植物病原真菌毒素的研究進展

陳瑩 李鈺萍 李二峰

摘要：真菌毒素是真菌在生長繁殖過程中產生的一類次級代謝產物，嚴重危害農業生產，具有強毒性和強致癌性，易導致食品安全隱患，對人類健康產生威脅。文章對植物真菌毒素的危害特點、檢測技術、防控措施等進行綜述，以期提高人們對真菌毒素的認知，為防控真菌毒素以及植物病害提供參考。

關鍵詞：真菌毒素；檢測技術；防控策略

中圖分類號：S436.418.1+2

文獻標識碼：A

真菌在生長繁殖過程中產生的有毒次級代謝產物被稱為真菌毒素。真菌毒素對農作物危害嚴重，不僅容易使病原菌侵入寄主植物，影響作物品質，還可通過食物鏈積累危害人類健康。因此，深入了解真菌毒素，尋求植物病害防控措施顯得尤為重要。

1? 真菌毒素的危害

目前，已確認自然界中有100多種可產生具有潛在毒性的真菌毒素，其中對人類生產生活危害最嚴重的是赭曲霉毒素（OTA）、黃曲霉毒素（AFs）、玉米赤霉烯酮（ZEN）、伏馬菌素（FUB）、棒曲霉素（PAT）和桔青霉素（CTN）等真菌霉素[1]。

真菌毒素在很低的濃度范圍內即可破壞寄主植物的正常生理功能，引起植物病害，甚至導致植株死亡。立枯絲核菌（Rhizoctonia solani）可危害水稻、馬鈴薯、玉米等作物，造成農作物產量下降并影響農作物品質，其產生的立枯絲核菌毒素可損傷水稻組織細胞膜，造成電解質外滲，破壞細胞正常生理功能，影響水稻植株的正常生長[2]。由土壤傳播的尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum）所引發的枯萎病是毀滅性土傳真菌病害，在侵染植物時會產生多種真菌毒素，有助于其侵染寄主植物，如鐮刀菌酸（Fusaric acid，FA）、伏馬菌素（Fumonisins，FBs）、白僵菌素（Beauvericin，BEA）和單端孢霉烯族毒素（Trichothecenes）等[3]。FA在尖孢鐮刀菌的致病力和病害發展過程中起主導作用，能擾亂植物的正常代謝，破壞植物正常的生理過程，使得植物細胞膜通透性增大、細胞內物質外滲，細胞水分平衡被破壞，水分從受害植物細胞不斷向外擴散，最終導致寄主植株葉片發黃、組織失水壞死，甚至植株死亡[4]。

真菌毒素不僅對植物產生危害，還可通過飼料、食物進入動物和人體內，造成動物和人中毒，嚴重時可引發死亡。由黃曲霉（Aspergillus flavus）、寄生曲霉（Aspergillus paraciticus）等曲霉產生的多種黃曲霉毒素具有致癌性和誘變能力，嚴重危害人體健康。有報道發現黃曲霉毒素還影響免疫相關基因（如白細胞介素-2（IL-2）、γ干擾素（IFN-γ））的表達活性，進而影響免疫反應[5]。

2? 真菌毒素的檢測

真菌毒素污染通常為痕量級，如果污染組成復雜，檢測難度極大，對真菌毒素的檢測技術要求更高。目前，通用真菌毒素的檢測方法主要有免疫標記法、色譜法、光譜法以及生物傳感器法。

2.1? ?免疫標記法

農作物在生長發育、采摘及后續貯藏過程中都有可能被真菌毒素污染，為保證食品安全，需要采用快速準確的方法對大批量原材料進行檢測。目前，市場上廣泛使用的免疫標記檢測方法主要為酶聯免疫法（ELISA）和膠體金免疫層析法（GICT）。

酶聯免疫法（ELISA）利用抗原、抗體特異結合的原理，對檢測物進行比色測定。酶聯免疫法（ELISA）可對大批量樣品中的真菌毒素進行快速檢測，不需要大型儀器設備，具有速度快、操作便捷、樣品處理簡單等優勢。目前，已生產出針對單一毒素檢測的簡便試劑盒，如黃曲霉毒素B1（AFB1）檢測試劑盒、玉米赤霉烯酮（ZEN）檢測試劑盒、嘔吐毒素（DON）檢測試劑盒等，可有效檢測食品、飼料中殘留的真菌毒素。但由于抗原、抗體的專一性，酶聯免疫法（ELISA）在實際應用中不能同時分析多種成分，具有一定局限性。

