植物病原真菌毒素的研究进展

陈莹 李钰萍 李二峰

摘要：真菌毒素是真菌在生长繁殖过程中产生的一类次级代谢产物，严重危害农业生产，具有强毒性和强致癌性，易导致食品安全隐患，对人类健康产生威胁。文章对植物真菌毒素的危害特点、检测技术、防控措施等进行综述，以期提高人们对真菌毒素的认知，为防控真菌毒素以及植物病害提供参考。

关键词：真菌毒素；检测技术；防控策略

中图分类号：S436.418.1+2

文献标识码：A

真菌在生长繁殖过程中产生的有毒次级代谢产物被称为真菌毒素。真菌毒素对农作物危害严重，不仅容易使病原菌侵入寄主植物，影响作物品质，还可通过食物链积累危害人类健康。因此，深入了解真菌毒素，寻求植物病害防控措施显得尤为重要。

1  真菌毒素的危害

目前，已确认自然界中有100多种可产生具有潜在毒性的真菌毒素，其中对人类生产生活危害最严重的是赭曲霉毒素（OTA）、黄曲霉毒素（AFs）、玉米赤霉烯酮（ZEN）、伏马菌素（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围内即可破坏寄主植物的正常生理功能，引起植物病害，甚至导致植株死亡。立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）可危害水稻、马铃薯、玉米等作物，造成农作物产量下降并影响农作物品质，其产生的立枯丝核菌毒素可损伤水稻组织细胞膜，造成电解质外渗，破坏细胞正常生理功能，影响水稻植株的正常生长[2]。由土壤传播的尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）所引发的枯萎病是毁灭性土传真菌病害，在侵染植物时会产生多种真菌毒素，有助于其侵染寄主植物，如镰刀菌酸（Fusaric acid，FA）、伏马菌素（Fumonisins，FBs）、白僵菌素（Beauvericin，BEA）和单端孢霉烯族毒素（Trichothecenes）等[3]。FA在尖孢镰刀菌的致病力和病害发展过程中起主导作用，能扰乱植物的正常代谢，破坏植物正常的生理过程，使得植物细胞膜通透性增大、细胞内物质外渗，细胞水分平衡被破坏，水分从受害植物细胞不断向外扩散，最终导致寄主植株叶片发黄、组织失水坏死，甚至植株死亡[4]。

真菌毒素不仅对植物产生危害，还可通过饲料、食物进入动物和人体内，造成动物和人中毒，严重时可引发死亡。由黄曲霉（Aspergillus flavus）、寄生曲霉（Aspergillus paraciticus）等曲霉产生的多种黄曲霉毒素具有致癌性和诱变能力，严重危害人体健康。有报道发现黄曲霉毒素还影响免疫相关基因（如白细胞介素-2（IL-2）、γ干扰素（IFN-γ））的表达活性，进而影响免疫反应[5]。

2  真菌毒素的检测

真菌毒素污染通常为痕量级，如果污染组成复杂，检测难度极大，对真菌毒素的检测技术要求更高。目前，通用真菌毒素的检测方法主要有免疫标记法、色谱法、光谱法以及生物传感器法。

2.1   免疫标记法

农作物在生长发育、采摘及后续贮藏过程中都有可能被真菌毒素污染，为保证食品安全，需要采用快速准确的方法对大批量原材料进行检测。目前，市场上广泛使用的免疫标记检测方法主要为酶联免疫法（ELISA）和胶体金免疫层析法（GICT）。

酶联免疫法（ELISA）利用抗原、抗体特异结合的原理，对检测物进行比色测定。酶联免疫法（ELISA）可对大批量样品中的真菌毒素进行快速检测，不需要大型仪器设备，具有速度快、操作便捷、样品处理简单等优势。目前，已生产出针对单一毒素检测的简便试剂盒，如黄曲霉毒素B1（AFB1）检测试剂盒、玉米赤霉烯酮（ZEN）检测试剂盒、呕吐毒素（DON）检测试剂盒等，可有效检测食品、饲料中残留的真菌毒素。但由于抗原、抗体的专一性，酶联免疫法（ELISA）在实际应用中不能同时分析多种成分，具有一定局限性。

