香芹酚作为天然防腐剂抑制尖孢镰刀菌引起蒜薹采后腐烂的效应与机制研究

本综述系统探讨了香芹酚（Carvacrol）对蒜薹采后腐烂病原菌尖孢镰刀菌（Fusarium acuminatum）的抑制效应及其分子机制。研究表明，香芹酚通过破坏菌丝形态结构（SEM观察）、干扰甾体生物合成（Steroid biosynthesis）和MAPK信号通路（MAPK signaling pathway），有效抑制病原菌生长（EC50=36.17?μg/L），并显著延缓蒜薹腐烂进程（腐烂率降低26.67%），为天然食品防腐剂的开发提供重要理论依据。

　　

1 引言

蒜薹（Allium sativum L.）作为大蒜的花茎，因其富含纤维素、维生素C（Vc）、大蒜素和多糖等营养成分而备受消费者青睐。然而在长期贮藏过程中，微生物特别是真菌的增殖常导致采后腐烂现象，表现为茎部斑点、组织软腐甚至结构断裂。真菌污染不仅造成农产品损失，某些菌种（如镰刀菌属、曲霉属）产生的真菌毒素更对人和动物健康构成严重威胁。

香芹酚（5-异丙基-2-甲基苯酚，C₁₀H₁₄O）作为一种酚类单萜化合物，天然存在于牛至、百里香等植物精油中。其具有广谱生物活性包括抗真菌、抗菌、抗氧化和抗癌特性，被美国食品药品监督管理局（FDA）认定为安全级食品添加剂，目前作为天然防腐剂广泛应用于控制农产品采后真菌腐败。

2 材料与方法

2.1 样品采集与处理

研究于2023年7月从贵州省蔬菜市场采集约300份有症状和无症状蒜薹（"朝花"品种）。无症状蒜薹经75%乙醇表面灭菌后，分别用100?μg/L香芹酚处理和对照处理，在28°C、95%相对湿度条件下培养。通过腐烂率、失重率、Vc含量、可溶性蛋白（SP）含量、多酚氧化酶（PPO）活性和丙二醛（MDA）含量等指标评估保鲜效果。

2.2 病原菌分离与鉴定

从染病蒜薹的基部、茎部和顶端组织分离纯化病原菌，通过柯赫氏法则验证其致病性。结合形态学观察和分子生物学分析（ITS、TEF-1α和RPB2基因测序），将主要致病菌株鉴定为尖孢镰刀菌（Fusarium acuminatum），菌株序列已提交NCBI数据库（登录号：PP738014.1、PP780439.1、PP780438.1）。

2.3 抑菌活性测定

采用菌丝生长速率法测定香芹酚（25-150?μg/L）对尖孢镰刀菌的抑制活性，计算半数有效浓度（EC₅₀）。通过扫描电子显微镜（SEM）观察香芹酚处理对菌丝超微结构的影响。

2.4 转录组与蛋白质组分析

使用EC₅₀浓度香芹酚处理尖孢镰刀菌（FX组），以DMSO处理作对照（FC组）。通过Illumina HiSeq? 2000平台进行转录组测序，采用液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）技术进行蛋白质组分析。对差异表达基因（DEGs）和差异表达蛋白（DEPs）进行Gene Ontology（GO）功能注释和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）通路富集分析。

3 结果

3.1 香芹酚对蒜薹的保鲜效果

处理20天后，香芹酚处理组腐烂率（31.11%）显著低于对照组（57.78%）。香芹酚处理有效减缓了蒜薹贮藏期间的失重过程，延缓了Vc含量下降，显著增强了PPO活性（最高达15.50?U/mg），并抑制了MDA含量积累，表明香芹酚通过延缓品质劣变有效延长了蒜薹货架期。

3.2 病原菌鉴定

从病样中分离到8种真菌，其中F菌株（尖孢镰刀菌）致病性最强，接种后发病率达60%。该菌株菌丝呈絮状，正面浅粉色，背面浅粉至红紫色；显微镜下可见分枝有隔菌丝，分生孢子梗呈细瓶梗状，着生1-5分隔的大型镰刀形分生孢子。系统发育分析显示与Fusarium acuminatum NRRL54213同源性达99%。

3.3 体外抑菌活性

香芹酚对尖孢镰刀菌的抑制率呈浓度依赖性，在25-150?μg/L浓度范围内抑制率为39.98%-100%，EC₅₀值为36.17?μg/L，优于阳性对照丙氯胺。SEM观察显示，香芹酚处理导致菌丝表面产生不规则收缩、皱褶、凹陷和皱缩区域，部分菌丝片段断裂，表明其引起菌丝形态结构的不可逆损伤。

3.4 多组学分析

转录组分析鉴定到2,618个DEGs（1,122个上调，1,496个下调），主要富集在MAPK信号通路、精氨酸和脯氨酸代谢、碳代谢、氨基酸生物合成和甾体生物合成等通路。蛋白质组分析鉴定到1862个蛋白，其中147个上调和21个下调，显著富集于甾体生物合成、氧化磷酸化、核糖体、DNA复制和MAPK信号通路。

4 讨论

研究表明香芹酚通过多途径发挥抑菌作用：一方面直接破坏菌丝细胞膜完整性，导致细胞内容物泄漏；另一方面通过下调甾体生物合成通路中的关键酶（如羊毛甾醇合酶LSS和固醇-4α-羧酸酯3-脱氢酶NSDHL），抑制麦角固醇合成，影响细胞膜功能。同时，香芹酚下调MAPK信号通路中的鸟苷酸结合蛋白（GBP）表达，干扰细胞周期进程和增殖调控。

这些发现与先前研究一致：Zhang等发现香芹酚可有效控制灰葡萄孢引起的灰霉病；?imovi?等报道其对炭黑曲霉和罗克福尔青霉具有显著抑制作用。香芹酚的多种作用机制使其不易引致菌株耐药性，在食品保鲜领域具有广阔应用前景。

5 结论

本研究证实香芹酚能有效延缓蒜薹采后腐烂症状，通过维持Vc含量、增强PPO活性和抑制MDA积累发挥保鲜作用。分离鉴定尖孢镰刀菌为蒜薹采后腐烂的主要致病菌，香芹酚对其表现出强抑制活性（EC₅₀=36.17?μg/L）。多组学分析表明，香芹酚主要通过干扰甾体生物合成和MAPK信号通路，破坏细胞膜完整性，抑制病原菌生长增殖。

6 未来展望

将香芹酚作为食品防腐剂应用于采后食品工业，可有效抑制引起采后腐烂的微生物生长繁殖，提高保鲜效果，延长果蔬货架期。后续研究应深入解析香芹酚与关键靶点的相互作用机制，并开发基于香芹酚的复合保鲜技术，推动天然防腐剂在食品安全领域的应用。