综述：水果微生物组：生物膜动力学与消费者健康风险——以苹果（Malus × domestica）为模型系统

**1. Introduction**

水果表面微生物组构成结构化生态位，微生物在其中形成生物膜（biofilm），由自产胞外聚合物（EPS）基质包裹。生物膜可影响果实生理，增强微生物对化学处理和干燥等环境胁迫的耐受性。其形成受整个生产链因素影响，可能导致果实腐烂、经济损失和消费者健康风险。论文以苹果（Malus × domestica）为主要模型系统，基于其经济重要性和长期采后储存特性。综述综合了三个交叉维度：时间演替假说（微生物群落在储存中的演变）、结构脆弱性假说（果面微观结构影响病原体隔离与存活）以及化学选择压力假说（农药残留作为选择性应激源或营养源改变EPS结构）。

**2. Methodology of Literature Selection**
采用结构化检索策略，覆盖PubMed、Scopus、Web of Science和Google Scholar等数据库，时间范围为1990年至2026年6月，重点关注近十年（2015–2026）的高影响力研究。关键词包括“fruit biofilm”、“apple peel microbiome”、“postharvest contamination”、“food safety”、“foodborne pathogens”、“Listeria monocytogenes”、“Salmonella”、“mycotoxins”、“pesticide residues”、“biofilm removal”和“sanitization”。纳入标准为同行评议原创研究、综述及英文书章，主要关注鲜产生果表面微生物生态学，特别是苹果，以及生物膜形成分子机制与农业实践对微生物群落的影响。排除标准包括临床生物膜感染、缺乏详细方法的技术报告及加工食品相关研究。最终选定126篇参考文献。

**3. The Process of Biofilm Formation on Fruits**
水果表面生物膜形成是一个高度有序的多阶段过程，涉及复杂微生物群落和严格调控的分子机制。生物膜定义为嵌入自产基质中的结构化微生物聚集体，基质由有机和无机物质组成，EPS水含量高达97%，其余包括多糖、蛋白质、脂质、胞外DNA（eDNA）等。微生物细胞在生物膜内通过通道网络分布，形成生理分化亚群。果实表面理化特性（如角质层组成、蜡质结构、微地形和有机渗出物）作为选择性过滤器，决定附着微生物种类。不同果种（如苹果、葡萄、草莓）携带独特的微生物群落，其中苹果果皮支撑着区别于内部组织的结构化微生物组。

**3.1. Stages of Biofilm Formation**
生物膜发育分为五个阶段：（i）可逆附着，（ii）不可逆附着，（iii）微菌落形成，（iv）成熟，以及（v）脱离与分散。初始附着后，EPS生产和空间组织驱动成熟，EPS增强细胞保留、水合及抗逆性。最后阶段，当生物膜达到临界厚度或经历环境变动时，发生脱离与分散。

**3.1.1. Molecular Mechanisms of Biofilm Formation by Bacterial and Fungal Pathogens on Fruit Surfaces**
**初始附着与早期生物膜形成**：初始附着由菌毛、IV型菌毛和卷曲淀粉样纤维（由csg基因簇编码）等表面结构介导。IV型菌毛通过PilB和PilT ATP酶的拮抗活性进行动态延伸和回缩，实现力产生和表面探测。表面接触触发基于环二鸟苷酸（cyclic di-GMP）的胞内信号级联，抑制运动基因并激活黏附素和EPS合成通路。脂多糖（LPS）和磷壁酸调节细胞表面电荷与疏水性，强化附着。鞭毛介导的运动性促进主动表面探索并触发附着信号。早期EPS包括纤维素、poly-β-1,6-N-乙酰-D-葡萄糖胺（PGA）、蛋白质和eDNA，形成扩散屏障和力学支架。真菌和酵母则采用细胞壁黏附素（糖蛋白）以及菌丝或假菌丝结构，并通过细胞壁降解酶（如角质酶、多聚半乳糖醛酸酶）和次级代谢产物（如棒曲霉素、赭曲霉毒素A）促进定植和微损伤侵入。

**EPS生产与维持的分子机制**：EPS合成由糖基转移酶、聚合修饰酶和输出系统组成的基因簇调控，以c-di-GMP为核心第二信使控制从运动型到产基质表型的转变。胞外多糖提供主要骨架，赋予机械稳定性和水合性；基质相关蛋白和糖蛋白增强内聚力；eDNA通过静电相互作用维持基质完整性并参与水平基因转移。真菌EPS基质富含β-1,3-葡聚糖、β-1,6-葡聚糖和甘露糖蛋白，与宿主来源化合物相互作用稳定附着。EPS是有效消毒的主要障碍。

**外排泵介导的生物膜形成**：外排泵（ATP结合盒（ABC）转运蛋白、主要易化子超家族（MFS）、耐药-结瘤-分裂（RND）等）主动外排抗菌化合物。RND家族的AcrAB–TolC泵在革兰阴性菌中具有广泛底物谱，其表达可由植物源多酚类化合物等化学应激源诱导。在真菌中，ABC和MFS转运蛋白介导抗真菌药物耐受，与毒力和棒曲霉素产生相关。外排泵抑制剂（EPIs），如精油组分和合成D-八肽衍生物（如RC21v3），可阻断外排功能。

