利用宏基因组学技术揭示甜樱桃采后储存过程中的微生物多样性及其功能特征

《Food Research International》：Revealing the microbial diversity and functional annotation during postharvest storage of sweet cherry using metagenomics

甜樱桃常温储存期间质量特性、微生物群落及代谢通路动态变化研究表明，储存时间延长导致硬度、可溶性固形物等指标下降，Proteobacteria丰度递增，第3天出现Mucoromycota可能与腐烂相关。KEGG注释显示糖酵解和丙酮酸代谢关键，D5、D7检测到相关酶活性。

　　

张凤雪|王喜林|王静月|范新光|孔艳辉|李秀莲|曾向权|李华敏|刘文丽|张爱迪|宋丹良民|龚汉生

鲁东大学烟台工程学院食品工程学院，烟台食品绿色加工与质量控制工程技术研究中心，纳米科学与技术应用实验室，山东省烟台市264025，中国

摘要

本研究旨在探讨甜樱桃在25°C下储存0天、1天、3天、5天或7天后，其品质特性、微生物群落多样性、功能注释和代谢途径的动态变化。结果表明，随着储存时间的延长，甜樱桃的品质特性逐渐恶化，变形菌门的丰度逐渐增加。毛霉菌门在储存第3天出现，这可能是导致甜樱桃腐烂的主要微生物群之一。此外，3D主坐标分析显示，储存1天的甜樱桃与新鲜樱桃的物种组成高度相似。Bray-Curtis距离分析的结果表明，从储存第3天开始，物种组成出现显著分离趋势。KEGG对代谢物和酶的注释表明，糖酵解和丙酮酸代谢在甜樱桃的储存过程中起着重要作用。路径图显示，维持该途径的主要物质是丙酮酸激酶和丙酮酸脱氢酶，这两种物质在D5组和D7组中被检测到。本研究考察了甜樱桃收获后储存过程中微生物群落和功能注释的变化，为开发新的高效抗菌剂提供了理论基础。

引言

甜樱桃（Prunus avium L.）以其鲜艳的颜色、甜美的风味和高营养价值而著称。它富含蛋白质、有机酸、必需矿物质以及人体所需的各种维生素（Shen, Jiang, Shao, Wu, & Chen, 2024）。然而，甜樱桃具有较高的代谢活性，采后保质期短，在储存和运输过程中容易发生脱水、皱缩、果柄脱落、酶促褐变等品质下降现象，导致较大的采后损失（Correia, Schouten, Silva, & Goncalves, 2017; Zheng et al., 2024）。此外，由于果皮薄且多汁，甜樱桃极易变质，导致收获后品质迅速下降。微生物感染是果实品质下降的主要原因，与腐烂密切相关（Kusstatscher et al., 2020）。一些研究表明，真菌腐烂是果实变质的主要原因，主要由青霉菌、灰葡萄孢和念珠菌等属引起（Bilgin & Akocak, 2024; Conte, Scrocco, Lecce, Mastromatteo, & Del Nobile, 2009）。这些微生物会导致甜樱桃、梨等水果软化并腐烂，尤其是在长时间储存时。例如，青霉菌已被确定为最重要的腐败细菌（Iqbal et al., 2024）。Peng等人（2023）发现青霉菌可以通过果皮上的伤口或孔洞进入果实，感染柑橘类水果、杨梅和樱桃等多种水果。此外，丁香假单胞菌是一种常见的植物病原体，其引起的细菌性溃疡病是甜樱桃组织腐烂的重要原因（Zhang & Xie, 2021）。因此，收获后需要对甜樱桃进行保鲜处理，以保持其品质并延长保质期。

目前，有多种方法可用于甜樱桃的保鲜，如水冷、冷藏、杀菌剂、可食用涂层和 modified atmosphere packaging（Bilgin & Akocak, 2024; Correia et al., 2017; Serradilla et al., 2013）。例如，Shen等人（2024）使用具有预冷抗菌效果的等离子体活化冰浆来抑制甜樱桃表面的真菌生长并延长保质期。Bilgin和Akocak（2024）使用低压UVC和发光二极管对樱桃进行照射，并测定了果实表面好氧中温菌、霉菌和酵母的总数，目的是减少采后变质并延长甜樱桃的保质期。

