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中国农业大学曹建康教授等:低温等离子体对冷库贮藏‘金冠’苹果微生物群落的影响
2023-09-06作者:来源:责任编辑:食品界 字体A+AA-
病原菌侵染是引起采后果蔬腐烂的主要原因,低温贮藏可以抑制果蔬的呼吸作用和微生物的生长繁殖,延缓果蔬的采后衰老和降低腐烂发生率,但是低温无法杀灭果实表面微生物,因此低温贮藏期间仍需对果蔬的微生物群落进行干预和控制。除了表面微生物,果实中还有植物内生菌(endophyte)。植物内生菌是指那些在其生活史的一定阶段或全部阶段生存于健康植物的各种组织和器官内部的细菌、真菌和放线菌,被感染的宿主植物不表现出明显的外在症状。一般地,植物内生菌对植物的生长起促进作用,部分高活性、多功能的内生菌还可以增强宿主的抗逆性和抗病虫害的能力。
因此,中国农业大学方琼、曹建康*和仲崇山采用高通量测序技术,以‘金冠’苹果为材料,对果蔬冷库果实表面真菌和内生细菌与内生真菌群落进行分析,探究低温等离子体对苹果表面真菌和内生菌的群落结构及组成的影响,构建微生物共生网络,为低温等离子体在果蔬采后领域的发展和应用提供理论依据。
1 低温等离子体对冷库贮藏‘金冠’苹果品质的影响
2 ‘金冠’苹果表面真菌及内生菌测序结果
3 低温等离子体对冷库贮藏‘金冠’苹果微生物群落α多样性的影响
低温等离子体处理前(AS0)和处理后(AS1)冷库中苹果表面真菌群落的α多样性指数之间均无显著性差异,而对照组(CKS)苹果表面真菌群落PD whole tree指数和Chao 1指数相较于AS0组和AS1组均显著升高。说明不经低温等离子体处理,正常低温贮藏时,冷库中苹果表面真菌群落的α多样性会显著升高。而低温等离子体低浓度持续处理30 d时,虽然不能降低冷库中苹果表面真菌的α多样性,但是可以抑制其α多样性升高。在内生菌方面,发现低温等离子体处理前(NS0)、处理后(NS1)及对照组(CKE)之间内生细菌群落和内生真菌群落α多样性指数均无显著性差异,表明苹果内生菌α多样性不易受到低温等离子体处理的影响。
将冷库苹果表面真菌群落和内生真菌群落的α多样性指数进行比较,发现低温等离子体处理前(AS0 vs. NS0),表面真菌群落的Chao 1指数显著高于内生真菌群落,而其余α多样性指数无显著性差异。自然贮藏30 d时的对照组(CKS vs. CKE)内生真菌群落的Simpson指数极显著高于表面真菌群落,其余α多样性指数无显著性差异。说明贮藏过程中苹果表面真菌群落和内生真菌群落均在发生动态变化。低温等离子体处理后(AS1 vs. NS1),内生真菌群落的PD whole tree指数和Shannon指数均显著高于表面真菌群落,说明低温等离子体对表面真菌群落更敏感。
4 低温等离子体对冷库贮藏‘金冠’苹果微生物群落β多样性的影响
如图2所示,PC1和PC2明显区分了不同处理组之间的表面真菌群落以及内生细菌群落,组间差异均显著(R2=0.467、P=0.019;R2=0.413、P=0.025)。但是不同处理组之间的内生真菌组间差异不显著(R2=0.251、P=0.457)。表明低温等离子体可以影响贮藏过程中的表面真菌群落组成和内生细菌群落组成,对而内生真菌群落组成无显著影响。
5 低温等离子体对冷库贮藏‘冠’苹果微生物群落组成的影响
在内生真菌方面,低温等离子体处理前后及对照组在门水平上的主要优势菌群均为Ascomycota(52.98%、52.62%、53.70%)和Basidiomycota(21.54%、28.93%、32.51%)。属水平上,低温等离子体处理前的优势菌群主要是未确定菌属的真菌(unidentified)(30.69%)、根霉属(Rhizopus)(18.15%)、散尾鬼笔属(Lysurus)(6.56%)、Aspergillus(4.38%)、Cutaneotrichosporon(3.26%)、珊瑚菌属(Holtermanniella)(3.18%)和被孢霉属(Mortierella)(2.99%)。对照组和低温等离子体处理组中未确定菌属的真菌(unidentified)相对丰度均显著升高(36.21%、54.82%)。