徐重新 仲建鋒 高美靜 盧莉娜 劉賢金 沈燕

（江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)研究所 江蘇省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地-江蘇省食品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 南京 210014）

食用農(nóng)產(chǎn)品是人們?nèi)粘Ｉ钭罨镜男枨?，也是加工食品最基礎(chǔ)的原料，是維系社會(huì)穩(wěn)定和發(fā)展的最基本的物質(zhì)保障。質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)是評(píng)價(jià)食用農(nóng)產(chǎn)品價(jià)值和功能的最基本也是最重要指標(biāo)，然而食用農(nóng)產(chǎn)品在產(chǎn)供過程鏈中，威脅其質(zhì)量安全、影響其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)因子眾多。質(zhì)量安全危害物風(fēng)險(xiǎn)方面，從產(chǎn)地環(huán)境中的重金屬、生產(chǎn)過程中的有毒有害農(nóng)藥投入品到供應(yīng)過程中的食源性致病微生物，乃至品種生命周期自身代謝產(chǎn)生或從環(huán)境中吸附的毒素物質(zhì)等［1］風(fēng)險(xiǎn)因子層出不窮。而營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)方面，食用農(nóng)產(chǎn)品中水分、碳水化合物類、蛋白類、脂肪類、維生素類、膳食纖維類、礦物質(zhì)類以及特殊的揮發(fā)性風(fēng)味類物質(zhì)等的含量是較為常見的關(guān)鍵性評(píng)價(jià)指標(biāo)［2-3］，這些物質(zhì)主要由品種自身遺傳發(fā)育基因及新陳代謝過程所決定，同時(shí)又受到產(chǎn)地環(huán)境、農(nóng)藥和肥料投入品以及氣候因素等綜合影響。對(duì)質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的人工定向調(diào)控，是食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)供過程科技創(chuàng)新引領(lǐng)下安全優(yōu)質(zhì)發(fā)展的必然要求。從消解產(chǎn)地環(huán)境中重金屬［4］、生物毒素［5］等源頭污染物上的技術(shù)創(chuàng)新，到生物安全性更高的綠色防控替代化學(xué)類農(nóng)藥投入品［6-7］和綠色有機(jī)肥料［8］替代化學(xué)肥料投入品上的技術(shù)創(chuàng)新，再到品種改良［9］以及設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化［10］調(diào)控上的技術(shù)創(chuàng)新，涉及生物、化學(xué)、物理等多學(xué)科集成運(yùn)用，發(fā)展迅猛、日新月異。

生物及其衍生產(chǎn)物是食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)綠色調(diào)控的主要形式，是技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的主要方向，其中植物內(nèi)生菌及其衍生產(chǎn)物又扮演者重要角色。植物內(nèi)生菌幾乎存在所有高等級(jí)植物體內(nèi)，是植株正常生活史過程中不可或缺的共生菌，一些特殊的菌種在一定程度上還能輔助調(diào)控植株生長(zhǎng)發(fā)育和新陳代謝，是挖掘微生物農(nóng)藥、肥料以及改善作物環(huán)境脅迫適應(yīng)能力和增產(chǎn)提質(zhì)的巨大資源庫(kù)［11］。目前報(bào)道的植物內(nèi)生菌主要分為內(nèi)生真菌、內(nèi)生細(xì)菌和內(nèi)生放線菌三大類型。它們主要通過與宿主作物互利共生如固氮［12］、固磷［13］和趨利避害如吸附礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素［14］、耐受有毒重金屬［15］、降解農(nóng)藥危害物［16］，以及通過次生代謝產(chǎn)物如植物激素［17］、生物堿類［18］、水解酶類［19］、抗生素類［20］物質(zhì)直接或間接參與調(diào)節(jié)宿主作物生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程、吸收和蓄積營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、抵御病蟲害等形式，從而實(shí)現(xiàn)在食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)上的定向調(diào)控。

