壳聚糖-丁香酚涂层能够在玉米种子长期常温储存期间提高其对真菌、黄曲霉毒素、昆虫侵害以及自身生理状态的抵抗力

《Journal of Stored Products Research》：Chitosan-eugenol coatings improve fungal, aflatoxin, insect, and physiological stability of maize seeds during long-term Ambient storage

玉米种子壳聚糖丁香酚复合涂层保存效果研究：采用三种处理（未处理对照、壳聚糖涂层、壳聚糖丁香酚复合涂层）对玉米种子进行12个月储存实验，结果显示复合涂层显著抑制真菌（12.4% vs 78.3%）、虫害（10.6% vs 44.7%）及黄曲霉毒素B1积累（2.1μg/kg vs 45.3μg/kg），同时提升发芽率（88.2% vs 60.3%）和幼苗正常率（82.4% vs 52.1%），经混合效应模型验证各处理差异显著（p<0.05）。

　　这项研究探讨了通过将肉桂醛（Eugenol）注入壳聚糖（Chitosan）中所形成的复合涂层（COS-EUG）在保存玉米种子方面的作用。玉米是全球种植最广泛的谷物之一，广泛用于人类食用、牲畜饲料以及工业用途。然而，收获后的玉米种子在储存过程中极易受到真菌污染和昆虫侵害，这会严重影响种子的质量与安全性，特别是在高湿度和高温的地区。真菌如黄曲霉（Aspergillus flavus）和镰刀菌（Fusarium verticillioides）常在主要生产区域（如亚洲、撒哈拉以南非洲和拉丁美洲）感染玉米种子，并且能够产生有毒的真菌毒素，尤其是黄曲霉毒素B1（AFB1），即使在极低浓度下也会对人类和动物健康造成严重威胁。

传统的种子保存方法主要依赖于合成杀菌剂和杀虫剂。然而，随着真菌抗药性的不断演变，这些化学药剂的效力逐渐下降，特别是在储存条件下。此外，对化学杀虫剂的过度依赖导致了重要储粮害虫的广泛抗药性。由于这些化学物质具有环境持久性和毒性，它们在许多地区正被逐步限制使用。因此，开发一种环境友好、可生物降解且对人体安全的替代方案成为迫切需求。

壳聚糖是一种天然的阳离子多糖，来源于甲壳类动物的几丁质。它已被认为是一种具有抗菌、成膜和诱导植物防御机制潜力的生物聚合物。壳聚糖能够破坏真菌细胞膜，螯合营养物质，并激活植物的免疫系统，使其在种子包衣应用中非常合适。然而，壳聚糖的溶解性较差，其抗菌性能也有限，因此需要与其他天然生物活性物质结合以提高其效果。

肉桂醛是一种从丁香和肉桂中提取的芳香族化合物，具有强大的抗真菌、抗氧化和驱虫特性。它通过破坏真菌细胞膜的完整性、抑制酶活性以及扰乱氧化平衡来发挥其抗真菌作用。尽管如此，肉桂醛的高挥发性和较差的水溶性限制了其直接应用。近年来，通过纳米封装和生物聚合物结合技术，肉桂醛的稳定性得到了提升，并且其释放可以被有效调控，使其适用于种子保存领域。

基于上述背景，壳聚糖-肉桂醛复合涂层（COS-EUG）被提出作为一种多功能的包衣材料。它结合了壳聚糖的抗菌和成膜特性，以及肉桂醛的显著生物活性。已有研究表明，基于壳聚糖的纳米制剂能够有效抑制真菌生长，并延长园艺作物和谷物产品的保质期。此外，这些包衣材料还可能通过下调真菌的代谢途径来防止昆虫侵害，并减少黄曲霉毒素B1的合成。种子储存过程中的水分含量和水活度（AW）对真菌生长和真菌毒素的产生具有重要影响，这在玉米储存研究中已有明确的证据支持。多层密封系统已被证明在长期储存中能够有效维持种子质量，而像COS-EUG这样的生物活性包衣则为非密封储存提供了一种可行的替代方案。

