高逆境耐受性酵母菌，生物農藥防治新秀 - 農業知識入口網

酵母菌為真菌界一員，廣泛地存在於自然環境，植物葉表、果實表面、土壤、海水，甚至腐木或腐爛水果都可見其蹤跡，目前約有1,500種酵母菌已被科學家鑑定與記載。酵母菌對於養分需求簡單，醣類為主要碳素源與能量來源，單醣、寡醣皆可被大部分酵母菌利用，因此只要有醣類存在之處，酵母菌即可生長。

人類將酵母菌應用於食品發酵產業已有上千年歷史，經由挑選與馴化的菌種，不僅可應用於生產啤酒、各式酒類，亦可發酵麵包、饅頭。此外，近年研究開發植物病害防治潛力正蓬勃發展。

酵母菌研究風起雲湧，商品化應用於病害防治

國外許多研究報告指出，酵母菌可應用於採後病害防治，例如青黴菌屬（Penicillium ）引起柑桔青黴病、綠黴病，灰黴屬（Botrytis ）引起草莓灰黴病，鏈核盤菌屬（Monilinia ）引起桃褐腐病，炭疽刺盤孢菌屬（Colletotrichum ）引起芒果炭疽病等。已開發與研究中的酵母菌種類繁多，例如隱球酵母菌（Cryptococcus sp.）、假絲酵母菌（Candida sp.）、梅奇酵母菌（Metschnikowia sp.）、畢赤酵母菌（Pichia sp.）等，其中已有多種酵母菌菌種成功開發為產品。

第一代酵母菌生物農藥Aspire酵母菌菌種是橄欖假絲酵母菌（Candida oleophila），為美國生物農藥公司艾科淨（Ecogen Inc.）自番茄果實表面分離，應用於防治柑桔與梨、蘋果等仁果類水果灰黴病、青黴病，雖此產品目前不存在於市面，卻引起許多研究人員開發假絲酵母菌病害防治潛力。其中，橄欖假絲酵母菌的不同菌株發展酵母菌生物農藥Nexy，為比利時開發並成功登記於歐洲聯盟，應用於蘋果、梨、香蕉儲藏期間，防治由灰黴病菌、青黴病菌或炭疽病菌所引起之病害。登記於西班牙的酵母菌生物農藥Candifruit，酵母菌菌種為清酒假絲酵母菌（Candida sake），應用於仁果類果實採後病害防治。目前最成功的酵母菌生物農藥Shemer，由以色列農業部農業研究組織（ARO）教授薩米爾․德羅比（Samir Droby）發現並分離的核果梅奇酵母菌菌株（Metschnikowia fructicola ），於以色列已核准在採收前與採收後施用於各類蔬果，包含酪梨、柑桔、葡萄、草莓等作物，用以防治灰黴病、青黴病等真菌性病害，此產品目前由德國製藥公司拜耳（Bayer AG）取得，並授權給荷蘭公司科伯特生物系統（Koppert Biological Systems）。

防治效果受環境與菌株特性影響，量產發酵與製劑配方決定市場接受度

成功開發酵母菌生物農藥，首要關鍵步驟是分離、篩選出穩定且有效菌株。酵母菌分離、篩選過程，影響其商品化效率與成功性。國外研究酵母菌分離，多採用查爾斯․威爾遜（Charles L. Wilson）等人〈微生物拮抗劑防治蔬果採後病害之選擇策略〉（A selection strategy for microbial antagonist to control postharvest diseases of fruits and vegetables）的開發方式，由作物表面傷口分離酵母菌，此方法可快速篩選具防治採後病害潛力之酵母菌，並具有於傷口快速纏據、利用傷口生成物質作為營養來源的特性，亦可廣泛由植物體表面、土壤、海水中分離，例如酵母菌生物農藥Aspire、Nexy，其酵母菌即分別分離自番茄、蘋果果實表面。