膠體金免疫層析法（GICT）將膠體金免疫技術同色譜層析技術相結合，利用膠體金試紙可以定性檢測真菌毒素，操作較為簡單，在食品安全監測、病理研究、生物免疫等多方面都有廣泛的應用。其基本原理是以微孔濾膜為載體，以膠體金為標記物對特定抗原或抗體進行標記，待測樣品中若含有相應的抗原或抗體，則會發生特異性反應，在試紙的特定部位顯色。此方法不需要大型儀器設備，具有方便快速、重現性好的優勢，常用于現場快速篩查檢測，如膠體金免疫層析試紙可用于多種飼料樣品中DON、ZEN和AFB1的快速篩查，滿足市場快速檢測的要求。但在實際應用中，膠體金免疫層析法（GICT）具有靈敏度有限、穩定性不好、抗干擾能力差等弱點，仍需要不斷開發和探索。

2.2? ?色譜法

色譜法是利用物質不同組分在固定相和流動相間的溶解度或者分配系數不同，對組分進行分離以及純化，最后檢測組分含量的技術，主要有薄層析法（TLC）、氣相色譜法（GC）、質譜法（MS）、高效液相色譜法（HPLC）、液相色譜串聯質譜法（LC-MS）等。早期檢測真菌毒素主要采用薄層析法，但因其操作復雜、靈敏度差、使用試劑有毒而被逐漸淘汰。現階段，液相色譜串聯質譜法技術具有可同時檢測多種真菌毒素的優勢，受到人們的關注，其液相部分不斷升級，使得質譜聯用技術的檢測效率大大提升。該方法檢測時將液相色譜法（LC）和質譜法相結合，既有靈敏度高、分離性能好的液相優勢，又有結構、組分的解析和鑒定能力強的質譜優勢。有研究報道，利用超高效液相色譜－串聯質譜法（UPLC-MS/MS）可同時有效檢測DON、15-乙酰基脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（15-ADON）、3-乙酰基脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（3-ADON）和雪腐鐮刀菌烯醇（NIV）四種鐮刀菌毒素，滿足小麥鐮刀菌毒素快速檢測的要求[6]。

2.3? ?光譜法

光譜分析法具有較高的檢測靈敏度和檢測速度，用于真菌毒素檢測的主要有拉曼光譜法、近紅外光譜法、熒光光譜法等。拉曼光譜法是基于拉曼散射效應，當光射入某物質時，部分散射光與入射光的震動頻率發生改變，頻率改變之間的差值與發生散射物質的特征有關。利用此方法可快速檢測出食品中的真菌毒素含量，具有高通量、高檢測的優點，但由于檢測成本較高，其應用范圍受到一定限制。近紅外光譜法是利用真菌毒素的不同基團對近紅外光的吸收不同，得到毒素的組成和相關結構信息，進而進行識別和定量。此方法具有快速、高效和無污染等特點，但其解析方法仍需進一步探索。熒光光譜法是通過激發原子的輻射能，定量分析熒光強度，檢測食品真菌毒素的一類方法，這種方法能夠精確地測定食品中的真菌毒素，檢測靈敏度極高，但在應用時易受其他離子干擾而使熒光湮滅，因此測試過程中操作應迅速。

2.4? ?生物傳感器法

高靈敏的生物傳感器在痕量真菌毒素污染的快速檢測中具有獨特的優勢，可將目標檢測物與抗原、抗體、酶、基因序列等發生的特異性生化反應轉化為電信號，檢測真菌毒素時具有快速、準確、特異性高等特點。適配體與真菌毒素發生的反應經過轉換后，可讀取檢測食品中的真菌毒素。適配體不僅具有與抗體類似的高選擇性，還具有可體外合成和易修飾等獨特優勢。隨著指數富集的適配體系統技術的進步，篩選獲得的真菌適配體數量明顯增加，為不同真菌毒素的檢測提供了基礎條件。為提高實用性和準確性，適配體傳感器還需要進一步完善和加強，真菌毒素適配體序列的篩選、抗干擾能力以及傳感器的操作平臺也需要進一步的優化，使其盡可能操作方便，以便滿足更多領域的需求。

3? 真菌毒素的防控與降解

3.1? ?植物精油抑制真菌毒素的合成

植物精油是由芳香植物產生的一種復雜的次級代謝產物，產生強烈的氣味，具有抑菌作用[7]。

植物精油在抑制真菌的生長和毒素合成方面具有重要意義。研究發現丁香酚、檸檬醛、肉桂油等多種植物精油可有效抑制鐮刀菌、黃曲霉、青霉等真菌生長，破壞細胞結構，致使真菌死亡，并且可有效地減少真菌毒素的合成[8]。植物精油在抑制真菌毒素合成時，還具有無毒和對環境友好等特點，深受人們的關注和喜愛。

