综述:精油在种子保存中的作用:机制、应用及未来展望

《Journal of Stored Products Research》:The role of essential oils in seed preservation: Mechanisms, applications, and future perspectives

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月23日 来源:Journal of Stored Products Research 3.4

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  摘要精油(EOs)是从芳香植物中提取的次级代谢物,被认为是种子保存中合成剂的可持续替代品。本综述批判性和全面地分析了精油在种子储存中的机制、应用及其未来潜力。它总结了关于精油抗真菌、杀虫和化感特性的现有知识,并系统地讨论了可能促进或抑制种子发芽和生长的浓度依赖性双重效应。文章还探

  

摘要

精油(EOs)是从芳香植物中提取的次级代谢物,被认为是种子保存中合成剂的可持续替代品。本综述批判性和全面地分析了精油在种子储存中的机制、应用及其未来潜力。它总结了关于精油抗真菌、杀虫和化感特性的现有知识,并系统地讨论了可能促进或抑制种子发芽和生长的浓度依赖性双重效应。文章还探讨了纳米封装和联合处理技术的进展,这些技术能够提高精油的稳定性、实现控释并增强其效果。分析表明,虽然精油在减少对合成农药的依赖和减轻采后损失方面具有潜力,但由于缺乏标准化程序以及对长期生态影响的了解有限,其应用仍受到限制。为了弥合这些差距,我们提出了一项未来研究议程,重点在于改进应用方法、阐明生理效应以及创建综合的种子管理系统。总之,将基于精油的种子保存从一个有前景的概念转变为可行的农业工具需要从描述性研究转向对有效性、安全性和可持续性的系统级评估。

引言

种子是全球食物系统的基础组成部分。在储存过程中,种子会受到多种生物和非生物因素的损害。害虫和真菌病原体尤其具有破坏性。Aspergillus 和 Fusarium 种类产生的霉菌毒素会损害种子的发芽、品质和安全(Boukaew et al., 2017; Rahimian and Eisvand, 2016)。Callosobruchus maculatus (Fabricius) 和 Sitophilus zeamais Motschulsky 会破坏种子的营养价值和市场价值(Atenafu and Ambaw, 2025; Baghouz et al., 2024)。尽管使用了采后合成杀虫剂和杀菌剂,但其广泛使用引发了环境污染、非目标生物毒性以及人类健康问题的担忧(Qian et al., 2026; Riaz et al., 2025)。这加剧了寻找更安全、可生物降解和环保替代品的全球呼声。
在潜在的替代品中,精油(EOs)——来自芳香植物的复杂挥发性次级代谢物——显示出巨大的潜力(Deepika et al., 2021; Mirmostafaee et al., 2020)。大量研究表明,精油可以抑制产黄曲霉素的真菌和其他储存菌。百里香精油可以减少储存小麦种子中的真菌污染,而 Lippia alba (Mill.) N.E.Br. ex Britton & P.Wilson 的精油可以抑制 Aspergillus flavus 和用八角处理的莲花种子中的黄曲霉素生成(Li et al., 2020)。抗真菌效果归因于精油成分对真菌膜完整性、酶活性和菌丝结构的影响(Hillen et al., 2012; Moumni et al., 2021)。
此外,关键储藏害虫也可以通过精油进行控制。Cymbopogon winterianus Jowitt ex Bor、Ziziphora hispanica L. 和 Satureja calamintha (L.) Scheele 的精油可以引起神经毒性、呼吸障碍并减少昆虫繁殖(Baghouz et al., 2024; de Carvalho Brito et al., 2024)。Sitophilus zeamais 和 Callosobruchus maculatus 在玉米和豇豆种子上的数量有所减少。此外,精油的化感特性还可以通过抑制杂草种子发芽来增加农业产量并减少入侵物种。Origanum 种类、Nepeta meyeri、Satureja hortensis 和 Artemisia austriaca 的精油可以抑制杂草(Kordali et al., 2015, 2022; Hazrati et al., 2017)。然而,高剂量精油可能对作物种子具有毒性,因此需要谨慎控制剂量。
精油的类型、浓度和施用方法会影响种子的健康和发芽。多项研究表明,精油具有正面或中性效果。Origanum rotundifolium Boiss. 的精油可以促进番茄幼苗的生长;迷迭香精油可以抑制 Acacia saligna (Labill.) H.L.Wendl> 的发芽;Satureja 的精油可以促进受 Fusarium 感染的小麦发芽;而 Solanum nigrum 的精油则会抑制蔬菜幼苗的生长。因此,浓度依赖性的激素效应对于有效的种子处理至关重要,低剂量具有激活作用,高剂量则具有抑制作用(Rahimian and Eisvand, 2016; Dada?o?lu et al., 2016; Afolayan and Bvenura, 2018)。
纯净、易挥发、不溶于水且可能对植物有毒的精油需要特殊处理。目前正在使用纳米脂质体、纳米乳液和生物聚合物基质等先进配方。这些方法可以保护生物活性分子、控制释放并提高低剂量下的效果。欧芹精油纳米颗粒可以保护奇亚籽免受真菌和黄曲霉素的污染(Deepika et al., 2021),而橙子精油纳米颗粒可以抑制玉米种子中的真菌(Nunes et al., 2024)。类似地,壳聚糖-精油涂层也可以保护种子。Bahadirli 和 Yabalak(2026)建议将精油固定在活性炭上或在改良气氛中使用(Ojumoola et al., 2018)。含有生姜或 Perilla frutescens 精油的壳聚糖涂层可以增强玉米和花生种子的活力、抗虫性和抗真菌性(Qian et al., 2026; Zhu and Wu, 2026)。精油种子保存也有利于环境和可持续性。由于精油无毒、可生物降解且由可再生植物材料制成,它们促进了循环经济和可持续农业(Woguem et al., 2023)。精油处理可以减少合成化学品的使用,保护生物多样性和生态系统。在储存条件不足的发展中国家,它们有助于减少采后损失并确保食品安全(Okunola and Okunola, 2023)。
尽管前景广阔,但精油在商业种子保存中的广泛应用仍面临挑战。精油的稳定性和有效性取决于基因、地区和提取方法,这些因素会影响其化学成分。新植物产品的漫长且昂贵的审批程序限制了市场渗透。精油处理对种子生理、分子生物活性和微生物组相互作用的长期影响需要进一步研究(Semerdjieva et al., 2022; Zheljazkov et al., 2021)。
本综述旨在分析精油在种子保存中的作用,探讨其抗真菌、杀虫、化感作用以及对种子发芽和生长的双重影响,同时涵盖精油的种类及其应用、先进的配方和输送技术以及环境可持续性。与以往主要关注化学成分分类的综述不同,本综述整合了三个相互关联的分析视角——输送系统(特别是纳米封装)、种子生理反应(包括激素效应)和转化障碍——以构建实用的种子管理框架。报告最后将总结存在的障碍和未来的研究方向,强调需要标准化方法、系统级研究以及将潜在的天然化学物质转化为实际应用的种子管理解决方案。

