《Food Chemistry》：Antifungal activity and action mechanism of thymol, a mycotoxin inhibitor, against
Fusarium asiaticum
Jie Zhang|Fuhao Ren|Han Gao|Yige Li|Xiaoru Ying|Zehua Zhou|Ziyang Zhang|Hui Qiu|Yiqiang Cai|Larisa Shcherbakova|Dzhavakhiya Vitaly|Yabing Duan
中国南京农业大学植物保护学院农业与林业生物安全国家重点实验室，南京210095
摘要
镰刀菌穗枯病（FHB）是一种典型的气候依赖性疾病，不仅会导致严重的产量损失，而且病原体还会分泌有害的次级代谢产物，如脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON），对食品安全和粮食安全构成严重威胁。百里香酚是一种代表性的植物精油，在生物医学领域得到广泛应用。然而，关于百里香酚在植物病害控制中的应用研究尚不充分。本研究评估了百里香酚对Fusarium graminearum和Fusarium asiaticum的生物活性。此外，研究还发现百里香酚能显著抑制F. asiaticum的DON产生，并改变其毒体和高尔基体的形态。通过对F. asiaticum的代谢组学分析，发现百里香酚显著破坏了其代谢平衡。这些结果通过测量细胞内指标（如麦角甾醇含量和脂滴变化）得到了进一步验证。本研究为百里香酚的未来开发和应用提供了理论基础。
引言
植物精油是从植物中提取的特定芳香物质，在植物病害的化学控制和杀菌剂开发中发挥着不可替代的作用（Khan等人，2023年）。酚类化合物是植物精油中最关键的成分之一，在植物的生长与发育、胁迫防御机制、信号传导途径和抗氧化系统等多个方面起着关键作用（Wu等人，2022年）。这些生理功能对植物适应环境具有重要的调节作用（Kumar等人，2020年）。此外，酚类化合物还可以作为信号分子发挥作用。例如，水杨酸（SA）可以诱导植物表现出多种抗逆性，如抗旱性、耐盐碱性和耐低温性，并对植物的生长、发育、成熟和衰老等生理过程具有显著的调节作用（Jiang等人，2025年；Mishra等人，2024年）。
目前已鉴定出超过10,000种酚类化合物，它们广泛分布于植物中。百里香酚是一种常见的植物精油成分，主要从Thymus和Origanum中提取，属于天然酚类单萜类物质。与异构体香芹酚相比，百里香酚具有更稳定的结构和理化性质（Kachur & Suntres，2020年）。几个世纪以来，百里香酚一直被用于传统医学。大量研究表明，它具有多种药理活性，包括抗氧化、抗炎、镇痛、抗菌和抗真菌作用（Marchese等人，2016年）。此外，百里香酚还被用作香料、食品调味剂和防腐剂。美国食品药品监督管理局（FDA）已将百里香酚列为食品添加剂，欧洲委员会也认可了这一用途。
在中国，百里香酚尚未被批准用于植物病害的化学控制。相比之下，美国环境保护署（EPA）的农药项目办公室评估认为百里香酚的毒性较低，风险较小。研究表明，百里香酚对多种病原真菌（如Alternaria alternata、Botrytis cinerea和Penicillium expansum）具有显著的抑制作用（Fincheira等人，2023年；Perina等人，2015年）。百里香酚对Candida spp.的最小抑制浓度（MIC）为0.016–0.125%（Moazeni等人，2021年）。百里香酚对F. oxysporum>菌丝生长的EC50值为26.4 μg/mL，在20和60 mg/L浓度下，孢子萌发率分别比对照组降低了40%和80%（Liu等人，2022年）。将百里香酚与二苯康唑联合使用在控制水稻和玉米叶鞘枯病方面显示出良好的潜力（Wang等人，2020年）。此外，百里香酚与戊唑醇联合使用可增强其对小麦叶斑病的防治效果（Shcherbakova等人，2021年）。
