《Physiological and Molecular Plant Pathology》：Activity of curcumin and tetrahydrocurcumin against Phytophthora palmivora, the causal agent of root and stem rot disease in durian
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姜黄素及其衍生物四氢姜黄素对番荔枝根腐病菌的抑菌活性及细胞损伤机制研究，体外实验显示两者均显著抑制菌丝生长（抑制率86.02%-96.83%）和孢子萌发（抑制率52.97%-85.89%），显微分析揭示细胞膜破坏和器官解体等关键致病阶段受阻。
苏克里塔·贾尼亚德（Sukritta Janiad）|阿努拉格·桑帕帕奥（Anurag Sunpapao）|瓦奇拉蓬·阿贾瓦科姆（Vachiraporn Ajavakom）|瓦拉卢克·恰伊乔普（Waraluck Chaichompoo）|苏蒂万·温努（Suttiwan Wunnoo）|查纳维·贾卡瓦潘皮塔克（Chanawee Jakkawanpitak）|基蒂亚·埃克查文（Kitiya Ekchaweng）
泰国宋卡王子大学（Prince of Songkla University）理学院健康与应用科学系，宋卡 90110
摘要
榴莲（Durio zibethinus L.）是东南亚一种高价值的热带水果作物，其产量受到由Phytophthora palmivora引起的根腐病和茎腐病的严重限制。因此，迫切需要可持续的疾病管理策略来减少对合成杀菌剂的依赖。在本研究中，评估了从姜黄（Curcuma longa L.）中提取的姜黄素（curcumin）及其氢化衍生物四氢姜黄素（tetrahydrocurcumin，简称THC）抑制Phytophthora palmivora感染的能力。通过体外和体内实验测试了姜黄素和THC的抗卵菌活性。结果表明，250 mg/L浓度的姜黄素和THC分别抑制了86.02%和96.83%的菌丝生长，其半数有效浓度（ED50）分别为62.75 mg/L和38.26 mg/L。显微镜分析显示，受处理的菌丝出现明显的形态异常，包括菌丝扭曲、表面粗糙、质膜破坏、细胞质紊乱以及细胞器完整性丧失。姜黄素和THC还显著抑制了游动孢子的萌发，抑制率分别为85.89%和52.97%。离体叶片实验表明，这两种化合物均显著减少了病斑的发展，姜黄素和THC的抑制率分别约为60.8%和72.3%。总体而言，这些发现表明姜黄素和THC对Phytophthora palmivora具有阶段依赖性的抑制作用，其中姜黄素在抑制游动孢子萌发方面更为有效，而THC在抑制菌丝生长方面表现更强，两者在减少疾病发展方面具有相当的效力。这些结果突显了它们作为天然抗卵菌剂在可持续管理榴莲根腐病和茎腐病方面的潜力。
引言
榴莲（Durio zibethinus L.），被誉为“水果之王”，是一种原产于东南亚的主要热带水果作物，因其独特的风味、奶油般的质地、浓郁的香气和带刺的外皮而备受重视[1]、[2]。该作物在该地区广泛种植，泰国是全球最大的生产和出口国[3]。泰国的榴莲种植始于19世纪初，主要分布在东部和南部地区，这两个地区的收获季节不同。在已知的100多个品种中，Monthong品种在全球市场上占据主导地位，但它极易受到Phytophthora palmivora的感染[4]、[5]、[6]。虽然这些地区的温暖潮湿气候有利于榴莲的生长，但也促进了植物病原体的发展和传播。
Phytophthora palmivora是导致榴莲根腐病、茎腐病和果实腐病的主要病原体，同时还会感染许多重要的热带作物，包括可可、柑橘、兰花、棕榈和橡胶[7]、[8]。它可以在榴莲的多个生长阶段进行感染，并侵入多种植物组织。受感染的根和茎会变成深棕色至黑色，根部腐烂，树干基部的树皮也会坏死，从而影响水分和养分的吸收[4]。这些症状会导致严重的产量损失，并对榴莲种植造成重大经济损失[9]。作为一种半生物营养型卵菌，Phytophthora palmivora可以在土壤和植物残体中存活多年。它的孢子囊会产生大量可游动的游动孢子，这些孢子能在水中游动，特别是在雨季和高湿度条件下，加速了疾病的传播，使得一旦感染后很难控制[1]、[10]。
全球气候变化延长了雨季并提高了湿度，为病原体的生长和传播创造了有利条件[11]、[12]。因此，作物产量下降，给农民带来了巨大的经济损失。化学杀菌剂仍然是控制榴莲根腐病和茎腐病的主要手段。常用的杀菌剂包括甲霜灵（metalaxyl）、膦酸酯类（phosphonates）、福美双（fosetyl-aluminium）、二甲氧菌灵（dimethomorph）和代森锰锌（mancozeb）[9]、[13]、[14]。
然而，长期大量使用杀菌剂导致了病原体抗性的产生[8]、[9]、[15]。在泰国，已经报告了Phytophthora palmivora对甲霜灵、福美双和代森锰锌的抗性增加[9]、[14]。这迫使人们增加杀菌剂的使用量或采用更强的杀菌剂，但这对有益的土壤微生物群产生了负面影响，加剧了环境污染，并通过杀菌剂残留物对生产者和消费者构成了健康风险[16]、[17]、[18]。
农产品中较高的杀菌剂残留水平也成为了贸易壁垒，对泰国的榴莲出口产生了负面影响。在这种情况下，天然产物成为化学农药的替代品，为病原体控制提供了可持续的解决方案[19]。生物农药或生物杀菌剂中的活性成分天然来源于植物，能够快速降解，不会破坏生态平衡[20]。这种方法有助于改善疾病管理、提高产品质量、增加消费者接受度，并促进环境可持续农业的发展。
