长期储藏稻谷中温度关联的品质劣变与真菌群落演替

《Food Chemistry: X》：Temperature-associated quality deterioration and fungal community succession in stored paddy rice during long-term storage

　　

储藏温度对稻谷的理化品质劣变和真菌群落演替具有关键调控作用。研究人员检测了在15 °C和25 °C条件下储藏240 d的三个Yongyou系列杂交稻品种的品质变化和真菌动态。脂肪酸值（FAV）、丙二醛（MDA）和电导率持续上升，而多酚氧化酶（PPO）活性以及可溶性白蛋白和球蛋白含量下降；所有这些变化在25 °C时更为显著，表明脂质氧化、细胞膜损伤和蛋白质结构改变加速。ITS扩增子测序揭示了真菌类群从田间相关向储藏适应型的逐渐转变。在25 °C下，包括曲霉属、威氏霉属和弯孢霉属在内的潜在风险相关属在储藏后期显著增加，而15 °C储藏促进了较慢的群落重组。探索性相关性分析发现特定真菌类群与FAV、MDA和电导率之间存在共变关系；然而，由于这些相关性未针对储藏时间进行调整，它们可能部分反映了共同的时间趋势，而非独立的关联。总体而言，15 °C储藏延缓了品质劣变并减弱了风险相关类群的相对富集，支持将低温储藏作为储藏风险管理的潜在策略。

研究背景与概述：稻谷是全球重要的主食作物。由于水稻生产具有季节性，长期安全储藏对于保障全年粮食供应至关重要。然而，稻谷在长期储藏过程中容易发生渐进性品质劣变，如脂质水解释放游离脂肪酸导致FAV升高，脂质氧化破坏细胞膜完整性并影响风味和营养。同时，储藏环境中的真菌群落会发生演替，部分真菌（如曲霉、镰刀菌等）可能产生真菌毒素。温度是调控储藏稳定性的主要因素，不仅影响内源水解酶活性和理化劣变速率，还改变粮堆微生态环境，驱动非生物劣变与真菌介导的生物劣变协同效应。尽管已有研究关注温度对稻谷理化品质或真菌群落的影响，但很少有研究同时对比不同温度条件下杂交稻长期储藏中的品质劣变与真菌群落演替，且温度驱动的真菌群落演替与关键品质劣变指标之间的关联尚不明确。为填补这一空白，研究人员以Yongyou系列杂交稻为实验材料，在15 °C和25 °C两种温度下开展了240 d的模拟储藏试验，结合理化指标分析与ITS扩增子测序，探究了品质劣变指标动态变化、真菌群落演替模式及二者间的共变关系。研究得出结论：15 °C储藏能够延缓理化品质劣变，并降低产毒或腐败相关真菌类群的相对丰度，支持低温储藏作为降低储藏风险的潜在策略。该研究为温度依赖的储粮品质劣变及微生物生态演替机制提供了重要见解，相关成果发表在《Food Chemistry: X》上。

关键技术方法：研究人员从宁波市良桥米业有限公司获取了Yongyou系列三个杂交稻品种作为样本队列来源。在中试规模标准化粮仓系统中开展240 d储藏试验，设置15 °C和25 °C两个温度处理。每40 d取样一次，通过滴定、比色法和电导率仪等测定理化指标（如FAV、MDA、PPO活性及可溶性蛋白组分）。在0、80、160和240 d四个时间点提取真菌DNA，利用内转录间隔区（ITS，真菌核糖体RNA基因中的非编码区域）扩增子测序结合QIIME2生物信息学流程分析真菌群落演替，并运用FUNGuild和PICRUSt2进行生态功能预测，最后通过Spearman相关性分析评估理化指标与真菌类群间的共变关系。