3.2? ?真菌防控措施抑制真菌毒素的合成

病原真菌可采用農業措施進行防治。通過科學灌溉、合理施肥、科學管理土壤等措施可有效防治病原真菌的產生，采用合理的輪作方式可防止病原真菌的積累并影響其病害循環。農作物采收后，可提供適當的低濕低溫環境進行貯藏，防止真菌毒素在貯藏過程中積累。糧食作物的抗病能力與遺傳因素有很大關系，通過人工手段選育抗侵染或者抗病毒的新品種，利用作物自身抗性來提高抗真菌的侵染能力，提高作物產量，保障食品安全。

利用有益微生物及其代謝產物防治植物病害的方法和技術稱為植物病害的生物防治。利用生物防治可有效防治病原真菌對作物的入侵，通過直接或者間接機制抑制病原物。直接機制是通過拮抗作用形成不適宜病原菌生長的環境，從而達到抑菌作用；通過競爭作用與病原菌爭奪營養和生存空間阻礙病原菌的生長。直接機制還有重寄生和溶菌作用。間接機制主要是生防菌通過分泌的代謝產物誘導植物產生抗性，阻擋病原菌的入侵。生防菌還可以誘導植物產生多種生長調節物質，改變植物的生長情況，達到間接抗病的目的[9]。

生物防治通過防控病原真菌來阻止真菌毒素在作物體內產生和積累，因其具有綠色、環保、對生態環境友好等特點，近年來受到人們的廣泛關注，但其周期長、成本高的問題仍需要進一步的研究。

化學防治病原真菌是農業生產中常用的手段。研究證明三唑類殺菌劑能夠有效抑制真菌麥角淄醇的生物合成，有效防治小麥赤霉病以及鐮刀菌毒素[10]。防治馬鈴薯晚疫病時，觸殺型殺真菌劑雖然不能治療晚疫病，但在晚疫病流行季節定期噴藥，可顯著預防病害的發生，進而防控晚疫病霉菌毒素的產生和積累[11]。化學防治病原真菌具有見效快、操作簡單的顯著優勢，能夠有效控制真菌毒素的產生，但反復大量使用化學藥劑會使病菌抗病性增強，使得生產成本增加，且對環境不利。

3.3? ?利用物理、化學等技術消減真菌毒素的積累

在糧食加工產物中，可對原料進行物理脫毒，減少因真菌毒素造成的損失，方法有熱處理、輻照法、篩分法等。物理脫毒法成本低、操作簡單、效果明顯，但很難去除多種毒素，且不能去除結構穩定的毒素。研究證明，熱蒸汽處理受AFB1污染的花生后，花生中AFB1含量顯著減少，但高溫條件下熱蒸汽處理會使糧食、飼料的營養物質發生改變或流失，因此具有一定的局限性[12]。

此外，通過化學試劑和真菌毒素發生化學反應，可使真菌毒素的結構發生改變，失去毒性，如利用氧化劑（臭氧、次氯酸鈉、過氧化氫等）氧化真菌毒素，使其結構改變，喪失毒性[13]。試驗發現利用臭氧熏蒸和淡堿蒸胚法可有效消除玉米胚中的AFB1、DON、ZEN三種真菌毒素，此方法簡單且對玉米胚的品質影響較小[14]。

光降解技術具有安全、高效、對環境友好、成本低的獨特優勢。光催化技術通過半導體介導把太陽能轉化成化學能，同真菌毒素發生反應，對污染物進行降解，此項技術可對低濃度高毒性的真菌毒素進行降解，綠色環保。

利用微生物的分解代謝或者吸附作用消減真菌毒素的方法被稱為生物方法。微生物可分泌多種酶，通過去環氧化、去乙酰化和糖基化等多種方式降解真菌毒素。也有研究發現利用乳酸菌和雙歧桿菌可有效吸附AFB1，形成穩定的復合物，進而去除AFB1[15]。生物方法具有低毒性、產物專一的優勢，但篩選脫毒菌株，以及其相關殺毒原理仍需要進一步的探究。

4? 結論與討論

真菌引起的植物病害嚴重影響農產品的產量和品質，影響農副產品加工行業的發展。真菌在侵染作物時產生的多種毒素，如毛霉烯、赭曲霉毒素、黃曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、伏馬菌素、棒曲霉素和桔青霉素等，通過糧食和飼料等食物鏈對人類和動物造成危害。研究和掌握真菌毒素的多種檢測方法，采取有效的防控措施尤為重要，對提高農產品產量和質量、保障人類健康具有重要意義。

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