5種植物精油對稻曲病菌的抑菌活性比較及薰衣草精油抑菌機制分析

摘要

本試驗采用菌絲生長速率法測定了5種植物精油對稻曲病菌Ustilaginoidea virens的抑菌效果，通過測定精油對菌絲的有效抑制中濃度（EC50），篩選作用效果最佳的植物精油，并進一步分析了精油對稻曲病菌的作用機制。結(jié)果顯示，薰衣草精油對稻曲病菌的作用效果最佳，其EC50為0249 mg/mL。薰衣草精油可降低稻曲病菌細胞中Na+K+ATP酶 （Na+K+ATPase）、琥珀酸脫氫酶（SDHase）和NAD蘋果酸脫氫酶（NADMDHase）的活力;同時，也可降低稻曲病菌細胞膜上麥角固醇的含量。通過比較轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，在薰衣草精油處理后，稻曲病菌中有20個轉(zhuǎn)錄因子的表達量發(fā)生了變化;同時，糖代謝、氨基酸代謝以及核酸代謝途徑中的一些重要調(diào)控基因表達量也發(fā)生了改變。結(jié)果表明，薰衣草精油可通過降低病原菌能量代謝中酶活力、細胞膜上麥角固醇的含量以及干擾糖代謝、氨基酸代謝和核酸代謝途徑中重要基因的表達來抑制病原菌的生長。

關(guān)鍵詞

薰衣草精油; 稻曲病菌; 抑菌機制; 轉(zhuǎn)錄組分析; 代謝途徑

中圖分類號：

S 436611

文獻標識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2024481

Inhibitory activity of five plant essential oils against Ustilaginoidea virens and mechanistic analysis of lavender essential oil

FU Rongtao1，2， CHEN Cheng1，2， WANG Jian1，2， ZHAO Liyu1， CHEN Yu1， LU Daihua1，2*

（1. Institute of Plant Protection， Sichuan Academy of Agricultural Sciences， Chengdu 610066， China; 2. Key Laboratory

of Integrated Pest Management on Crops in Southwest， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Chengdu 610066， China）

Abstract

The antifungal activities of five plant essential oils （PEOs） against Ustilaginoidea virens， the pathogen responsible for rice 1 smut， were evaluated using the mycelial growth rate method. The median effective concentration （EC50） for each PEO was determined to identify the most effective essential oil. The results showed that lavender essential oil （LEO） exhibited the strongest antifungal activity， with an EC50 value of 0249 mg/mL. Biochemical assays revealed that LEO significantly reduced the activities of Na+K+ATPase， succinate dehydrogenase （SDHase） and NADdependent malate enzyme （NADMDHase） in U.virens cells， and decreased ergosterol content in the fungal cell membrane. Transcriptomic analysis further showed that LEO treatment altered the expression of 20 transcription factors and affected key regulatory genes involved in glucose， amino acid and nucleic acid metabolism pathways. These results suggest that LEO inhibits U.virens growth by disrupting energy metabolism， impairing membrane integrity， and interfering with critical metabolic pathways at the transcriptional level. The study provides a theoretical basis for the application of LEO in the biological control of rice 1 smut.

Key words

lavender essential oil; Ustilaginoidea virens; antifungal mechanism; transcriptome analysis; metabolic pathways

Ustilaginoidea virens是水稻穗部病害稻曲?。╮ice 1 smut， RFS）的致病菌［12］。當前，RFS的發(fā)生范圍和嚴重程度呈逐漸上升趨勢，已成為繼稻瘟病、紋枯病后的水稻重要真菌病害之一。RFS不僅造成水稻產(chǎn)量損失，還產(chǎn)生對人和牲畜有劇毒的真菌毒素［35］。在當前生產(chǎn)中，化學(xué)藥劑仍是防控RFS的主要措施，其中使用頻率最高的是三唑類和咪唑類殺菌劑，但已有研究發(fā)現(xiàn)在田間已出現(xiàn)對這兩類殺菌劑產(chǎn)生抗藥性的稻曲病菌菌株［6］。因此，亟須開發(fā)對環(huán)境友好、不易產(chǎn)生抗藥性的新型生物農(nóng)藥。

