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除生理性(失水、冷害等)病害外,各种采前潜伏侵染和采后交叉感染的病原菌(主要为真菌)是引起产后果蔬腐烂的主要因素。多数果实病害发病是在采后果实抗性较弱时,由病原菌通过伤口、皮孔入侵或者破坏果皮组织角质层引起。通过生物、物理或者化学手段激活果实中潜在抗性机制来增强寄主病害防御能力,可有效降低农产品病害发生率,显著降低采后病害与果实腐烂等带来的经济损失。本论文以海洋拮抗酵母红冬孢Rhodosporidium paludigenum与南方特色果实柑橘作为研究材料,探讨了拮抗酵母作为生物激发子对柑橘果实抗病能力的增强效应,以及拮抗酵母与柑橘果实采后病害之间的生物控制关系,并通过采后病理学、转录组学、代谢组学、分子生物学和信号通路受体竞争/阻断技术等研究方法,从全局基因变化角度和物质代谢变化水平揭示拮抗酵母对柑橘果实采后抗病能力的调控机理,以及乙烯信号分子、果实抗性激发因子(壳聚糖)在拮抗酵母诱导柑橘果实抗病中的分子机制。其主要研究结果如下：1.研究显示海洋拮抗酵母红冬孢(R. paludigenum)对柑橘果实采后绿霉病害(Penicillium digitatum)具有显著的直接抑制作用。同时,经过合适的诱导时间后,采前喷洒与采后邻位接种拮抗酵母R. paludigenum细胞悬浮液均可以显著增强柑橘果实采后真菌病害的抵抗能力,有效降低柑橘果实采后真菌病害发生率及其带来的损失。通过果实酶活性测定的研究表明,拮抗酵母采前、采后施用对柑橘果实抗病能力的诱导作用与果实中β-1,3-葡聚糖酶、过氧化物酶、多酚氧化酶与苯丙氨酸解氨酶活性的增强有关。2.借助基因表达谱技术,分析了柑橘果实对拮抗酵母R. paludigenum外源生物刺激的全局基因变化响应,结果发现拮抗酵母可以增强寄主中一系列与植物激素(Plant hormones)、信号转导(Signalling transduction)、胁迫(Stress)和防御响应(Defensive responses)相关基因的转录表达。同时,在基因表达层面确认柑橘果实中苯丙氨酸和酪氨酸代谢(Phenylalanine and tyrosine metabolism),苯丙生物合成(Phenylpropanoids biosynthesis)和生物碱合成Ⅰ(Alkaloid biosynthesis Ⅰ)代谢通路显著上调；淀粉代谢(Starch metabolism),低聚糖和苷代谢(Oligosaccharide and glycoside metabolism)等代谢通路显著下调。通过高效液相色谱系统与多功能酶标仪检测咖啡酸、对香豆酸、阿魏酸、芥子酸与木质素的含量,确认了拮抗酵母诱导柑橘果实采后抗病与果实中苯丙氨酸代谢通路的激活有关。3.在本实验中,虽然外源乙烯(Ethylene)处理对柑橘果实采后绿霉病(P. digitatum)抵抗能力提升有限,但是阻断乙烯信号分子感应(乙烯受体抑制剂1-MCP预处理)可显著加速柑橘果实绿霉病的发生和病情发展,促进柑橘果实中“伤乙烯”的合成以及乙烯合成相关基因的转录表达。其次,通过干预性果实采后病理学研究发现,高浓度1-MCP处理阻断乙烯信号受体感应过程对拮抗酵母R. paludigenum诱导果实采后抗病能力同样具有显著的抑制作用,显著降低了拮抗酵母对柑橘果实中乙烯响应因子(ERFs)基因和抗性相关基因表达的诱导作用,导致果实绿霉病发生率与平均病斑直径高于对照处理组。经实时定量PCR分析发现,1-MCP对果实采后抗病与诱导抗病的抑制作用与果实中抗性相关基因(CHI, β-1,3-glucanase, PAL和ClN)的表达缺失有关。4.拮抗酵母R. paludigenum与病原菌P. digitatum处理柑橘果实可诱导柑橘果皮中234组可检测物质发生变化,其中54组可检测物质显著差异变化(|Fold Change|≥2)。分析显著变化的54组代谢物质对不同微生物的特异性响应作用,发现有6个物质对拮抗酵母刺激具有显著差异响应,包括：苹果酸(Malic acid),L-脯氨酸(L-Proline),丁酸(Butanoic acid),木糖醇(Xylitol),D-甘露醇(D-Mannitol)和麦芽糖(Maltose)等；有9个物质对指状青霉侵染具有显著差异响应,包括：葡萄糖二酸(Glucaric acid),半乳糖酸(Galactonic acid)和左旋葡萄糖(Levoglucosan)等；有10余种物质对微生物复合处理具有特异性响应,例如：油酸(Oleic acid), α-DL-吡喃木糖(α-DL-Lyxopyranose)和D-吡喃核糖(D-Ribopyranose)等。柑橘果皮54组显著差异物质大部分与果实代谢途径(Metabolic pathways), ABC转运(ABC transporters),次生代谢物(Biosynthesis of secondary metabolites)和磷酸转移酶系统的生物合成(Phosphotransferase system)相关。5.壳聚糖具有直接抑制指状青霉在PDA平板中生长的效力,且其效力随着壳聚糖的浓度增加而有所提高。同时,壳聚糖可以显著诱导柑橘果实采后抗病能力,经过4天贮藏过程,不同浓度(0.2%,0.5%和1%)壳聚糖采前喷洒均可以显著降低柑橘采后绿霉病(P.digitatum)的发病率与病斑直径。值得注意的是,拮抗酵母R. paludigenum与采前壳聚糖处理相结合,可显著增强柑橘采后绿霉病害的防治效果。通过实时定量PCR分析发现这种提升作用与柑橘果实中几丁质酶编码基因(CHI)的成倍增加有关,说明壳聚糖采前预处理可以使果实中抗病相关基因处于待激活状态,以应对后续生物胁迫与病原菌侵染。