橙花醇通过线粒体凋亡与自噬途径抑制灰葡萄孢菌及对樱桃番茄的采后保鲜作用

《International Journal of Food Microbiology》：Nerol induces mitochondrial apoptosis and autophagy in Botrytis cinerea and its protection on postharvest cherry tomato

本研究针对全球第二大植物病原真菌灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）引起的灰霉病问题，探讨了植物源香料橙花醇（nerol）的抗真菌机制及其采后保鲜应用。研究发现橙花醇通过诱导活性氧（ROS）积累、破坏膜完整性、诱导线粒体功能障碍（抑制SDH和CS活性、降低膜电位、促进Cyt c释放和caspase-3激活）和激活自噬，从而抑制灰葡萄孢菌生长；在樱桃番茄上，橙花醇不仅能直接抑制病原菌，还能诱导果实抗性，使酚类物质含量提升50.13%。该研究为开发基于橙花醇的绿色采后保鲜剂提供了理论依据，具有重要的应用价值。

　　

在农业生产中，采后病害是导致果蔬巨大损失的主要原因之一，其中由灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）引起的灰霉病尤为突出。这种真菌被列为全球第二大植物病原菌，寄主范围广泛，侵袭性极强，能在果蔬储存和运输过程中迅速蔓延，形成令人头疼的灰色霉层，造成严重的经济损失。长期以来，控制灰霉病主要依赖化学杀菌剂，但由此带来的病原菌抗药性、农药残留以及环境污染等问题日益凸显。因此，开发高效、安全、环境友好的新型天然源保鲜剂已成为采后生物学领域的研究热点。植物源活性成分因其天然、可降解、不易产生抗性等优点而备受关注。在此背景下，研究人员将目光投向了橙花醇（nerol）——一种存在于多种植物精油中的单萜类化合物，具有清新的花香。尽管已知其具有一定的抗菌活性，但橙花醇对灰葡萄孢菌的具体抑制机制，特别是是否涉及细胞死亡通路（如凋亡和自噬），以及其在采后水果上的实际保鲜效果如何，尚缺乏深入系统的研究。为了填补这一空白，Junhua Wang、Shunxin Qin、Leilei Chen、Liang Wang、Xiangyan Chen、Jiying Qiu、Xingwang Zhang、Wenjuan Zhang、Qingxin Zhou等研究人员来自山东省农业科学院食品与营养科学研究所，在《International Journal of Food Microbiology》上发表了他们的研究成果，系统揭示了橙花醇对抗灰葡萄孢菌的多重机制及其在樱桃番茄保鲜中的应用潜力。

本研究主要运用了微生物学方法（测定最小抑菌浓度（Minimum Inhibitory Concentration, MIC）和菌落生长抑制率）、生化分析（检测活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）、丙二醛（Malondialdehyde, MDA）含量、线粒体相关酶（琥珀酸脱氢酶（Succinic Dehydrogenase, SDH）和柠檬酸合酶（Citrate Synthase, CS））活性、线粒体膜电位（Mitochondrial Membrane Potential, MMP）、细胞色素C（Cytochrome C, Cyt c）释放和caspase-3活性）、分子生物学技术（实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析自噬相关基因（Atg）表达）以及采后果实实验（评估灰霉病控制效果和果实酚类物质含量变化）。

研究结果

橙花醇对灰葡萄孢菌的直接抑制作用

研究人员首先评估了橙花醇对灰葡萄孢菌生长的直接抑制效果。结果表明，橙花醇对该菌的最小抑制浓度（MIC）为0.25 mL/L。在处理48小时后，橙花醇显著抑制了菌落的扩展，使菌落直径减少了88.86%，显示出强烈的抑菌活性。

橙花醇诱导氧化应激和膜损伤

为了探究其作用机制，研究检测了活性氧（ROS）的积累情况。发现橙花醇处理引起了真菌细胞内ROS的显著积累。随之而来的是膜脂过氧化产物丙二醛（MDA）水平的升高，这表明橙花醇破坏了真菌细胞膜的完整性，导致膜系统受损。

橙花醇诱导线粒体功能障碍和细胞凋亡

研究进一步深入到了细胞器水平，重点关注线粒体功能。橙花醇处理抑制了线粒体关键酶琥珀酸脱氢酶（SDH）和柠檬酸合酶（CS）的活性。同时，线粒体膜电位（MMP）显著降低，表明线粒体功能出现障碍。更重要的是，研究观察到细胞色素C（Cyt c）从线粒体释放到细胞质中，以及凋亡关键执行者caspase-3的活性被激活。结合磷脂酰丝氨酸（Phosphatidylserine）外翻这一凋亡早期标志，这些结果 strongly suggest（强烈提示）橙花醇通过线粒体途径诱导了灰葡萄孢菌的细胞凋亡（Apoptosis）。

橙花醇调控自噬相关基因表达并激活自噬

除了凋亡，研究还关注了另一种细胞命运——自噬（Autophagy）。通过qRT-PCR分析，发现橙花醇调控了多个自噬相关基因（Atg genes）的表达，并激活了自噬过程。这表明自噬可能也参与了橙花醇的抗真菌作用，可能与凋亡协同或独立地发挥作用。

橙花醇在采后樱桃番茄上的保鲜效果

将实验室研究推向实际应用，研究人员评估了橙花醇对采后樱桃番茄灰霉病的控制效果。结果表明，橙花醇不仅能通过上述机制直接抑制果实表面的灰葡萄孢菌生长，还能诱导果实自身的防御反应。具体表现为樱桃番茄果实内的酚类物质含量显著提升了50.13%，这些酚类物质是重要的抗病相关次生代谢产物，从而增强了果实对病原菌的抵抗力。

结论与讨论

本研究系统阐明了橙花醇对灰葡萄孢菌的多靶点抗真菌机制。橙花醇首先通过诱导ROS积累引发氧化应激，导致膜脂过氧化和膜完整性破坏。进而，它攻击线粒体，抑制其能量代谢相关酶活性，降低膜电位，促发线粒体凋亡通路（涉及Cyt c释放和caspase-3激活）。同时，橙花醇还能调节自噬过程。在采后樱桃番茄模型中，橙花醇展现了双重益处：直接抑制病原菌和诱导果实系统抗性。该研究不仅深化了对天然萜类化合物抗真菌机理的认识，特别是揭示了其诱导线粒体凋亡和自噬的作用，而且为开发橙花醇作为一种新型、绿色的果蔬采后保鲜剂提供了坚实的理论依据和实践指导，对于减少化学农药使用、保障食品安全和减少采后损失具有重要意义。