浙江省农业科学院郜海燕研究员等：紫苏醛对杨梅主要致病菌桔青霉的抑菌活性及作用机制

2023-12-06 23:33:29

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杨梅多成熟于6～7月高温潮湿的梅雨季节，其质地柔软多汁，组织形态为柱状多肉形态，在采后运输、贮藏等环节极易受到机械损伤以及病原微生物的侵害，桔青霉侵染造成的绿霉病是杨梅采后的主要病害之一。紫苏醛是从紫苏叶中提取出来的一种无色或淡黄色且具有特殊香气的油状液体，具有良好的抑菌性。已有研究证明，紫苏醛作为天然防腐剂能有效抑制采后葡萄和樱桃番茄因病原微生物侵染造成的腐败变质问题。

浙江省农业科学院食品科学研究所的李瑞一、吴伟杰*、郜海燕*等通过最小抑菌浓度、孢子萌发率和菌丝生长抑制实验探究了紫苏醛对杨梅主要致病菌桔青霉的抑菌效果，并通过研究桔青霉菌丝形态和超微结构、细胞膜损伤机制、膜脂过氧化情况以及官能团变化，探讨桔青霉的抑菌机理。

1 不同浓度紫苏醛处理对桔青霉抑菌效果的影响

如图1A、B所示，随着紫苏醛浓度的增大，菌落直径显著减小，在培养到第6天时，120 μL/L紫苏醛处理的桔青霉菌落则完全不生长，初步确定紫苏醛抑制桔青霉生长的MIC为120 μL/L。如图1C所示，随着紫苏醛浓度的升高，孢子萌发率显著下降，在培养15h后，对照组（0 μL/L）孢子超过85%已经萌发，15、30、45、60 μL/L紫苏醛处理组的萌发率分别为69.67%、50.50%、20.83%、9.00%，表明紫苏醛处理能够显著抑制桔青霉孢子的萌发。从图1D可以看出，随着紫苏醛浓度的升高，桔青霉菌丝质量呈现显著降低趋势，与对照组（0 μL/L）相比，30、60、90、120 μL/L紫苏醛处理组中菌丝生长抑制率为15.13%、47.70%、91.42%、99.09%，抑制桔青霉菌丝体生长的效果十分明显。综上所述，紫苏醛在直接接触桔青霉菌丝及孢子的情况下，能够有效抑制菌丝和孢子的生长，且抑制效果呈现明显的剂量-效应关系。

2 不同浓度紫苏醛处理对桔青霉细胞膜通透性的影响

如图2A所示，随着紫苏醛浓度升高和处理时间延长，MDA含量呈现上升的趋势，，处理12 h后，30、60、90、120 μL/L紫苏醛处理组的MDA含量分别为0.74、0.85、1.04、1.24 nmol/g，对照组（0 μL/L）MDA含量显著低于各处理组（P＜0.05）。从图2B可以看出，随着紫苏醛浓度增加和处理时间延长，相对电导率增加，处理6h后，30、60、90、120 μL/L紫苏醛处理组的相对电导率分别为13.28%、19.56%、23.41%、31.4 4%，显著高于对照组（0 μL/L）（P＜0.05）。综上，紫苏醛处理能够加剧桔青霉细胞膜脂过氧化，增加细胞膜相对电导率，表明紫苏醛处理可能破坏了桔青霉的细胞膜结构。

3 不同浓度紫苏醛处理对桔青霉形态的影响

对照组（0μL/L）桔青霉菌丝呈现管状、线性的正常形态，质地均匀、光滑，顶端为扫帚状的分生孢子头（图3A1、A2）；经60μL/L紫苏醛处理后的桔青霉菌丝部分出现断裂，且顶端扫帚状分生孢子头消失（图3B1、B2）；经90μL/L紫苏醛处理后菌丝融断现象严重，且菌丝杂乱无章地聚集到一起，顶端扫帚状分生孢子头完全消失，菌丝形态完全遭到破坏（图3C1、C2）。

4 不同浓度紫苏醛处理对桔青霉超微结构的影响

从图4A1、A2可以看出，未经过紫苏醛处理的桔青霉细胞壁、质膜均具有良好的完整性，胞内拥有完整的细胞质基质和细胞器，桔青霉细胞之间有明显的质膜界限，层次感分明。经60 μL/L紫苏醛处理的桔青霉细胞细胞壁遭到破坏，细胞内容物泄漏，细胞质膜模糊，结构发生变化，部分出现轻微的质壁分离现象（图4B1、B2）。经90 μL/L紫苏醛处理的桔青霉细胞质基质降解以及大量细胞器破裂，出现不规则的囊泡，造成严重质壁分离现象（图4C1、C2）。

