中國(guó)水稻主產(chǎn)區(qū)產(chǎn)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(fā)表日期：2021-11-12

中國(guó)兩大倉(cāng)庫(kù)稻谷中微生物群落的時(shí)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(fā)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(guó)家糧食與戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備局研究院(Academy of National Food and Strategic Reserves Administration, Beijing, 100037, PR China)

²糧食倉(cāng)儲(chǔ)與物流國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室(National Engineering Laboratory of Grain Storage and Logistics, Beijing, 102209, PR China)

³中國(guó)科學(xué)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(guó)科學(xué)院大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院(College of Life Science, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100049, PR China)

背景

據(jù)FAO統(tǒng)計(jì)，全球糧食受真菌毒素污染的比例高達(dá)25%，由真菌導(dǎo)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(guó)每年因真菌毒素污染造成的糧食損失就達(dá)3100萬(wàn)噸，嚴(yán)重威脅糧食安全及人和動(dòng)物健康。水稻是我國(guó)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(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的共生類(lèi)群，以及表面的附生類(lèi)群，在水稻的生長(zhǎng)發(fā)育以及健康維持等方面發(fā)揮著重要作用。

正文

近期，國(guó)家糧食與物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院唐芳研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院微生物研究所蔡磊研究團(tuán)隊(duì)在食品領(lǐng)域的著名期刊 Food Control 和 Food Research International 上發(fā)表了最新研究成果。通過(guò)調(diào)查中國(guó)水稻主產(chǎn)區(qū)10省份的稻谷微生物與毒素的多樣性及分布，發(fā)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)前收獲期稻谷中的微生物群落呈現(xiàn)顯著地域分布特征，形成了東北、華中和華南三大特征類(lèi)群，東北地區(qū)稻谷真菌多樣性顯著低于華中和華南地區(qū)(圖1)。通過(guò)對(duì)產(chǎn)毒真菌類(lèi)群分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)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(chǎn)赭曲霉毒素的真菌(黑曲霉A. niger)是我國(guó)稻谷上主要的產(chǎn)毒真菌類(lèi)群。這些產(chǎn)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(cè)發(fā)現(xiàn)黃曲霉毒素的分布與產(chǎn)毒真菌分布結(jié)果高度一致，在華中和華南局部地區(qū)黃曲霉毒素檢出率相對(duì)高，而東北地區(qū)大部分樣品未有檢出。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，冬季平均氣溫、年平均降雨量以及稻谷水分含量是影響產(chǎn)毒真菌多樣性和分布主要因素。此外，通過(guò)黃曲霉毒素和菌群關(guān)聯(lián)性分析還發(fā)現(xiàn)Clonostachys, Hannaella, Leptosphaerulina, Leptosphaeria, Phaeosphaeria, Sarocladium, Sphaerulina, Wallemia 和 Ustilaginoidea等類(lèi)群的真菌可能具有潛在的抑制產(chǎn)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(jié)構(gòu)差異

A. 在中國(guó)的采樣點(diǎn)；

B. 不同地區(qū)水稻籽粒真菌多樣性的ACE指數(shù)值；

C. 基于曼哈頓距離差異的水稻真菌群落主坐標(biāo)分析。從不同地區(qū)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(shù)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(jìn)一步揭示入庫(kù)后微生物群落及產(chǎn)毒真菌的動(dòng)態(tài)變化，選擇了我國(guó)南北方各一個(gè)高大平房倉(cāng)進(jìn)行了三年倉(cāng)儲(chǔ)動(dòng)態(tài)跟蹤研究(圖2)。通過(guò)對(duì)真菌營(yíng)養(yǎng)模式分析發(fā)現(xiàn)，真菌群落呈現(xiàn)出顯著的演替特征(圖3)，在稻谷入庫(kù)初期以Alternaria，Cladosporium，和Fusarium等植物病原菌的相對(duì)豐度最高。隨著倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)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(cāng)儲(chǔ)時(shí)間是影響稻谷微生物群落結(jié)構(gòu)主要因素，微生物多樣性隨著倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)間增加而降低，曲霉屬真菌的相對(duì)豐度隨倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)間增加而顯著增加。此外，倉(cāng)儲(chǔ)溫度和稻谷水分含量是影響倉(cāng)儲(chǔ)稻谷微生物群落結(jié)構(gòu)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(xiàn)出表層＞中層＞下層的分布特點(diǎn)。

圖 2 南北方糧庫(kù)示意圖

A,B,D,E. 遼寧(A,B)和重慶(D,E)儲(chǔ)糧狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)和儲(chǔ)糧采樣點(diǎn)的糧倉(cāng)及溫度傳感器分布；

C,F 遼寧(C)和重慶(F)大型倉(cāng)庫(kù)不同糧層的溫度變化。

圖 3 微生物群落隨倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)間變化圖

A,B. 不同地區(qū)不同貯藏時(shí)期稻谷細(xì)菌群落(A)和真菌群落(B)的豐富度指數(shù)值。CQN、LNN(重慶和遼寧倉(cāng)庫(kù)收獲后的樣品)；CQ1、LN1(樣品在重慶和遼寧倉(cāng)庫(kù)存放一年)；CQ2、LN2(樣品在重慶和遼寧倉(cāng)庫(kù)存放兩年)；

C. 不同儲(chǔ)存年份和不同谷物層的細(xì)菌群落的香農(nóng)多樣性指數(shù)變化；

D. 真菌群落在不同儲(chǔ)存年限和不同層次上的香農(nóng)多樣性指數(shù)值變化；

E. 基于曼哈頓距離差異的水稻籽粒細(xì)菌群落主坐標(biāo)分析(PCoA)；

F. 基于曼哈頓距離差異的稻谷真菌群落主坐標(biāo)分析(PCoA)。從不同地區(qū)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(lán)色圓圈。

G. 基于與FUNGuild數(shù)據(jù)庫(kù)的比較，水稻籽粒真菌群落中分配給真菌類(lèi)群的營(yíng)養(yǎng)模式和群落的相對(duì)豐度。

以上工作從總體上拓展了對(duì)稻谷微生物多樣性的認(rèn)識(shí)，揭示了中國(guó)水稻主產(chǎn)區(qū)的稻谷從田間收獲到倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)的微生物群落組成及動(dòng)態(tài)變化，揭示了產(chǎn)毒真菌的地理分布特征、以及隨倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化，提出了抑制黃曲霉毒素發(fā)生的生物和非生物防治的建議，為稻谷從收獲到儲(chǔ)藏環(huán)節(jié)的真菌毒素污染預(yù)警與精準(zhǔn)防控提供了基礎(chǔ)理論和數(shù)據(jù)支撐，也為從源頭遏制黃曲霉毒素的產(chǎn)生提供了新思路。國(guó)家糧食與物資儲(chǔ)備局科學(xué)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFD0401003-2和2019YFC1605303-02)和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略生物資源(KFJ-BRP-009)項(xiàng)目資助。相關(guān)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(zé)編：馬騰飛 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)

審核：劉永鑫 中科院遺傳發(fā)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(jié)

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?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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