从Pantoea ananatis CE26中提取的丁酸能够通过诱导Botrytis cinerea的膜损伤和氧化应激来抑制采后灰霉病的发生

《Food Bioscience》：Butyric acid derived from Pantoea ananatis CE26 suppresses postharvest gray mold by inducing membrane disruption and oxidative stress of Botrytis cinerea

　　

摘要

灰霉病菌Botrytis cinerea是导致果实采后腐烂的主要真菌病原体。由于生物控制剂对环境的兼容性和强大的抗真菌活性，它们越来越被认可为管理采后病害的可持续策略。在这项研究中，从樱桃果实中分离出一种新的对抗B. cinerea的拮抗细菌，并鉴定为Pantoea ananatis CE26。由于CE26主要通过挥发性代谢物发挥其拮抗作用，因此通过顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱技术分析了其挥发性有机化合物谱图，确定丁酸（BA）是关键的抗真菌化合物。BA在体外表现出强烈的抗真菌活性，在6 μL L^-1的浓度下完全抑制了B. cinerea的菌丝生长，并显著降低了采后樱桃和苹果果实上的灰霉病严重程度。双荧光染色和细胞质渗漏实验表明，BA损害了细胞活力和膜完整性，最终导致细胞成分渗漏。此外，BA干扰了NADPH氧化酶复合体相关基因的表达，并刺激了细胞内活性氧的积累，而减弱的抗氧化防御进一步加剧了B. cinerea的氧化应激。这些结果表明，CE26产生的BA通过诱导细胞膜破坏和氧化应激来抑制B. cinerea，为管理采后灰霉病提供了一种有前景的策略。

引言

新鲜水果因其理想的感官特性和营养价值而广泛消费，成为全球人类饮食的重要组成部分（Pu等人，2023年）。然而，水果在采后储存和运输过程中极易发生质量劣化和腐烂，其中真菌感染是导致采后损失的主要原因之一（Li等人，2024年）。在采后真菌病原体中，Botrytis cinerea因其坏死营养的生活方式、广泛的宿主范围和高毒力而尤为突出。其显著的表型可塑性和遗传多样性使其能够迅速适应环境变化，使得病害管理变得十分困难（Li等人，2018年；Meng等人，2025年）。目前的控制策略主要依赖于物理方法，如冷藏、辐照、臭氧处理和热处理。然而，这些方法的应用往往受到高能耗、成本以及对水果特性的依赖性的限制（Liu等人，2023年）。尽管化学杀菌剂能有效快速抑制病害，但它们的广泛使用促进了抗性病原体的产生，并加剧了对环境和人类健康风险的担忧（Kumar等人，2025年；Spadaro & Droby，2016年）。因此，开发更安全、有效和可持续的控制B. cinerea的策略仍然是一个重要的研究重点。

使用生物控制剂（BCAs）的生物控制策略作为一种环境友好的方法，已被用于植物病害管理（Rahman等人，2024年；Rasheed等人，2024年）。BCAs通过多种作用机制抑制植物病原体，特别是通过产生抗菌代谢物和诱导宿主防御反应。例如，Bacillus subtilis产生脂肽抗生素，如iturin和fengycin，这些物质可破坏病原体膜的完整性并抑制其生长（Ongena & Jacques，2008年）。同样，Pseudomonas fluorescens产生2,4-二乙酰苯丙酮醇（2,4-DAPG），它具有直接的抗菌活性并能诱导植物的系统抗性（Weller等人，2007年）。除了这些非挥发性抗菌代谢物外，BCAs释放的挥发性有机化合物（VOCs）也是其抗真菌活性的另一个重要机制（Huang等人，2025年）。由于挥发性有机化合物具有扩散性、低残留潜力和环境兼容性，它们被视为采后病害控制的有希望的试剂（Ling等人，2023年；Olana等人，2026年）。这些化合物可以通过破坏细胞结构、干扰代谢过程和抑制菌丝发育来抑制病原体。例如，B.velezensis产生的二乙酰、苯甲醛和异戊醇完全抑制了B. cinerea在果实上的生长（Calvo等人，2020年）。同样，B.cereus ZW21产生的VOCs破坏了真菌膜的完整性并增强了宿主防御反应，从而减少了木瓜的采后炭疽病（Bai等人，2026年）。总的来说，这些研究强调了微生物VOCs作为有效抗真菌剂的潜力，并指出了识别产VOC微生物及其关键生物活性化合物的必要性。

