《Food Control》：Mechanism of
Botrytis cinerea inhibition by ultrasound combined with natamycin and its application in strawberry preservation
编辑推荐：
草莓灰霉病真菌抑制机制及超声联合 natamycin 保鲜效果研究。超声联合 natamycin 处理显著抑制 Botrytis cinerea 菌丝生长，破坏细胞膜完整性导致胞内物质泄漏，电镜证实细胞结构严重变形。该处理激活草莓苯丙烷代谢关键酶（苯丙氨酸氨甲酰化酶、肉桂酸-4-羟基化酶、4-香豆酰-CoA 羟化酶），促进多酚类、花青素、黄酮及木质素合成，使微生物污染减少62.3%，腐烂率降低48.87%，保鲜期延长8天。
Xu Si|Wanqi Hong|Yiming Zhang|Hanqian Jiang|Dongnan Li|Yanqun Wang|Dingchen Shao|Bin Li
沈阳农业大学食品科学学院，中国辽宁省沈阳市，110866
摘要
Botrytis cinerea是一种对草莓生产造成严重影响的真菌病原体。在本文中，我们研究了超声波与纳他霉素（US-NT）联合使用对Botrytis cinerea的抑制作用，并结合草莓苯丙素代谢途径阐明了其抑制机制。结果表明，与单独使用超声波（US）或纳他霉素（NTMC）相比，US-NT能够更有效地使Botrytis cinerea的菌丝体生长受到抑制和灭活。物质泄漏实验、碘化丙啶染色以及细胞膜通透性分析的结果显示，US-NT处理导致细胞膜通透性增加，破坏了细胞膜的完整性，使得大量细胞内蛋白质和核酸泄漏。扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察结果表明，US-NT处理使Botrytis cinerea细胞的细胞结构发生严重变形和破裂。此外，US-NT处理还激活了草莓苯丙素代谢的关键酶（苯丙氨酸氨裂解酶、肉桂酸-4-羟化酶和P-香豆酸-CoA连接酶）的活性，从而促进了抗菌物质（总酚类、花青素、总黄酮类和木质素）的合成，增强了草莓的抗菌能力。微生物计数和腐败率也表明，与单一处理相比，US-NT处理显著降低了草莓的微生物污染（P < 0.05），20天时草莓腐烂程度减少了48.87%，储存期延长了8天。因此，超声波与纳他霉素的联合使用是一种延长草莓保质期的潜在方法。
引言
草莓（Fragaria × ananassa Duch.）是一种广受欢迎的水果，富含维生素C、多酚和花青素等抗氧化成分，具有多种健康益处。然而，由于其果肉柔软、果皮脆弱，草莓容易受到采后损伤，并受到多种病原体的侵袭，其中由Botrytis cinerea引起的灰霉病长期以来被认为是草莓最具破坏性的病原体之一（Ramos et al., 2024）。灰霉病的特点是植物组织出现软腐和灰霉现象，不仅严重影响作物产量和品质，还对食品安全和人类健康构成潜在威胁（Dai et al., 2024）。目前，灰霉病的控制主要依赖于化学杀菌剂和生物农药，如炭疽菌酯和索迪西林（Abbey et al., 2020）。然而，化学物质的使用会在一定程度上抑制植物的生理活性，长期使用还会降低植物抵抗病原菌的能力，并对环境和人类健康造成危害。因此，迫切需要开发一种新的绿色、健康的采后霉病控制方法。
