丹皮酚抗禾谷镰刀菌（F. graminearum）的作用机制及其在粮食与食品中的应用研究

为解决化学消毒剂导致真菌耐药及食品污染问题，研究人员开展丹皮酚抗禾谷镰刀菌研究。发现 0.3125 mg/mL 丹皮酚可完全抑制菌丝生长，其通过破坏细胞膜、诱导脂质氧化等降低 DON 含量，为天然杀菌剂应用提供科学依据。

　　在农业生产和食品加工领域，禾谷镰刀菌（F. graminearum）是一种严重威胁粮食安全和人类健康的病原真菌。它不仅会导致小麦、玉米等重要农作物减产，还能合成脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）、玉米赤霉烯酮（ZEN）等毒素，其中 DON 被世界卫生组织列为 3 类致癌物，且具有耐热性，传统加工方法难以完全去除。长期摄入受污染的食品，会引发恶心、呕吐、免疫功能受损等健康问题。目前，化学消毒剂的过度使用导致真菌耐药性不断增强，开发安全、高效、环保的天然抗菌剂成为全球食品生产和保鲜的迫切需求。

为应对这一挑战，河南工业大学的研究人员开展了丹皮酚抗禾谷镰刀菌的相关研究。这项研究成果发表在《Grain》上，旨在探究丹皮酚对禾谷镰刀菌的抑制效果、作用机制及其在实际食品中的应用潜力，为天然抗菌剂在农业和食品工业中的应用提供科学依据。

研究人员采用了多种关键技术方法来开展研究。通过最小抑菌浓度（MIC）测定，确定丹皮酚抑制禾谷镰刀菌菌丝生长的最低浓度；利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析丹皮酚对菌丝细胞壁表面官能团的影响；借助碘化丙啶（PI）染色结合荧光显微镜观察细胞膜通透性变化，同时测定细胞外电导率和 pH 值来评估细胞膜损伤程度；通过检测丙二醛（MDA）含量反映脂质氧化水平，测定甘油含量评估渗透胁迫响应；运用高效液相色谱（HPLC）测定培养体系中 DON 毒素的含量变化；最后在小麦 grains 和 steamed bread slices 上进行体外抗菌实验，观察丹皮酚对真菌生长的实际抑制效果。

3.1 丹皮酚对禾谷镰刀菌菌丝增殖的抑制作用

研究发现，丹皮酚对禾谷镰刀菌菌丝生长具有显著的剂量依赖性抑制效果。当浓度为 0.3125 mg/mL 时，72 小时内可完全抑制菌丝生长，确定该浓度为 MIC。孢子萌发实验显示，丹皮酚的半数有效浓度（EC₅₀）为 0.1289 mg/mL。通过菌丝干重测定进一步验证了 MIC 的准确性，高浓度处理组菌丝干重与对照组相比无显著差异，表明丹皮酚能有效抑制菌丝的生长和增殖。与其他植物源抗菌化合物相比，丹皮酚的 MIC 虽略高于部分化合物，但显著低于樟脑、姜黄素等，显示出较强的抗菌活性。

3.2 FT-IR 表征细胞壁结构变化

FT-IR 分析结果显示，经丹皮酚处理后的禾谷镰刀菌菌丝细胞壁表面官能团未发生显著变化，说明丹皮酚对细胞壁结构无直接影响。这与之前关于 2 - 羟基 - 4 - 甲氧基苯甲醛（HMB）的研究结果相似，而与邻香草醛等化合物处理后引起的官能团位移不同，提示丹皮酚的作用靶点可能不在细胞壁。

3.3 丹皮酚对细胞膜结构的破坏作用

PI 染色实验表明，丹皮酚处理后菌丝细胞荧光强度显著增强，且随浓度升高而增加，说明细胞膜通透性增加，完整性受损。细胞外电导率测定显示，处理组电导率显著高于对照组，进一步证实细胞膜损伤导致电解质泄漏。同时，处理组细胞外 pH 值降低，表明酸性物质外泄，这与 HMB 处理禾谷镰刀菌、邻香草醛 / 丹皮酚处理黄曲霉的结果一致，说明丹皮酚通过破坏细胞膜导致细胞内容物泄漏，干扰细胞正常生理功能。

3.4 丹皮酚诱导核酸和蛋白质泄漏

通过测定培养上清液在 260 nm 和 280 nm 处的吸光度（OD₂₆₀和 OD₂₈₀），发现高浓度丹皮酚处理组 OD 值显著升高，表明大量核酸和蛋白质泄漏到细胞外。这进一步证明丹皮酚破坏了细胞膜的选择透过性，导致细胞内重要生物大分子流失，从而抑制真菌生长。

3.5 丹皮酚引发脂质氧化和渗透胁迫

MDA 含量测定结果显示，丹皮酚处理后菌丝内 MDA 含量呈剂量依赖性增加，最高浓度组 MDA 水平较对照组升高 47.20%，表明细胞膜脂质发生显著氧化损伤。同时，甘油含量测定发现，处理组甘油浓度显著高于对照组，最高浓度组甘油水平是对照组的 6 倍多，说明丹皮酚诱导了渗透胁迫响应，激活了高渗透压甘油（HOG）通路，导致甘油积累以维持细胞内渗透压平衡。这一系列结果表明，丹皮酚通过诱导脂质氧化和渗透胁迫，进一步加剧了对真菌细胞的损伤。

3.6 丹皮酚减少 DON 毒素产生

HPLC 检测结果显示，丹皮酚处理显著降低了培养体系中 DON 毒素的含量。培养第 7 天，MIC 处理组 DON 含量仅为对照组的五分之一，表明丹皮酚能有效抑制禾谷镰刀菌的产毒能力。这一结果与之前关于丹皮酚抑制黄曲霉合成黄曲霉毒素（AFB₁、AFB₂）的研究一致，提示丹皮酚在控制真菌毒素污染方面具有广泛的应用潜力。

3.7 丹皮酚在小麦和馒头中的体外抗菌效果

在小麦 grains 和 steamed bread slices 的体外实验中，0.3125 mg/mL 的丹皮酚在 72 小时内可完全抑制禾谷镰刀菌的生长，而低浓度处理组随时间延长逐渐出现菌丝生长。这表明丹皮酚在实际食品基质中具有良好的抗菌效果，为其在粮食储存和食品加工中的应用提供了直接的实验证据。

综上所述，本研究首次揭示了丹皮酚抗禾谷镰刀菌的作用机制，包括破坏细胞膜完整性、诱导脂质氧化和渗透胁迫响应，以及抑制 DON 毒素生物合成。实验结果表明，丹皮酚在小麦和馒头等食品中具有显著的抗菌活性，且因其低细胞毒性，有望开发成为一种安全有效的天然杀菌剂。该研究为农业生产中真菌病害的防治和食品加工中真菌污染的控制提供了新的思路和候选化合物，对保障粮食安全和人类健康具有重要的现实意义。未来研究可进一步探讨丹皮酚与其他抗菌剂的联合应用，优化其在食品中的应用形式，以克服其可能存在的气味影响等问题，推动其实际应用进程。