不同温度储存下玉米真菌毒素动态、微生物群落演替与品质变化研究

《Foods》：Dynamics of Mycotoxins, Microbial Communities, and Quality of Corn When Stored at Various Temperatures

　　

玉米是中国主要的粮食作物；然而，储存期间的真菌毒素污染威胁着粮食品质。本研究将自然污染的玉米在15 °C或35 °C、相对湿度65 ± 5%条件下储存8个月，每月采样分析。研究人员分析了真菌毒素含量和真菌群落，并评估了玉米的主要品质指标。在两种储存条件下，黄曲霉毒素和赭曲霉毒素A（ochratoxin A, OTA）均低于检测限。15 °C条件下，储存8个月后伏马毒素B1（fumonisin B1, FB1）和B2（FB2）分别下降了3.2%和2.5%。FB3在第8个月达到41.51 ± 2.10 μg/kg，下降了17.3%。脱氧雪腐镰刀菌烯醇（deoxynivalenol, DON）和玉米赤霉烯酮（zearalenone, ZEN）保持相对稳定。35 °C条件下，FB1、FB2和FB3的浓度分别达到414.85 ± 3.27、59.52 ± 1.53和91.76 ± 2.04 μg/kg。这五种毒素分别增加了13.8%、40.0%、82.8%、10.4%和26.1%。真菌群落分析表明，不同储存条件下的优势菌群存在差异，35 °C下镰刀菌属（Fusarium）相对丰度较高，而15 °C下木霉属（Trichoderma）相对丰度较高。与15 °C条件相比，35 °C储存导致粗脂肪、淀粉含量、发芽率和抗氧化酶活性显著降低，而游离脂肪酸含量增加。与35 °C相比，15 °C储存限制了毒素积累和品质劣变。因此，温度控制可改善玉米贮藏效果。

### 论文解读：不同温度储存条件下玉米真菌毒素动态、微生物群落演替与品质变化

#### 一、研究背景与目的

玉米（*Zea mays* L.）是全球重要的粮饲作物，储存阶段是采后损失和真菌毒素污染的关键环节。玉米在储存过程中易受曲霉属（*Aspergillus*）、镰刀菌属（*Fusarium*）和青霉属（*Penicillium*）等真菌侵染，产生黄曲霉毒素（aflatoxins, AFs）、伏马毒素（fumonisins, FBs）、玉米赤霉烯酮（zearalenone, ZEN）、脱氧雪腐镰刀菌烯醇（deoxynivalenol, DON）和赭曲霉毒素A（ochratoxin A, OTA）等高毒性次级代谢产物。这些毒素具有肝损伤、肾毒性、生殖与免疫抑制、遗传毒性及潜在致癌性等靶器官毒性，且共存时可产生协同毒性效应，经食物链传递对畜禽生产和人类健康构成长期风险。

储存温度是调控玉米储藏期间真菌毒素动态的关键环境因子。不同毒素的化学稳定性差异以及产毒真菌的温度适应性差异，导致毒素水平在不同温度条件下的变化呈现高度变异性。低温一般抑制孢子萌发、菌丝延伸及真菌毒素生物合成相关基因的表达；而高温则可能通过促进毒素生物合成基因的激活而有利于产毒真菌生长和毒素产生。然而，促进真菌生长的温度条件未必有利于毒素生物合成。例如，黄曲霉毒素生物合成的最适温度约为30 °C，而黄曲霉（*Aspergillus flavus*）生长的最适温度约为37 °C。此外，真菌代谢和毒素积累可进一步破坏籽粒结构、损害生理活性，导致营养成分降解、游离脂肪酸升高、发芽率下降及抗氧化酶活性丧失，从而可能为产毒真菌侵染和毒素生物合成创造有利条件。然而，在自然污染的玉米中，真菌群落演替、真菌毒素积累与品质劣变之间的关系如何随储存温度变化，尚缺乏充分证据。为此，研究人员选取15 °C和35 °C分别代表低温和高温条件，在恒定相对湿度（65 ± 5%）下开展为期8个月的长时储存试验，系统考察不同温度下玉米真菌毒素含量、真菌群落结构及品质指标的变化及其关联性，旨在为玉米长期储存中真菌毒素风险监测和质量安全控制提供参考依据。