具防治效果的酵母菌，常被利用於田間或水果包裝場，面臨高溫乾旱的田間環境或水果低溫儲藏，各種環境因子皆會影響其活性與防治效果，例如高低溫度、氧化壓力、酸鹼值、乾濕度。因此，亦有研究極端環境中分離具高逆境耐受性酵母菌，例如分離自海水的紅冬孢酵母菌（Rhodosporidium paludigenum ），較一般果實表面所分離的酵母菌具有較高滲透壓耐受性，當暴露於逆境中有較高適應性，可用於防治梨青黴病、棗類潛伏感染互生鏈格孢菌（Alternaria alternata）。

此外，具開發潛力的酵母菌還須具備基因穩定性、低濃度即具抑制果實病害發生效果、可防治多種病原菌、易培養、對環境友善、對植物不具病原性、對人體不具危害等特性。酵母菌生物農藥商品化過程中，將面臨酵母菌量產發酵、開發農藥配方等考驗，其中量產發酵過程須考量發酵成本、發酵時間不可過長及提升菌量穩定性，開發農藥配方則須考量儲架壽命、保存方式、酵母菌活性維持及簡易施用方法，更可提高市場接受度。

酵母菌、病原菌、寄主植物交互作用，六大拮抗機制保護作物傷口

酵母菌成功應用於防治病害，乃酵母菌、病原菌及寄主植物之間存在交互作用，在酵母菌作用下，可驅動交互作用達到防治病原菌效果，酵母菌主要作用機制如列。其一為營養與空間競爭被視為酵母菌在生物防治上的第一優勢，其與病原菌間透過營養競爭，例如醣類、氮、氧等，酵母菌比病原菌更能充分利用這些生長元素，且由於生長快速，也更優先附著並保護作物表面傷口。

其二為產生抑菌物質，酵母菌可產生具擴散性或揮發性的抗菌化合物，例如毒質、抗生代謝物。黑酵母菌（Aureobasidium pullulans ）可產生抗菌物質金擔子素A（Aureobasidin A），其影響病原菌生合成與代謝功能，此類酵母菌亦被指出可產生具拮抗病原菌的揮發性有機化合物。

其三為寄生與產生水解酵素，酵母菌寄生病原菌的現象，可造成病原真菌構造直接被破壞或分解，其也能產生葡聚醣酶、幾丁質酶、蛋白酶等分解酵素，對病原真菌有直接或間接破壞細胞壁的效果，例如季也蒙畢赤酵母菌（Pichia guilliermondii）即可產生葡聚醣酶破壞灰黴病菌菌絲。

其四為嵌鐵能力，真菌生長與病原性表現都需要鐵元素，某些酵母菌即具有嵌鐵能力，與病原菌競爭鐵元素，因而產生拮抗病原菌的效果。梅奇酵母菌即具有此能力，可抑制灰黴病菌、青黴病菌菌絲生長與孢子發芽的效果。其五為形成生物膜，酵母菌可在果實表面或傷口內部黏附、纏據及繁殖，並且在基質上產生蛋白質、多醣體，形成生物膜以有效拮抗病原真菌。其六為誘導植物產生抗病反應，病原菌感染植物前，其也能與植物組織或傷口產生交互作用，因而誘發植物系統性抗病反應，抑制病原菌感染植物體。

酵母菌生物農藥先天防治優勢，以營養競爭為主要抗病原菌機制

目前各種酵母菌防治病原菌之作用機制仍未完全透徹，進一步釐清將有助於病害防治策略的發展。已商品化的酵母菌生物農藥，其登記施用對象、作用機制及使用方法，大多針對採後病害進行防治，並以營養與空間競爭為最主要作用機制。

以酵母菌生物農藥Nexy為例，其防治對象為蘋果與梨的灰黴病、青黴病、香蕉炭疽病，於採收後且儲藏前施用，浸漬30秒至2分鐘或持續淋洗至少30秒；主要拮抗病原菌機制為其與病原菌的營養競爭，並優先纏據果實表面，更具產生葡聚醣酶分解病原真菌細胞壁的能力。