与传统热灭活技术相比，物理灭活方法的应用可以减少能耗并保持营养成分。超声波灭活利用声空化效应产生局部高温高压，破坏微生物细胞结构并损伤细胞DNA，从而诱导微生物灭活（Chen et al., 2025）。研究表明，用超声波处理草莓后，菌落总数以及霉菌和酵母的数量显著减少（Gani et al., 2016）。此外，超声波处理对苹果汁也具有一定的灭活效果（Zhu et al., 2022）。尽管超声波具有灭活能力，但过高的功率会导致局部高温高压，可能对某些食品的质量造成影响。近年来，人们开始尝试将超声波与杀菌剂结合使用进行灭活。Guo et al.（2020）发现，超声波与次氯酸盐联合使用可提高Escherichia coli的灭活效果。当超声波与乳酸、柠檬酸或苹果酸结合使用时，联合处理比单独处理能额外灭活0.8至1 log CFU/g的Listeria monocytogenes和Escherichia coli（Sagong et al., 2011）。超声波也常与精油结合用于灭活（Duan et al., 2024; Yang et al., 2023）。
纳他霉素是一种从微生物中提取的天然抑菌剂。其抑菌机制是通过与真菌细胞膜中的麦角甾醇结合，破坏细胞膜结构，增加细胞膜通透性，导致细胞内外物质交换失衡（Welscher et al., 2010）。在蓝莓保鲜中应用纳他霉素可以减少B. cinerea的发生和病斑大小，降低自然感染引起的整体果实腐烂，并保持蓝莓的营养价值（Saito, Wang, & Xiao, 2022）。无论采用何种施用方法、葡萄品种或培养温度，用纳他霉素喷洒或浸泡葡萄均能显著减少葡萄的灰霉病污染（Wang, Saito, & Xiao, 2024）。尽管纳他霉素具有很强的抗真菌作用，但目前关于将其与其他物理杀菌方法结合使用的研究较少，其抑制细菌的具体机制也不明确。
本研究旨在优化超声波与纳他霉素的联合处理工艺，通过确定最佳工艺条件，探讨其对B. cinerea菌丝体生长、细胞形态和细胞膜完整性的影响。此外，本研究还进一步研究了超声波与纳他霉素联合使用对草莓苯丙素代谢途径中关键酶和代谢产物的影响，为超声波在果蔬灭活中的应用提供了理论依据。
材料
本实验使用的草莓为丹东九九草莓，采自辽宁省沈阳的草莓基地，成熟后进行收集。B. cinerea（Bio-68034）菌株购自北京BioWay。分析试剂包括吐温80、Folin酚、碘化丙啶和N-苯基-1-萘胺，以及茶多酚、甘露聚糖、壳聚糖、溶菌酶、ε-聚赖氨酸盐酸盐、聚赖氨酸和乳酸链球菌等抑菌剂。
天然抑菌剂对B. cinerea的抑制作用
通过连续5天观察B. cinerea的菌落生长直径，从中筛选出抑制效果最强的抑制剂。如图1（A）所示，所有九种抑制剂均显著抑制了B. cinerea的生长，且抑制效果随时间逐渐增强。由于Botrytis cinerea的生长期为5至7天，因此这一现象更为明显（图1（B）显示NTMC的抑制浓度最低。
结论
综上所述，超声波与纳他霉素的联合处理有效抑制了植物病原菌B. cinerea的生长，导致其细胞结构严重受损和细胞物质泄漏，最终使其死亡。此外，这种联合处理还激活了苯丙素代谢中的关键酶（苯丙氨酸氨裂解酶、肉桂酸-4-羟化酶和4-香豆酸-CoA连接酶）的活性。
作者贡献声明
Dongnan Li：数据验证、软件操作、项目管理。Yanqun Wang：数据验证、软件操作。Dingchen Shao：软件操作、数据分析。Bin Li：项目监督、概念设计。Yiming Zhang：数据验证、软件操作、方法学研究。Hanqian Jiang：方法学研究、数据分析、概念设计。Wanqi Hong：初稿撰写、方法学研究、数据分析、概念设计。Xu Si：初稿撰写、方法学研究、数据分析、概念设计
未引用的参考文献
do Rosário et al., 2017; Donatti Le?o Alvarenga et al., 2020; Fan et al., 2025; He et al., 2021; Li et al., 2024; te Welscher et al., 2010; Wang et al., 2024; Wang et al., 2024.
资助
本研究得到了中国国家重点研发计划（2022YFD2100803-03）的支持。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