研究结果：
储藏期间稻谷品质的动态变化：通过测定电导率、FAV、MDA和PPO活性等指标，发现在240 d储藏期内，电导率、FAV和MDA含量逐渐增加，而PPO活性逐渐下降。25 °C组的变化显著大于15 °C组，表明较高温度加速了脂质水解、脂质氧化和细胞膜损伤。
储藏期间可溶性蛋白组分的变化：通过分析白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的相对比例，发现白蛋白和球蛋白含量在储藏期间逐渐下降，而谷蛋白相对比例上升。这表明储藏诱导了蛋白质系统的结构分化，高溶解性蛋白质减少，高稳定性蛋白质增加。
储藏期间稻谷的真菌多样性：通过ITS测序和多样性分析，发现15 °C组的Shannon指数逐渐上升，25 °C组Shannon指数在80 d达到峰值后下降。基于Bray-Curtis距离的主坐标分析（PCoA，一种用于降维和可视化数据差异的方法）表明长期储藏从根本上改变了真菌群落的基线组成结构，储藏时间是影响群落组成的重要因素。
储藏期间真菌群落组成的变化：在门水平上子囊菌门和担子菌门为核心类群。属水平上，15 °C组中镰刀菌属和暗球腔菌属保持较高丰度，而25 °C组中弯孢霉属和曲霉属丰度随储藏时间显著增加，其中曲霉属在240 d时相对丰度达22.4%。这表明25 °C促进了潜在风险类群的富集。
真菌群落的FUNGuild功能类群预测：利用FUNGuild（一种基于分类信息预测真菌营养方式的工具）发现病原营养型和腐生营养型是主要功能类群。15 °C组腐生营养型类群相对丰度逐渐增加，而25 °C组维持了较高比例的病原营养型类群，与该温度下适应储藏的真菌类群富集一致。
关键指示真菌种分析：利用指示值分析发现，初始样本以田间来源的真菌为特征。15 °C组240 d样本以酵母样类群为特征，而25 °C组240 d样本以储藏适应型真菌（如局限曲霉、Seb威氏霉）为特征，证实了真菌群落从田间相关向储藏适应型的转变，且25 °C下转变更为显著。
真菌群落的探索性功能预测：利用PICRUSt2（一种基于标记基因预测微生物群落功能谱的工具）预测功能图谱，发现25 °C组在240 d时与脂质和碳水化合物代谢相关的途径预测丰度较高，这与理化指标中直链淀粉和FAV的增加在趋势上一致，提供了真菌群落演替与淀粉及脂质劣变相关的假设性证据。
理化指标与真菌群落组成的相关性分析：通过Spearman相关性分析，发现FAV、MDA和电导率与储藏适应型真菌类群呈正相关，与酵母样类群呈负相关。但由于未调整储藏时间，这些相关性仅反映共同的时间趋势，而非独立或因果关系。
局限性与未来展望：指出研究仅基于ITS扩增子相对丰度，无法量化绝对生物量或活体真菌；未直接测定真菌毒素；预测性分析为探索性；相关性分析受时间因素混淆；且测序样本为品种代表性样本而非重复样本。

讨论与结论总结：讨论部分强调了研究结果揭示了储藏温度对稻谷品质劣变和真菌群落演替的协同影响。虽然真菌类群和理化指标存在显著相关性，但研究指出这种相关性可能是共同受时间因素驱动的结果，不能直接推断因果关系。此外，关于蛋白结构变化和真菌代谢的机制推论也需要更多直接的功能学验证。研究结论部分指出，本研究调查了储藏温度对Yongyou系列杂交稻在240 d储藏期间品质劣变和真菌群落演替的影响。结果表明，FAV、MDA和电导率在储藏期间逐渐增加，而PPO活性和可溶性白蛋白及球蛋白组分普遍下降。这些变化表明稻谷在储藏期间发生了渐进性的脂质水解、脂质氧化、膜损伤和蛋白质结构改变。与25 °C储藏相比，15 °C储藏延缓了劣变相关指标的增加，表明在测试条件下低温储藏有利于维持理化品质。ITS扩增子测序显示，真菌群落从田间相关类群转变为储藏适应型类群。25 °C处理促进了与储粮环境相关的多个属（如曲霉属、威氏霉属和弯孢霉属）的相对富集，而15 °C处理与较慢的真菌群落重组及几种酵母样类群较高的相对丰度相关。这些发现表明，15 °C储藏延缓了理化品质劣变，并与较低的风险相关类群的相对富集有关。然而，由于未直接测量真菌毒素、产毒基因、活菌数和绝对真菌生物量，所确定的真菌类群应被视为真菌演替的潜在指标，而非毒素污染或确认食品安全危害的直接证据。总体而言，这些中试规模的发现为基于温度的储藏管理和未来的真菌风险监测提供了有用的信息。