葡萄采收前微生物干预对病害防控、发酵动态及葡萄酒香气的影响机制研究

为解决葡萄栽培中病害防控与葡萄酒风味调控的平衡问题，研究人员开展了一项关于采收前微生物干预（S. cerevisiae NX2320、T. harzianum和fludioxonil）对葡萄表面微生物群落、发酵动力学及葡萄酒挥发性化合物影响的研究。结果表明，所有处理均显著抑制病原菌并重塑葡萄汁微生物群落，其中S. cerevisiae处理组通过快速建立Saccharomyces优势（初始丰度89.96%）加速乙醇生成并提升酯类物质含量，最终增强葡萄酒果香特征。该研究为农业微生物组管理与葡萄酒品质的因果关联提供了新证据，为优化葡萄酒微生物工程提供了策略。

　　

葡萄作为葡萄酒酿造的核心原料，其表面微生物群落在自然发酵过程中扮演着关键角色。然而，现代酿酒工业过度依赖标准化发酵工艺（如Saccharomyces cerevisiae单一菌种接种）和化学防腐剂（如亚硫酸盐），可能导致具有地域特色的微生物代谢指纹消失——这正是近年来自然葡萄酒备受消费者青睐的核心价值。与此同时，葡萄园面临着双重挑战：病原菌（如引起灰霉病的Botrytis cinerea和产赭曲霉毒素A的Aspergillus spp.）的威胁，以及传统病害管理措施对微生物群落平衡的破坏。如何在不牺牲葡萄酒风味复杂性的前提下实现病害有效防控，成为葡萄栽培与酿酒领域的重大科学问题。

西北农林科技大学的研究团队在《Current Research in Food Science》发表的研究中，创新性地将Saccharomyces cerevisiae NX2320（Sc）、Trichoderma harzianum（Th）和杀菌剂fludioxonil（Fl）三种处理应用于葡萄采收前的田间管理，通过多组学整合分析（高通量测序和香气代谢组学），系统揭示了不同干预策略对葡萄-葡萄酒连续体中微生物群落演替轨迹和最终产品感官特征的差异化影响。研究发现，早期微生物调控（发酵前）是决定葡萄酒感官属性的关键因素，而干预时机和类型的差异显著影响挥发性化合物的变异模式。

研究团队采用四种关键技术方法：1）田间试验设计：在中国陕西杨凌规模化葡萄园设置对照组与三种处理组（Sc、Th、Fl），进行双次喷雾处理并监测病害发生率；2）自发发酵过程监测：在23-25°C条件下进行20L规模微酿，记录密度变化并分四个阶段（葡萄汁GJ、发酵初期BF、中期MF、末期EF）采样；3）微生物组分析：通过ITS和16S rRNA基因测序（Illumina HiSeq 2500平台）解析真菌/细菌群落结构；4）挥发性化合物检测：采用HS-SPME-GC-MS定量43种香气物质，结合感官评价（14人专业品评小组）建立风味特征关联模型。

3.1 田间霉菌病害的拮抗效应
通过田间表型评估和微生物群落分析发现，所有处理组均显著降低病害发生率（Sc 54.7%、Th 82.4%、Fl 70.4%）。Sc处理使葡萄表面菌群简化为Saccharomyces主导（83.42%），完全抑制Alternaria和Cladosporium等病原菌，而Th和Fl处理仍残留少量病原菌。

3.2 四种处理下葡萄汁微生物群落变化
高通量测序显示Sc处理组葡萄汁中Saccharomyces相对丰度达66.35%，显著高于其他组（Th 30.17%，Fl 22.55%）。细菌群落中Sc组富集乳酸菌（Lactococcus 49.79%），Fl组则增加醋酸菌（Komagataeibacter 11.59%）。PCoA分析表明真菌群落（Bray-Curtis）的组间差异解释率达92.95%。

3.3 自发葡萄酒发酵过程中真菌菌群动态
Sc处理组发酵速度最快（50%比重降低时间较对照组缩短54%），初期Saccharomyces丰度即达89.96%，而对照组呈现Saccharomyces（26.35%）与Hanseniaspora（34.85%）共主导格局。发酵过程中所有组均呈现真菌多样性递减趋势。

3.4 采收前处理决定酒精发酵期间细菌群落的层级组装
Sc组Lactococcus快速占据优势（BF期73.89%），Fl组Fructobacillus垄断氧化还原生态位（96.15%）。Th组则呈现Lactococcus与Pantoea的持续竞争，反映不同干预策略对细菌演替路径的特异性塑造。

3.5 微生物调控协调葡萄酒代谢组与感官典型性
Sc组葡萄酒乙醇含量最高（11.63% v/v），酯类物质（如异丁酸乙酯）显著增加。PLS-DA分析将香气特征分为四类：Sc组突出花果香（2-苯乙醇乙酸酯关联），Fl组则以草腥味（C6醛类持续）为主。

3.6 微生物代谢网络驱动风土特异性风味分层
网络分析揭示Saccharomyces通过酒精乙酰转移酶（AATase）活性主导C6乙酯合成（r=0.72），而Hanseniaspora与Gluconobacter的共生关系提升癸酸乙酯（r=0.83）等氧化应激代谢物。病原菌Erysiphe形成最密集网络节点（Degree=19），与不良风味物质显著相关。

该研究通过建立"农业微生物组管理-发酵动力学-感官品质"的因果链条，突破了传统病害防控与酿酒质量优化间的割裂认知。特别值得注意的是，S. cerevisiae NX2320展现出双重功能：既作为高效生物防治剂抑制田间病原菌，又通过预发酵定植加速乙醇生产并丰富酯类香气，这为开发"从田间到酒窖"的微生物全程调控策略提供了理论依据。研究还揭示真菌多样性（而非丰富度）与发酵效率的负相关性，强化了Saccharomyces在简化微生物生态系统中的核心作用。这些发现对实现葡萄酒微生物组工程精准调控、保留风土特征同时保障产品安全性具有重要实践价值。