尽管这些研究显示了COS-EUG在种子保存方面的潜力，但大多数研究主要集中在短期保存或体外实验的有效性上，对于其在实际储存条件下长期保护效果的研究仍较为有限。目前，关于COS-EUG如何在储存过程中抑制真菌污染、昆虫侵害和黄曲霉毒素B1积累的具体机制尚不完全清楚。此外，在自然污染环境下，COS-EUG与其他传统储存方法之间的相对有效性也缺乏系统研究。

本研究旨在填补这些研究空白，通过系统评估COS-EUG在12个月储存期间对玉米种子的长期保护效果，进一步探讨其在实际储存条件下的应用潜力。我们期望通过实验，观察COS-EUG处理对种子在储存过程中的微生物污染、昆虫侵害、发芽率、幼苗活力以及黄曲霉毒素B1积累的动态变化，从而明确COS-EUG在提升种子质量与安全方面的具体作用机制。本研究的结果将为开发一种安全、可持续且可大规模应用的种子保存方法提供理论依据和技术支持。

实验中，玉米种子被分为三组：未处理对照组、壳聚糖单层包衣组和壳聚糖-肉桂醛复合包衣组。这些种子在常温（25±2℃）和相对湿度（70±5%）的条件下储存了12个月，分别在0、3、6、9和12个月时进行取样分析。结果表明，COS-EUG处理组的真菌污染率显著低于对照组和壳聚糖单层处理组。在储存12个月后，对照组的真菌污染率高达78.3±5.2%，而COS-EUG处理组仅为12.4±2.1%。这一显著的降低表明，COS-EUG在抑制真菌生长方面具有良好的效果。

在昆虫侵害方面，COS-EUG处理组的损害率也明显低于对照组和壳聚糖单层处理组。对照组的昆虫侵害率达到了44.7±4.8%，而COS-EUG处理组仅为10.6±1.9%。这表明，COS-EUG不仅能够抑制真菌生长，还能有效防止昆虫对种子的侵害，从而提升种子的保存质量。

此外，COS-EUG处理组的种子发芽率和正常幼苗率也显著高于对照组。对照组的发芽率为60.3±3.5%，而COS-EUG处理组达到了88.2±2.4%。正常幼苗率方面，对照组为52.1±4.1%，COS-EUG处理组则为82.4±2.8%。这表明，COS-EUG在提升种子发芽能力与幼苗生长一致性方面表现出色。

在真菌毒素方面，COS-EUG处理组的黄曲霉毒素B1（AFB1）积累量显著低于对照组。对照组的AFB1含量达到了45.3±3.8μg/kg，远超中国和欧盟等主要玉米生产区域对人类食用玉米的安全上限（5μg/kg）。而COS-EUG处理组的AFB1含量仅为2.1±0.3μg/kg，明显低于安全阈值。这一结果表明，COS-EUG在抑制真菌毒素合成方面具有显著优势，能够有效降低储存过程中真菌毒素对种子安全的威胁。

为了验证这些结果的可靠性，研究采用了混合效应模型进行统计分析。分析结果显示，所有评估参数（包括真菌污染率、昆虫侵害率、发芽率、正常幼苗率和AFB1含量）均显示出显著的处理效应（p<0.05）。这表明，COS-EUG处理对玉米种子的保存效果具有统计学意义，并且在实际储存条件下表现稳定。

综上所述，本研究的结果表明，COS-EUG复合涂层是一种高效的生物控制策略，能够显著提升储存玉米种子的微生物学和生理稳定性。它不仅能够有效抑制真菌污染和昆虫侵害，还能显著提高种子的发芽率和幼苗生长能力，并减少黄曲霉毒素B1的积累。这些发现为开发一种安全、可持续且可大规模应用的种子保存方法提供了重要的理论支持和实践依据。未来的研究可以进一步探索COS-EUG在不同环境条件下的适用性，以及其在其他谷物种子保存中的潜在应用。此外，还可以通过优化COS-EUG的配方和制备工艺，提高其在实际储存条件下的稳定性和有效性，从而推动其在农业和食品工业中的广泛应用。