章节摘录

精油在种子保存中的作用机制

本节探讨了精油生物活性的三大主要机制:抗真菌、杀虫和化感作用。每个小节围绕不同的分析视角进行组织:抗真菌活性的多靶标抑制的分子基础、杀虫效果的实验室效果与田间表现之间的差距,以及土壤环境中化感相互作用的生态复杂性。表1提供了相关内容。

精油对种子发芽和活力的影响

本节讨论了精油对种子发芽和活力的双重影响,强调了浓度和应用技术在决定精油是作为生物刺激剂还是植物毒素方面的关键作用(表2)。

精油的类型及其具体应用

本节研究了主要的精油类型——百里香、迷迭香、桉树、爪哇草以及研究较少的精油——强调了它们独特的生物活性、化学变异性的挑战以及化学类型标准化的必要性(表3)。

利用精油进行种子保存的创新技术

本节评估了先进的输送系统——纳米封装和联合处理——这些技术解决了纯精油固有的局限性,并指出了长期验证、可扩展性和经济可行性方面的不足(表4)。

使用精油的环保和可持续性方面

本节批判性地分析了围绕精油的可持续性主张,指出了生命周期评估、非目标生物毒理学以及与采后系统整合方面的不足(表5)。

监管和商业化障碍

从有前景的实验室发现到市场上可获得的可靠种子处理方法,精油面临的挑战比培养皿更多。科学文献提供了效果证据,但通常这些效果与立法和市场经济学是相互独立的。关键分析表明,精油本身的性质和不适当的监管框架阻碍了其商业化,而非研究本身。
监管的复杂性和成本是主要障碍。像精油这样的天然混合物很难分类

结论

关于精油在种子保存中的文献探索揭示了一个既具有历史意义又极具现实意义的故事。一个关键挑战是重新发现并有效利用植物的防御性化学物质来保护未来的作物。数据表明:百里香、桉树、爪哇草和其他可生物降解的精油可以对抗真菌、昆虫和破坏储存种子的杂草。尽管存在复杂性,但它们在可持续农业中的应用前景广阔,并且可以减少

CRediT作者贡献声明

Shengjun Wu:概念构思、资金获取、方法论、项目管理、资源协调、监督、写作——审稿和编辑。Huiying Qian:研究、验证、数据可视化、写作——初稿撰写。Xiaona Cui:数据整理、形式分析、软件应用、验证、数据可视化、写作——初稿撰写。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。
Shengjun Wu|Huiying Qian|Xiaona Cui
中国江苏省海洋大学海洋生物资源与环境重点实验室、江苏省海洋生物技术重点实验室,海州
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