《Advanced Agrochem》：Novel dual-effect isobavachalcone synergistic formulations for integrated management of
Fusarium diseases and mycotoxin contamination in maize
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**中文翻译（摘要部分）**
镰刀菌属（*Fusarium* spp.）是威胁玉米（*Zea mays*）安全生产的重要病原真菌，其侵染不仅造成严重产量损失，还导致籽粒中致癌性真菌毒素积累，严重危害人畜健康并制约玉米产业可持续发展。本研究以生物活性和环境相
**中文翻译（摘要部分）**
镰刀菌属（*Fusarium* spp.）是威胁玉米（*Zea mays*）安全生产的重要病原真菌，其侵染不仅造成严重产量损失，还导致籽粒中致癌性真菌毒素积累，严重危害人畜健康并制约玉米产业可持续发展。本研究以生物活性和环境相容性为核心评价指标，系统筛选了5种化学杀菌剂和2种生物源杀菌剂，获得两种协同增效杀菌配方：异补骨脂查尔酮-四霉素（Isob+Tet）和异补骨脂查尔酮-咯菌腈（Isob+Flu）。协同毒力测定证实，两种复配制剂对病原真菌的抑制活性显著强于各单一有效成分。室内试验表明，两种复配组合可干扰真菌毒素生物合成通路，对伏马菌素B1（FB1）和脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）的抑制率分别达45.15%–49.80%和63.51%–66.74%。田间试验显示，两种制剂对玉米穗腐病的防效分别为55.12%和57.93%，并通过激活玉米寄主防御反应和抑制真菌外排泵功能，有效降低籽粒中真菌毒素残留。本研究建立了镰刀菌病害与真菌毒素污染协同治理的新型双重效应策略，为保障收获后籽粒安全和支持玉米可持续生产提供了技术依据。
**论文解读**
**一、研究背景与科学问题**
玉米（*Zea mays* L.）作为全球重要的粮食作物，在营养供给、加工利用和经济价值方面具有不可替代的地位。然而，由镰刀菌属（*Fusarium* spp.）引起的玉米穗腐病和茎腐病严重威胁着玉米产量和食品安全。根据联合国粮农组织（FAO）的统计，全球约25%的谷物产量受到真菌毒素的不利影响。其中，*F. graminearum* 和 *F. verticillioides* 是玉米穗腐病的主要病原菌，它们不仅造成产量损失，还会在受侵染籽粒中产生致癌性真菌毒素，包括伏马菌素B1（FB1）和脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON），严重危害人畜健康。田间条件下，镰刀菌穗腐病的发病率通常为10%–20%，流行年份可达30%–40%，感病品种上甚至超过50%。气候变化进一步加剧了镰刀菌病害和真菌毒素污染的流行风险。
当前生产中主要依赖化学杀菌剂防控镰刀菌病害，但现有防治措施存在显著不足。多数已登记的杀菌剂仅靶向真菌生长，部分药剂在抑制病原菌增殖的同时反而可能增加真菌毒素积累；同时具备抑制病害和抑制毒素双重功能的药剂种类十分有限。此外，单作用位点杀菌剂的长期连续使用不可避免地增加靶标群体产生抗药性的风险。因此，迫切需要筛选具有双重功效（同时抑制镰刀菌侵染和真菌毒素生物合成）的新型杀菌剂，并开发协同增效的杀菌剂复配组合，以支持玉米可持续生产。
