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中国是世界第一大柑橘生产国,但采后果实腐烂造成的损失却相当严重。传统化学杀菌剂虽然曾在全球范围内被广泛使用,但对其的滥用和误用已使得很多病原菌产生了抗性,再加上它造成的环境污染和人们对健康问题的关注,迫使人们去寻找一种能有效替代化学杀菌剂对抗采后病害的新方法。在此,生物防治剂为我们提供了一个很好的选择。
柠檬形克勒克酵母(Kloechera apiculata)常被用来酿酒,但根据我们的研究,这种酵母还具有生防功效。拮抗菌34-9是一株分离于柑橘果园、已被证明能很好地保护柑橘果实免受病原菌危害的柠檬形克勒克酵母。本实验从三个方面入手,借助扫描和透射电镜技术、脉冲电泳技术、TUNEL反应和其他荧光染料(如DHE、AnnexinV-FITC及PI等),分别探讨拮抗菌34-9在诱导剂存在条件下发生凋亡的情况以及菌体发酵和贮藏过程中的细胞形态和凋亡特性。
1.乙酸作为一种抗微生物防腐剂,20 mM浓度就能显著抑制拮抗菌34-9的繁殖,40 mM孵育3 h,培养物浓度几乎没有改变。40及60 mM乙酸诱导细胞发生凋亡,典型特征包括:TUNEL呈阳性的DNA降解;磷脂酰丝氨酸(PS)外翻;DNA片段化形成不同于哺乳动物凋亡细胞ladder结构的大片段,同染色质高度有序降解相一致,且多形成SSBs且/或DSBs;ROS积累;长形线粒体裂解,形成无嵴的、膨胀肿大的异常小线粒体;细胞核均一化程度降低,核膜逐渐消散等。
2.拮抗菌34-9发酵初期即代谢葡萄糖生产大量乙醇,推测该酵母具有Crabtree效应,即细胞在有氧环境下利用葡萄糖进行酒精发酵而非进行菌体生长。解释了为什么进行菌体制备时,即使给予充足的营养物质,其生物量也只能达到108/mL而很难继续提高的原因。葡萄糖制细胞同化乙醇及乙酸,大量乙醇、乙酸的积累会影响酵母细胞的代谢活性。故在制备34-9菌体的过程中,葡萄糖的浓度不是越高越好,而应该考虑它在调节代谢流方面的特殊作用。单批发酵过程中,24及48 h处细胞凋亡死亡的比例低,推测此时培养基中代谢产物积累量低,没有达到启动细胞凋亡的浓度。对细胞提前进行酸适应训练,可降低乙酸的毒害作用,有效改善细胞存活率。
3.柑橘的贮藏环境极不利于酵母34-9的存活,贮藏初期即开始发生死亡。酵母存活率低与营养物质匮乏有关,作为病原菌的天敌,拮抗菌的生存可能有赖于病原菌的存在。这可能就是生防菌34-9拮抗机制之一。