胶体金免疫层析法（GICT）将胶体金免疫技术同色谱层析技术相结合，利用胶体金试纸可以定性检测真菌毒素，操作较为简单，在食品安全监测、病理研究、生物免疫等多方面都有广泛的应用。其基本原理是以微孔滤膜为载体，以胶体金为标记物对特定抗原或抗体进行标记，待测样品中若含有相应的抗原或抗体，则会发生特异性反应，在试纸的特定部位显色。此方法不需要大型仪器设备，具有方便快速、重现性好的优势，常用于现场快速筛查检测，如胶体金免疫层析试纸可用于多种饲料样品中DON、ZEN和AFB1的快速筛查，满足市场快速检测的要求。但在实际应用中，胶体金免疫层析法（GICT）具有灵敏度有限、稳定性不好、抗干扰能力差等弱点，仍需要不断开发和探索。

2.2   色谱法

色谱法是利用物质不同组分在固定相和流动相间的溶解度或者分配系数不同，对组分进行分离以及纯化，最后检测组分含量的技术，主要有薄层析法（TLC）、气相色谱法（GC）、质谱法（MS）、高效液相色谱法（HPLC）、液相色谱串联质谱法（LC-MS）等。早期检测真菌毒素主要采用薄层析法，但因其操作复杂、灵敏度差、使用试剂有毒而被逐渐淘汰。现阶段，液相色谱串联质谱法技术具有可同时检测多种真菌毒素的优势，受到人们的关注，其液相部分不断升级，使得质谱联用技术的检测效率大大提升。该方法检测时将液相色谱法（LC）和质谱法相结合，既有灵敏度高、分离性能好的液相优势，又有结构、组分的解析和鉴定能力强的质谱优势。有研究报道，利用超高效液相色谱－串联质谱法（UPLC-MS/MS）可同时有效检测DON、15-乙酰基脱氧雪腐镰刀菌烯醇（15-ADON）、3-乙酰基脱氧雪腐镰刀菌烯醇（3-ADON）和雪腐镰刀菌烯醇（NIV）四种镰刀菌毒素，满足小麦镰刀菌毒素快速检测的要求[6]。

2.3   光谱法

光谱分析法具有较高的检测灵敏度和检测速度，用于真菌毒素检测的主要有拉曼光谱法、近红外光谱法、荧光光谱法等。拉曼光谱法是基于拉曼散射效应，当光射入某物质时，部分散射光与入射光的震动频率发生改变，频率改变之间的差值与发生散射物质的特征有关。利用此方法可快速检测出食品中的真菌毒素含量，具有高通量、高检测的优点，但由于检测成本较高，其应用范围受到一定限制。近红外光谱法是利用真菌毒素的不同基团对近红外光的吸收不同，得到毒素的组成和相关结构信息，进而进行识别和定量。此方法具有快速、高效和无污染等特点，但其解析方法仍需进一步探索。荧光光谱法是通过激发原子的辐射能，定量分析荧光强度，检测食品真菌毒素的一类方法，这种方法能够精确地测定食品中的真菌毒素，检测灵敏度极高，但在应用时易受其他离子干扰而使荧光湮灭，因此测试过程中操作应迅速。

2.4   生物传感器法

高灵敏的生物传感器在痕量真菌毒素污染的快速检测中具有独特的优势，可将目标检测物与抗原、抗体、酶、基因序列等发生的特异性生化反应转化为电信号，检测真菌毒素时具有快速、准确、特异性高等特点。适配体与真菌毒素发生的反应经过转换后，可读取检测食品中的真菌毒素。适配体不仅具有与抗体类似的高选择性，还具有可体外合成和易修饰等独特优势。随着指数富集的适配体系统技术的进步，筛选获得的真菌适配体数量明显增加，为不同真菌毒素的检测提供了基础条件。为提高实用性和准确性，适配体传感器还需要进一步完善和加强，真菌毒素适配体序列的筛选、抗干扰能力以及传感器的操作平台也需要进一步的优化，使其尽可能操作方便，以便满足更多领域的需求。

3  真菌毒素的防控与降解

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产生的一种复杂的次級代谢产物，产生强烈的气味，具有抑菌作用[7]。

植物精油在抑制真菌的生长和毒素合成方面具有重要意义。研究发现丁香酚、柠檬醛、肉桂油等多种植物精油可有效抑制镰刀菌、黄曲霉、青霉等真菌生长，破坏细胞结构，致使真菌死亡，并且可有效地减少真菌毒素的合成[8]。植物精油在抑制真菌毒素合成时，还具有无毒和对环境友好等特点，深受人们的关注和喜爱。