#### 二、主要技术方法

研究人员以采自中国吉林省松原市田间种植的100 kg玉米（美雅81）为试材，于2024年生理成熟期收获，经脱粒、60 °C热风干燥至水分含量14.5%后，分为6等份（每份10 kg）装入透气尼龙网袋，随机分配至15 °C或35 °C恒温恒湿培养箱（各3个重复），在相对湿度65 ± 5%条件下储存8个月，每月采样。真菌毒素含量采用高效液相色谱-串联质谱法（HPLC–MS/MS）测定，真菌群落通过ITS1区扩增子测序（Illumina MiSeq平台）分析，以α多样性指数（Chao1、observed species、Shannon、Simpson、Pielou's evenness）和基于Bray–Curtis距离的主坐标分析（PCoA）评估群落多样性与结构。玉米品质指标依据中国国家标准测定，包括粗蛋白（凯氏定氮法）、粗脂肪（酸水解法）、淀粉（酸水解-蒽酮比色法）、游离脂肪酸（滴定法）、发芽率、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性。数据分析采用SPSS 27和Origin 2024，组间差异采用单因素方差分析（ANOVA）和Duncan多重比较检验（p < 0.05为显著，p < 0.01为极显著），并开展相关性分析与探索性多元线性回归分析。

#### 三、研究结果

**3.1 真菌毒素浓度变化**

整个8个月储存期间，所有样品中黄曲霉毒素（AFB1、AFB2、AFG1、AFG2）和OTA均低于检测限，这与玉米原料中初始黄曲霉毒素和OTA水平低于LOD有关。15 °C条件下，FB1和FB2在第8个月较初始值分别下降3.2%和2.5%，FB3达到41.51 ± 2.10 μg/kg，下降17.3%；DON和ZEN保持相对稳定。35 °C条件下，FB1、FB2和FB3分别增加13.8%、40.0%和82.8%，DON增加10.4%，ZEN增加26.1%。总体而言，三种伏马毒素在15 °C下保持稳定或缓慢下降，在35 °C下持续积累，两种温度条件下的差距随储存时间延长逐渐加大。ZEN在35 °C下于第6个月达到峰值（10.34 ± 0.10 μg/kg）后有所下降，但第8个月仍高于初始浓度26.1%。

**3.2 真菌群落结构与演替**

α多样性分析显示，15 °C组的真菌丰富度（Chao1指数p = 0.049，observed species指数p = 0.048）和Shannon多样性（p = 0.036）略高于35 °C组，而Good's coverage（p = 0.37）、Simpson指数（p = 0.19）和Pielou's evenness（p = 0.078）无显著差异。β多样性分析中，PCoA显示PC1和PC2分别解释总变异的35.2%和26.2%，两组样品在排序空间中部分重叠，整体群落结构未明显分离。在门水平上，子囊菌门（Ascomycota）在所有样品中占绝对优势（相对丰度0.55–0.99），温度未引起门水平群落结构的显著重组。在属水平上，镰刀菌属（*Fusarium*）在35 °C下相对丰度较高（0.42–0.73），木霉属（*Trichoderma*）在15 °C下更丰富，在35 °C下稀缺；帚枝霉属（*Sarocladium*）也是重要群落组分。在种水平上，*Fusarium proliferatum*和*Fusarium culmorum*为镰刀菌属优势种，*Trichoderma aggressivum*和*Sarocladium kiliense*分别为木霉属和帚枝霉属的优势种，其相对贡献随时间发生变化。

**3.3 玉米品质指标变化**

营养品质方面，两种温度下粗蛋白含量变化均较小，表明粗蛋白受储存温度影响较弱。35 °C组粗脂肪下降幅度大于15 °C组；淀粉含量在35 °C组较初始值下降10.9%，下降幅度大于15 °C组。游离脂肪酸在两组中均随储存时间增加，但35 °C下增加更为显著。生理活性方面，发芽率在储存期间持续下降，8个月后15 °C组从约97%降至72%，而35 °C组降至9%，表明长期高温储存显著降低籽粒活力。SOD和CAT活性在两种温度下均下降，35 °C下下降更剧烈，其下降趋势与发芽率基本一致。

