禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）是镰刀菌属的重要真菌，可侵染小麦、大麦等禾谷类作物，引起赤霉病等严重的真菌病害。近年来，天然植物成分因其具有抑制效率高、效果稳定、可降解、毒性低、不改变食品口味和营养价值等优势，已逐渐成为当前真菌毒素防控研究的新趋势。 1-辛烯-3-醇，又名蘑菇醇，是主要存在于植物和菌类中 的一种脂肪族不饱和醇，毒性低、对环境无污 染 ，已被列入我国食品添加剂目录，在食品及香精中均有广泛使用。研究表明1-辛烯-3-醇对多种细菌及真菌均表现一定的抑菌活性。

上海海洋大学食品学院的钱沈安，范楷 * 和上海市农业科学院农产品质量标准与检测技术研究所的胡政等 研究1-辛烯-3-醇对禾谷镰刀菌生长以及DON生物合成的抑制作用，在此基础上通过测定细胞膜完整性/通透性、细胞内容物释放量、麦角甾醇含量、氧化应激状态和关键基因表达量等探讨可能的作用机理，以期为将1-辛烯-3-醇开发为新型天然抑菌剂提供理论依据，为农产品和食品中禾谷镰刀菌和DON的污染防控提供新的思路。

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1-辛烯-3-醇对禾谷镰刀菌生长的影响

1.1 对菌落生长的影响

分别通过接触法和熏蒸法评估1-辛烯-3-醇对禾谷镰刀菌菌落生长的影响。由图1可见，在28 ℃培养7 d后，对照组菌落长满平皿，形态完整，呈砖红色，表面覆盖白色绒毛状菌丝。接触法中，Tween对菌丝的生长基本无影响，而加入1-辛烯-3-醇后，随含量增加，菌株生长逐渐受到抑制，菌落逐渐变小，颜色渐转黄，见图1A。培养过程中，1-辛烯-3-醇处理组菌落的生长速度也明显慢于对照，见图2A，培养7 d，80、320、960、1 600 μL/L条件下菌落抑制率分别为6.86%、13.95%、17.44%、27.67%。与直接接触相比，1-辛烯-3-醇熏蒸对禾谷镰刀菌菌落生长的抑制效果更为明显。20～40 μL/L 1-辛烯-3-醇作用下，镰刀菌菌丝逐渐稀疏，在60 μL/L时菌落呈现浅黄色，直径明显变小，200 μL/L以上禾谷镰刀菌生长完全被抑制，见图1B。培养7 d，20、60、100、200 μL/L条件下，菌落抑制率分别为13.60%、34.30%、60.70%和100%，见图2B。对比两种抑制方法所需1-辛烯-3-醇的用量，200 μL/L 1-辛烯-3-醇（每培养皿约15 μL）熏蒸可以完全抑制镰刀菌菌落的生长，而接触法中1 600 μL/L 1-辛烯-3-醇（每培养皿约32 μL）作用下抑制率仅为27.67%。因此，熏蒸处理抑菌效果更好、用量更低，可能是由于1-辛烯-3-醇自身挥发性较强，熏蒸更利于发挥其活性。因此，在后续实验均采用熏蒸法进行处理。

1.2 对孢子萌发的影响

如图3所示，培养8 h后，对照组禾谷镰刀菌孢子萌发率为96.75%；1-辛烯-3-醇处理后，孢子萌发率不断降低，5 μL/L 1-辛烯-3-醇熏蒸下，孢子萌发抑制率为43.08%，而40 μL/L 1-辛烯-3-醇处理下，孢子萌发基本完全抑制。因此，1-辛烯-3-醇在较低含量时即可对真菌孢子的产生、萌发和呼吸造成显著抑制作用。

