大蒜精油和纯露对引起普通小麦壳针孢叶枯病的病原菌Zymoseptoria tritici的抗真菌活性

《Journal of Plant Diseases and Protection》：Antifungal activity of garlic essential oil and hydrosol against Zymoseptoria tritici, the causal agent of septoria tritici blotch in bread wheat

　　

摘要：由Zymoseptoria tritici引起的壳针孢叶枯病（STB）是普通小麦（Triticum aestivum L.）最具破坏性的叶部病害之一，在有利条件下可导致高达50%的产量损失，并增加对合成杀菌剂的依赖。本研究在体外评估了源自阿尔及利亚当地红蒜品种的精油（EO）和纯露（水蒸馏副产物获得的水相）对Z. tritici的抗真菌活性。通过形态学、物理化学和化学分析对大蒜提取物进行了表征，并通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）测定了精油的挥发性成分。精油富含有机硫化合物，特别是二烯丙基三硫醚和二烯丙基二硫醚。抗真菌试验显示，通过径向生长抑制百分比评估，对菌丝生长具有强烈的剂量依赖性抑制作用。大蒜精油在0.30 μL mL^-1时完全抑制真菌生长，但随时间推移药效降低表明稳定性有限。值得注意的是，大蒜纯露在150 μL mL^-1时实现了完全且稳定的抑制，这代表了一种有前景且尚未充分开发的STB控制方法。

壳针孢叶枯病（STB）由病原真菌Zymoseptoria tritici引起，是普通小麦（Triticum aestivum L.）最具破坏性的叶部病害之一，严重流行时可导致35%–50%的产量损失。当前防治主要依赖合成杀菌剂的反复施用，但由此引发的环境残留、健康风险及病原菌抗药性快速上升等问题日益突出，亟需开发可持续、安全且可本地获取的替代防治策略。植物源产品，特别是精油（EO）和纯露，因其生物可降解性、低毒性和广谱抗菌活性而受到关注。大蒜（Allium sativum L.）提取物富含有机硫化合物（如二烯丙基三硫醚、二烯丙基二硫醚），具有强效抗真菌特性，但针对Z. tritici的联合作用研究，尤其是大蒜纯露（水蒸馏副产物）的活性表征，尚属空白。本研究旨在填补这一知识缺口，对阿尔及利亚当地红蒜品种的精油和纯露进行系统评估，为开发基于本地资源的生物防治制剂提供依据。该研究论文发表在《Journal of Plant Diseases and Protection》。

研究人员开展了以下关键技术方法：大蒜样本（当地红蒜RL品种）采自阿尔及利亚君士坦丁省迪杜什穆拉德Debbah试验农场，于2021年7月收获；Z. tritici菌株来自阿尔及利亚国家农业研究所（INRAA）菌种库，源自自然感病叶片。形态学表征依据国际植物新品种保护联盟（UPOV）描述符进行；精油和纯露通过水蒸馏法提取；理化性质分析包括精油折光率、密度、酸值、旋光度、pH，以及纯露浊度、电导率、粘度、密度、pH；挥发性成分采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）鉴定；抗真菌活性采用菌丝径向生长抑制法，测定不同浓度精油（0.10–0.30 μL mL^-1）和纯露（50–200 μL mL^-1）对Z. tritici的抑制率；稳定性试验设三个时间点（Day 0、Day 3、Day 6）接种，评估精油活性随时间变化。

研究结果分述如下：

**形态学表征**：通过定量和定性特征分析，RL品种鳞茎小至中型，外鳞白色至淡黄色，内鳞粉红至红色，呈横向宽椭圆形，无外部鳞茎，晚熟。定量性状变异系数（CV）为5.41%–31.10%，其中鳞茎干重（24.91%）和鳞茎干重（31.10%）变异较大，而鳞茎直径（5.41%）等较均匀。这些特征与Boukeria（2016）报道一致，有助于种质鉴定和育种选择。

**精油产率**：水蒸馏获得精油产率为0.075%（w/w），低于部分文献报道值（0.17%–0.72%），差异归因于基因型、环境条件（2020–2021生长季年降雨313.97 mm，相对湿度36.2%–75%）及提取方法的综合影响。

**理化与感官特性**：精油呈黄色液体，辛辣气味，折光率1.51±0.00，相对密度1.10±0.02 g/cm3，酸值6.62±0.10 mg/g（高于文献值，提示部分水解），旋光度0°±0.00，pH 5.00±0.00。纯露无色至淡黄色，浊度20.22±0.34 NTU，粘度3.37±0.06 mPa·s，电导率198.25±0.5 μS，密度1.00±0.00 g/mL，pH 7.51±0.03，呈弱碱性。这些数据为标准化质量控制提供了依据。

**气相色谱-质谱联用分析**：GC-MS鉴定出21种挥发性化合物，占精油总量的99.97%。有机硫化合物占83.32%，主要成分为二烯丙基三硫醚（36.99%）和二烯丙基二硫醚（35.78%），其次为二烯丙基硫醚（5.49%）和甲基烯丙基二硫醚（2.65%）。该组成与文献报道一致，为抗真菌活性提供了化学基础。

**抗真菌活性**：精油在0.10–0.30 μL mL^-1范围内呈剂量依赖性抑制，0.30 μL mL^-1时完全抑制菌丝生长（100%），确定最小抑制浓度（MIC）为0.30 μL mL^-1；纯露在50–200 μL mL^-1范围内同样呈剂量依赖性，MIC为150 μL mL^-1（150和200 μL mL^-1均完全抑制）。精油效力强于纯露，但纯露在高浓度下实现完全且稳定的抑制。

**稳定性试验**：精油抗真菌活性随时间显著下降。Day 0时0.30 μL mL^-1完全抑制；Day 3时各浓度抑制率大幅降低，0.15–0.30 μL mL^-1间差异不显著；Day 6时0.30 μL mL^-1抑制率仅23.96%，其余浓度几乎无效。表明精油活性不稳定，需通过包埋、乳化或与脂质载体共配等策略增强稳定性。

讨论部分总结：大蒜精油和纯露的抗真菌活性主要归因于有机硫化合物（二烯丙基三硫醚、二烯丙基二硫醚等），其通过破坏细胞膜完整性、干扰代谢酶活性及诱导氧化应激等多重机制发挥作用。纯露的稳定抑制效果提示其水溶性硫化物和极性代谢物可能贡献活性，且纯露作为低价值副产物具有实际应用优势。尽管精油初始活性强，但其挥发性与氧化不稳定性限制了直接应用，而纯露的稳定性更佳，更适合农业场景。未来需开展田间验证、优化配方（如纳米包埋）并探索与其他生物防治剂的协同作用。

研究结论翻译如下：本研究凸显了大蒜源生物提取物作为Z. tritici有效抗真菌剂的潜力。精油和纯露均展现出有前景的活性，且在效力和稳定性方面具有不同的功能特性。这些发现强调了大蒜源产品作为小麦病害防治中传统杀菌剂可持续替代品的相关性。结果还强调了通过配方策略增强精油稳定性与实际应用性的重要性，同时指出纯露是一种未被充分利用的潜在有价值副产物。总体而言，利用本地可获取的植物资源支持了符合循环生物经济原则的生态友好型作物保护方法的发展。未来研究应聚焦于配方优化、田间验证以及将这些提取物整合到有害生物综合管理（IPM）策略中。