综述:光在调节植物病原体毒力方面的作用及其在减少水果和蔬菜采后腐烂中的应用

《Food Control》:The function of light in regulating the virulence of plant pathogens and its application in reducing post-harvest decay of fruits and vegetables

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月27日 来源:Food Control 7.0

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  摘要光照是多种生物体重要的环境信号。植物病原真菌通过专门的光感受器(包括白领复合体、隐花色素、光敏色素和视紫红质)感知不同波长的光,这些光感受器能够激活特定波长的信号通路。这些光感应系统与感染相关过程密切相关,如无性和有性繁殖、孢子萌发、感染结构形成、向光性、次生代谢产物的产生、

  

摘要

光照是多种生物体重要的环境信号。植物病原真菌通过专门的光感受器(包括白领复合体、隐花色素、光敏色素和视紫红质)感知不同波长的光,这些光感受器能够激活特定波长的信号通路。这些光感应系统与感染相关过程密切相关,如无性和有性繁殖、孢子萌发、感染结构形成、向光性、次生代谢产物的产生、抗逆性和毒性。光反应强烈依赖于真菌种类、波长、光照强度、暴露时间和发育阶段。除了对病原真菌具有显著的调控作用外,光照还对采后水果和蔬菜的生理状态产生显著影响。因此,与化学方法相比,光照在相对封闭的储藏环境中是一种更方便、更安全的保鲜方法。紫外线照射和可见光LED照明可以通过DNA损伤、氧化应激和光毒性直接抑制病原真菌,同时激活寄主防御反应、抗氧化代谢和细胞壁强化,从而减少水果和蔬菜的腐烂。此外,光照处理还可以调节成熟度、衰老过程和营养特性。本综述总结了真菌光感应、光调控的生长、次生代谢和致病性的最新进展,并进一步讨论了基于光的技术在水果和蔬菜采后保鲜中的应用、优势和局限性。了解光照作为信号和胁迫因子的双重作用,可能为开发可持续的控制植物病害和保持园艺产品质量的策略提供新的见解。

引言

光是地球上生命存在最基本的环境因素。在生物系统中,光主要承担双重重要角色:既是光合作用的主要能量来源,也是调节多种生物适应性反应的关键信号(Z. Yu & Fischer, 2019)。对于固着真菌而言,光感知提供了关于其周围环境的重要空间和时间信息(Fuller et al., 2015; Zhang et al., 2016)。这些来自光的信息触发了全面的转录和生理重编程,使真菌能够根据周围环境优化生长、发育和生存策略,从而实现最佳生命周期(Rodriguez-Romero et al., 2010)。尽管对真菌光生物学的研究已经进行了半个多世纪,但通过测序大量真菌基因组以及应用转录组学和全基因组突变映射等新技术,我们对接真菌光感应和信号传导机制的理解有了显著加深。这些进展揭示了专门的光感受器蛋白作为关键分子开关的作用,它们能够检测特定的光波长并启动下游信号级联,最终影响真菌的生理特性(Z. Yu & Fischer, 2019)。基因组级研究表明,光照在真菌中的调节作用非常广泛,例如在Neurospora crassa中,光照可以影响多达30%的蛋白质编码基因的表达,在Aspergillus nidulans中则影响约10%的基因(C. Chen, Ringelberg, Gross, Dunlap, & Loros, 2009; Lewis et al., 2002; Yu et al., 2021),这为了解真菌中的光信号转导网络的分子结构提供了初步见解。
对于植物病原真菌来说,光感知尤为重要,因为感染、孢子形成和存活通常发生在光照质量、强度和光照周期变化剧烈的动态环境中。已经在几种植物病原真菌(如Botrytis cinerea、Magnaporthe oryzae和A. nidulans)中研究了光反应(Igbalajobi et al., 2019; Lee et al., 2006; Schumacher, 2017)。最近的研究揭示了复杂的光信号网络,这些网络将光感知与其他环境信号结合,以调节多个感染相关过程,包括无性和有性繁殖、孢子萌发、感染结构形成、向光性、次生代谢产物的产生和抗逆性(Li et al., 2024; Li et al., 2025; Roden & Ingle, 2009; Thind & Schilder, 2018)。新兴证据表明,某些植物病原真菌(如B. cinerea)可以将光信号与内源性生物钟振荡器结合,直接调节致病能力并优化感染时机(Hevia et al., 2015)。这些对光有反应的病原行为会导致巨大的农业损失,并威胁全球粮食安全;相反,了解这些调控机制为抗真菌策略提供了潜在的目标。
采后的水果和蔬菜在储存、运输和销售过程中极易受到真菌腐烂的影响,导致巨大的经济损失和食品浪费。尽管广泛使用化学杀菌剂来控制采后腐烂,但由于担心化学残留、抗性病原体种群和消费者对更安全保鲜方法的需求,其应用越来越受到限制。在这种背景下,基于光的处理方法(包括紫外线照射和可见光LED照明)作为非化学技术,在采后病害控制方面显示出巨大潜力。光照处理可能通过诱导DNA损伤、氧化应激或光毒性直接抑制病原体生长,同时通过激活寄主防御反应间接减少病害。此外,光照还可以影响采后水果和蔬菜的成熟度、衰老过程和营养特性,显示出更广泛的采后品质管理潜力(D'Souza et al., 2015; Nassarawa et al., 2021; W. Zhang & Jiang, 2019)。
虽然之前的综述总结了真菌光生物学、光感受器介导的信号传导或采后光技术,但尚未系统地讨论真菌光生物学与水果和蔬菜采后保鲜之间的联系。本综述综合了关于真菌(尤其是植物病原真菌)光感应、信号传导和光反应的研究进展,并进一步探讨了光照在水果和蔬菜采后保鲜中的应用,提供了新的视角。

