《Toxins》：Pre-Harvest Agronomic Reduction in Fusarium Mycotoxins in Winter Barley: Effects of Agrotechnical Intensity on Grain Mycobiome, DON/ZEN and Feed-Quality Traits
Sylwia Barbara Okorska,
Magdalena Serafin-Andrzejewska,
Agnieszka Pszczó?kowska,
Agnieszka Falkiewicz,
Marcin W?odarczyk,
Mengcen Wang,
Adam Okorski and
Marcin Kozak
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为解决镰刀菌毒素污染威胁大麦饲料安全与品质的问题，本研究通过考察不同农艺强度对七种冬大麦品种的籽粒真菌群落、脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）、玉米赤霉烯酮（ZEN）含量及饲料品质性状的影响。研究发现，增强型农艺措施（A2水平）可提高产量和蛋白质含量，同时降低DON浓度和特定真菌类群丰度。这表明，综合农艺管理不仅能提升产量与品质，还能有效抑制有害真菌、减少毒素积累，为保障饲料安全和实现可持续农业提供了重要的实践依据。
在农业生产中，确保谷物饲料的安全与品质是一项持续挑战。其中，由镰刀菌（Fusarium）等真菌产生的霉菌毒素，如脱氧雪镰刀菌烯醇（DON，Deoxynivalenol）和玉米赤霉烯酮（ZEN，Zearalenone），是威胁动物健康乃至通过食物链影响人类安全的重要污染物。这些毒素不仅会降低饲料营养价值，导致动物采食量下降、呕吐、腹泻甚至生殖系统问题，还会在谷物贮藏过程中因真菌活动而进一步积累。冬大麦（Hordeum vulgareL.）作为一种重要的饲料、食品和酿造原料作物，其产量和品质深受镰刀菌赤霉病（Fusarium head blight, FHB）的影响。传统上，人们多关注收获后储存条件的控制，但作物在田间生长期间，其籽粒所携带的“真菌群落”（即籽粒真菌组，mycobiome）的初始构成，实际上为后续的贮藏稳定性和毒素积累埋下了伏笔。那么，在收获前，能否通过调整农艺管理措施，从源头上塑造更健康的籽粒真菌群落，从而抑制有害真菌、减少毒素污染，并同时提升大麦的产量和饲料品质呢？这项发表在《Toxins》杂志上的研究，正是为了解答这一系列问题而展开。
为了探究农艺管理强度对冬大麦籽粒真菌群落、霉菌毒素含量及饲料品质性状的综合性影响，研究团队在2018/2019和2019/2020两个生长季，于波兰弗罗茨瓦夫环境与生命科学大学的试验田开展了田间试验。研究采用了裂区设计，设置了两个农艺水平（基础水平A1与强化水平A2）和七个冬大麦品种。A2水平整合了更高的氮肥施用量、两次杀菌剂施用、生长调节剂和微量元素叶面肥，而A1水平仅进行基础氮肥施用。收获后，研究人员对籽粒的产量构成（如产量、千粒重）、品质指标（蛋白质、粗纤维含量）以及DON和ZEN的浓度进行了测定。同时，通过经典的微生物分离培养和形态学鉴定方法，对籽粒携带的真菌进行了分离、鉴定和分类，并将其划分为种子传播病原真菌（STP_F）、降低籽粒品质的真菌（RGQ_F）、贮藏真菌（S_F）和无害真菌（NDE_F）等功能类别。随后，研究计算了各真菌类群的多种生物多样性指数（如相对频率Rf、优势度指数Y和λ、物种丰富度S、Margalef指数D'、Shannon-Wiener指数H'），并利用方差分析和斯皮尔曼秩相关分析，深入探讨了农艺措施、真菌群落、霉菌毒素及籽粒性状之间的复杂关系。
2.1. 产量结构组分
