粮油作物真菌毒素污染现状及控制_张晶.pdf

农业环境科学学报Journal of AgroEnvironment Science2022，41（12）:2680-26872022年12月张晶，高素艳，杜兆林,等.粮油作物真菌毒素污染现状及控制J.农业环境科学学报,2022,41（12）：2680-2687.ZHANG J,GAO S Y,DU Z L,et al.Contamination status and control of mycotoxins in grain and oil cropsJ.Journal of Agro-EnvironmentScience,2022,41（12）：2680-2687.开放科学OSID粮油作物真菌毒素污染现状及控制张晶，高素艳，杜兆林，安毅，张晨晨，姚彦坡*（农业农村部环境保护科研监测所，天津 300191）Contamination status and control of mycotoxins in grain and oil cropsZHANG Jing,GAO Suyan,DU Zhaolin,AN Yi,ZHANG Chenchen,YAO Yanpo*（Agro-Environmental Protection Institute,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Tianjin 300191,China）Abstract：Mycotoxins are carcinogenic,teratogenic,and mutagenic toxic by-products produced by various filamentous fungi and areextremely harmful to corn,rice,wheat,peanut,soybean,rape,and other grain and oil crops.Mycotoxins seriously threaten environmentalsafety,food safety,and human health.With the rapid increase in the world population and expansion of the main crop planting areas,mycotoxin contamination in agricultural products is increasing.Here,the types and contamination status of main mycotoxins in grain andoil crops,and environmental factors that worsen mycotoxin contamination were summarized.Additionally,prevention and control measures,particularly the biological prevention and control technology,for mycotoxin contamination during the different growth periods of grain andoil crops were proposed along with the mode and type of contamination.Keywords：grain and oil crop;toxin contamination;control measure收稿日期：2022-10-24录用日期：2022-12-02作者简介：张晶（1998），女，黑龙江人，硕士研究生，从事环境微生物研究。E-mail：*通信作者：姚彦坡E-mail：摘要：真菌毒素是由某些丝状真菌产生的致癌、致畸、致突变的毒性副产物，对玉米、水稻、小麦、花生、大豆和油菜等多种粮油作物具有极大的危害性，严重威胁环境安全、食品安全和人类健康。随着世界人口的急剧增加和主要农作物种植面积的扩大，粮油农产品中的真菌毒素污染有逐年加重的趋势。本文对粮油作物中主要真菌毒素种类及污染现状进行了综述，分析了导致真菌毒素污染加重的环境影响因子，提出了粮油作物不同生长时期真菌毒素污染防控措施，特别是生物防控技术，展望了真菌毒素污染生物防控的作用模式及类型。关键词：粮油作物；毒素污染；控制措施中图分类号：TS201.6文献标志码：A文章编号：1672-2043（2022）12-2680-08doi:10.11654/jaes.2022-1059真菌毒素是由某些丝状真菌（霉菌）产生的有毒次级代谢产物，严重威胁人类和动物健康，浪费食品和动物饲料，阻碍国际贸易。据联合国粮农组织报道，全球每年收获的农作物中约有25%受到了真菌毒素的污染，其中约2%因受到严重污染而失去营养和经济价值，在农业和工业领域造成了数百亿美元的损失。目前，已经鉴定和报告共400余种真菌毒素，全球约有100个国家对食品和饲料中存在的主要真菌毒素设定了限制1。这些真菌毒素具有致癌性、致畸性和诱变性，此外，还发现它们对活细胞、肾脏、生殖系统、免疫系统和中枢神经系统具有损害作用2-4。真菌毒素是欧盟边境拒收通报中提到的主要污染物，而黄曲霉毒素是通报中最常见的特定真菌毒素。在所有已知的真菌毒素中，黄曲霉毒素B1（AFB1）的毒性最强，张晶，等：粮油作物真菌毒素污染现状及控制2022年12月由于其强烈的毒性，被国际癌症研究机构列为类致癌物5。黄曲霉毒素是世界范围内的主要威胁，因为其不仅对农业造成了巨大的经济负担，而且导致了每年数百万例的肝癌病例发生。粮油作物产品是关乎国计民生的重要农产品，其质量安全直接影响国家粮食基本供给、口粮安全、社会稳定和国际粮价等，历来是世界各国关注的重点。真菌毒素是威胁粮油作物产品质量安全的主要危害因子，作为粮油生产大国，我国的情况更为突出，目前其污染面正在逐渐从南向北扩大。