內容提供/豐年雜誌 文/羅佩昕 攝影/羅佩昕 首圖提供/虎鯨吃草莓農場
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。
草莓灰黴病於罹病果實初期造成褐色病斑，後期果實覆蓋灰褐色粉末狀分生孢子。草莓生長後期，於果實定期施用酵母菌至採收前，使酵母菌纏據於果實表面，與病原菌空間與營養競爭形成優勢，預期可減少損耗並延長儲架壽命。
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
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。
為鑑別酵母菌種類，利用顯微鏡觀察酵母菌形態多呈卵圓形或橢圓形，細胞較一般細菌大。
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。
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。
番石榴果實常出現褐色病斑，果肉可能軟化、呈水浸狀，或表皮褐化，可嘗試運用酵母菌防治。
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。
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。
番石榴瘡痂病近乎全年皆可能發生，雖於小果期即進行套袋，病原菌仍可能經過枝條進入袋內造成病害，除了維持良好田間衛生外，於套袋前施用酵母菌，在果實上營造良好微生物相，以期降低病害發生率。
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
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。
葡萄晚腐病於果實潛伏感染，至果實轉色期顯現病徵，產生黑色斑點，至中期病斑處凹陷，並產生橘紅色分生孢子。於生長中期至套袋前定期施用酵母菌，酵母菌纏據果實表面達到保護效果，以期減少炭疽病菌感染比例。
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。
農委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。
本文轉載自《豐年雜誌》2018年11月號。《豐年雜誌》電子書平台，請參考：udn讀書吧、TAAZE 讀冊生活、HyRead、Zinio、華藝線上圖書館、Kono。