本文將近年來(lái)有關(guān)植物內(nèi)生菌及其代謝產(chǎn)物在食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)調(diào)控上的研究進(jìn)展進(jìn)行系統(tǒng)梳理歸類，并結(jié)合食品、食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)評(píng)價(jià)學(xué)科未來(lái)發(fā)展的大趨勢(shì)，進(jìn)一步就植物內(nèi)生菌及其代謝產(chǎn)物創(chuàng)新挖掘技術(shù)發(fā)展及其在食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)調(diào)控上的潛在創(chuàng)新應(yīng)用展開深入探討，為食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)定向高效綠色調(diào)控領(lǐng)域研究提供最新文獻(xiàn)資料和潛在創(chuàng)新思路。

1 植物內(nèi)生菌在食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全調(diào)控中的研究

1.1 調(diào)控產(chǎn)地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因子

產(chǎn)地環(huán)境是主導(dǎo)食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的最基礎(chǔ)也是最核心要素，對(duì)其中所存在的風(fēng)險(xiǎn)因子進(jìn)行調(diào)控，是保障食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全乃至提升營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要舉措。產(chǎn)地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因子來(lái)源廣、種類多、危害性持久，其中部分有毒有害重金屬（如汞、鎘、鉛、砷等）［1］、生物毒素（如微囊藻毒素、芋螺毒素、西加毒素等）［1］以及多環(huán)芳烴類有機(jī)物（如菲、萘、蒽、芘等）［21］對(duì)人體和動(dòng)物具有致突變、致畸、致癌等較為強(qiáng)烈的危害風(fēng)險(xiǎn)，因而成為篩查和防控研究的重中之重。在高濃度危害因子脅迫環(huán)境下生長(zhǎng)的植物，通常會(huì)借助體內(nèi)外環(huán)境微生物體協(xié)同調(diào)節(jié)生理生化代謝，從而達(dá)到自身防御或適應(yīng)危害因子脅迫的目的，而伴生的植物內(nèi)生菌在這個(gè)過程又扮演著重要角色。因此，在高濃度危害因子脅迫環(huán)境下生長(zhǎng)的植株，是分離獲得可協(xié)助植物調(diào)控產(chǎn)地環(huán)境危害物的植物內(nèi)生菌的主要來(lái)源。將分離到的目標(biāo)植物內(nèi)生菌進(jìn)行馴化并定殖到農(nóng)作物植株體內(nèi)，在共生過程中，內(nèi)生菌主要通過特殊的代謝產(chǎn)物調(diào)控宿主植株體內(nèi)危害因子脅迫響應(yīng)基因的表達(dá)水平［15］，并通過分泌吲哚乙酸（IAA）［22］、產(chǎn)鐵載體［23］、合成1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸（ACC）脫氨酶［24］以及溶磷作用［25］等多種方式，協(xié)同促進(jìn)宿主植株生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)植株對(duì)危害物的耐受性和適應(yīng)性，抵御危害物在植株體內(nèi)遷移，從而降低危害物吸收和蓄積，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)控食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的目的。