真菌毒素作为低分子量化合物，它们可以通过污染植物性产品直接进入食物链，也可以通过食物上产毒真菌的间接污染进入食物链6。真菌毒素可在玉米、谷物、大豆、高粱、花生和其他粮油作物的田间和运输储藏过程中积累。我国农民的粮食储备量约占全国粮食总产量的50%，约2.5亿t。据国家粮食局抽样调查，全国农民库存粮食平均损失率约为8%，年均损失量约为400亿kg，而造成损失的主要原因是霉菌毒素污染（约占30%）7。因此控制或消除这些真菌及其毒性代谢物一直是人们关注的重点。目前，利用生物控制策略在控制和减少作物真菌毒素污染方面是非常有效的且具有巨大的潜力8-9，被广泛认为是替代化学杀菌剂控制植物病原体的安全和有效的方式。本文综述了近年来真菌毒素在粮油作物中的污染现状及生物防控方面的研究进展。1粮油作物真菌毒素污染现状及危害一般来说，所有的作物都可能受到霉菌和真菌毒素的污染，而真菌毒素更是广泛污染玉米、花生、油菜、水稻等粮油作物产品，对人类和家畜健康造成严重威胁。人们最早对真菌毒素的认识源于食物中毒，1960年英格兰十万火鸡事件使人们首次发现了黄曲霉毒素。在众多真菌毒素中，只有少数毒素会经常污染食品和动物饲料，粮油作物产品中常见且危害较大的真菌毒素主要包括黄曲霉毒素、赭曲霉毒素、棒曲霉素、玉米赤霉烯酮、伏马毒素、呕吐毒素和T-2毒素等10-14。经过多年来对真菌毒素产生机制、理化性质、毒理学等多方面的深入研究发现，真菌毒素的产生与植物病原真菌的侵染密切相关，目前研究报道较多的主要为曲霉属、青霉属和镰刀菌属真菌，如黄曲霉毒素、赭曲霉毒素和棒曲霉素由多种曲霉和青霉菌产生；玉米赤霉烯酮、伏马毒素、呕吐毒素和T-2毒素主要由禾谷镰刀菌、串珠镰刀菌、拟枝孢镰刀菌和三线镰刀菌等镰刀菌属真菌产生15-18。玉米是世界上种植最广泛的作物之一，被认为是最容易受到真菌毒素污染的作物19，全世界有170多个国家和地区种植玉米，作为世界上产量最高的粮食作物，从1967年到2019年，世界玉米产量从2.72亿t增加到11.1亿t20。从全球来看，约25%的玉米及其产品被不同程度的真菌毒素污染，使真菌毒素成为一个世界性的食品安全和公共卫生问题21。其中黄曲霉毒素是农业中最受关注的真菌毒素之一，黄曲霉是黄曲霉毒素的主要产生菌，并具有和常见作物适宜生长温度接近的特点，经常污染花生、玉米、水稻、棉花等农产品及其衍生产品。而花生是最容易感染黄曲霉的农作物之一22-23。花生富含钙、碳水化合物、脂肪酸、纤维、磷、蛋白质和维生素，具有很高的营养价值和商业价值，是世界上第四大油料作物并被大规模种植，我国花生年产量大约占世界花生产量的 45%以上。粮油作物中的真菌生长和真菌毒素的产生随地理生态区域、耕作方式、加工、运输和储存条件的不同而不同24-25，并存在于世界各地的自然界中，在农业和食品质量安全方面具有特殊意义。真菌毒素的产生、分布、代谢转化受产毒真菌和环境条件的影响，只要有菌源，粮油作物产品在种植、收获、储藏、运输、加工全链条中都可能受到真菌毒素污染，而环境条件更是影响真菌定殖和真菌毒素产生的关键因素。真菌毒素的预防和控制一直是困扰世界各国的难题，如无霉变等明显发病特征，真菌毒素则难以用肉眼识别，并具有隐蔽性强、潜伏期长、多毒素并发等特点，预防和彻底控制难度巨大。2粮油作物真菌毒素污染的环境影响因子气候是驱动真菌定殖和真菌毒素产生的关键因素，而气候变化是复杂多样且相互关联的，这导致了全球的粮食和饲料供应，尤其是粮食安全受到了严重威胁。因此，关注气候变化对真菌毒素产生的影响是极其重要的。由于真菌毒素具有多种毒性并广泛分布在全球的食品和饲料中，因此对真菌毒素进行更严格的控制是世界范围内的必然趋势。然而，不断变化的全球环境为控制和减少真菌毒素的暴露增加了巨大困难。真菌毒素的产生对环境因素非常敏感，因此，当天气发生变化时，产毒真菌的群落将受到影响，更复杂的是，这可能会改变其他微生物在进入干燥和贮藏阶段时的优势地位，毒素污染会发生在运输和储2681农业环境科学学报第41卷第12期存过程中。在发展中国家，干旱压力在粮食安全方面可能尤为重要。例如，在西非和东非，以前种植高粱的边际土地现在已经被耐胁迫的玉米取代，当水分胁迫期到来时，玉米和花生特别容易受到感染26。这导致该类作物在收获前/后受到的真菌毒素污染增加，严重影响了作物的出口能力，也影响了作物的营养质量。在过去十年中，气候变化和粮食安全问题在世界范围内引起了广泛关注，这也导致了对高温、干旱胁迫和CO2浓度升高等气候相关的非生物因素相互作用可能对主要粮食作物真菌致病性和真菌毒素污染的影响的关注27-28。相互作用的环境因素，特别是温度和水分的有效性，在确定真菌定殖和真菌毒素污染方面至关重要。最近的研究表明，水活度、温度、CO2和光照等环境因子对产毒真菌的萌发、生长和毒素产生均有显著影响29-32，大量数据表明，虽然调节真菌生长和次生代谢产物产生的关键因素主要是水的有效性和温度相互作用的结果，但CO2浓度的变化水平改变了真菌对水和温度变化的反应。需要综合考虑干旱胁迫、温度升高和暴露于CO2的浓度的相互作用，这些因素影响并增加了植株在收获前/后被产毒真菌的定殖及真菌毒素的污染。根据预测，到2100年，全球平均温度将增加 4，CO2水平将达到约 1 000 gkg-1 33，此外，预计降雨模式也将发生变化，人类工业活动将导致更多极端干湿循环的发生34-35，其他重要因素包括光线的影响以及昼夜温度的波动，也会影响真菌定殖和毒素污染36-38。目前发生的环境变化正在缓慢但稳步地塑造植物生长与相关真菌疾病之间的关系39-41。与气候变化相关的相互作用条件在未来几十年将变得更加重要，其对粮食安全和食品安全具有巨大的潜在影响。目前关于气候变化对真菌疾病和产毒真菌的实际影响的许多研究和预测还比较有限，主要是基于历史或当前的气候条件数据，考虑了水分有效性和温度之间的相互作用42。探索这些已确定的环境因素（温度、水分和CO2）之间