等离子体活化水对稻瘟病病原的灭活效果

《Food Control》：Inactivation effects of plasma-activated water against rice blast disease

　　

摘要

长期施用合成杀菌剂会带来严重的环境危害以及对非目标生物（包括人类）的潜在毒性。等离子体活化水（PAW）作为一种有前景的路原灭活剂已逐渐受到关注；然而，其对抗水稻稻瘟病菌Magnaporthe oryzae的生理和生化机制仍未得到充分阐明。本研究通过离体（in vitro）和活体（in vivo）实验评估了PAW对M. oryzae的抗菌活性，并对其相应的细胞反应进行了表征。水稻苗期稻瘟病在幼叶上形成纺锤形坏死斑，导致秧苗枯萎，并产生真菌孢子，从而在水稻后期生长阶段引发严重的稻瘟病暴发，大幅降低谷物产量。PAW处理显著抑制了分生孢子的活力（P<0.05），并明显降低了水稻幼苗的病害严重度。生理和显微镜分析表明，PAW诱导了细胞壁破裂、改变了膜通透性，并触发了线粒体功能障碍。转录组学分析进一步证实了这一发现，鉴定出细胞壁、质膜和线粒体为PAW来源的活性物质所靶向的主要细胞器。本研究结果阐明了PAW对M. oryzae的抗菌作用机制，并突显了PAW作为可持续杀菌替代品或传统化学干预手段强力补充剂的潜力。

引言

水稻（Oryza sativa）是全世界超过三十亿人口的主要主粮，种植范围遍及一百多个国家（Law et al., 2017）。为满足2050年全球人口预计将达到98亿的预期，水稻产量需在2030年前增加25%（Fernandez and Orth, 2018）。然而，这一粮食安全目标正受到植物病原真菌的严峻挑战，其中尤以Magnaporthe oryzae（同义词Pyricularia oryzae）最为突出，该菌为水稻稻瘟病的病原菌（Wilson and Talbot, 2009; Campo et al., 2021）。这种顽固的病原菌每年造成的全球产量损失估计在10%至30%之间（Fernandez and Orth, 2018）。虽然合成杀菌剂目前仍是病害防治的标准手段，但其长期过量施用已引发对环境污染、残留毒性、土壤质量下降以及杀菌剂抗药性产生的严重关切（Suwal et al., 2019）。

鉴于上述局限性，寻找可持续且环保的病原控制替代方案对于保障食品安全和减少作物损失至关重要。低温等离子体是一种由带电粒子和活性自由基组成的电离气体，通过产生等离子体活化水（PAW）提供了一种全新的解决方案。低温等离子体与水之间的相互作用产生了一种由瞬态活性物质（如·OOH、·OH和·H）和稳定化合物（如过氧化氢H₂O₂、臭氧O₃和硝酸HNO₃）组成的协同混合体系（Suwal et al., 2019; Xu et al., 2025; Yang et al., 2026）。PAW已展现出显著的抗菌潜力，其特点是灭活速度快且无持久性有毒残留（Pavlovich et al., 2013; Girard et al., 2016）。尽管具有这些优势，但M. oryzae暴露于PAW后的具体生理和分子反应仍知之甚少。

本研究旨在弥补这一研究空白，具体目标包括：(i) 通过表征致病表型并计算病害严重度指数，评估PAW对M. oryzae的离体（in vitro）和活体（in vivo）防治效果；(ii) 通过分析细胞反应和全局基因表达谱，阐明其抗菌机制。

章节摘要

PAW的制备与表征

PAW的制备采用大气压介质阻挡放电（DBD）等离子体系统（高尔科技，中国大连），该方法此前已由Guo等人（2021）进行了表征。系统使用的功率为36 W，以环境空气为工作气体，流速为5 L/min。在活化过程中，放电喷嘴固定在液面下方约50 mm处。使用500 mL烧杯盛放水。取无菌等分液

PAW处理抑制菌丝生长、分生孢子萌发和侵染尖形成，并降低侵染尖膨压生成和细胞活力

结果表明，PAW处理显著（P < 0.05）抑制了M. oryzae的径向生长和干重（图1a、b、c）。处理菌株的黑素产生量也显著低于对照组。本文报告的数据支持以下假设：PAW对黑素产生的抑制作用具有时间特异性，并随活化时间的延长而增强（图1d、e）。

PAW处理的M. oryzae分生孢子萌发情况如图

讨论

需要指出的是，由于PAW中活性物质固有的复杂性和瞬态特性，未通过直接化学测量对每种ROS类型进行浓度定量。相反，PAW的抗菌效果是通过间接方法表征的——主要通过"PAW + 活化时间"指标和功能性实验——这在该领域是一种被广泛接受的做法（Abouelenein et al., 2022; Ghimire et al., 2024; Ramazzina et

CRediT作者贡献声明

葛苗苗（Miaomiao Ge）：初稿撰写、调查研究。郭健（Jian Guo）：论文审阅与编辑、方法论、资金获取、数据管理。方心之（Xinzhi Fang）：论文审阅与编辑、调查研究。王佳雨（Jiaoyu Wang）：论文审阅与编辑、监督管理、资源提供。李玲（Ling Li）：论文审阅与编辑、资源提供、项目管理、资金获取、数据管理

未被引用的参考文献

Padró-Villegas和Mora-Montes, 2026。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

利益冲突声明

? 作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者衷心感谢以下机构提供的资金支持：?国家重点研发计划（资助编号2023YFD1400202）；浙江省高校基本科研业务费（资助编号2020YQ002）；以及国家自然科学基金（资助编号31900126，资助李玲；31701723，资助郭健）。我们感谢张镇博士为本研究提供水稻幼苗样品，以及张兆连和

葛苗苗|郭健|方心之|王佳雨|李玲

浙江农林大学食品与健康学院，国家粮食产业（湿热地区优质稻存储）技术创新中心，中国杭州，311300