目前，植物內(nèi)生菌對(duì)食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因子的調(diào)控研究，主要聚焦在重金屬汞、鎘、鉻、鉛、鎳、砷和多環(huán)芳烴菲等強(qiáng)致癌性危害物上，涉及食用農(nóng)產(chǎn)品的作物類型涵蓋水稻、小麥、玉米、綠豆、豇豆、白菜、空心菜等，均在一定程度上為供試作物質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)改善起到了積極的作用。Dolphen等［23］和Cheng等［26］分別將分離到的植物內(nèi)生菌短小芽胞桿菌（Bacillus pumilus）和沙雷氏菌（Serratia liquefaciens（F2））定殖到水稻植株中，均能促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)植株砷脅迫耐受性，增加植株生物量積累，降低砷在稻粒上的遷移和蓄積。兩者均發(fā)現(xiàn)定殖內(nèi)生菌能顯著提升宿主植株體內(nèi)鐵載體水平，而三價(jià)鐵陽(yáng)離子能強(qiáng)力結(jié)合砷陰離子形成復(fù)合物，由此推測(cè)鐵載體在調(diào)控宿主作物抵御砷脅迫適應(yīng)環(huán)境以及阻礙砷從環(huán)境到根系再向籽粒遷移過程起到了關(guān)鍵作用，但具體機(jī)理有待進(jìn)一步解析。Zahoor等［27］從銀膠菊中分離出一株重金屬耐受能力強(qiáng)的內(nèi)生菌Mucor sp.（MHR-7），將其定殖到芥菜植株上，一方面菌株在宿主體內(nèi)代謝釋放IAA、ACC脫氨酶以及磷酸鹽等物質(zhì)，極大促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)宿主植株抵御鉻的毒性，另一方面內(nèi)生菌能將宿主植株從環(huán)境中吸附的鉻離子固定菌絲上，由此吸附而來(lái)的鉻元素大部分固定在作物根系，從而顯著降低鉻元素向芥菜可食部分遷移和蓄積，達(dá)到調(diào)控質(zhì)量安全的目的。顯然，這種植物內(nèi)生菌的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，受限于與之相適應(yīng)的植物種類，只有內(nèi)生菌僅僅靶向定殖在作物根系而不向可食部分轉(zhuǎn)移才具有調(diào)控重金屬鉻的價(jià)值。而Chen等［28］將植物內(nèi)生菌Pseudomonas sp.（Ph6-gfp）分別定殖到空心菜、小白菜和大白菜上，發(fā)現(xiàn)菌株主要集中定殖在宿主植株根系部分，與未接種菌株的對(duì)照組相比，3種供試蔬菜的根系和地上植株部位對(duì)產(chǎn)地環(huán)境中危害物多環(huán)芳烴菲的吸收積累量分別減少了93.7%和75.2%，表明定殖的植物內(nèi)生菌能有效調(diào)控宿主蔬菜對(duì)產(chǎn)地環(huán)境中強(qiáng)致癌物菲的吸收和蓄積，從而提升蔬菜質(zhì)量安全水平。該供試植物內(nèi)生菌對(duì)多種農(nóng)作物具有廣譜性的定殖適應(yīng)能力，相比單一作物定殖適應(yīng)的菌種而言，這類內(nèi)生菌在后期馴化和應(yīng)用上更具優(yōu)勢(shì)和價(jià)值，值得予以更大關(guān)注（研究實(shí)例見表1）。