**3.4 真菌毒素与品质指标的关联**

相关性分析显示，15 °C下FB1、FB2和FB3彼此高度正相关，DON与ZEN高度正相关；三种伏马毒素与DON、ZEN呈负相关；伏马毒素总体与营养成分、发芽率和抗氧化酶活性呈正相关、与游离脂肪酸呈负相关，但并非全部显著。ZEN与粗脂肪含量和SOD活性呈显著负相关。游离脂肪酸与营养成分、发芽率和抗氧化酶活性呈负相关，而发芽率、SOD和CAT活性彼此高度正相关。35 °C下，所有真菌毒素彼此显著正相关（多数p ≤ 0.001）；FB1、FB2、FB3和DON与淀粉、粗脂肪、粗蛋白、发芽率、SOD和CAT活性呈极显著负相关，与游离脂肪酸呈显著正相关；ZEN与各品质指标的相关系方向一致但强度相对较弱。探索性多元线性回归分析表明，35 °C下五种真菌毒素回归方程中粗脂肪系数均为负值，粗蛋白系数一般为正值，粗脂肪是与毒素水平变化方向一致的质量参数。

#### 四、讨论与结论

讨论部分指出，15 °C低温储存条件下FBs、DON和ZEN保持稳定或略有下降，验证了低温对毒素积累的抑制作用；35 °C高温高湿条件是毒素积累的关键驱动因素，FBs持续积累可能反映了高温储存下伏马毒素生物合成基因簇（FUM cluster）的激活。ZEN在第6个月后下降可能与其转化为隐蔽型霉菌毒素有关。真菌群落方面，高温储存降低了真菌丰富度和Shannon多样性，镰刀菌属相对丰度升高而木霉属降低，木霉属通过营养和空间竞争、重寄生及产细胞壁降解酶对镰刀菌的抑制作用此前已有报道。品质方面，35 °C下淀粉含量下降可能与籽粒呼吸作用增强有关，游离脂肪酸与伏马毒素浓度同步上升表明高温储存可同时促进脂质水解和真菌产毒，游离脂肪酸含量可作为评估储存劣变和潜在毒素风险的辅助指标。发芽率降幅与SOD和CAT活性下降同步发生，反映了生理劣变与营养组分变化的伴随关系。相关性分析表明，35 °C条件下多种毒素同时增加与营养成分、发芽率和抗氧化酶活性同步下降，导致毒素与品质指标间呈较强负相关；15 °C下毒素和多数营养指标变化均有限。研究存在以下局限性：回归方程基于现有数据计算，需进一步验证；未设置保护籽粒品质或阻断毒素生物合成的干预处理；未独立量化总真菌负荷；毒素生物合成基因表达、毒素降解、真菌拮抗和氧化损伤未被直接评估。

研究结论为：在8个月储存期内，自然污染的玉米在15 °C和35 °C下表现出不同的真菌毒素积累、真菌群落组成和品质劣变模式。15 °C下，FB1、FB2、DON和ZEN保持稳定，FB3总体下降；35 °C下，FB1、FB2、FB3、DON和ZEN持续积累。虽然PCoA未显示两种温度条件下整体群落结构的明显分离，但α多样性分析表明35 °C下真菌丰富度和Shannon多样性较低。35 °C组镰刀菌属相对丰度较高而木霉属相对丰度较低，伴随更严重的淀粉和粗脂肪损失、游离脂肪酸增加、发芽率降低及抗氧化酶活性下降。在本研究储存条件下，将温度维持在15 °C可显著减缓真菌毒素积累和品质劣变。游离脂肪酸、发芽率及SOD和CAT活性可作为储存状态的补充指标，但不能替代真菌毒素的直接检测。这些发现为优化玉米长期储存条件和建立多指标风险监测策略提供了实验依据。