多项研究表明，百里香酚主要通过破坏细胞膜结构、影响膜离子通道、改变DNA结构以及干扰病原体的物质和能量代谢来发挥其抗真菌作用（Jung等人，2021年）。有研究发现，百里香酚能使Enterobacter sakazakii的细胞膜去极化，降低ATP含量并改变pH值，从而破坏细胞稳态（Tian等人，2021年）。
研究还发现，百里香酚的抗菌作用主要与其能够降低麦角甾醇含量有关，进而破坏微生物细胞膜的完整性（Chauhan & Kang，2014年）。此外，百里香酚C1位的羟基对其抗菌活性至关重要。当羟基被醚基或酯基取代时，新合成的化合物不再具有明显的抗菌活性（Boye等人，2020年）。
镰刀菌穗枯病（FHB）是一种全球性的小麦毁灭性疾病，不仅会导致作物产量减少，还会产生大量霉菌毒素（如脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON），对人类和动物健康构成严重威胁。因此，有效控制FHB和减轻霉菌毒素污染引起了科学界和社会的广泛关注。尽管化学杀菌剂仍是最有效的应急措施，但由于抗药性、残留问题和环境污染，对环保型杀菌剂的需求正在增加。本研究全面分析了百里香酚对F. asiaticum菌丝生长、孢子萌发、DON调控、ATP含量和琥珀酸脱氢酶活性的影响。同时，通过体外和体内实验确定了百里香酚与杀菌剂联合使用对FHB的控制效果。通过实时观察脂滴动态和物质运输，验证了百里香酚的作用机制。为了深入探讨百里香酚对F. asiaticum的作用机制，系统测量并分析了百里香酚对F. asiaticum代谢组的影响，为进一步探索百里香酚针对真菌的分子靶点提供了重要方向。总体而言，本研究为霉菌毒素抑制剂的筛选奠定了基础，并为百里香酚在未来FHB控制中的注册提供了有价值的参考。
章节摘录
菌株、杀菌剂和培养基
本研究中的所有菌株均从田间随机采集，并在4°C下保存于实验室。菌株的采集和纯化方法基于以往的研究（Duan等人，2018年）。
本研究使用的所有杀菌剂均为技术纯度等级，保存在4°C的黑暗环境中，使用DMSO配制杀菌剂溶液。百里香酚（98.00%）由上海麦克林生化科技有限公司提供（中国上海）；丁香酚（95.00%）由...
百里香酚对F. graminearum和F. asiaticum的生物活性
为了评估百里香酚对F. graminearum和F. asiaticum的生物活性（这两种菌株是中国引起FHB的主要病原体），本研究使用了4株田间分离的菌株。菌丝生长速率测定结果显示，百里香酚对FaLH2110、FaLH2120、FgSX2123和FgSX2124菌株的EC50值分别为22.88、24.27、35.28和46.13 μg/mL（表2和图1A）。孢子萌发抑制实验表明...
讨论
作为全球重要的粮食作物，小麦的稳定生产对全球粮食安全至关重要。然而，在小麦生产过程中存在许多未知的挑战，其中FHB的发生像“达摩克利斯之剑”一样悬在小麦生产之上。鉴于全球气候的持续变化和种植方式的演变，在未来气候条件下，FHB的大规模爆发极有可能发生...
CRediT作者贡献声明
Jie Zhang：撰写——初稿、验证、方法学、资金获取、数据管理。Fuhao Ren：数据可视化。Han Gao：实验研究、数据分析。Yige Li：软件应用。Xiaoru Ying：实验监督、数据管理。Zehua Zhou：数据验证。Ziyang Zhang：数据分析。Hui Qiu：项目管理。Yiqiang Cai：方法学研究、概念构思。Larisa Shcherbakova：撰写——审稿与编辑。Dzhavakhiya Vitaly：撰写——审稿与编辑。Yabing Duan：撰写——审稿
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究结果的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（2022YFD1400100）、海南省自然科学基金（325QN365）、2023年江苏省优秀博士后计划和江苏省研究生研究与实践创新计划（SJCX24_0229）的支持。