**群体感应（Quorum Sensing, QS）在生物膜发育中的作用**：QS通过自诱导剂（酰基高丝氨酸内酯（AHL）、自诱导肽（AIP）、自诱导剂-2（AI-2））协调基因表达。大肠杆菌（Escherichia coli）通过AI-2系统刺激生物膜形成（MqsR调节子）；沙门氏菌（Salmonella spp.）的AHL系统在厌氧环境下增强生物膜；真菌中，法尼醇（farnesol）和酪醇（tyrosol）分别抑制或刺激菌丝形成。QS抑制剂（如有机酸）可通过干扰信号合成、降解自诱导剂或阻断受体结合来控制生物膜。

**3.2. Determinants of the Formation of Microbial Biofilms on Fruit Peel**
环境条件（温度、湿度、水分活性）、营养可利用性（营养丰富或限制均可能促进生物膜）、微生物因子（初始密度、生长阶段、种间互作）以及果面物理化学特性（粗糙度、疏水性、蜡质组成、多糖含量）共同决定生物膜形成。农药施用可能产生双重效应（抗菌或作为营养源），气候变化（温度升高、湿度改变）有利于生物膜，且生物膜形成在储存和分销过程中持续发展。

**3.3. Sources of Food Spoilage Microorganisms**
微生物来源包括土壤、灌溉水、空气、昆虫、动物及植物相关微生物群，以及人为因素（农事操作、工具、包装线、储存室等）。果皮机械损伤增加定植易感性。污染取决于微生物存活和增殖能力，在鲜食果品中尤为关键。

**4. Microbial Communities on Fruit Surfaces**
果面携带多样的附生微生物和内生类群。苹果微生物组受品种、果园管理、储存条件、发育阶段、地理区域等因素影响。果面pH、角质层结构、蜡质组成、水分可用性和微地形决定微生物附着和稳定群落形成。微生物多样性还受收获、加工、储存和分销过程中卫生标准的影响。

**4.1. Bacterial Communities Colonizing Fruit Surfaces**
优势类群包括放线菌门（Actinomycetota）、拟杆菌门（Bacteroidota）、厚壁菌门（Bacillota）和变形菌门（Pseudomonadota）。在苹果中，α-变形菌纲最丰富，鞘脂单胞菌科（Sphingomonadaceae）为优势科。常见革兰阴性菌包括假单胞菌科（Pseudomonadaceae）、肠杆菌科（Enterobacteriaceae）、无色杆菌科（Achromobacteriaceae）；革兰阳性菌包括芽孢杆菌属（Bacillus）、乳杆菌属（Lactobacillus）以及微球菌科（Micrococcaceae）、葡萄球菌科（Staphylococcaceae）、链球菌科（Streptococcaceae）中的球菌。

**4.2. Fungal and Yeast Communities Colonizing Fruit Surfaces**
子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）主导果面真菌群落。苹果表面特征真菌属包括出芽短梗霉属（Aureobasidium）、假性微球腔菌属（Pseudomicrostroma）、青霉属（Penicillium）、柱隔孢属（Ramularia）、枝孢属（Cladosporium）、链格孢属（Alternaria）、短梗霉属（Paraconiothyrium）和Golubevia。常见霉菌还有根霉属（Rhizopus）、曲霉属（Aspergillus）、Wallemia；酵母包括酵母属（Saccharomyces）、接合酵母属（Zygosaccharomyces）、汉逊酵母属（Hanseniaspora）、假丝酵母属（Candida）、德巴利酵母属（Debaryomyces）和毕赤酵母属（Pichia）。

**4.3. Plant Pathogens and Postharvest Spoilage Organisms**
人类病原体如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）、大肠杆菌（Escherichia coli）和沙门氏菌（Salmonella spp.）可污染果面。植物病原菌如扩展青霉（Penicillium expansum）和灰葡萄孢（Botrytis cinerea）感染伤口；细菌如胡萝卜软腐欧文氏菌（Erwinia carotovora subsp. carotovora，又名Pectobacterium carotovora）引起软腐。其他腐败真菌包括链格孢属（Alternaria）、曲霉属（Aspergillus）、葡萄孢属（Botrytis）、炭疽菌属（Colletotrichum）、镰刀菌属（Fusarium）、核盘菌属（Monilinia）、青霉属（Penicillium）和根霉属（Rhizopus）；腐败细菌包括梭菌属（Clostridium）、果胶杆菌属（Pectobacterium）、棒形杆菌属（Clavibacter）、链霉菌属（Streptomyces）和黄单胞菌属（Xanthomonas）。果实损伤、储存条件和生物膜形成影响其致病潜力。