研究发现，农艺水平和品种均显著影响产量和籽粒品质。强化农艺水平（A2）显著提高了千粒重和产量，其中品种Jakubus的产量最高。在蛋白质含量方面，A2水平也促进了蛋白质的积累，品种Quadriga的蛋白质含量最高。然而，农艺水平对粗纤维含量无显著影响。相关性分析表明，产量与蛋白质含量呈正相关，而与粗纤维含量呈负相关。
2.2. 霉菌毒素含量
霉菌毒素分析显示，DON的积累可能受到农艺水平的影响。在基础农艺水平（A1）下，各品种的DON平均浓度更高；而强化水平（A2）则有助于降低DON含量。在不同品种中，Antonella的DON污染最严重，而Jakubus和KWS Astaire的污染最轻。ZEN的总体含量较低，且年份间波动较大，但所有样品中的DON和ZEN含量均未超过欧盟标准。值得注意的是，DON浓度与产量呈负相关，即在低产地块中观察到更高的DON含量。
2.3. 籽粒真菌学分析
从籽粒中总共分离到1351株真菌。籽粒真菌群落以链格孢（Alternaria alternata）、禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）、禾旋孢腔菌（Bipolaris sorokiniana）和青霉属（Penicillium）真菌为主。强化农艺水平（A2）使分离到的真菌总数减少了约15.5%，在高产品种Jakubus中甚至减少了27.7%。生物多样性指数分析表明，降低籽粒品质的真菌（RGQ_F）在群落中占主导地位。对于Jakubus品种，A2水平降低了其种子传播病原真菌（STP_F）和降低品质真菌（RGQ_F）的生物多样性，同时增加了无害真菌（NDE_F）的多样性。
统计分析进一步揭示了真菌群落与农艺性状间的关联。降低籽粒品质真菌（RGQ_F）的高优势度指数（λ）与较低的籽粒蛋白质含量显著负相关。同时，产量与种子传播病原真菌（STP_F）的物种丰富度（S）呈负相关，也与降低品质真菌（RGQ_F）的优势度（Y）、Margalef指数（D'）和Shannon-Wiener指数（H'）呈负相关。此外，DON和ZEN的污染水平与降低品质真菌（RGQ_F）和贮藏真菌（S_F）的多种生物多样性指数呈正相关。
3. 讨论与结论
本研究的讨论部分首先强调了综合农艺管理对实现冬大麦高产优质的重要性。强化农艺措施（A2）通过整合高氮施肥、杀菌剂、生长调节剂和微量元素，有效提升了籽粒产量和蛋白质含量，印证了现代农艺实践的价值。研究突破了传统的“单一病原-单一病害”范式，从“真菌群落”和“病理生物组”（pathobiome）的生态视角审视病害发生。籽粒在收获时即已被特定的田间真菌群落定殖，其中以镰刀菌属为代表的、降低品质的真菌（RGQ_F）占据主导，这直接关联到后续贮藏期间的品质变化和毒素风险。
研究发现，强化农艺措施不仅提高了产量和品质，还改变了籽粒真菌群落的组成，减少了有害真菌的丰度，从而降低了主要霉菌毒素DON的积累。这提示，通过农艺干预在收获前塑造一个更健康的籽粒真菌群落，是控制毒素的可行策略。研究揭示了真菌群落生物多样性指数与农艺性状之间的具体量化关系：例如，降低品质真菌（RGQ_F）的优势度（λ）与蛋白质含量负相关；其多种生物多样性指数（Y, D', H'）与产量负相关。这些关联为通过监测真菌群落来预测产量和品质潜力提供了新的生物指标。
综上所述，这项研究系统阐明了农艺管理强度、冬大麦籽粒真菌群落结构、霉菌毒素污染及饲料品质性状之间的内在联系。其重要意义在于：实践上，为农业生产者提供了一套可行的综合农艺方案（强化施肥与植保套餐），可在提升产量和蛋白质含量的同时，从源头上抑制有害真菌、降低DON污染，兼顾经济效益与饲料安全。理论上，研究超越了单一病原菌视角，将籽粒视为一个动态的微生物生态系统，并量化了其群落特征与作物表型的关键关联，为发展基于微生物组管理的植物保护新策略奠定了科学基础。未来研究可进一步解析农艺套餐中各个单项措施（如氮肥、杀菌剂）对真菌群落和毒素积累的独立贡献，以优化资源投入，实现更加精准、可持续的农业管理。
