中國水稻主產區產毒真菌的分布

Distribution of mycotoxin-producing fungi across major rice production areas of China

Food Control [IF: 5.548]

DOI：https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2021.108572

發表日期：2021-11-12

中國兩大倉庫稻谷中微生物群落的時空變化

Temporal and spatial variation of microbial communities in stored rice grains from two major depots in China

Food Research International [IF: 6.475]

DOI：https://doi.org/10.1016/j.foodres.2021.110876

發表日期：2021-11-09

第一作者：Zhihui Qi(祁智慧)^1,2,Xin Zhou(周欣)^3,4

通訊作者：Lei Cai(蔡磊)(cail@im.ac.cn)^3,4, Fang Tang(唐芳)(tf@ags.ac.cn)^1,2

主要單位：

¹國家糧食與戰略儲備局研究院(Academy of National Food and Strategic Reserves Administration, Beijing, 100037, PR China)

²糧食倉儲與物流國家工程實驗室(National Engineering Laboratory of Grain Storage and Logistics, Beijing, 102209, PR China)

³中國科學院微生物研究所(State Key Laboratory of Mycology, Institute of Microbiology, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100101, PR China)

⁴中國科學院大學生命科學學院(College of Life Science, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100049, PR China)

背景

據FAO統計，全球糧食受真菌毒素污染的比例高達25%，由真菌導致的糧食霉變和毒素污染已成為影響糧食安全的主要因素之一。我國每年因真菌毒素污染造成的糧食損失就達3100萬噸，嚴重威脅糧食安全及人和動物健康。水稻是我國最重要的主糧作物，約65%的人口以大米為主食。稻谷微生物包括與宿主植物長期進化過程中形成的共生類群，以及表面的附生類群，在水稻的生長發育以及健康維持等方面發揮著重要作用。

正文

近期，國家糧食與物資儲備局科學研究院唐芳研究團隊聯合中國科學院微生物研究所蔡磊研究團隊在食品領域的著名期刊 Food Control 和 Food Research International 上發表了最新研究成果。通過調查中國水稻主產區10省份的稻谷微生物與毒素的多樣性及分布，發現倉儲前收獲期稻谷中的微生物群落呈現顯著地域分布特征，形成了東北、華中和華南三大特征類群，東北地區稻谷真菌多樣性顯著低于華中和華南地區(圖1)。通過對產毒真菌類群分析，發現產黃曲霉毒素的真菌(如黃曲霉菌A. flavus和寄生曲霉 A. parasiticus)以及產赭曲霉毒素的真菌(黑曲霉A. niger)是我國稻谷上主要的產毒真菌類群。這些產毒真菌在華中和華南樣品中豐度較高，而在東北樣品中較少。檢測發現黃曲霉毒素的分布與產毒真菌分布結果高度一致，在華中和華南局部地區黃曲霉毒素檢出率相對高，而東北地區大部分樣品未有檢出。進一步研究發現，冬季平均氣溫、年平均降雨量以及稻谷水分含量是影響產毒真菌多樣性和分布主要因素。此外，通過黃曲霉毒素和菌群關聯性分析還發現Clonostachys, Hannaella, Leptosphaerulina, Leptosphaeria, Phaeosphaeria, Sarocladium, Sphaerulina, Wallemia 和 Ustilaginoidea等類群的真菌可能具有潛在的抑制產毒菌或降解黃曲霉毒素的能力。

