纳米技术控制黄曲霉和增殖镰刀菌：氧化锌纳米颗粒对真菌生长和霉菌毒素生物合成的抑制

为何更安全的谷物至关重要

玉米是世界上最重要的主食之一，为全球人类和牲畜提供食物。然而，这种常见谷物可能隐匿地携带有毒霉菌，损害肝脏、削弱免疫系统，甚至促进癌症。传统的化学处理虽然能抑制真菌，但可能留下残留物并带来环境担忧。本研究探讨了来自纳米技术的新方案：使用微小的氧化锌颗粒，阻止危险真菌的生长并抑制其在玉米体系中产生毒素。

微小颗粒，大作用

研究者关注两种常见污染玉米的罪魁祸首：产生黄曲霉毒素的Aspergillus flavus和产生玉米赤霉烯酮（注：文中为fumonisin B1，即伏马毒素B1）的Fusarium proliferatum。这些毒素是已知的最有害的食品污染物之一。团队没有使用传统杀菌剂，而是制备了氧化锌纳米颗粒——超小的棒状晶体，这种材料已在防晒霜、涂层和食品包装中应用。通过微波辅助加热，他们制得高纯度、形态良好的氧化锌纳米棒，并用X射线衍射和电子显微镜等工具仔细检测其尺寸、形状和结构。

真菌如何被抑制

为检验这些纳米棒的抗真菌能力，科学家将两种霉菌暴露于不同浓度的纳米颗粒。在150 ppm（百万分之150）这一相对低的水平下，颗粒将A. flavus的生长抑制了约四分之三，并几乎完全抑制了F. proliferatum的生长。相比之下，在相同条件下常规的锌盐并无此效果。对处理后真菌的高倍成像显示菌丝萎缩、塌陷并且孢子形成紊乱，表明纳米颗粒对真菌细胞造成了物理损伤并干扰了其繁殖能力。

让隐匿的毒素沉默

比生长减缓更令人注目的是毒素生成的变化。在相同的150 ppm条件下，氧化锌纳米颗粒几乎完全抑制了黄曲霉毒素的形成——使两种主要黄曲霉毒素降低了99–99.9%——并将伏马毒素B1的水平降低了约85%。对培养液的化学分析显示，处理样本中的毒素信号几乎消失。毒素的大幅下降超过了仅由真菌生物量减少所能解释的范围，这表明纳米颗粒可能干扰了真菌合成次生代谢产物的内部机制，而不仅仅是通过饥饿或杀灭来起作用。

对作用机理的线索

团队讨论了这些颗粒可能协同起效的几种互联机制。纳米棒表面可以产生高活性的活性氧，这会对真菌细胞施加氧化应激。同时，锌离子可能从颗粒中溶出，干扰细胞膜和信号传导过程。尖锐的纳米棒与真菌表面的直接接触也可能进一步破坏细胞壁和营养摄取。这些应激共同可能扰乱控制毒素生成通路的基因调控系统，导致黄曲霉毒素和伏马毒素的产生在全部真菌生物量被消除之前就已崩溃。

更安全食品的前景与注意事项

由于氧化锌在某些用途中已被归类为一般认为安全的物质，作者认为这些纳米颗粒可作为食品和饲料保护的有前景工具，尤其适合用于涂层、包装或粮食存储系统，在那里它们可以作为固定的防霉屏障发挥作用。其同时抑制真菌及其毒素的双重作用相比许多只解决单一问题的现有方法具有明显优势。但研究也强调，任何真实世界的应用必须考虑长期安全性和环境影响，例如纳米颗粒在土壤、水体和食物链中的行为。通过谨慎控制剂量、采用将颗粒固定化的智能包装设计以及进行全面的毒理学测试，氧化锌纳米颗粒有望成为一种更可持续的策略，用以保护玉米和其他食品免受隐形真菌威胁。

引用: Hassan, E.A., Kilany, A.H.A.M., Mahmoud, A.L.E. et al. Nano-enabled Control of A. flavus and F. proliferatum: inhibition of fungal growth and mycotoxin biosynthesis by zinc oxide nanoparticles. Sci Rep 16, 14428 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-50553-8

关键词: 霉菌毒素, 氧化锌纳米颗粒, 玉米安全, 食品纳米技术, 抗真菌控制