表1 植物內(nèi)生菌在食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境危害因子調(diào)控上的應(yīng)用研究實(shí)例Table 1 Application of plant endophyte for regulating environmental hazard factors in edible agricultural products

1.2 調(diào)控農(nóng)藥投入品危害物

農(nóng)藥投入品是當(dāng)今世界食用農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中最為依賴的基礎(chǔ)性生產(chǎn)資料，其來(lái)源廣、種類多、應(yīng)用范圍大，在抗蟲、防病、除草、促生長(zhǎng)等方面發(fā)揮重要作用，是保障農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提升的關(guān)鍵要素，給人類社會(huì)帶來(lái)了巨大社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。然而，長(zhǎng)期以來(lái)市面上絕大多數(shù)農(nóng)藥屬于有毒有害的化學(xué)藥品，其殘留對(duì)生態(tài)環(huán)境以及人畜健康的安全隱患巨大［42］，是威脅食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的主要風(fēng)險(xiǎn)因子，備受社會(huì)關(guān)注。最新修訂版的《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中農(nóng)藥最大殘留限量》（GB2763-2021）就涉及了564種農(nóng)藥在376種（類）食品中多達(dá)10 092項(xiàng)最大殘留限量。對(duì)農(nóng)藥投入品殘留進(jìn)行消解修復(fù)以及培育耐藥性更強(qiáng)的農(nóng)作物是保障食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和提升營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要手段，相關(guān)研究發(fā)展迅猛。以高濃度農(nóng)藥污染脅迫環(huán)境下生長(zhǎng)的植物為研究對(duì)象，是獲取具有耐受和降解農(nóng)藥的植物內(nèi)生菌的主要方式［43］，近而將菌種定殖到農(nóng)作物體內(nèi)，內(nèi)生菌就能協(xié)同宿主植株降解或抵御農(nóng)藥遷移，從而在一定程度上調(diào)控農(nóng)藥在食用農(nóng)產(chǎn)品中的殘留水平，促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育，達(dá)到保障和提升質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的目的。目前，依托植物內(nèi)生菌所能成功調(diào)控的農(nóng)藥類型已經(jīng)涉及毒死蜱、噻蟲嗪、2, 4滴、阿特拉津、鄰苯二甲酸二丁酯等在農(nóng)作物生產(chǎn)上較為常用的藥物，宿主對(duì)象涵蓋水稻、大豆、豇豆、豌豆、韭菜、白菜、甘蔗等農(nóng)作物，為提升食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全水平和增強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提供了具有潛在應(yīng)用價(jià)值的創(chuàng)新思路。Yuan等［44］從韭菜植株體內(nèi)分離獲得了可降解鄰苯二甲酸二丁酯的內(nèi)生菌Bacillus amyloliquefaciens（JR20），將其定殖到綠葉蔬菜植株上，能顯著提高鄰苯二甲酸二丁酯在宿主植株根、莖、葉中的降解率，促進(jìn)葉綠素和生物量積累，從而降低綠葉菜的農(nóng)藥殘留，提升質(zhì)量安全和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)水平。但該內(nèi)生菌在降解供試農(nóng)藥時(shí)對(duì)環(huán)境的酸堿性依賴比較大，因此在實(shí)際應(yīng)用中容易受到定殖作物品種本身的酸堿性影響而制約其應(yīng)用價(jià)值，因此有必要對(duì)菌種進(jìn)行更為寬泛的環(huán)境適應(yīng)性馴化。Feng等［45］將分離到的植物內(nèi)生菌Sphingomonas（HJY）定殖到韭菜植株上，在內(nèi)生菌協(xié)同調(diào)控下，宿主韭菜葉和根中的毒死蜱去除率分別達(dá)到為70%和66%，顯著降低了韭菜中的農(nóng)藥殘留量，提高了韭菜質(zhì)量安全水平。Wang等［46］將來(lái)源于桑樹體內(nèi)的植物內(nèi)生菌Enterobacter sp.（TMX13）定殖在大白菜植株上，在噻蟲嗪脅迫環(huán)境下，其能協(xié)同調(diào)控大白菜對(duì)噻蟲嗪的吸收量遠(yuǎn)低于最大允許攝入量，并且還能促進(jìn)植物根系發(fā)育，提高植株葉片葉綠素含量和植物生物量，顯著促進(jìn)了大白菜質(zhì)量安全和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。這兩株內(nèi)生菌都是以供試農(nóng)藥為唯一碳源，且菌體直接接觸植株就能實(shí)現(xiàn)定殖，而對(duì)相應(yīng)農(nóng)藥降解效率又較高，因此如果這類菌種自身不代謝其他有毒有害次生代謝產(chǎn)物，有潛力作為活體解毒劑，直接噴灑就能實(shí)現(xiàn)食用農(nóng)產(chǎn)品在產(chǎn)供過程中持續(xù)發(fā)揮降解農(nóng)藥的功效，部分研究進(jìn)展見表2。

表2 植物內(nèi)生菌在食用農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥投入品危害物調(diào)控上的應(yīng)用研究實(shí)例Table 2 Application cases of plant endophytic for regulating pesticide hazard factors in edible agricultural products

