高粱籽粒中禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)与增殖镰刀菌(Fusarium proliferatum)的生态生理学及产毒特性研究

本研究针对高粱籽粒中频繁检出的禾谷镰刀菌(F. graminearum s.s)和增殖镰刀菌(F. proliferatum)，首次系统评估了不同水分活度(0.95-0.995 aw)和温度(15-30℃)对菌丝生长及霉菌毒素产生的影响。研究发现温度是菌株生长的关键因素，而产毒最适条件更为严苛，揭示了夏季气候条件下高粱易受污染的风险机制，为粮食安全防控提供重要依据。

　　

在全球粮食安全面临真菌毒素污染的严峻挑战下，高粱——这种耐旱作物的储存安全问题日益凸显。禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum sensu stricto)和增殖镰刀菌(Fusarium proliferatum)是谷物中常见的产毒真菌，它们产生的脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)、伏马菌素(FBs)等次级代谢产物，不仅造成粮食经济损失，更会通过食物链威胁人类健康。尽管这两种真菌在高粱中的检出率居高不下，但学界对其在高粱基质上的生态生理特性却知之甚少。这种认知空白直接阻碍了针对性防控措施的制定，特别是在气候变化导致储存环境波动加剧的背景下。

针对这一科学瓶颈，乌拉圭共和国大学(Universidad de la República, UdelaR) mycología研究组的Ana Belén Corallo团队在《International Journal of Food Microbiology》发表了开创性研究。研究人员设计了三因素三水平的全因子实验：通过调节甘油溶液浓度精确控制水分活度(0.95/0.98/0.995 a_w)，结合温度梯度(15/25/30℃)，系统监测了两种镰刀菌在高粱籽粒上的菌落直径扩展速率，并采用高效液相色谱-质谱联用技术(HPLC-MS/MS)定量分析了7种特征性毒素(DON、3-AcDON、15-AcDON、ZEN、NIV、FB₁、FB₂)的产量动态。

温度驱动生长差异

研究显示两种菌株在所有测试条件下均能生长，但温度选择压力显著：F. graminearum s.s在25-30℃呈现双峰生长曲线，而F. proliferatum仅在30℃达到最大生物量。这解释了为何热带地区高粱储存中后者检出率更高。

产毒条件的"金发姑娘原则"

毒素合成表现出比生长更苛刻的环境阈值：DON类毒素在0.98-0.995 a_w和25-30℃时产量激增，其中15-AcDON对水分波动最敏感；而F. proliferatum产FB₁/FB₂的窗口更窄，仅在最适生长温度(30℃)和0.98 a_w时达到峰值，暗示该菌可能通过毒素代谢平衡渗透压应激。

气候变化的警示

数据建模表明，当夏季平均温度超过28℃且相对湿度>85%时，高粱储存仓将同时面临两种菌的复合污染风险。特别值得注意的是，3-AcDON在高水分(0.995 a_w)下的异常积累现象，提示乙酰化修饰可能是镰刀菌应对水胁迫的解毒策略。

这项研究首次绘制了高粱-镰刀菌-环境因子的三维互作图谱，其创新价值体现在三方面：首先，建立了预测毒素风险的数学模型，可根据仓储温湿度实时推算污染等级；其次，发现F. proliferatum的产毒温度阈值高于其生长阈值，这对设计梯度干燥工艺具有指导意义；最后，证实乙酰化DON衍生物可作为水分胁迫的生物标记物。这些发现为热带地区高粱采后管理提供了精准防控的理论基础，也为制定基于环境因子的真菌毒素早期预警系统开辟了新思路。