02

对DON生物合成的影响

不同含量1-辛烯-3-醇熏蒸处理后，禾谷镰刀菌产生DON毒素的结果见图4。PDA培养基中，与对照组相比，20、40、60、80、100 μL/L的1-辛烯-3-醇熏蒸作用下，DON合成量显著下降，分别为165.38、53.62、17.96、11.14 μg/kg和5.82 μg/kg，抑制率分别为29.00%、76.98%、92.29%、95.22%和97.50%；而TBI培养基上1-辛烯-3-醇的抑制效果更为明显，20 μL/L作用下DON产生降低了84.58%，40 μL/L及以上含量作用时DON合成几乎完全被抑制。与其他天然产物相比，1-辛烯-3-醇抑制DON合成的用量更低，效果更为显著。目前，1-辛烯-3-醇已被作为食品添加剂广泛使用，其制备方式成熟，安全性更高，因此具有更好的开发和应用前景。

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对菌丝微观结构的影响

如图5A所示，对照组菌丝表面光滑，结构规则，饱满粗壮，具备正常的生理结构；而如图5B所示，50 μL/L 1-辛烯-3-醇熏蒸后，菌丝表面逐渐粗糙，出现褶皱、干瘪，并伴随孔洞出现；如图5C所示，当1-辛烯-3-醇增至100 μL/L，孔洞直径增大，菌丝变细，可能导致细胞膜膜通透性的增加和细胞内容物的泄漏。结果表明，1-辛烯-3-醇可对真菌菌丝的细胞结构造成不同程度的变化和损坏，从而影响细胞的正常生理功能，最终可能导致细胞死亡。

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对细胞膜完整性的影响

本研究通过PI染色研究1-辛烯-3-醇熏蒸对禾谷镰刀菌细胞膜完整性的影响。由图6A可见，对照组菌丝基本检测不到荧光；如图6B所示，50 μL/L1-辛烯-3-醇熏蒸处理后，少数菌丝发出零星红色荧光，表明部分细胞膜被破坏，通透性增加；如图6C所示，当含量增加至100 μL/L时，发出红色荧光的菌丝增多，信号明显增强，说明菌丝细胞膜被进一步破坏，细胞死亡的数量增加。以上结果与SEM结果一致，表明较高浓度的1-辛烯-3-醇熏蒸可导致禾谷镰刀菌菌丝细胞膜被破坏，菌体死亡。

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对细胞膜通透性的影响

分别通过检测上清液的OD280 nm和OD260 nm考察蛋白质和核酸的胞外泄漏情况。 如图7所示，1-辛烯-3-醇熏蒸处理后，镰刀菌胞内容物的释放量显著增加，且呈剂量依赖效应；与对照相比，20、60、100 μL/L的1-辛烯-3-醇熏蒸作用下，其 OD 260 nm 分别增加至原来的1.61、2.06 倍和2.34 倍，OD280 nm 分别增加至原来的1.67、2.06 倍和2.39 倍。因此，1-辛烯-3-醇熏蒸可以显著影响禾谷镰刀菌细胞膜的通透性，导致蛋白质和核酸等细胞内容物泄漏。 以上结果表明包括1-辛烯-3-醇在内的多种植物天然产物可以增加真菌细胞膜通透性，引起蛋白质、核酸和重要离子等细胞内容物泄漏，最终抑制真菌生长。

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对麦角甾醇的影响

本研究发现，与对照组相比，1-辛烯-3-醇熏蒸后麦角甾醇含量显著降低，20、60、100 μL/L处理组麦角甾醇含量分别下降49.01%、65.34%、84.89%，如图8所示，不同含量之间存在显著差异（P＜0.05）。综合SEM、PI和泄漏实验，可认为1-辛烯-3-醇通过作用于禾谷镰刀菌细胞膜并影响麦角固醇合成的方式发挥抑菌作用。而1-辛烯-3-醇干扰禾谷镰刀菌麦角甾醇合成的具体机制还有待进一步研究。