1.3 調(diào)控病蟲害

病蟲害是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的頭號(hào)大敵，一方面為防控其危害農(nóng)作物，不可避免地使用農(nóng)藥，這為食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全埋下安全隱患，另一方面農(nóng)作物經(jīng)受病蟲害后，直接或間接影響食用農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)乃至營(yíng)養(yǎng)，嚴(yán)重?fù)p害產(chǎn)品價(jià)值。探索對(duì)農(nóng)業(yè)病蟲害的高效綠色防控，是食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)，已持續(xù)納入國(guó)家農(nóng)業(yè)類重大科技攻關(guān)課題。植物內(nèi)生菌作為健康植物體內(nèi)普遍存在的伴生菌，對(duì)協(xié)助宿主植株抵御病蟲害逆境同樣起到重要作用，是探索挖掘綠色農(nóng)藥新資源的巨大寶庫(kù)。將篩選獲得的具有特殊功能的植物內(nèi)生菌定殖到宿主農(nóng)作物植株體內(nèi)，菌體在共生過程中通過自身分泌或其代謝產(chǎn)物參與激活宿主植株的某些特殊功能基因表達(dá)產(chǎn)生抗生素類［53］、維生素類［54］、揮發(fā)性化合物類［55］、醛類酮類［56-57］以及凝集素類［58］等物質(zhì)作用于農(nóng)作物病原菌或害蟲蟲體，從而實(shí)現(xiàn)食用農(nóng)產(chǎn)品病蟲害綠色防控的目的。莊曉新［59］將來(lái)源于苔蘚植物體內(nèi)的內(nèi)生菌Streptomyces physcomitrii（LD126）定殖到番茄植株上，菌體在植株體內(nèi)分泌放線菌素D能顯著增強(qiáng)番茄植株對(duì)番茄青枯病病原菌的抵御能力，室內(nèi)盆栽實(shí)驗(yàn)的生防效果更是達(dá)到了84.07%，幾乎達(dá)到了使用化學(xué)農(nóng)藥的藥效。該內(nèi)生菌產(chǎn)生的放線菌素屬于抗生素類物質(zhì)，其具備高抗菌活性的同時(shí)，也可能對(duì)人體腸道正常微生物造成不利影響，因此，在對(duì)食用農(nóng)產(chǎn)品病害調(diào)控應(yīng)用過程中，還需同步分析可能伴生的風(fēng)險(xiǎn)隱患，確保食用農(nóng)產(chǎn)品安全。Verma等［55］將來(lái)源于蘆葦體內(nèi)的內(nèi)生菌Pseudomonas sp.（SY1）定殖到小麥植株，菌體在小麥植株體內(nèi)分泌具有廣譜抗真菌功能的揮發(fā)性物質(zhì)，顯著增強(qiáng)了宿主植株抵御尖孢鐮刀菌、彎孢鐮刀菌、鏈孢鐮刀菌等多種病原菌的能力，室內(nèi)防治效果達(dá)到80%以上。這類生物源性揮發(fā)性物質(zhì)多數(shù)都是屬于熱不穩(wěn)定的小分子化合物，容易隨著宿主作物生命活動(dòng)而在植株體內(nèi)遷移擴(kuò)散，其中一些如揮發(fā)油類、黃酮類等物質(zhì)既具備廣譜抗菌活性，同時(shí)也是食品或藥品功能性成分，因此代謝這類物質(zhì)的內(nèi)生菌在調(diào)控食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全方面更具優(yōu)勢(shì)。而Elango等［56］從藥用植物到手香中獲得了內(nèi)生菌Aspergillus sojae、El-Sayed等［57］從埃及植物Cynanchum acutum中獲得了內(nèi)生菌Sarocladium strictum、Zhao等［60］從藥用植物百部中獲得內(nèi)生菌Streptomyces sp.（BS-1）、Zhang等［58］從水稻中獲得內(nèi)生菌Enterobacter cloacae（SJ-10）、楊亞茹等［61］從辣椒植株中獲得了內(nèi)生菌Pseudomonas fluorescens biovar（DLJ1），經(jīng)定殖到相應(yīng)宿主農(nóng)作物中，分別對(duì)斜紋夜蛾、灰翅夜蛾、蚜蟲、白背飛虱和根結(jié)線蟲具有顯著防治效果?；趦?nèi)生菌調(diào)控宿主作物防控蟲害，在實(shí)際應(yīng)用上相對(duì)困難，因?yàn)榻^大多數(shù)害蟲屬于季節(jié)性攝食動(dòng)物，這就對(duì)抗蟲活性成分表達(dá)時(shí)間、表達(dá)量和在植株體內(nèi)表達(dá)或遷移部位提出了更高的要求，需要對(duì)內(nèi)生菌協(xié)同宿主作物進(jìn)行不斷馴化和適應(yīng)性改造，部分研究進(jìn)展見表3。