章节片段

植物病原真菌中的光感知

真菌进化出了复杂的光感应系统,使它们能够感知和响应光谱中的特定波长。大多数真菌对蓝光有反应,但在某些物种中也观察到了对绿光、红光和远红光的反应(Z. Yu & Fischer, 2019)。真菌利用不同的光感受器系统来检测特定波长,其中白领复合体(WCC)和隐花色素主要介导蓝光的感知,而视紫红质等也参与这一过程

光照影响植物病原真菌的发育

丝状真菌(包括植物病原物种)进化出了复杂的生命周期策略,以平衡营养生长和生殖发育,从而优化生存和传播。这些生物首先通过营养菌丝在基质或寄主组织中建立立足点,随后进行有性和无性繁殖。这些生殖途径争夺有限的营养资源,因此彼此之间存在竞争(Fuller et al.,

光照影响植物病原真菌的次生代谢

植物病原真菌是数千种次生代谢产物的丰富来源,如霉菌毒素、色素和其他生物活性化合物,这些化合物在它们的生存和致病性中起着关键作用(Macheleidt et al., 2016; Zhang, Chen, et al., 2021)。次生代谢产物是低分子化合物,虽然不是生长所必需的,但常常作为化学武器帮助真菌侵入寄主、与其他微生物竞争以及适应环境(Zhang, Chen, et al., 2021)。

光照影响植物病原真菌的毒性

真菌是全球最具经济破坏性的作物病原体群体,导致主要粮食作物的产量大幅减少(Chen et al., 2025; Chen, Zhang, et al., 2023; Zhang et al., 2022; Zhang, He, et al., 2021)。这些真核病原体演化出了复杂的光感知机制,调节其几乎所有生物学方面,对疾病流行病学和感染策略产生深远影响(Idnurm & Crosson, 2009)。

光照在水果和蔬菜采后保鲜中的应用

新鲜水果和蔬菜富含维生素、矿物质和生物活性抗氧化剂等必需营养素,有助于人类健康和疾病预防(Chen et al., 2021, 2023, 2025)。然而,这些易腐农产品在整个供应链中极易受到微生物感染和品质恶化(Tian et al., 2016)。根据植物病理学中的基本疾病三角原则,疾病的发生需要

展望

光信号与植物病原真菌致病性之间的复杂关系为开发新的疾病管理策略提供了一个有潜力却尚未充分探索的前沿领域。未来的研究应该超越表型观察,阐明特定光波长如何调节不同病原真菌的毒性因素的分子机制。特别是,基因编辑方法,如CRISPR/Cas介导的敲除或定点突变

CRediT作者贡献声明

王战超:撰写——审稿与编辑;卢莎莎:撰写——审稿与编辑;李光进:撰写——审稿与编辑;田 Shiping:撰写——审稿与编辑、监督、资金获取、概念构思;张展权:撰写——审稿与编辑、监督、资金获取、概念构思。

利益冲突声明

作者们没有需要声明的利益冲突。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金(编号32430082、32402639和32172642)以及中国青海省重大科技项目(2024-NK-A5)的支持。
Zhanchao Wang|Shasha Lu|Guangjin Li|Shiping Tian|Zhanquan Zhang
中国农科院蔬菜花卉研究所蔬菜生物育种国家重点实验室,北京,100081,中国
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