5 不同浓度紫苏醛处理对桔青霉细胞内容物泄漏量的影响

从图5可以看出，随着处理时间的延长，对照组（0 μL/L）的可溶性蛋白、可溶性糖以及核酸泄漏量情况基本没有发生变化。紫苏醛处理组中随着时间的延长以及紫苏醛浓度的增加，各物质泄漏量上升。与0 h相比，处理5 h时120 μL/L紫苏醛处理组桔青霉可溶性蛋白、可溶性糖和核酸泄露量分别增加了71.20%、210.93%和117.31%，此时120 μL/L紫苏醛处理组可溶性蛋白、可溶性糖以及核酸泄漏量显著高于其他组（P＜0.05）。结果表明紫苏醛能够增加桔青霉细胞的通透性，推测可能是因为紫苏醛作为脂溶性物质，能够与桔青霉细胞膜中磷脂双分子层相互作用，导致细胞膜的破损，进而导致桔青霉细胞内容物泄漏，细胞内外物质交换失衡，进而诱导桔青霉细胞凋亡。

6 不同浓度紫苏醛处理对桔青霉麦角固醇、几丁质、总脂质水平和线粒体ATP酶活力的影响

从图6A中可以看出，随着紫苏醛浓度的升高，桔青霉中麦角固醇含量呈现下降趋势，0、30、60、90 μL/L紫苏醛处理组中麦角固醇含量分别为1.70、1.12、0.56、0.34 mg/g，对照组（0 μL/L）麦角固醇含量显著高于其他各组（P＜0.05）。由图6B可知，随着紫苏醛浓度的增加，几丁质水平呈现下降的趋势。0、30、60、90 μL/L紫苏醛处理组几丁质水平分别为94.87、68.54、56.83、33.23 μg/mL，对照组几丁质水平显著高于各处理组（P＜0.05）。从图6C可以看出，随着紫苏醛浓度的增加，桔青霉总脂质含量呈现下降趋势，0、30、60、90 μL/L紫苏醛处理组中总脂质含量分别120.26、88.05、35.89、22.55 mg/g，对照组（0 μL/L）含量显著高于其他各处理组（P＜0.05）。线粒体ATP酶作为细胞代谢中一种关键酶，其活力的下降会导致细胞中ATP酶生成量不足，进而引发细胞死亡，从图6D可以看出，随着紫苏醛浓度的上升，桔青霉的线粒体ATP酶活力呈现下降趋势。0、30、60、90 μL/L紫苏醛处理组中ATP酶活力分别为11.50、5.21、3.08、1.45 U/mg pro，对照组显著高于处理组（P＜0.05）。综上，与未处理组相比，经过90μL/L紫苏醛处理的桔青霉中麦角固醇、总脂质、几丁质水平和线粒体ATP酶活力下降了80.00%、81.25%、64.97%和87.40%，紫苏醛能够破坏桔青霉细胞壁，使细胞支架遭到破坏，此外，桔青霉可能抑制桔青霉中某些膜蛋白的功能和破坏膜的完整性，抑制麦角固醇等的生成，使总脂质含量下降，这可能会改变脂溶性和水溶性物质的运输速率，破坏桔青霉细胞膜的选择透过性，从而进一步抑制线粒体ATP酶活力，导致细胞消耗ATP能力降低，使桔青霉细胞死亡。

7 不同浓度紫苏醛处理后桔青霉的傅里叶变换红外光谱

从图7可以看出，不同组桔青霉菌丝体傅里叶红外光谱图的特征峰出现的位置几乎相同，但峰强度有所差异。在3380cm－1波数附近出现羟基（—OH）的伸缩振动，在2925cm－1波数附近出现了甲基（—CH3）和亚甲基（—CH2—）的伸缩振动，在1653cm－1波数附近出现芳香族骨架振动，在1547 cm－1波数附近出现苯环碳骨架的振动，且随紫苏醛处理浓度增加，这些峰强度减小，推测桔青霉羟基结构、甲基、亚甲基数量减少，脂肪组物质、碳水化合物、木质素等含量减少。结果表明紫苏醛处理桔青霉可能使菌丝体内部物质含量发生变化。