表3 植物內(nèi)生菌在食用農(nóng)產(chǎn)品病蟲害調(diào)控上的應(yīng)用研究實(shí)例Table 3 Application cases of plant endophyte for regulating diseases and insect pests in edible agricultural products

2 植物內(nèi)生菌在食用農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)調(diào)控方面的研究

對(duì)食用農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提檔升級(jí)，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。食用農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)涉及的因素很多，評(píng)價(jià)方式也五花八門，但總的來(lái)說(shuō)產(chǎn)品等級(jí)規(guī)格和是否屬于綠色有機(jī)食品、是否屬于地理標(biāo)志農(nóng)產(chǎn)品以及是否富含礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素（如富硒、富鋅、富鈣、富鐵）等指標(biāo)是判定其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)與價(jià)值的重要依據(jù)［72］。植物內(nèi)生菌通過定殖農(nóng)作物對(duì)食用農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行調(diào)控，一方面菌體協(xié)同宿主植株提升吸收氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力，另一方面菌體在繁殖過程代謝或合成具有類似植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑功能的活性物質(zhì)如吲哚乙酸、赤霉素、1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸脫氨酶、產(chǎn)鐵載體 等［73-74］，從而實(shí)現(xiàn)促進(jìn)作物生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累，達(dá)到營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)調(diào)控的目的。目前依托植物內(nèi)生菌對(duì)食用農(nóng)產(chǎn)品可調(diào)控的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)，在微觀層面可調(diào)控作物對(duì)氮、磷、鉀、鈣、鐵、鎂、鋅、硒、錳等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和積累，而在宏觀層面則體現(xiàn)在葉綠素、類胡蘿卜素、粗纖維、粗蛋白、黃酮類等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的蓄積，乃至提升食用農(nóng)產(chǎn)品的等級(jí)規(guī)格和感官品質(zhì)。Das等［38］將植物內(nèi)生菌Acinetobacter lwoffii（RJB-2）定殖到綠豆種子上，通過在植株體內(nèi)釋放植物生長(zhǎng)素吲哚乙酸以及合成多糖、溶解性磷酸鹽類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，極大促進(jìn)了種子萌芽和植株生長(zhǎng)，顯著提高了綠豆葉綠素和類胡蘿卜素含量，可為綠豆芽和綠豆?fàn)I養(yǎng)品質(zhì)提升提供新的途徑。Wang等［46］將來(lái)源于桑樹的內(nèi)生菌Enterobacter sp.（TMX13）定殖到大白菜幼苗植株上，菌體繁殖過程中在作物體內(nèi)釋放大量植物激素類物質(zhì)，顯著促進(jìn)植株生長(zhǎng)和生物量積累，主要性狀為植株根系發(fā)達(dá)、葉片肥厚，葉綠素含量明顯升高，大白菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)大為提升。而Durán等［75］和Waqas等［76］分別將植物內(nèi)生菌Bacillus sp.（E5）和Phoma glomerata定殖到萵苣和黃瓜植株上，分別培育出了富含磷、硒元素的萵苣和富含鉀、鈣、鎂元素的黃瓜，極大提升了農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和價(jià)值。他們的研究均發(fā)現(xiàn)，定殖的內(nèi)生菌均能在宿主作物體內(nèi)大量合成鐵載體，推測(cè)鐵載體首先在宿主作根系部位與根際吸收進(jìn)來(lái)的礦質(zhì)元素發(fā)生復(fù)合反應(yīng)，并且這些復(fù)合物能在作物體內(nèi)各個(gè)部位暢通遷移，鐵載體相當(dāng)于扮演了抓手和運(yùn)載的角色，促進(jìn)礦質(zhì)元素在宿主作物體內(nèi)吸收和蓄積，最終實(shí)現(xiàn)食用農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)水平整體提升的目的（表4）。