对照组中其他优势菌群有接合酵母属(Zygosaccharomyces)(10.00%)、Aspergillus(5.05%)、趋木齿菌属(Xylodon)、丝盖伞属(Inocybe)、Penicillium(3.85%)和Mortierella(3.58%)。低温等离子体处理组中,主要优势菌群有Aspergillus(6.53%)、Holtermanniella(4.16%)、亚罗酵母属(Yarrowia)(3.05%)和酵母属(Saccharomyces)(2.98%)。除未确定菌属的真菌外,3 个处理组中Aspergillus的相对丰度均较高,Rhizopus、Lysurus、Holtermanniella、Cutaneotrichosporon、Yarrowia相对丰度均在贮藏过程中明显下降。而Xylodon和Inocybe作为正常贮藏后的优势菌群,在贮藏前和低温等离子体处理后相对丰度均为0。与正常贮藏的对照组相比,低温等离子体处理后,Zygosaccharomyces、Mortierella和Penicillium内生真菌均显著降低。在内生细菌方面,低温等离子体处理前后及对照组在门水平上的主要优势菌群均为蓝细菌门(Cyanobacteria)(47.68%、66.33%、57.10%)和变形菌门(Proteobacteria)(43.18%、31.52%、40.53%)。低温等离子体处理组和对照组中,厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度由处理前的5.90%分别下降为0.77%和1.07%。属水平上,处理前的优势菌群主要是未确定菌属的细菌(unidentified)(80.78%),其次是属于厚壁菌门的葡萄球菌属(Staphylococcus)(4.23%)和芽孢杆菌属(Bacillus)(3.13%),以及放线菌门的棒杆菌属(Corynebacterium)(1.73%)。对照组及低温等离子体处理组中,均是未确定菌属的细菌(unidentified)相对丰度较高(95.46%、92.17%),对照组中Bacillus相对丰度为1.21%,而低温等离子体处理组中其他菌属的平均相对丰度均不足1%,Corynebacterium相对丰度更是直接降为0。
6 冷库贮藏‘金冠’苹果表面真菌及内生菌共生网络构建
在表面真菌方面,正常低温贮藏时共生网络中共有17 个节点和40 条连线,其中55%为正连线,45%为负连线(图6A)。正连线说明菌属之间为正相关关系,关联菌属之间生态位较为相似或存在互利共生的关系。负连线说明菌属之间为负相关关系,关联菌属之间可能存在相互拮抗或相互竞争的关系。连通度较高的菌属有Mortierella、球腔菌属(Phaeosphaeria)、葡萄孢属(Botrytis)、Vishniacozyma、Penicillium和Metschnikowia,表明这些菌属在苹果表面真菌群落结构中起着重要作用。低温等离子体处理低温贮藏时,共生网络中共有18 个节点和31 条连线,其中51.61%为正连线,48.39%为负连线(图6B)。连通较高的关键菌属有Stephanonectria、节担菌属(Wallemia)和Papiliotrema。正常低温贮藏及有低温等离子体处理时,连通度较高的类群均为Ascomycota和Basidiomycota。
在内生真菌方面,其共生网络均比表面真菌和内生细菌共生网络相对简单。正常低温贮藏时内生真菌共生网络中共有11 个节点和8 条连线,连通度较高的菌属只有伽穆孢属(Gamsia)(图6E)。低温等离子体处理低温贮藏时,共生网络中共有16 个节点和13 条边,连通度较高的菌属为镰刀菌属(Fusarium)、Lysurus和Cladosporium(图6F)。低温等离子体处理时,构建的内生真菌共生网络比正常贮藏时更复杂,负相关关系的比例增多。
本文《低温等离子体对冷库贮藏‘金冠’苹果微生物群落的影响》来源于《食品科学》2023年44卷11期143-151页. 作者:方琼,曹建康,仲崇山. DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20220509-111.