Pantoea属细菌通常是存在于植物表面和内部组织中的革兰氏阴性菌，某些菌株已被证明具有控制植物和采后病原体的潜力（Duchateau等人，2024年）。例如，P. agglomerans CPA-2在采后储存期间有效控制了苹果上的蓝霉病和灰霉病（Nunes等人，2002年），而P. jilinensis D25对B. cinerea表现出强烈的拮抗作用，并减少了番茄上的灰霉病严重程度（Zheng等人，2021年）。其他Pantoea菌株，如P. dispersa和P. ananatis，也被证明可以抑制真菌或细菌病原体并促进植物健康，这突显了该属作为生物控制资源的重要价值（Duchateau等人，2025年；Jiang等人，2019年；Lee等人，2024年）。然而，Pantoea菌株的生物控制效果高度依赖于菌株自身，其在采后水果保存中的应用比Bacillus和Pseudomonas等研究较为充分的属要少。特别是，对其抗真菌作用的具体代谢物及其抑制病原体的机制了解还不够充分。因此，鉴定具有明确抗真菌代谢物和机制的新Pantoea菌株对于改进其在采后保存中的应用非常重要。

因此，本研究旨在分离一种能够抑制采后病原体B. cinerea的拮抗微生物，并阐明其抑制机制。为此，从樱桃果实中分离出一种新的拮抗细菌，鉴定为P. ananatis并命名为CE26。随后通过顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱技术（HS-SPME-GC-MS）分析了CE26的VOCs，确定丁酸（BA）是关键的抗真菌化合物。进一步通过评估细胞活力、膜完整性、细胞质渗漏、活性氧（ROS）积累、ROS代谢相关基因表达和抗氧化反应来研究BA的抗真菌机制。这些发现为使用P. ananatis CE26来管理采后果实中的灰霉病提供了一种有前景的生物控制策略。

章节片段

病原体、果实样本和化学标准品

从B. cinerea B05.10菌株在25°C下培养10天后生成活性真菌培养物。收集分生孢子后，根据我们之前报告的方法（Li等人，2022a）将悬浮液稀释到所需浓度。苹果（Malus pumila L.）和樱桃（Prunus avium 'Meizao'）果实购自中国北京的市场。选择大小相似且外观良好的果实，而舍弃表面有异常或病害迹象的果实

分离和筛选对B. cinerea具有拮抗作用的细菌

按照图1A所示的工作流程，从樱桃果实表面样本中回收潜在的拮抗细菌候选株。随后通过体外和体内试验筛选了这八种分离株对B. cinerea的抑制作用。所有八种分离株都对B. cinerea的菌丝生长表现出不同程度的抑制作用。其中，S2在体外表现出最大的拮抗能力，导致

讨论

灰霉病主要由B. cinerea引起，它通过加速果实质量下降和在储存及运输过程中的经济损失对新鲜水果的保存构成重大挑战（Li等人，2018年）。随着对杀菌剂残留、病原体抗性和环境风险日益关注，人们越来越需要更安全和可持续的病害管理方法（Spadaro & Droby，2016年）。在这里，从樱桃果实中分离出一种拮抗细菌

结论

总之，从樱桃果实中分离出的P. ananatis CE26表现出对B. cinerea的强烈拮抗作用，主要通过产生抗真菌VOCs来实现。BA被确定为CE26衍生的VOCs中的关键活性化合物，能有效抑制B. cinerea的分生孢子萌发、菌丝伸长和菌丝生长。BA还显著减少了采后樱桃和苹果果实上的灰霉病发展。机制分析表明，BA破坏了细胞活力

CRediT作者贡献声明

Fengjun Wang：资源提供。Liwenqian Wang：研究工作。Jingyuan Zhan：数据整理。Yushan Du：初稿撰写、概念构思。Nongyu Xia：方法学研究。Baoqing Zhu：可视化展示。Guangjin Li：审稿与编辑、验证、资金获取

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

利益冲突声明

? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号32402639）、山东省重点研发计划（项目编号2024TZXD069）以及战略科学家科技创新项目（项目编号KG20241031）的支持。

Yushan Du|Liwenqian Wang|Jingyuan Zhan|Nongyu Xia|Baoqing Zhu|Guangjin Li|Fengjun Wang

北京林业大学生物科学与技术学院食品科学与工程系，北京林业大学林业食品加工与安全重点实验室，中国北京100083