酵母菌生物農藥Shemer則為水分散性粒劑劑型，登記防治對象廣泛，包括柑桔青黴病、草莓灰黴病、葡萄灰黴病、甘藷軟腐病等，可於採收前或採收後噴灑或浸漬，主要作用機制為營養競爭，真空狀態下，Shemer儲架壽命可長達1年。而以較特別的類酵母菌（Aureobasidium pullulans ）菌種開發酵母菌生物農藥Boniprotect，主要作用機制為營養競爭，同樣為水分散性粒劑劑型，於德國登記防治蘋果與梨的青黴病、灰黴病，主要於果實採收前2～3週開始施用，最多每隔7天施用1次、連續3次，採收期間亦可施用。亦可與少數殺菌劑、殺蟲劑混合施用，於25℃下可存放10個月，於8℃下可存放18個月；同類異名產品Botector於澳洲登記防治葡萄、草莓、番茄灰黴病。

生長增殖快且環境適應性廣，待更多試驗研究建立生物防治模式

酵母菌生物農藥開發與商品化在國外已有多項成功案例，然而綜觀其商品化過程，仍面臨許多阻礙。目前多為小型公司投入開發，必須克服產品利潤低、資金缺乏、難以建立市場的困境，加上生物農藥商品化前須向主管機關登記，如美國國家環境保護局（EPA），過程須耗費許多時間，也成為商品化阻礙。而於消費市場所面臨的挑戰，則為生物農藥防治效果不如化學農藥快速有效，酵母菌多受限於採後病害防治為主，導致酵母菌生物農藥推展受限。

酵母菌應用於病害防治，仍具有不可或缺的地位，不僅可適應蔬果微觀環境，包括高糖濃度、高滲透壓、低酸鹼值、高濕度等特性，且生長增殖快速、營養需求簡單，於蔬果表面可快速建立族群，為營養與空間競爭下的贏家，進而達到保護植物體的效果，也因其環境適應性廣，亦成為生物農藥開發優勢。

臺灣蔬果內銷與外銷過程中，常因採收前潛伏感染病原菌，或採收後蔬果表面傷口引起病害，造成農民損失。若可將酵母菌結合採前管理與採後處理技術，於蔬果表面形成微生物保護層，將可大幅降低病害所造成的損耗。

行政院農業委員會臺中區農業改良場已效力於酵母菌篩選與防治效果測試，從葉表、果實表面傷口分離酵母菌，經純化培養的酵母菌於培養基進行拮抗試驗，將病原菌放置於培養基中央，並於病原菌兩端各畫一條酵母菌，觀察酵母菌抑制病原菌菌落生長情形，測試其對番石榴瘡痂病、炭疽病、葡萄晚腐病菌等多種造成果實腐敗病原菌的抑制效果，挑選具有優異拮抗效果之酵母菌，進行後續於果實防治試驗，目前已初步建立拮抗酵母菌篩選平臺。未來將針對番石榴瘡痂病、炭疽病、葡萄晚腐病、草莓灰黴病等作為防治目標，以期將酵母菌生物農藥導入田間，應用於採前管理與採後處理技術。

近年來食品安全、農業安全及環境安全受到重視，農業型態也逐漸由慣行農業轉為安全、友善農業，期盼政府積極推行生物農藥，朝向化學農藥減量目標，其中利用微生物達到防治效果的生物農藥成為重要研究方向。臺灣的生物農藥包括木黴菌、液化澱粉芽孢桿菌、枯草桿菌等已開發產品或正在登記品項，而酵母菌生物農藥正值研究與開發階段，期望能成為採收前後果實保護生力軍，提升蔬果內銷與外銷品質。

文 ․ 攝影／羅佩昕　行政院農業委員會臺中區農業改良場助理研究員
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