表4 植物內(nèi)生菌在食用農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)調(diào)控上的應(yīng)用研究實(shí)例Table 4 Application of plant endophyte for regulating nutritional quality of edible agricultural products

3 結(jié)語(yǔ)與展望

植物內(nèi)生菌作為健康植物伴生菌，在自然界中具有普遍性、物種的豐富性和多樣性，是天然的微生物資源庫(kù)，具備源源不斷的可挖掘利用潛力，特別是在助推農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，更是具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。食用農(nóng)產(chǎn)品作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最重要的組成部分，因其供人類“食用”的特殊屬性，決定了其質(zhì)量安全水平和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)是衡量其價(jià)值的最核心要素，因此這也對(duì)植物內(nèi)生菌在食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)調(diào)控上的應(yīng)用條件更加苛刻。

在協(xié)同應(yīng)對(duì)產(chǎn)地環(huán)境危害因子方面，目前植物內(nèi)生菌供研究和利用最多、效果更明顯的還是集中在通過提升宿主植物吸收并蓄積危害物，從而減少產(chǎn)地環(huán)境中危害物物水平，達(dá)到治理和修復(fù)產(chǎn)地環(huán)境的目的［83］，屬于間接調(diào)控農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的范疇。而真正依托植物內(nèi)生菌直接調(diào)控食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)水平的應(yīng)用研究，多數(shù)仍然處于室內(nèi)特定環(huán)境下的小范圍添加測(cè)試的初級(jí)探索階段。一方面，獲取能與食用農(nóng)作物建立穩(wěn)定的共生關(guān)系且具備提升宿主植株抵御產(chǎn)地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因子脅迫，又不至于影響作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的這類植物內(nèi)生菌的難度相當(dāng)大，極大地制約了植物內(nèi)生菌在食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)調(diào)控上的探索研究與示范應(yīng)用的發(fā)展步伐。另一方面，野外產(chǎn)地環(huán)境復(fù)雜多變，定殖的植物內(nèi)生菌協(xié)同宿主農(nóng)作物抵御環(huán)境脅迫的能力容易受到不可控的環(huán)境因素干擾而退化乃至失效，最終很難達(dá)到室內(nèi)測(cè)試實(shí)驗(yàn)的所呈現(xiàn)出的效果。因此，在上述問題未取得技術(shù)突破的條件下，采用植物內(nèi)生菌協(xié)同食用農(nóng)作物調(diào)控產(chǎn)地環(huán)境中的危害物風(fēng)險(xiǎn)因子的方式，只能是作為食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)調(diào)控的潛在可行的輔助手段。

