【学术】Sci Hortic| 山西农业大学食品科学与工程学院果蔬物流与加工利用团队在采后硒处理对葡萄灰霉菌的抗菌机制研究方面取得新进展
近日，Scientia Horticulturae在线发表了山西农业大学食品科学与工程学院题为Antifungal mechanism of selenium against Botrytis cinereaon grapes: Insights from metabolomic and transcriptomic analyses的研究论文。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.scienta.2026.114703葡萄是全球重要的水果之一，但其采后贮藏常受由灰葡萄孢（Botrytis cinerea）引发的灰霉病的严重威胁，造成严重的经济损失。目前灰霉病的防治高度依赖化学杀菌剂，但其使用易造成环境污染、农药残留及病菌抗药性等问题，开发安全、高效、可持续的绿色防控手段迫在眉睫。硒（Se）作为一种必需微量元素，因其在植物生长、发育和抗逆性中的有益作用而受到关注。近年研究发现，在避免植物毒性的亚致死浓度下，硒对多种采后病原真菌表现出广谱抗真菌活性。然而，关于硒破坏真菌细胞结构和干扰关键代谢途径的具体分子机制，尚缺乏系统性的阐释。本研究通过体外和体内试验并结合多组学技术，揭示硒处理对葡萄灰霉病抑制的核心机制，为硒在葡萄采后病害绿色防控中的应用奠定理论基础。
1.硒在体外显著抑制灰葡萄孢的生长并造成形态损伤
首先研究了Se对灰葡萄孢菌体外抗真菌活性（图1A）。结果表明，Se处理以剂量依赖的方式抑制灰葡萄孢的菌丝生长。在18 mg/L的浓度下，Se处理72小时后，使菌丝生物量较对照组减少了50%（图1C），菌落直径也显著减小（图1B）。通过扫描电子显微镜（SEM）观察发现，未经处理的菌丝表面光滑饱满（图1D），孢子形态完好（图1F）；而经18 mg/L Se处理后，菌丝发生严重变形、扭曲甚至塌陷，表面粗糙破碎（图1G），孢子出现皱缩（图1I），表明硒对真菌细胞结构造成了直接的物理损伤。
图1 Se对灰霉菌菌落生长的影响及扫描电子显微镜图像
2.硒引发细胞膜损伤和内容物泄漏
进一步检测发现，Se处理显著增加了灰葡萄孢菌丝细胞内含物的泄漏（图2）。可溶性蛋白质、碳水化合物和核酸的泄漏量随时间推移而显著上升。同时，细胞膜脂质过氧化的关键指标——丙二醛（MDA）的含量也明显升高（图2D）。这些结果共同表明，Se破坏了真菌细胞膜和细胞壁的完整性，导致不可逆的膜损伤，这是其抗真菌作用的首要环节。图2 Se处理的灰霉菌胞质物质泄漏情况
3.硒处理下灰葡萄孢菌的代谢组学变化
通过 UHPLC-MS/MS 进行代谢组学分析，在正、负离子模式下分别鉴定出 455、172个差异代谢物，其中正离子模式下244个上调、211个下调，负离子模式下93个上调、79个下调。京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析显示，差异代谢物显著富集于嘧啶代谢、嘌呤代谢、ABC 转运蛋白、谷胱甘肽代谢、半乳糖代谢等通路，表明Se处理引发了灰霉病菌的全局性代谢重编程。
图3 Se处理的灰葡萄孢菌代谢火山图和KEGG富集
4.硒处理下灰葡萄孢菌的转录组学分析
对18 mg/L Se处理组和对照组进行转录组测序，共获得42.78 GB 原始数据，过滤后得到41 GB高质量清洁数据，基因组平均比对率达90.48%。分析鉴定出797个差异表达基因（DEGs），其中578个下调、219个上调（图4A）。基因本体（GO）富集分析显示（图4B），这些基因显著富集于膜的整体组分、质膜等细胞组分，以及辅因子结合、血红素结合等分子功能。KEGG通路分析进一步揭示，差异基因显著富集于过氧化物酶体、脂肪酸降解与代谢、氨基酸糖与核苷酸糖代谢、色氨酸代谢等8条关键通路（图4C）。5.基因与代谢物之间互作分析
