1-辛醇靶向灰葡萄孢的多重抗真菌机制及其在凝胶载体中控制采后灰霉病的应用研究

《Postharvest Biology and Technology》：Multi-target antifungal action of 1-octanol against Botrytis cinerea and its application in curdlan hydrogel for gray mold control

为应对采后灰霉病防治中化学杀菌剂的耐药性与残留问题，本研究聚焦植物源挥发性有机物1-辛醇，通过多组学技术揭示其破坏灰葡萄孢细胞膜完整性、诱导氧化应激及抑制毒力基因表达的多靶点作用机制，并开发出基于凝胶多糖水凝胶的缓释体系，为果蔬采后绿色防控提供新策略。

　　

研究背景与意义

果蔬采后病害每年导致全球数百亿美元的经济损失，其中由灰葡萄孢（Botrytis cinerea）引起的灰霉病尤为严重。这种病原真菌可侵染1400多种植物，其 psychrotrophic（耐低温）特性使冷藏果蔬在储运过程中仍面临腐烂风险。传统化学杀菌剂虽能有效控制病害，但长期使用易引发病原菌耐药性、农药残留及环境污染问题。随着消费者对无农药食品需求的增长，开发安全、高效的绿色防控技术成为采后领域的研究热点。

植物源挥发性有机化合物（VOCs）因其广谱抑菌性、生物可降解性及食品安全性备受关注。其中，1-辛醇作为一种公认安全（GRAS）的食品添加剂，已在前期研究中显示出对多种真菌的抑制活性，但其对灰葡萄孢的作用机制及实际应用潜力尚不明确。此外，VOCs的高挥发性与不稳定性限制了其商业化应用。因此，构建可控释放的载体系统（如 hydrogel 水凝胶）成为提升VOCs实用性的关键。

关键技术方法

本研究通过体外抑菌实验（菌丝生长抑制、孢子萌发试验）和体内果实接种模型（葡萄、甜樱桃）评估1-辛醇的抗菌效果；采用荧光染色（FDA/PI）、电镜技术（TEM/FESEM）和氧化应激指标检测（ROS、GSH/GSSG）分析细胞膜完整性及线粒体功能；利用转录组测序（RNA-Seq）筛选差异表达基因（DEGs），并通过RT-qPCR验证关键毒力基因表达；最后筛选四种天然凝胶材料（凝胶多糖、羧甲基壳聚糖、琼脂、玉米淀粉）构建1-辛醇缓释体系，并评价其保鲜效果。

研究结果

3.1 1-辛醇显著抑制灰葡萄孢生长与致病性

体外实验表明，1-辛醇浓度依赖性地抑制灰葡萄孢菌丝扩展和孢子萌发，4?μL?L^?1处理可完全阻断菌落生长（图1）。在葡萄和甜樱桃模型中，8?μL?L^?1 1-辛醇熏蒸使病斑直径分别减少76%和57%（图2），证实其高效防控潜力。

3.2 1-辛醇破坏细胞膜结构与功能

FDA/PI双染色显示，1-辛醇处理导致孢子膜通透性增加，PI阳性细胞比例升至36%（图3A–C）。胞内容物泄漏实验进一步证实，1-辛醇引起核酸、蛋白质渗出及电导率上升（图3D–F）。透射电镜观察到线粒体嵴断裂、核膜破损等超微结构损伤（图4A），扫描电镜显示孢子表面塌陷变形（图4B）。

3.3 诱导氧化应激与线粒体功能障碍

DCFH-DA染色显示1-辛醇处理组孢子内ROS水平显著升高（图5A–B），MitoTracker红色荧光强度下降表明线粒体膜电位丧失（图5C–D）。同时，谷胱甘肽代谢紊乱，GSH/GSSG比值从127:1降至56:1（图6E–G），提示氧化应激加剧。

3.4 转录组揭示多靶点抑菌机制

RNA-Seq鉴定出3527个DEGs，KEGG富集分析显示核糖体生物合成通路基因显著下调（如 fibrillarin、U3 snoRNPs），而谷胱甘肽代谢相关基因上调（图6A–D）。毒力基因（BcPG3、Bcg1、Bmp1等）表达均受抑制（图7），从分子层面解释1-辛醇削弱病原菌侵染能力的原因。

3.5 凝胶多糖水凝胶提升防控效果

在四种凝胶载体中，负载0.5% 1-辛醇的凝胶多糖水凝胶抑菌率最高（67%）（图8A–B）。葡萄保鲜实验中，2% 1-辛醇-凝胶多糖体系完全抑制灰霉病发生（图8C–D），证明其缓释特性与实用价值。

结论与展望

本研究系统阐明1-辛醇通过破坏灰葡萄孢细胞膜完整性、诱导线粒体功能障碍与ROS爆发、抑制核糖体合成及毒力基因表达的多重机制发挥抑菌作用。凝胶多糖水凝胶的引入有效克服了1-辛醇的挥发性缺陷，为采后病害绿色防控提供了兼具高效性与安全性的技术方案。该成果发表于《Postharvest Biology and Technology》，不仅深化了对植物源VOCs作用机制的理解，也为开发基于天然产物的果蔬保鲜剂奠定了理论基础与应用范式。未来研究需进一步优化水凝胶的温湿度适应性、机械强度及释放动力学参数，以推动其产业化应用。