条目涉及蛋白质合成、能量代谢与细胞结构构建，为酵母增强抗逆性、提升生物膜形成能力等提供了分子层面的解释（图 8B）。

图8 转录组分析结果

        进一步的KEGG富集分析结果显示，累计205个DEGs富集于52条代谢通路，其中核糖体、谷胱甘肽代谢、氧化磷酸化等通路富集最显著（图 9）。这些通路分别与蛋白质合成、抗氧化防御、能量产生相关，表明AOS可能通过调控这些通路，增强酵母的能量供应、抗氧化能力与蛋白质合成效率，从而提升其生防功能。

图9 差异表达基因的KEGG富集散点图

        此外，研究还重点分析了核糖体通路基因的表达变化，结果显示，AOS诱导后酵母核糖体相关基因（如RPS3、RPS0A、RPL10）多呈下调趋势（图 10），这可能是酵母通过降低蛋白质合成速率，节省能量以应对环境胁迫，同时将资源更多分配到与抗逆、生防相关的关键蛋白合成中。

图10 添加10 mg/L AOS诱导对H. thailandica Lg 3核糖体通路基因的影响

结论

        综上所述，该研究系统探究了AOS诱导H. thailandica Lg3 提升香蕉炭疽病生防效果的相关机制。研究发现，10mg/L AOS 能通过多种途径增强酵母的生防能力：一是提升酵母生物膜形成能力与在香蕉伤口的定殖能力，二是增强酵母的氧化应激耐受性，三是增强酵母对炭疽病菌的直接拮抗作用，四是更有效地激活香蕉自身的防御系统。同时，转录组分析从分子层面揭示了AOS通过调控核糖体、谷胱甘肽代谢、氧化磷酸化等通路，实现酵母生理特性的优化，为其生防功能的提升提供分子基础。该研究不仅证实了AOS诱导H. thailandica Lg3在香蕉炭疽病防控中的应用潜力，也为开发高效、环保的生防制剂，减少化学杀菌剂在农产品产后防控中的使用，推动绿色农业发展提供了重要的理论依据与实践参考。

        原文链接：https://doi.org/10.3390/jof11120824

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作者：汪浩

审核：李全才、邵萌

编辑：郭青云

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