圖 1 稻谷樣品分布、真菌多樣性和群落結構差異

A. 在中國的采樣點；

B. 不同地區水稻籽粒真菌多樣性的ACE指數值；

C. 基于曼哈頓距離差異的水稻真菌群落主坐標分析。從不同地區采集的樣本以不同顏色顯示：SE代表東南部(粉紅色)；NE代表東北(綠色)；SW代表西南(青色)；

D. 不同省份水稻真菌多樣性ACE指數值。AH(安徽)、HB(湖北)、FJ(福建)、HLJ(黑龍江)、JL(吉林)、LN(遼寧)、CQ(重慶)、GX(廣西)、SC(四川)。

為進一步揭示入庫后微生物群落及產毒真菌的動態變化，選擇了我國南北方各一個高大平房倉進行了三年倉儲動態跟蹤研究(圖2)。通過對真菌營養模式分析發現，真菌群落呈現出顯著的演替特征(圖3)，在稻谷入庫初期以Alternaria，Cladosporium，和Fusarium等植物病原菌的相對豐度最高。隨著倉儲時間的增加，植物病原菌逐漸被Aspergillus和Penicillium等耐旱型腐生菌所替代。倉儲時間是影響稻谷微生物群落結構主要因素，微生物多樣性隨著倉儲時間增加而降低，曲霉屬真菌的相對豐度隨倉儲時間增加而顯著增加。此外，倉儲溫度和稻谷水分含量是影響倉儲稻谷微生物群落結構的重要因素。糧堆不同深度溫度差異使其微生物群落也顯著不同，其中曲霉屬真菌的豐度呈現出表層＞中層＞下層的分布特點。

圖 2 南北方糧庫示意圖

A,B,D,E. 遼寧(A,B)和重慶(D,E)儲糧狀態檢測系統和儲糧采樣點的糧倉及溫度傳感器分布；

C,F 遼寧(C)和重慶(F)大型倉庫不同糧層的溫度變化。

圖 3 微生物群落隨倉儲時間變化圖

A,B. 不同地區不同貯藏時期稻谷細菌群落(A)和真菌群落(B)的豐富度指數值。CQN、LNN(重慶和遼寧倉庫收獲后的樣品)；CQ1、LN1(樣品在重慶和遼寧倉庫存放一年)；CQ2、LN2(樣品在重慶和遼寧倉庫存放兩年)；

C. 不同儲存年份和不同谷物層的細菌群落的香農多樣性指數變化；

D. 真菌群落在不同儲存年限和不同層次上的香農多樣性指數值變化；

E. 基于曼哈頓距離差異的水稻籽粒細菌群落主坐標分析(PCoA)；

F. 基于曼哈頓距離差異的稻谷真菌群落主坐標分析(PCoA)。從不同地區采集的組以不同的顏色顯示，其中重慶樣本為粉紅色圓圈，遼寧樣本為藍色圓圈。

G. 基于與FUNGuild數據庫的比較，水稻籽粒真菌群落中分配給真菌類群的營養模式和群落的相對豐度。

以上工作從總體上拓展了對稻谷微生物多樣性的認識，揭示了中國水稻主產區的稻谷從田間收獲到倉儲環節的微生物群落組成及動態變化，揭示了產毒真菌的地理分布特征、以及隨倉儲過程的動態變化，提出了抑制黃曲霉毒素發生的生物和非生物防治的建議，為稻谷從收獲到儲藏環節的真菌毒素污染預警與精準防控提供了基礎理論和數據支撐，也為從源頭遏制黃曲霉毒素的產生提供了新思路。國家糧食與物資儲備局科學研究院助理研究員祁智慧和中科院微生物所助理研究員周欣為該論文的共同第一作者。該研究受到國家重點研發計劃(2016YFD0401003-2和2019YFC1605303-02)和中國科學院戰略生物資源(KFJ-BRP-009)項目資助。相關文章鏈接：(1)https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2021.108572 和(2)https://doi.org/10.1016/j.foodres.2021.110876

編譯：周欣 中科院微生物所

責編：馬騰飛 南京農業大學

審核：劉永鑫 中科院遺傳發育所

Reference

Zhihui Qi,Xin Zhou,Lin Tian,Haiyang Zhang,Lei Cai,Fang Tang.Distribution of mycotoxin-producing fungi across major rice production areas of China. Food Control 134 (2022) 108572. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2021.108572

Zhihui Qi,Xin Zhou,Lin Tian,Haiyang Zhang,Lei Cai,Fang Tang.Distribution of mycotoxin-producing fungi across major rice production areas of China. Food Research International 152 (2022) 110876. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2021.110876

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的国家粮食与物资储备局揭示中国稻谷产毒真菌分布及仓储动态变化的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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