讨论

紫苏醛作为从紫苏叶中提取出来的绿色天然活性成分，具有良好的安全性、抗菌、抗氧化性等，能够通过直接接触的方式抑制杨梅主要致病菌桔青霉菌丝生长及孢子萌发。本研究结果表明，紫苏醛能够破坏桔青霉细胞壁和细胞膜的完整性，导致几丁质和麦角固醇含量下降。本研究发现，紫苏醛处理能够加剧桔青霉细胞膜脂过氧化，提高细胞膜的相对电导率，降低总脂质含量，从而会改变细胞膜的选择通过性，进一步抑制线粒体ATP酶活力，促使细胞内ATP含量下降，干扰细胞内能量代谢过程，诱导细胞死亡。此外，紫苏醛处理导致桔青霉蛋白质、碳水化合物和核酸等物质流失，破坏了蛋白质和遗传物质结构，从而发挥抑制桔青霉的效果，由此推测紫苏醛的抑菌机理可能与其拥有较强极性和穿透力的理化性质相关，紫苏醛拥有极强的亲脂性，能够和桔青霉细胞膜发生反应，导致其细胞膜的特性发生改变从而影响菌丝体生长，随后进一步穿透细胞膜，进入细胞内部，干扰细胞能量代谢等过程，从而降低桔青霉细胞整体的活性，达到抑菌效果。

本研究结果表明，紫苏醛可以破坏桔青霉的菌丝形态和超微结构、破坏细胞膜结构及其通透性、扰乱能量代谢过程、影响生物大分子合成、破坏蛋白质及遗传物质结构，从而发挥抑菌作用。因此，紫苏醛作为植物源抑菌物质具有一定的研究和开发价值，本实验可为绿色安全的天然保鲜剂研发提供理论基础。

作者简介

通信作者：

郜海燕，研究员、博士，浙江省农业科学院食品科学研究所原所长、省特级专家，浙江省有突出贡献中青年专家，首席专家（杰出人才）。博士、博导、研究员（二级），国务院特殊津贴获得者。现任国家浆果保鲜加工技术研发专业中心、农业农村部果品产后处理重点实验室、中国轻工业重点实验室、浙江省果蔬保鲜与加工技术研究重点实验室主任。国家基金二审专家，国家农产品加工果品专业委员会副主任和标准委员会专家，浙江省农业重大专项食品营养与健康加工重大专项专家组组长。中国食品学报、食品科学和IJABE等编委会委员。兼南昌大学、南京农大、西北农林、沈阳农大、中海大、浙工大、浙师大、浙海大和安徽农大多院校博（硕）士导师。

吴伟杰，男，中共党员，1987年1月生，浙江桐乡人；毕业于韩国全北国立大学，获博士学位，专业为食品科学与发酵，2015年入职浙江省农业科学院食品科学研究所，主攻食品保鲜与加工方向，现任食品科学研究所食品物流与营养品质调控研究室主任，兼任中国食品学会休闲食品分会理事、浙江省食品学会理事、浙江省食品学会青年委员会委员，入选农业农村部人才、浙江省“育才工程”资助计划、院“青年英才”计划。现主要从事果蔬采后品质劣变衰老生物学基础、食品营养功能与品质控制、物流保鲜技术研究与开发。先后主持国家自然科学基金青年项目、国家重点研发计划项目子课题、浙江省重点研发子课题、浙江省自然科学基金等省级以上科研项目8 项。参加省级以上科研项目10余项。作为主要完成人获科技成果3项：浙江省科技进步一等奖，中华农业科技奖一等奖，中国商业联合会科技创新一等奖各1 项。参与制订农业部行业标准（通过审定已颁布实施）1 项；发表论文30余篇，其中第一作者SCI/EI收录论文10余篇。

第一作者：

李瑞一，汉族，本科（2016-2020）就读于塔里木大学食品科学与工程专业，硕士（2020-2023）就读于福建农林大学食品加工与安全专业，研究方向为食品物流保鲜与品质调控。

本文《紫苏醛对杨梅主要致病菌桔青霉的抑菌活性及作用机制》来源于《食品科学》2023年44卷第15期196-203页，作者：李瑞一，吴伟杰*，房祥军，陈杭君，韩延超，牛犇，陈慧芝，郜海燕*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221202-016.

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