三种精油对产毒素禾谷镰刀菌的比较抗真菌活性及多组学分析

《Food Chemistry》：Comparative antifungal activity of three essential oils against mycotoxigenic fusarium graminearum and multi-omics analysis

　　

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  香荆芥酚、肉桂醛和柠檬醛抑制了禾谷镰刀菌（F. graminearum）的生长和DON产生，效果优于SDA。
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  三种植物精油（EOs）下调了关键的TRI基因，而SDA则悖论性地上调了TRI11基因，未能有效抑制DON的产生。
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  三种植物精油破坏了菌丝细胞壁、细胞膜和线粒体的完整性。
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  多组学分析揭示了植物精油对萜类和能量代谢的干扰。
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  香荆芥酚-肉桂醛混合物减少了小麦冠腐病和DON。

引言

禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）是引起全球谷物作物镰刀菌穗枯病（FHB）的最常见且具有侵略性的病原菌之一，尤其对小麦危害严重（Pedrero-Mendez et al., 2025）。FHB是一种破坏性真菌病害，可导致小麦幼苗枯黄、穗腐和冠腐，造成产量下降、籽粒品质受损以及真菌毒素积累（Huang et al., 2025）。F. graminearum造成的主要威胁之一是合成脱氧新型曲霉烯醇（DON）——一种真菌毒素，经常污染小麦和其他谷物，引发公众健康关注（Jiang et al., 2023; Zhang et al., 2026）。目前，化学杀菌剂通常被用于控制谷物中的真菌污染（Padrilah et al., 2024）。然而，其大量使用不仅加剧了环境污染和真菌抗药性，还增加了食品中有毒残留的风险，对食品安全构成严重威胁。因此，研究焦点已转向开发新型、高效且低风险的药物，以同时控制F. graminearum感染并抑制真菌毒素合成，从而有效减轻F. graminearum的危害（Yan et al., 2023）。

在替代化学杀菌剂的候选物质中，植物来源的精油（EOs）由于具有多样的生物活性而受到最为广泛的研究（Alizadeh et al., 2022; álvarez-Martínez et al., 2021）。例如，Wang, Jin, et al. (2018)报道，肉桂醛显著抑制了杂色曲霉（Aspergillus ochraceus）的生长和赭曲霉毒素A的产生。Jiang et al. (2023)发现，啤酒花精油抑制了F. graminearum的菌丝生长、孢子萌发和DON产生。此外，Perczak et al. (2019)报道，百里香酚通过脂质过氧化和干扰麦角甾醇合成的双重作用抑制真菌生长和真菌毒素产生。精油在食品安全方面的实际应用引起了广泛关注，特别是在控制谷物中镰刀菌属（Fusarium）感染方面（Ferruz et al., 2016）。尽管已有这些进展，目前的证据在很大程度上仍以表型为导向，从细胞学损伤和转录重编程到代谢重塑及体内病害控制，对精油如何作用于F. graminearum的多组学整合理解仍然有限。

本研究的目的是鉴定出对F. graminearum具有强效抗真菌和抗真菌毒素活性的高功效精油，比较其生物活性并探讨潜在机制。我们采用综合方法，结合扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、荧光染色以及转录组和代谢组学分析，系统研究了F. graminearum对不同精油处理的结构、细胞和分子反应。我们的发现为理解精油介导的针对F. graminearum的抗真菌和抗真菌毒素机制提供了系统框架，并支持其作为可持续生物防治剂用于管理F. graminearum和DON污染的潜力。

章节摘录

化学品、菌株、培养条件及培养基制备

柠檬醛（纯度≥97%）、丁香酚（纯度≥99%）、薄荷醇（纯度≥99%）、香荆芥酚（纯度≥99%）和芳樟醇（纯度≥98%）均购自麦克林生化科技有限公司（中国上海）。肉桂醛（纯度≥95%）购自源叶生物科技股份有限公司（中国上海）。香叶醇（纯度≥98%）和双乙酰亚乙酸钠（SDA；纯度≥99%）购自阿拉丁生物科技股份有限公司（中国上海）。所有植物精油（补充信息图S2）均溶解于

芽小麦籽粒中六种真菌毒素的检出情况

显微镜检查显示，全部10个小麦籽粒样本均已发芽，部分样本表现出萎缩的芽苗（补充信息图S1B，箭头所示）。芽小麦籽粒中六种主要真菌毒素的自然发生情况见补充信息图S1C。DON是主要毒素，在70%的样本中被检测到，平均浓度为444 μg/kg，范围为52.53至1299.01 μg/kg。从漯河采集的样本百农307的DON含量超过了DON限量标准

讨论

我们对河南省芽小麦籽粒的初步探索表明，DON是被检测样品中最主要的真菌毒素，构成了潜在的食品安全隐患。由于仅采集了10个样本，该结果应被视为在降雨相关发芽条件下DON风险的环境证据，而非流行病学调查。F. graminearum已被确认为导致小麦FHB的主要病原菌

结论

综上所述，我们的研究结果表明，植物精油，尤其是香荆芥酚、肉桂醛和柠檬醛，其体外抗真菌活性显著强于常规杀菌剂SDA。这三种精油通过下调关键的TRI基因有效抑制了DON的生物合成，而SDA则无效，甚至刺激了受F. graminearum感染的小麦幼苗中DON的产生。植物精油主要通过诱导细胞膜损伤和线粒体功能障碍来发挥作用，同时靶向代谢

CRediT作者贡献声明

Yating Cheng（程雅婷）：初稿撰写、方法学、调查研究、概念构思。Hang Yu（余航）：验证、调查研究、形式分析。Longxiang Wang（王隆祥）：方法学、数据整理。Guangshuang Tu（涂广爽）：验证、方法学。Shah Meer Muhammad：审校与编辑、形式分析。Xiaoyuan Gong（龚晓远）：验证、调查研究。Xinyu Lei（雷新宇）：验证、调查研究、数据整理。Jiarui Dong（董佳瑞）：方法学、调查研究。Xia Fan（范霞）：审校与编辑、方法学、资金获取，

利益冲突声明

作者声明，不存在任何已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究得到国家重点研发计划（2023YFD131005）和中央高校基本科研业务费专项资金（2662025PY003，2662025DKPY006）的资助。

Yating Cheng|Hang Yu|Longxiang Wang|Guangshuang Tu|Shah Meer Muhammad|Xiaoyuan Gong|Xinyu Lei|Jiarui Dong|Xia Fan|Shuai Wang