在協(xié)同應(yīng)對(duì)農(nóng)藥投入品危害物方面，一些農(nóng)藥特別是有機(jī)合成類農(nóng)藥（如菊酯類［44］、有機(jī)磷類［45］、煙堿類［47］、三嗪類［49］）本身就能為某些具有“嗜藥”偏好的植物內(nèi)生菌提供碳源、氮源、磷源等能量物質(zhì)，將這類內(nèi)生菌定殖到宿主農(nóng)作物植株體內(nèi)，極大地促進(jìn)了作物體內(nèi)農(nóng)藥的消解速率。正因?yàn)槿绱耍哂修r(nóng)藥降解功能的植物內(nèi)生菌，特別是以農(nóng)藥為唯一能量來(lái)源的高效率“嗜藥”植物內(nèi)生菌，不僅可以在食用農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中通過協(xié)助宿主作物調(diào)控農(nóng)藥殘留水平，同時(shí)理論上也具備作為采后食用農(nóng)產(chǎn)品的“消毒劑”潛力。當(dāng)然植物內(nèi)生菌作為“消毒劑”用于調(diào)控采后食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，這屬于食品添加劑范疇，對(duì)其安全性要求更嚴(yán)，準(zhǔn)入門檻更高，投入使用的前提是供試內(nèi)生菌不會(huì)產(chǎn)生額外的有毒有害物質(zhì)，不會(huì)造成食用農(nóng)產(chǎn)品的二次污染，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)這方面的應(yīng)用研究報(bào)道，值得業(yè)界深入探討。

在協(xié)同應(yīng)對(duì)病蟲害方面，植物內(nèi)生菌代謝產(chǎn)物是協(xié)同宿主農(nóng)作物抵御病原菌或害蟲的關(guān)鍵要素，特別是在調(diào)控農(nóng)作物病害方面，植物內(nèi)生菌代謝產(chǎn)物普遍具有廣譜抗菌的特性［54-55，63］，其中植物內(nèi)生放線菌又因普遍具有代謝抗生素類物質(zhì)的特性，因而成為微生物源性抗菌類新藥物的重要來(lái)源［84］。而在調(diào)控農(nóng)作物蟲害方面，涉及植物內(nèi)生菌的有關(guān)應(yīng)用研究相對(duì)較少，但值得注意的是Zhang等［58］報(bào)道的將具有抗白背飛虱功能的植物凝集素蛋白基因克隆到植物內(nèi)生菌上，定殖了該重組內(nèi)生菌的水稻植株對(duì)白背飛虱表現(xiàn)出了極強(qiáng)的抗性，說(shuō)明克隆的植物凝集素可以隨植物內(nèi)生菌共翻譯表達(dá)，并且能夠在宿主植株體內(nèi)遷移，從而達(dá)到防控害蟲的效果。依據(jù)這個(gè)思路，抗蟲蛋白（如Bt殺蟲蛋白）類物質(zhì)理論上應(yīng)該也可以借助植物內(nèi)生菌作為生物防控載體，通過定殖方式直接使得農(nóng)作物具備抗蟲功能，從而跳過對(duì)作物進(jìn)行轉(zhuǎn)基因改造的復(fù)雜操作過程，有望為抗蟲作物改造提供全新的捷徑，或許能成為農(nóng)業(yè)綠色防控發(fā)展的新方向。

在營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)調(diào)控方面，主要是得利于植物內(nèi)生菌代謝產(chǎn)生植物長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑類物質(zhì)或具備溶磷作用、吸附礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素等特性［16，75，79］，直接促進(jìn)宿主作物生長(zhǎng)發(fā)育或特殊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收和蓄積，從而達(dá)到調(diào)控食用農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的目的，植物內(nèi)生菌在其中主要扮演著微生物肥料的角色。在實(shí)際應(yīng)用中，相對(duì)稻、麥、玉米、花生等果實(shí)類食用性農(nóng)作物，植物內(nèi)生菌在調(diào)控豆芽菜類（如綠豆）［38］、葉菜類（如白菜）［46］、莖類（如萵苣）［75］等整株性供食用的農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)上相對(duì)更有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)橹参飪?nèi)生菌協(xié)同宿主作物蓄積的生物量或營(yíng)養(yǎng)元素可直接供人類食用，調(diào)控效率更高、作用更明顯。此外，植物內(nèi)生菌在富礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素（如富硒、富鋅、富鐵、富鈣）［75-77］食用農(nóng)產(chǎn)品的調(diào)控上同樣具有可操作性強(qiáng)、實(shí)施效率高等優(yōu)勢(shì)，也是今后優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品探索研發(fā)的新方向。