3.2   真菌防控措施抑制真菌毒素的合成

病原真菌可采用农业措施进行防治。通过科学灌溉、合理施肥、科学管理土壤等措施可有效防治病原真菌的产生，采用合理的轮作方式可防止病原真菌的积累并影响其病害循环。农作物采收后，可提供适当的低湿低温环境进行贮藏，防止真菌毒素在贮藏过程中积累。粮食作物的抗病能力与遗传因素有很大关系，通过人工手段选育抗侵染或者抗病毒的新品种，利用作物自身抗性来提高抗真菌的侵染能力，提高作物产量，保障食品安全。

利用有益微生物及其代谢产物防治植物病害的方法和技术称为植物病害的生物防治。利用生物防治可有效防治病原真菌对作物的入侵，通过直接或者间接机制抑制病原物。直接机制是通过拮抗作用形成不适宜病原菌生长的环境，从而达到抑菌作用；通过竞争作用与病原菌争夺营养和生存空间阻碍病原菌的生长。直接机制还有重寄生和溶菌作用。间接机制主要是生防菌通过分泌的代谢产物诱导植物产生抗性，阻挡病原菌的入侵。生防菌还可以诱导植物产生多种生长调节物质，改变植物的生长情况，达到间接抗病的目的[9]。

生物防治通过防控病原真菌来阻止真菌毒素在作物体内产生和积累，因其具有绿色、环保、对生态环境友好等特点，近年来受到人们的广泛关注，但其周期长、成本高的问题仍需要进一步的研究。

化学防治病原真菌是农业生产中常用的手段。研究证明三唑类杀菌剂能够有效抑制真菌麦角淄醇的生物合成，有效防治小麦赤霉病以及镰刀菌毒素[10]。防治马铃薯晚疫病时，触杀型杀真菌剂虽然不能治疗晚疫病，但在晚疫病流行季节定期喷药，可显著预防病害的发生，进而防控晚疫病霉菌毒素的产生和积累[11]。化学防治病原真菌具有见效快、操作简单的显著优势，能够有效控制真菌毒素的产生，但反复大量使用化学药剂会使病菌抗病性增强，使得生产成本增加，且对环境不利。

3.3   利用物理、化学等技术消减真菌毒素的积累

在粮食加工产物中，可对原料进行物理脱毒，减少因真菌毒素造成的损失，方法有热处理、辐照法、筛分法等。物理脱毒法成本低、操作简单、效果明显，但很难去除多种毒素，且不能去除结构稳定的毒素。研究证明，热蒸汽处理受AFB1污染的花生后，花生中AFB1含量显著减少，但高温条件下热蒸汽处理会使粮食、饲料的营养物质发生改变或流失，因此具有一定的局限性[12]。

此外，通过化学试剂和真菌毒素发生化学反应，可使真菌毒素的结构发生改变，失去毒性，如利用氧化剂（臭氧、次氯酸钠、过氧化氢等）氧化真菌毒素，使其结构改变，丧失毒性[13]。试验发现利用臭氧熏蒸和淡碱蒸胚法可有效消除玉米胚中的AFB1、DON、ZEN三种真菌毒素，此方法简单且对玉米胚的品质影响较小[14]。

光降解技术具有安全、高效、对环境友好、成本低的独特优势。光催化技术通过半导体介导把太阳能转化成化学能，同真菌毒素发生反应，对污染物进行降解，此项技术可对低浓度高毒性的真菌毒素进行降解，绿色环保。

利用微生物的分解代谢或者吸附作用消减真菌毒素的方法被称为生物方法。微生物可分泌多种酶，通过去环氧化、去乙酰化和糖基化等多种方式降解真菌毒素。也有研究发现利用乳酸菌和双歧杆菌可有效吸附AFB1，形成稳定的复合物，进而去除AFB1[15]。生物方法具有低毒性、产物专一的优势，但筛选脱毒菌株，以及其相关杀毒原理仍需要进一步的探究。

4  结论与讨论

真菌引起的植物病害严重影响农产品的产量和品质，影响农副产品加工行业的发展。真菌在侵染作物时产生的多种毒素，如毛霉烯、赭曲霉毒素、黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、伏马菌素、棒曲霉素和桔青霉素等，通过粮食和饲料等食物链对人类和动物造成危害。研究和掌握真菌毒素的多种检测方法，采取有效的防控措施尤为重要，对提高农产品产量和质量、保障人类健康具有重要意义。

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