综述：谷物中挥发性有机化合物的研究趋势与分析技术综述

这篇综述系统梳理了1996-2025年间谷物挥发性有机化合物（VOCs）的研究进展，重点探讨了其在植物-环境互作、病虫害防御及食品质量评估中的作用。作者整合了文献计量学与系统评价方法，揭示了GC-MS、HS-SPME、PTR-TOF-MS等分析技术的应用，并指出电子鼻（e-nose）和纳米传感器等新兴技术的潜力。文章为开发基于VOCs的生态农业策略提供了重要参考。

　　

谷物中挥发性有机化合物的研究趋势与分析技术

引言

谷物作为全球粮食系统的支柱，其生产正面临病虫害、气候变化和环境胁迫的多重威胁。挥发性有机化合物（VOCs）作为植物与环境互作的关键介质，在生态防御、胁迫响应和食品质量评估中展现出巨大潜力。本文通过文献计量与系统评价，揭示了该领域的研究热点与技术演进。

研究方法

数据源自Web of Science核心合集（1996-2025年），采用PRISMA流程筛选76篇文献，结合R语言Bibliometrix包和VOSviewer进行定量分析。关键词包括"volatile organic compounds"、"cereals"及GC-MS等分析技术术语。

研究进展

VOC研究热潮
2015年后年发文量激增4倍，2024年达峰值12篇，反映可持续农业需求推动。中国（25.4%）、意大利和波兰（各6.8%）为研究主力，欧洲"从农场到餐桌"政策显著促进替代农药研发。

分析技术突破

• GC-MS：主导技术，用于小麦赤霉病标记物（如1-Octen-3-ol）检测
• HS-SPME：实现无损采样，精准捕捉稻谷中Aspergillus代谢物
• PTR-TOF-MS：实时监测玉米胁迫响应VOCs（如β-月桂烯）
• 电子鼻：结合AI算法，实现仓储谷物腐败早期预警

关键VOC谱

谷物	特征化合物	功能
小麦	己醛/3-甲基-1-丁醇	真菌感染标记
水稻	苯甲醛/正十五烷	抗黄曲霉活性
玉米	DMNT/α-蒎烯	吸引害虫天敌
燕麦	2-戊基呋喃	风味物质

挑战与机遇

现存瓶颈

• 国际协作薄弱（仅30%文献含跨国合作）
• 田间应用技术（如电子鼻）普及率不足15%
• 传统品种VOCs数据库缺失率超60%

前沿方向

1. 纳米传感器：二氧化硅纳米球检测小麦赤霉病VOCs灵敏度达0.1ppm
2. 微生物VOCs：Bacillus菌株挥发性物质抑制小麦瘟病孢子萌发率达90%
3. 多组学整合：结合代谢组学解析大麦VOCs合成通路

结论

VOCs研究为谷物系统提供了从分子生态学到智能农业的全链条解决方案。未来需加强跨学科协作，推动便携式检测设备研发，并建立全球共享的谷物VOCs数据库，最终实现"气味指纹"指导的精准农业。