综述：花生抗黄曲霉毒素改良：进展与机遇

《Food and Energy Security》：Groundnut Improvement for Aflatoxin Resistance: Progress and Opportunities

　　

花生（peanut）是一种工业油料作物，服务于食品和饲料产业，并沿价值链创造收入。由曲霉属（Aspergillus spp.）引起的采前和采后黄曲霉毒素污染，阻碍了花生制品的食品和饲料价值及市场机会。开发和部署抗黄曲霉毒素品种是保障人类和动物健康的最可持续且经济有效的黄曲霉毒素控制途径。已有研究报道，花生对曲霉侵染和病害发展的抗性存在变异，这取决于品种感病性、栽培管理措施和环境条件。因此，理解对曲霉侵染的抗性机制的物理、生化和遗传基础，对于设计和部署新品种至关重要。尽管全球在有效黄曲霉毒素检测和毒性次级代谢产物鉴定方面作出了一定努力，但已开展并部署抗黄曲霉毒素品种的育种工作仍然有限。本综述旨在阐述花生黄曲霉毒素污染的影响，以及利用现有技术和创新进行抗性育种取得的进展和机遇。第一部分介绍了花生的生产现状以及黄曲霉毒素污染的程度和条件。第二部分描述了黄曲霉毒素控制方法和抗性组分，随后介绍了利用先进技术（包括组学辅助和基因编辑方法）进行抗性育种的进展和机遇。本综述提供的信息可为黄曲霉毒素的育种和遗传管理提供指导，目标是开发具有理想产品特性和持久抗性的新品种，以控制价值链中的黄曲霉毒素污染。

1 引言

花生（Arachis hypogaea L.）是豆科（Fabaceae）工业油料作物，原产于南美洲，栽培种为自花授粉的异源四倍体（2n = 4× = 40，AABB），基因组约2.7 Gb，其祖先种为A. duranensis和A. ipaensis。花生具有多重经济价值，可用作食品、饲料和现金收入来源，也可加工为面粉、蛋白浓缩物、油脂和饮料；在发展中国家，花生直接食用和生物强化食品有助于改善营养不良。花生还可通过根瘤菌共生固氮提高土壤氮含量。然而，花生籽仁常受采前和采后黄曲霉毒素污染，主要由黄曲霉（Aspergillus flavus）、寄生曲霉（A. parasiticus）和诺米曲霉（A. nomius）引起，其中黄曲霉毒素B1（AFB₁）毒性最强。本综述旨在阐述黄曲霉毒素污染的影响、抗性机制及抗性育种进展。

2 全球花生的生产、生产力与制约因素

花生在全球114个国家种植，2024年收获面积约3116万公顷，总产约5756万吨，平均单产1.85吨/公顷；非洲平均单产1.00吨/公顷，亚洲2.81吨/公顷，美洲3.42吨/公顷。主要生产国包括中国、印度、尼日利亚、美国和缅甸。非生物胁迫如干旱、极端温度和土壤贫瘠会降低花生产量和品质，并增加黄曲霉侵染和采前毒素积累风险。生物制约因素包括真菌病害、病毒病、虫害和寄生杂草；社会经济制约因素包括改良品种种子缺乏、推广服务薄弱、市场准入受限等。

3 曲霉侵染与黄曲霉毒素发生及全球影响

黄曲霉毒素可污染油籽、谷物、香料、坚果和干果等农产品，也可通过饲料进入动物源食品。黄曲霉毒素M1（AFM₁）和M2（AFM₂）分别是AFB₁和AFB₂的羟基化代谢产物。花生在田间、采后加工、储运过程中均可发生曲霉侵染和毒素积累；高温、干旱和收获期降水会加重采前污染。全球约45亿人慢性暴露于黄曲霉毒素污染食品，黄曲霉毒素与肝癌、免疫抑制、发育迟缓等健康风险相关。动物和人类中毒事件造成大量死亡和经济损失。黄曲霉毒素还导致贸易限制、产品拒收和销毁，各国制定了严格限量标准，例如欧盟总黄曲霉毒素限量为4 ppb，美国为20 ppb，印度为30 ppb。