含有羟丙基甲基纤维素、蜂蜡和精油的食用纳米乳液涂层在应用于甜樱桃时，对食源性病原体大肠杆菌和黑曲霉具有抗菌作用（Iqbal et al., 2024）。无论采用哪种方法，对甜樱桃在储存期间的抗菌效果都不完全。这些方法要么抑制特定细菌或真菌的生长和繁殖，要么仅以总体方式计算菌落总数。这使得难以准确抑制大多数腐败细菌的生长。这主要是由于储存过程中甜樱桃表面生态系统的复杂性和异质性，以及大量未鉴定的微生物。

宏基因组测序已成为研究微生物群落及其多样性和功能的强大工具。它提供了关于微生物的广泛基因组信息，能够更准确地识别低丰度物种（Fu et al., 2021; Saheb Kashaf et al., 2022; Yu et al., 2024）。目前，宏基因组测序常用于研究发酵过程中的微生物动态变化。例如，通过对黄酒发酵剂的宏基因组测序，研究了参与发酵的微生物种类及其功能基因注释，并阐明了合成关键风味化合物的代谢途径（Yu et al., 2024）。Liu等人（2024）研究了不同发酵期间发酵辣椒的风味、挥发性香气和微生物群落的变化，以及这些因素之间的相互关系。他们还通过宏基因组分析比较了辣椒的微生物群落和功能注释。宏基因组学和代谢组学方法也被用于研究Trinitario可可六天自发发酵过程中的微生物和代谢物的动态特征（Chang et al., 2024）。然而，很少有研究使用宏基因组测序来研究水果和蔬菜采后储存过程中的微生物多样性和功能注释。因此，本研究的目的是探讨甜樱桃采后储存过程中微生物群落和功能注释的差异，为开发新的高效抗菌剂提供理论基础。

材料

本研究使用的甜樱桃品种为“美早”（Prunus avium L.），这是中国山东省种植最广泛的品种之一。这些水果来自烟台的一个商业果园（37° 24′N, 121° 16′E）。樱桃树在4月初开花，果实在其完全开花后的65天（6月中旬）达到商业成熟期进行采摘。只有大小均匀且无机械损伤、病虫害的果实被选为研究对象。

品质特性的变化

甜樱桃的持久物理弹性和品质保持能力很大程度上受其硬度的影响，硬度是储存潜力和整体品质的重要指标（Fuentealba et al., 2021）。不同储存时间下甜樱桃硬度的变化见表1。随着储存时间的延长，甜樱桃的硬度逐渐下降（P

讨论

甜樱桃（Prunus avium L.）代谢活跃，保质期短，在储存和运输过程中容易发生脱水、皱缩、果柄损伤、褐变等现象，导致显著的采后损失（Correia et al., 2017; Zheng et al., 2024）。我们的研究结果表明，室温下储存的甜樱桃的品质特性会随时间恶化。此外，在储存5天后，硬度、总可溶性固形物（TSS）等指标也发生变化

结论

通过对甜樱桃储存过程中品质特性、微生物群落、功能基因和代谢产物变化的综合分析，发现室温下储存的甜樱桃品质会随时间恶化，储存3天后开始腐烂。储存3天时，毛霉菌门出现，这可能是导致甜樱桃腐烂的主要微生物门。此外，功能分析表明

作者贡献声明

张凤雪：撰写——原始草案、方法学、实验设计。王喜林：方法学、数据管理。王静月：软件、方法学、实验设计。范新光：软件、资源准备。孔艳辉：数据可视化、资源准备。李秀莲：资源准备、数据管理。曾向权：数据可视化、软件应用、实验设计。李华敏：资源准备、数据管理。刘文丽：资源准备、实验设计。张爱迪：数据可视化、软件应用。宋丹良民：软件应用、实验设计。龚汉生：

未引用的参考文献

Martínez, Coque and Baquero, 2014

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的研究结果。

致谢

本研究得到了山东省重点研发计划（2024TZXD060, 2024TZXD004）的支持。

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