**二、主要技术方法（简要概括）**
研究人员采用了多种技术手段开展系统筛选与机制解析。以标准参考菌株*F. graminearum* PH-1、*F. verticillioides* Fv7600和Tri1-GFP标记菌株为供试材料，采用菌丝生长速率法测定7种候选杀菌剂（咯菌腈Flu、咪鲜胺Pro、苯醚甲环唑Dif、氰烯菌酯Phe、异补骨脂查尔酮Isob、乙蒜素Eth、四霉素Tet）的毒力回归方程和半数有效浓度（EC50）；运用高效液相色谱（HPLC）定量分析FB1和DON含量；借助激光共聚焦扫描显微镜（CLSM）观察Tri1标记的毒体（toxisome）形态变化；采用Wadley法计算协同增效比值（SR）评估复配联合毒力；通过室内离体籽粒接种和盆栽茎秆接种试验评价活体防效；利用荧光定量PCR（qRT-PCR）分析防御相关基因表达；开展转录组测序（RNA-seq）解析协同增效的分子机制；田间试验在河北省邢台市威县进行，供试玉米品种为郑单958，试验面积约1000 m2。各处理均设3次独立生物学重复，数据采用SPSS软件进行统计分析。
**三、研究结果**
**3.1 高抗真菌活性杀菌剂的筛选**
采用菌丝生长速率法测定了7种杀菌剂对*F. verticillioides*和*F. graminearum*的抑菌活性。综合抑菌活性和环境相容性评价发现，化学杀菌剂Flu对两种病原菌的抑制效果最强，EC50值分别为0.063 μg/mL和0.016 μg/mL，但作为化学合成药剂存在较高的环境残留风险。生物源杀菌剂中，Tet的抑菌表现突出，对两种病原菌的EC50值分别为1.144 μg/mL和0.105 μg/mL，具有非靶标生物安全性高和环境可降解性好等优点。Isob作为植物源天然产物，EC50值分别为4.107 μg/mL和2.093 μg/mL，具有低残留、低抗性风险的特点，符合绿色农业防控的发展要求。
**3.2 杀菌剂对镰刀菌真菌毒素生物合成的抑制作用**
激光共聚焦观察显示，与未处理对照相比，杀菌剂处理损伤了细胞内内膜系统，液泡破裂并分散为众多小囊泡结构。Tri1标记毒体观察发现，Flu、Pro、Phe、Tet和Isob对毒体具有显著的浓度依赖性抑制作用，Tri1荧光信号强度随处理浓度增加逐渐减弱。HPLC定量分析表明，Flu、Pro、Tet和Isob显著抑制*F. graminearum*的DON生物合成，而Dif和Eth处理组毒体荧光强度无显著变化，对真菌毒素生物合成无明显抑制作用。对FB1的定量分析显示，Flu、Pro、Tet、Isob和Eth在所有测试浓度下均显著抑制FB1产生，且呈剂量依赖性增强。值得注意的是，Phe和Dif对FB1积累表现出双向剂量依赖效应：低浓度显著促进FB1产生，高浓度才转为抑制作用。鉴于田间条件下玉米穗部难以持续维持高浓度药剂，这两种药剂存在诱导真菌毒素积累的潜在风险，故未入选后续试验。
**3.3 杀菌剂组合的协同抗真菌活性及活体防效**
基于双重活性筛选结果，将Isob分别与Tet和Flu配对进行联合毒力测定。Isob+Tet组合以1:10质量比表现出最显著的协同增效作用，对*F. verticillioides*和*F. graminearum*的协同比值（SR）分别为3.7和2.0；Isob+Flu组合在1:10比例下同样显示最大协同活性，SR值分别为4.1和2.8。活体玉米籽粒接种试验中，Isob单独处理对*F. verticillioides*的抑制率仅为20.7%，但以1:10比例与Tet或Flu复配后，抑制率显著提升至93.24%和100%。对*F. graminearum*引起的玉米茎腐病，两种复配组合均显著减小茎部病斑面积，防效显著高于单剂和空白对照，与离体抑菌结果一致。
**3.4 协同杀菌组合对FB1和DON产生的抑制作用**
经Isob+Tet和Isob+Flu两种协同复配制剂处理后，*F. graminearum*中毒体荧光强度较单剂处理组和对照组显著降低。HPLC定量分析显示，单剂处理（Flu、Tet、Isob）和复配处理均显著降低FB1和DON的胞内含量。两种协同组合对FB1的抑制率分别达39.7%和82.3%，对DON的抑制率分别为86.6%和88.73%。结果表明，两种组合不仅能有效抑制镰刀菌真菌毒素生物合成，而且表现出显著的协同增效作用。