**5. The Apple Surface Microbiome**
以“皇家嘎啦”苹果为模型，通过扩增子测序（16S rRNA和ITS2）分析核心微生物组（在≥75%样品中存在的类群），包括6个真菌属（出芽短梗霉属、枝孢属、链格孢属、线黑粉酵母属（Filobasidium）、Vishniacozyma、掷孢酵母属（Sporobolomyces））和2个细菌属（鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）和甲基杆菌属（Methylobacterium））。真菌群落多变，出芽短梗霉属和枝孢属在96%样品中检出。不同品种和栽培体系（有机 vs. 常规）的微生物组存在显著差异：常规苹果中肠杆菌目（Enterobacteriales）丰度较高，且检测到大肠杆菌-志贺氏菌（Escherichia-Shigella）信号；有机果园微生物组富含与植物防御相关的代谢通路（如生物碱和萜类生物合成）。苹果果皮微生物组以真菌为主，青霉属、曲霉属和链格孢属等潜在病原菌丰度低。不同品种（如澳洲青苹）的多酚和纤维含量差异影响微生物定植。

**6. Consumer Health Risks Associated with Fruit-Borne Pathogens: Selected Molecular Mechanisms of Pathogenicity**
生物膜中微生物细胞对抗菌剂耐受性可高达浮游细胞的1000倍。单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）通过内化素InlA和InlB黏附侵入肠上皮细胞，经李斯特菌溶血素O逃逸吞噬体，并利用ActA介导的肌动蛋白聚合实现细胞间扩散，毒力受PrfA调控因子（位于李斯特菌致病岛LIPI-1）协调表达。沙门氏菌通过菌毛黏附素（1型菌毛Fim、长极性菌毛Lpf、质粒编码菌毛PEF）附着，经SPI-1 T3SS触发侵入，并在含沙门氏菌液泡（SCV）中通过SPI-2 T3SS效应蛋白存活和系统扩散。病毒如诺如病毒（noroviruses）具有高度环境稳定性，低至10个病毒颗粒即可感染，并可穿透果皮组织。真菌毒素如棒曲霉素（patulin，由扩展青霉产生）通过抑制ATP酶和RNA聚合酶发挥毒性。扩展青霉的毒力机制包括细胞壁降解酶、葡糖酸介导的酸化、PacC依赖的pH调节促进组织定植和毒素合成。

**7. Biofilm Removal Methods**
预防是最佳策略。物理方法包括刮擦、超声处理、辐射（γ射线、X射线、高能电子束、UV-C/B、UV-A）；化学方法包括臭氧、过氧化氢、过氧乙酸；生物方法包括噬菌体、酶和生物表面活性剂。单一方法效果有限，多种技术联用（如氧化钙清洗+超声处理+富马酸和微酸性电解水）可显著提高抗菌效力。例如，超声结合乳酸和苹果酸对生菜叶上大肠杆菌和单核细胞增生李斯特菌生物膜的去除效果可达5.54和4.23 log CFU/cm²。

**8. Discussion and Conclusions: Pesticide Residues, Apple Surface Microstructure, and Biofilm-Mediated Pathogen Persistence**
果面是动态生态界面，农药残留与表面微观结构（如皮孔、角质层微损伤）的相互作用解释病原体为何在采前间隔后仍存在。农药可通过诱导应激反应调节因子（如沙门氏菌和大肠杆菌的RpoS、李斯特菌的σ^B）促进存活，某些配方（如百菌清）甚至支持病原体生长。苹果角质层微管网络可能作为细菌被动渗入的亚微观通道。农药残留可选择性重塑微生物群落（如田间葡萄中苯菌灵降低多样性，而生物杀菌剂维持生态平衡；温室中吡虫啉刺激隐球酵母生长，甲霜灵刺激肠杆菌科）。生物膜中群体感应（AHL）和III型分泌系统（TTSS）增强附着和抗性。农药残留与病原体生物膜共存构成复合风险，标准家庭清洗方法效果有限；高级氧化（如超声空化产生羟基自由基）可降解有机磷农药。未来需整合化学、微生物和结构评估，并发展联合干预（如超声联合酶处理）、人工智能力量优化采前间隔和表面改性（减少皮孔密度、增强角质层屏障）。

**9. Future Research Perspectives**
未来研究应优先整合果实解剖学、表面化学和微生物学，重点关注角质层网状-层状结构（多糖微纤维网络）对细菌被动渗入的影响。结合高分辨率成像、宏基因组学、转录组学和代谢组学揭示持久性、抗性和致病性机制。开发实用干预措施（优化农药施用、改善果园卫生、温和采收和分级、靶向消毒方法），并运用协同栅栏技术（如超声联合酶处理）。建立同时检测化学和微生物危害的监测系统，将风险评估从孤立的残留测试转向对果面活性和化学动态生境的综合评估。消费者指导应作为次要屏障。最终需多学科策略整合作物保护、采后卫生、表面微生物学和创新消毒技术。分子层面信号分子（AHL）和III型分泌系统（TTSS）的研究对设计下一代生物防控剂至关重要。