多组学联合分析表明，Se处理从多途径干扰灰霉病菌的细胞代谢：正离子模式下主要影响核酸、氨基酸和脂质代谢，负离子模式下主要扰动跨膜运输、抗氧化活性、碳水化合物代谢等，且两种离子模式下均显著影响能量代谢和丙酸代谢。Se通过协同调控病菌的多个代谢通路，破坏其代谢稳态，进而发挥抗真菌作用。破坏能量代谢：硒抑制了线粒体脂肪酸β-氧化，同时上调了过氧化物酶体β-氧化相关基因，但这种代偿途径效率低下且产生活性氧，与线粒体功能障碍协同加剧了细胞能量危机和氧化损伤。损害细胞壁合成：与细胞壁前体生物合成相关的基因被下调(Bcin01g09970、Bcin14g05340)，损害了细胞壁的结构完整性（图5A）。降低真菌毒力：与黑色素合成相关的基因编码Bcbrn2(Bcin03g08100)和毒力合成相关的基因编码Bcole1 (Bcin07g06310)的表达被抑制，从而削弱了病原菌的抗氧化能力和浸染结构分化能力。抑制外排转运：ABC转运蛋白基因如编码ABCB1 (Bcin16g03560) 和编码PDR5 (Bcin13g04870) 的下调（图5D），降低了真菌对外源物质的解毒和外排能力，同时影响了糖类转运。
6.关键差异表达基因的qPCR 验证
为了验证RNA-seq数据结果的可靠性，选择了八个关键差异表达基因（DEGs）进行qPCR分析。所选基因包括三个与过氧化物酶体功能相关的基因（BCIN_10g02820、BCIN_14g02960、Bcfaa2）、两个参与不饱和脂肪酸生物合成的基因（BCIN_14g02030、BCIN_03g03940）、两个与毒力相关的基因（Bcole1、Bcbrn2）以及一个与丙酸代谢相关的基因（BCIN_07g04130）进行实时荧光定量PCR验证（图6A）。相关性分析显示，qPCR 结果与RNA-seq测序结果的相关系数R²=0.9923，证实了转录组数据的准确性和可靠性（图6B）。图6 RT-qPCR验证差异基因的表达情况
7.硒对葡萄灰霉病的体内防控效果
以‘红地球’葡萄为实验材料的体内试验表明, 18 mg/L Se处理能显著抑制灰葡萄孢的浸染和病斑扩展。接种36 h后，Se处理组的病害发病率较对照组降低13.9%；接种72 h后，处理组病斑直径为7.33 mm，较对照组的14.33 mm 减少50%, 这表明基于体外机制的硒处理，在实际果实贮藏环境中同样具有良好的实际防控效果。图7硒对葡萄果实灰霉菌的防治
8. 结论
本研究系统揭示了硒（18 mg/L）对灰葡萄孢菌的多靶点抗真菌机制（图8）。其首要作用是破坏细胞膜和细胞壁完整性，导致细胞泄漏和形态损伤；进而通过抑制β-氧化、扰乱关键代谢循环（如TCA循环）来损害能量代谢，导致营养耗竭；同时，通过下调病菌黑色素合成、脂氧合酶等毒力相关基因及转运蛋白基因，降低病原菌的致病性和解毒能力。该机制模型在葡萄果实体系中得到了有效验证。这些发现为开发以硒为基础的新型、多作用模式的可持续杀菌剂提供了全面的机制框架和实际应用依据。未来的研究可聚焦于真菌对硒的解毒通路，以进一步推动其实际应用。
图8 Se对灰霉病菌抑制作用的拟议模型
硕士研究生范志萱为该论文第一作者，刘亚平副教授为通讯作者，该项目得到了山西省重点研发计划（农业领域）（202102140601017）、山西省科技成果转化引导专项（202204021301028）、山西省现代农业产业技术体系建设专项（2025CYJSTX0709）项目的资助。
团队或作者（第一或者[和]通讯作者 简介）
第一作者：范志萱，硕士研究生，主要从事葡萄灰霉病和仿制，现就读于山西农业大学食品科学与工程学院。
通讯作者：刘亚平，博士，副教授，硕士生导师。主要从事山西省特色果蔬贮运保鲜与采后生理、食品物流与包装方面的教研工作。先后主持山西省青年科技基金、山西省高校科技研究开发项目等课题，参与了多项国家级和山西省重点研发项目的研究，以第一和通讯作者发表论文40余篇，其中SCI、EI收录10篇，主持起草山西省地方标准4项。
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