**3.5 协同组合增强防效的作用机制**
研究人员在施药后第2、4、6天测定了玉米叶片过氧化物酶（POD）活性。两种复配组合处理后的玉米叶片POD活性在施药后2天显著升高，随后随时间逐渐下降，但在第6天仍显著高于对照组。与单剂处理相比，协同组合诱导玉米抗病性的效果更优，整个试验期间POD活性均高于单剂组。进一步通过qRT-PCR分析了9个玉米防御相关基因（*ZmPR-1*、*ZmPR-3*、*ZmCHI*、*ZmAO*、*ZmPOD*、*ZmEF1a*、*ZmBVF*、*ZmGST*、*ZmWRKY*）的相对表达量。结果表明，叶面喷施Isob+Tet和Isob+Flu组合显著上调了这些防御相关基因的转录水平，协同增强了抗氧化代谢、解毒和病原防御等多条植物防御通路。
**3.6 协同组合对玉米穗腐病和真菌毒素污染的田间防效**
田间试验在河北省邢台市威县进行，采用随机区组设计。病情指数统计分析显示，处理组的病情指数显著低于空白对照组。Isob+Tet和Isob+Flu处理的病情指数分别为5%和5.33%，空白对照组为11.89%，对应防效分别为57.93%和55.12%。HPLC和高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS）定量检测结果表明，田间喷施两种协同复配制剂显著降低了玉米籽粒中的真菌毒素积累：对FB1的抑制率分别达49.8%和45.15%，对DON的抑制率分别为66.74%和63.51%。所有处理组的真菌毒素残留均低于国际食品法典委员会（Codex Alimentarius Commission）设定的最大残留限量（MRLs）。
**3.7 咯菌腈通过抑制MFS及其他药物转运蛋白基因表达增强异补骨脂查尔酮的抗真菌活性**
为阐明杀菌剂组合协同抗真菌活性的分子机制，研究人员以Isob+Flu为代表组合进行转录组测序，系统分析了编码主要协助转运蛋白超家族（MFS）转运蛋白和多药耐药（MDR）相关外排泵的26个基因的表达谱。结果显示，Isob单独处理显著上调了12个MFS转运蛋白编码基因的表达（log2FC>1），包括FVEG_06504和FVEG_10089等关键外排泵基因，表明病原菌可通过上调MFS外排泵表达来促进Isob的外排解毒，产生适应性抗性。Flu单独处理则对大多数外排泵基因发挥广泛而强烈的抑制作用，其中18个基因显著下调（log2FC
**四、讨论与结论**
**讨论部分总结**：传统化学杀菌剂并非总能同时实现病害防治和毒素消减，部分药剂在亚致死浓度下反而促进毒素生物合成，如多菌灵、戊唑醇和嘧菌酯的报道案例。相比之下，兼具抑菌和抑毒双重功能的杀菌剂开发是可行且必要的。植物源和微生物源天然产物杀菌剂具有环境友好、低毒、多作用位点等优势，且往往能通过诱导植物系统抗性和破坏病原菌膜结构等机制与常规化学杀菌剂产生协同效应。本研究中优化的Isob+Tet和Isob+Flu复配制剂不仅直接抑制真菌生长和毒素生物合成，还通过增强POD活性和上调防御相关基因表达提升寄主免疫力。机制层面，MFS外排泵是真菌中最常见的抗药性机制，天然产物异补骨脂查尔酮作为MFS外排泵的底物可被快速泵出细胞。本研究发现Flu通过广泛抑制MFS基因表达、阻断Isob的外排解毒，构成两者强协同抗真菌活性的核心分子机制，为合理设计靶向外排泵的复配杀菌剂提供了新理论依据。
**结论部分（中文翻译）**：本研究鉴定出3种能同时抑制镰刀菌生长和真菌毒素生物合成的商业化双重功能杀菌剂，并优化了两种基于异补骨脂查尔酮的协同增效制剂（Isob+Tet和Isob+Flu，质量比1:10）。田间试验中，这两种制剂对玉米穗腐病表现出较高防效，显著降低了籽粒中FB1和DON的积累，并通过上调寄主防御反应增强了玉米的抗病性。此外，研究还揭示了咯菌腈通过广泛抑制MFS外排泵表达、阻断真菌细胞内异补骨脂查尔酮外排解毒而发挥协同增效作用。该研究为玉米生产中镰刀菌病害与真菌毒素污染的可持续治理提供了一种新型双重效应策略，在保障粮食安全和满足全球真菌毒素法规要求方面具有直接应用潜力。
