生物防治对硬质小麦穗粒和茎中真菌毒素浓度及真菌群落的影响

为什么这关系到你的餐盘

硬质小麦是意面、库斯库斯和许多主食的基础，但它不断受到显微真菌的侵袭，这些真菌会破坏收成并使谷粒含有有毒化合物。本研究探讨了一种天然存在的酵母喷洒在小麦植株上，是否能帮助控制这些真菌及其毒素。此项工作不仅对试图保护产量的农民重要，也关系到关心小麦制品安全与质量的所有人。

小麦植株上的微小攻击者

田间的硬质小麦周围存在一个丰富的真菌群落，有些无害，有些则非常有害。其中最具破坏性的是镰刀菌属（Fusarium），引起称为赤霉的病害。受感染的小麦穗会变得苍白并萎缩，真菌产生真菌毒素——这些小分子既会危害动植物，也能抑制竞争微生物。其他真菌，如黑穗菌属（Alternaria），会使籽粒染色并产生另一类令人担忧的毒素。由于这些生物可从植株生长早期一直感染到成熟，农民在生长季中面临长期风险窗口。

测试作为活体屏障的友好酵母

研究者在波兰东北部布置了为期两年的田间试验，测试一种生物防治方法。在开花期，他们用不同剂量和时机喷施有益酵母Debaryomyces hansenii，并在部分地块接种了侵染性较强的镰刀菌菌株以加剧病压。对植株健康、穗粒产量和真菌感染进行了细致评分。科学家还使用先进的DNA测序绘制谷粒和茎中真菌物种的分布图，并采用最先进的化学分析测量数十种真菌毒素。这种组合使他们不仅能看到小麦外观是否更健康，还能了解整个微观群落及其化学指纹如何变化。

酵母能做什么，不能做什么

喷施酵母在重要方面确有帮助。最密集的处理——两次较高剂量的施用——在最严重的那一年将小麦穗的赤霉病严重度降低了近80%。谷粒中若干关键镰刀菌毒素的水平，尤其是呕吐毒素（deoxynivalenol，常称为DON）及其相关化合物，与未处理且受感染的植株相比下降了约一半。其他一些镰刀菌产生的化合物和某些Alternaria毒素也有所减少。然而，酵母并未阻止镰刀菌定殖谷粒；有害物种仍以相似频率存在。在后来出现坏死的植株茎秆和根区，镰刀菌仍然丰富，茎组织中的毒素水平在病株中远高于健康植株。

隐性真菌群落的变化

通过分析真菌DNA，研究团队发现致病真菌在谷粒和茎的微观群落中占主导地位。Alternaria物种尤其常见，多种Fusarium及其近缘物种也存在。酵母处理并未显著降低像Fusarium和Alternaria等主要病原体的总体比例。相反，它明显提升了谷粒上天然存在的酵母的多样性和丰度。在茎中，致病真菌仍约占检测到的真菌单元的三分之二，尤其在病株的上部茎段更为突出，而酵母在上部茎段比靠近基部更常见。这些模式表明，所引入的酵母是加入了一个拥挤且竞争激烈的生态系统，许多驻留物以及它们产生的毒素都会削弱酵母的影响。

为何轮作与早期感染仍然重要

研究还表明，在前茬也是硬质小麦的情况下情况更糟。在这种连作情形下，根和下部茎的感染增加，尤其是来自Fusarium avenaceum的感染，导致广泛的坏死和冠腐症状。一旦这些早期感染建立，后期对叶面喷施的酵母就无法挽救茎部病害，尽管它改善了穗部健康并降低了谷粒中的毒素水平。这强调了对穗部的任何生物喷雾只是防治拼图的一部分，轮作以及土传真菌的管理仍然至关重要。

关于食品安全和农业的结论

对非专业读者来说，主要结论是：友好酵母可以显著降低某些毒素并减轻穗部的可见病害，但它并不能完全替代植株上的有害真菌。把它看作是部分的生物过滤而非完全的防护罩。酵母有助于通过降低毒素负荷使谷粒更安全，但早期根茎感染和常驻真菌群落仍对植株健康有重要影响。为了使用于制作意面的硬质小麦既高产又安全，农民可能需要将此类生物处理与合理的轮作和其他覆盖病原生命周期的病害管理工具结合使用。

引用: Wachowska, U., Sulyok, M., Wiwart, M. et al. The effect of biological control on mycotoxin concentrations and the mycobiome in durum wheat grain and stems. Sci Rep 16, 10197 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40947-z

关键词: 硬质小麦, 赤霉病（Fusarium head blight）, 真菌毒素, 生物防治, 酵母处理