马铃薯块茎采后贮藏条件对微生物组及休眠进程的调控机制研究

推荐：为解决马铃薯采后贮藏中化学抑芽剂禁用导致的发芽控制难题，美国农业部研究人员通过多组学分析揭示了8℃与21℃贮藏温度下块茎不同组织(primary bud/secondary bud/flesh)微生物组动态变化规律，发现Bacillus coahuilensis和Flavobacterium frigidarium与低温抑芽显著相关，同时鉴定出Streptomyces等有益菌群及Alternaria alternata等致病真菌，为开发微生物源抑芽剂和病害防控提供了新策略。

　　

马铃薯作为全球第三大主食作物，约90%收获后需长期贮藏。传统化学抑芽剂CIPC因环境安全问题被多国禁用，而低温贮藏虽能抑制发芽但易导致糖代谢异常和病原菌积累。如何通过调控贮藏环境维持块茎品质，成为产业亟待解决的难题。美国农业部农业研究局（USDA-ARS）的研究团队在《Postharvest Biology and Technology》发表的研究，首次系统揭示了贮藏温度和时间对马铃薯不同组织微生物组的动态影响及其与休眠进程的关联。

研究采用Illumina MiSeq平台进行16S rRNA（细菌）和ITS（真菌）测序，结合糖代谢分析，对Russet Burbank品种块茎在8℃、21℃及温度转换条件下的primary bud（主芽）、secondary bud（侧芽）和tuber flesh（块茎肉质）三类组织进行长达24周的动态监测。通过QIIME2分析微生物多样性，LEfSe鉴定差异菌群，并建立发芽指数与糖含量的关联模型。

3.1 贮藏温度对休眠进程的影响
低温（8℃）使块茎休眠期延长至29周，而常温（21℃）贮藏13-15周即打破休眠。温度转换实验表明，短期升温（8℃转21℃ 3天）可加速发芽，证实温度是调控休眠的关键因素。

3.2 糖代谢与发芽的关联
21℃贮藏下bud tissues的葡萄糖和果糖含量在12-17周显著升高，与发芽同步；而8℃贮藏的还原糖含量降低50%。淀粉在secondary bud的积累表明糖分转运参与发芽调控。

3.3 微生物组多样性特征
bud tissues的细菌和真菌多样性显著高于flesh（P<0.0001）。低温贮藏12-17周期间，primary bud的细菌丰富度上升40%，而常温组下降，提示温度通过改变微环境塑造菌群结构。

3.4 核心功能菌群鉴定
发现7个核心细菌属（如Bacillus、Arthrobacter）和4个核心真菌属（如Alternaria）。值得注意的是，Bacillus coahuilensis在8℃贮藏后期丰度激增4倍，与发芽抑制显著相关；而致病菌Alternaria alternata在相同条件下增长3倍，揭示低温可能加剧潜在病害风险。

3.5 温度特异性菌群富集
LEfSe分析显示，8℃贮藏17周时Bacillus megaterium（LDA>5）和Sporosarcina aquimarina（LDA>4.5）在bud tissues特异性富集，二者均具生防潜力；而21℃贮藏下Penicillium paneum（LDA>5）等腐败菌占优，解释常温贮藏的病害高发原因。

该研究首次阐明马铃薯块茎不同组织的微生物生态位分化现象，发现bud tissues作为"菌群热点"对贮藏条件响应敏感。鉴定出的Bacillus coahuilensis和Flavobacterium frigidarium可作为天然抑芽剂的候选菌株，而Arthrobacter等有益菌为块茎病害生物防治提供资源库。研究同时警示低温贮藏可能促进Alternaria等病原菌增殖，建议采用阶段性温度调控平衡抑芽与防病需求。这些发现为开发基于微生物组的马铃薯采后管理技术奠定了理论基础，对减少化学药剂使用、保障粮食安全具有重要意义。