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对氧化应激的影响

由图9A所示，1-辛烯-3-醇熏蒸对谷胱甘肽还原酶（GR）活性有明显的抑制效果，效果随含量的增加而上升；20、60、100 μL/L处理组中，抑制率分别为49.37%、68.53%和83.36%。GR活性的降低可能会使细胞更易受到氢过氧化物和自由基的伤害，从而导致细胞死亡。不同于GR，过氧化氢酶（CAT）活性先升高后降低，见图9B，20、60、100 μL/L处理组CAT活性分别升高到2.08、2.82 倍和1.98 倍。CAT是最主要的H2O2 清除酶，低浓度1-辛烯-3-醇作用下，镰刀菌细胞通过CAT活性的升高抵御氧化损伤，而高含量1-辛烯-3-醇则可能打破细胞的氧化应激平衡并诱发损伤凋亡，使得CAT活性下降。丙二醛（MDA）是评判脂质过氧化水平的关键指标，20 μL/L的1-辛烯-3-醇熏蒸作用下MDA含量变化不大，但在60 μL/L和100 μL/L的条件下，MDA含量显著上升（P＜0.05），说明高含量1-辛烯-3-醇熏蒸下，禾谷镰刀菌细胞内活性氧积累并发生脂质过氧化反应。

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对DON生物合成关键基因的影响

除了菌株生长被抑制，禾谷镰刀菌DON产生的下降也有可能是其生物合成途径受到干扰，本研究通过实时PCR对DON合成关键基因簇（TRI基因簇）的表达情况进行分析。如图10A所示，20 μL/L 1-辛烯-3-醇作用下TRI5和TRI6的基因相对表达量无显著差异，其余TRI基因相对表达量有所下降，相应含量下DON产量降低29.00%，见图4A；而在40 μL/L和60 μL/L处理组，除TRI6以外所有TRI基因（TRI4、TRI5、TRI8、TRI10、TRI12、TRI101）的相对表达量均显著下调，此时DON的合成几乎被完全抑制，见图4。TRI5、TRI4、TRI8和TRI101均编码直接参与DON生物合成的催化酶，TRI12编码毒素输出泵，负责将合成的DON毒素输出转运出菌体外；TRI6和TRI10则编码两种不同结构的转录因子，正向调控DON等单端孢霉烯族毒素生物合成的相关基因。一般认为TRI6是DON生物合成的主要调控因子，而TRI10基因起次要作用，但本研究中发现1-辛烯-3-醇作用下，TRI6表达无显著变化，而TRI10的表达显著下调。因此，1-辛烯-3-醇主要是通过下调TRI10基因的表达，最终抑制禾谷镰刀菌中DON的生物合成。

结论

本研究通过体外抑菌实验发现，1-辛烯-3-醇熏蒸能有效抑制禾谷镰刀菌的菌丝生长和孢子萌发，其作用效果存在含量依赖性。SEM观察、PI染色和蛋白质核酸泄漏实验表明1-辛烯-3-醇熏蒸对能够损伤禾谷镰刀菌菌丝细胞结构伤，严重破坏了细胞膜完整性，增加了细胞膜透性，使细胞内容物外溢。此外，1-辛烯-3-醇熏蒸能够显著降低禾谷镰刀菌麦角甾醇的合成量，干扰氧化应激状态等，从而达到抑菌效果。最后，1-辛烯-3-醇还可通过调控TRI10基因的表达，显著抑制禾谷镰刀菌中DON的生物合成。以上结果表明，1-辛烯-3-醇能高效抑制禾谷镰刀菌的生长和产毒，未来有望将其开发为新型绿色抑菌剂，在农产品和食品DON污染防控中具有广阔的应用前景。

本文《1-辛烯-3-醇对禾谷镰刀菌的抑制活性及作用机理》来源于《食品科学》2023年44卷第18期93-101页，作者：钱沈安，胡 政，于伊楠，孟佳佳，张志岐，黄晴雯，赵志辉，聂冬霞，韩 铮，范 楷。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221223-227。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：美娟；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。