4 花生黄曲霉毒素的控制方法

4.1 采前管理

采前管理通过抗性品种、生物防治和优化农艺措施减少曲霉侵染。生物防治剂如Aflasafe和Aflaguard利用非产毒黄曲霉菌株竞争和取代产毒菌株，可显著降低田间和储藏期黄曲霉毒素含量。合理轮作、适时播种、施肥、灌溉和病虫害防治也有助于降低采前感染。

4.2 采后管理

采后及时干燥至7%–10%水分、采用倒置铺晒或防水布干燥，可减少霉菌侵染。在10°C–25°C条件下密闭储藏，并使用气密储藏袋如Purdue改良作物储藏袋（PICS），可抑制虫害和霉菌生长。分选去除未成熟、瘪小、破损、发霉和变色籽仁，可降低黄曲霉毒素水平。

4.3 抗黄曲霉毒素花生品种的利用

花生黄曲霉毒素抗性包括采前黄曲霉毒素污染（PAC）抗性、体外种子定殖（IVSC）抗性和感染后黄曲霉毒素产生（AP）抗性，这些机制由多个独立基因控制。已鉴定出一批抗性种质，如PI 337394F、PI 337409、J 11等，并育成ICGV 88145、ICGV 89104等品种。部分基因型在荚果或籽仁水平表现出对曲霉侵染和毒素产生的抗性。

5 花生黄曲霉毒素抗性的组成

5.1 荚果和种皮作为物理屏障

花生基因型的荚果壳结构、厚度和硬度影响采前黄曲霉侵染。抗性基因型具有坚硬荚果和完整种皮，种皮厚度、栅栏层密度、细胞壁木质素和酚类聚合物沉积可阻止曲霉进入。较小种脐、致密种皮、蜡质和角质层以及单宁和木质素组成均与抗性相关。抗性基因型种皮中羟基苯基木质素（H-木质素）含量高于感病对照。

5.2 种皮及其相关生化物质

种皮中的苯丙氨酸解氨酶、过氧化物酶和脂氧合酶等酶类可抑制真菌生长。受曲霉侵染后，花生可诱导木质化、植物抗毒素积累和病程相关蛋白产生。种皮富含苯甲酸、肉桂酸、5,7-二甲氧基异黄酮、原花青素、几丁质酶和胰蛋白酶抑制剂等化合物，可抑制黄曲霉生长。酚酸试验中，阿魏酸对黄曲霉生长抑制率最高，其次为对香豆酸。种皮颜色与总酚含量和抗性有关。

5.3 种皮抗性的遗传与分子基础

遗传分析已定位多个与曲霉侵染和黄曲霉毒素污染抗性相关的基因和数量性状位点（QTL），如Af01至Af06、qAFB1A07、qAFB2A07、AhAftr1等。转录组和蛋白质组研究发现抗性基因型中存在大量差异表达基因，涉及防御相关蛋白、苯丙烷代谢、木质素和类黄酮生物合成等通路。基因过表达、寄主诱导基因沉默和基因共表达分析进一步揭示了抗性相关候选基因。

6 花生抗黄曲霉毒素的遗传分析与育种方法

6.1 遗传资源和改良进展

国际半干旱热带作物研究所（ICRISAT）自1976年起开展抗黄曲霉毒素育种，利用地方品种、基因库资源、多亲本高代互交（MAGIC）群体和巢式关联作图（NAM）群体进行遗传改良。野生Arachis物种中鉴定出低种子定殖和低毒素产生的抗性资源。花生二倍体祖先种和栽培四倍体基因组已测序，并开发了高密度SNP芯片如Axiom_Arachis 58K、Axiom_Arachis2 48K和GenoBaits Peanut 40K等，以及竞争性等位基因特异性PCR（KASP）标记，用于基因定位和分子育种。

6.2 常规育种

常规育种方法包括混合选择、纯系选择、系谱法和回交育种。抗性筛选通常在黄曲霉病圃中进行人工接种并诱导干旱，采用酶联免疫吸附测定（ELISA）和高效液相色谱（HPLC）检测毒素含量。由于花生抗性遗传力较低至中等，常规育种进展有限。杂交育种