姜黄（Curcuma longa L.; 姜科）长期以来因其抗氧化、抗炎、抗菌和抗癌特性而被用于传统医学[21]、[22]。其根茎中含有三种主要的姜黄素类化合物——姜黄素（75%）、去甲氧姜黄素（20%）和双去甲氧姜黄素（5%）[22]。姜黄素（diferuloylmethane）是一种主要的黄橙色多酚，具有广泛的生物活性，包括抗菌、抗真菌、抗病毒、抗寄生虫、抗氧化和抗癌作用[23]、[24]、[25]。姜黄提取物和姜黄素对多种植物病原真菌（如Botrytis cinerea、Fusarium graminearum、Fusarium chlamydosporum、Mycogone perniciosa、Penicillium pallidum、Rhizopus oryzae、Cladosporium cladosporioides、Colletotrichum higginsianum、Colletotrichum coccodes、Colletotrichum gloeosporioides、Colletotrichum acutatum [25]、[26]、[27]、[28]、[29]以及卵菌（如Phytophthora cactorum和P. cinnamomi [30]）表现出抗真菌活性。研究表明，在温室条件下，500 mg/L浓度的姜黄素可以抑制P. infestans [31]。四氢姜黄素（THC）作为姜黄素的氢化衍生物，具有更好的溶解性、化学稳定性和生物利用度以及抗氧化能力[32]、[33]、[34]、[35]、[36]，但其抗真菌潜力尚未得到充分研究[37]、[38]。最近的研究表明，THC对Fusarium proliferatum具有抗真菌作用[39]，当封装在多糖基质中时对F. graminearum的抑制效果更强[40]，其喹啉和氨基酸衍生物也显示出显著的抗菌效果[41]、[42]、[43]。
尽管取得了这些进展，但姜黄素和THC对导致榴莲根腐病和茎腐病的Phytophthora palmivora的有效性仍需进一步研究。本研究评估了它们在体外的抗卵菌活性、体内的效果以及通过显微镜分析观察到的细胞影响，表明姜黄类化合物是榴莲种植中替代化学杀菌剂的具有前景的生物控制剂。
从姜黄中提取、纯化和鉴定姜黄素类化合物的方法
使用柱层析法纯化了来自泰国曼谷Thai-China Flavours and Fragrances Industry的粗姜黄提取物粉末。提取物溶解在二氯甲烷中，并与硅胶混合进行分离。使用的层析柱直径为5厘米（长度50厘米），填充了300克硅胶（粒径0.062–0.200毫米）（Sigma?，美国密苏里州圣路易斯）。洗脱过程首先使用80%二氯甲烷和己烷的混合溶剂系统，随后使用100%二氯甲烷。
从姜黄中提取、纯化和鉴定姜黄素类化合物的方法
使用3克粗姜黄提取物进行了三种姜黄素类化合物（姜黄素（Cur）、去甲氧姜黄素（Dmc）和双去甲氧姜黄素（Bdmc）的提取和纯化。最终得到2克姜黄素（77%）、510毫克去甲氧姜黄素（20%）和90毫克双去甲氧姜黄素（3%）。通过核磁共振（NMR）光谱和质谱（MS）对分离出的化合物进行了结构鉴定。1H-NMR光谱与先前报道的数据一致[57]。
讨论
Phytophthora palmivora是榴莲根腐病和茎腐病的主要病原体，导致榴莲生产地区的重大经济损失和生态影响[9]。最近的研究还报告了泰国榴莲种植中出现了对常用杀菌剂（如甲霜灵和二甲氧菌灵）具有抗性的Phytophthora palmivora菌株[8]、[13]、[14]。抗性菌株的出现凸显了现有控制方法的局限性
结论
根据形态特征和ITS rDNA及TUB2序列分析，鉴定出Phytophora palmivora PSU-01为榴莲腐病的致病菌。姜黄素及其氢化衍生物THC对Phytophthora palmivora表现出强大的抗卵菌活性。这两种化合物显著抑制了菌丝生长，并引起了严重的形态和超微结构变化，包括菌丝扭曲、表面变形和细胞器破坏，表明它们对病原体具有显著的抑制作用
生成式AI使用声明
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作者贡献声明
基蒂亚·埃克查文（Kitiya Ekchaweng）：撰写 – 审稿与编辑、验证、概念构思。查纳维·贾卡瓦潘皮塔克（Chanawee Jakkawanpitak）：撰写 – 审稿与编辑、验证。瓦拉卢克·恰伊乔普（Waraluck Chaichompoo）：撰写 – 审稿与编辑、方法学研究、数据分析。苏蒂万·温努（Suttiwan Wunnoo）：撰写 – 审稿与编辑、方法学研究。阿努拉格·桑帕帕奥（Anurag Sunpapao）：撰写 – 审稿与编辑、验证。瓦奇拉蓬·阿贾瓦科姆（Vachiraporn Ajavakom）：撰写 – 审稿与编辑、方法学研究、数据分析。苏克里塔·贾尼亚德（Sukritta Janiad）：原始撰写
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
资助
本研究得到了宋卡王子大学（项目编号：SCI6602008S）的支持。苏克里塔·贾尼亚德获得了宋卡王子大学理学院的研究生奖学金（研究助理），合同编号为1-2567-02-021。资助方未参与研究设计、数据收集与分析、发表决定或手稿的准备工作。
利益冲突声明
作者声明本文的发表不存在任何利益冲突。