植物源農(nóng)藥為重要的生物農(nóng)藥之一，是從植物中提取的一類次生代謝產(chǎn)物，其取之自然，歸于自然。植物精油（plant essential oils， PEOs）是來源于植物的天然次生代謝產(chǎn)物，因其具有廣譜的抗菌活性、毒性低、不易產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)點，備受國內(nèi)外天然藥物研究者的關(guān)注［79］。目前，已有研究者對植物精油的抑菌機理進行了研究。羅曼等［10］研究發(fā)現(xiàn)，檸檬醛可使黃曲霉Aspergillus flavus的線粒體表面受損，而且能降低線粒體氧化還原蘋果酸脫氫酶和琥珀酸脫氫酶的能力，致使呼吸速率顯著降低;Tian等［11］研究報道，紫蘇醛可通過破壞病原菌正常的甾醇生物合成，從而破壞膜的完整性，最終達到抑菌作用;劉耀華等［12］研究報道，香茅精油可破壞番茄早疫病菌Alternaria solani細胞膜完整性以及抑制菌體對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收來抑制病原菌菌絲的生長;Zheng等［13］研究發(fā)現(xiàn)，肉桂精油對稻曲病菌具有抑制作用，可破壞稻曲病菌菌絲表面結(jié)構(gòu);Barbosa等［14］發(fā)現(xiàn)，牛至精油可抑制沙門氏菌Salmonella enteritidis ATP合成酶活性，影響檸檬酸代謝途徑，從而干擾三羧酸代謝。

本研究在對5種PEOs對稻曲病菌菌絲生長抑制作用分析的基礎(chǔ)上，選擇抗菌作用最佳的植物精油，探究其對稻曲病菌的作用機制，分析其對稻曲病菌的菌絲生長，能量代謝相關(guān)酶活力，細胞膜上麥角固醇含量的影響，以期為更好地利用PEOs提供理論依據(jù)，為稻曲病的田間防控提供綠色環(huán)保的植物源農(nóng)藥。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

植物精油：薰衣草精油（lavender essential oil， LEO）、薄荷精油（peppermint essential oil）、肉桂精油（cinnamon essential oil）、香樟精油（camphor essential oil）和蛇床子素（cnidium lactone）均購于上海源葉生物科技有限公司（純度≥98%），精油均用吐溫80配制成質(zhì)量濃度為067 g/mL的母液，過022 μm油相細菌過濾膜，4℃保存、備用。

病原真菌：稻曲病菌為本實驗室分離保存的菌株P(guān)J1，將保存的PJ1菌株置于馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基（PSA）上活化，然后將菌絲轉(zhuǎn)至PSB液體培養(yǎng)基中，27℃、140 r/min振蕩培養(yǎng)4 d和8 d后，收集菌絲，-80℃保存、備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 5種植物精油對稻曲病菌的抑菌作用測定

在無菌條件，分別取5種精油母液10、20、30、50、60、75 μL和90 μL加入150 mL PSA培養(yǎng)基中配制成終濃度為0044、0089、0133、0222、0267、0333、0400 mg/mL共7個含藥培養(yǎng)基，以含001 mg/mL吐溫80的無藥培養(yǎng)基為對照，將6 mm活化的稻曲病菌菌落邊緣菌絲塊，接種于含藥培養(yǎng)基中央，每濃度處理重復(fù)6次。置于27℃恒溫培養(yǎng)箱中暗培養(yǎng)，培養(yǎng)4、6、8、12、16、20 d后用十字交叉法測定菌落直徑，并計算各個處理的抑制率，毒力回歸方程和EC50。

菌絲生長抑制率=（對照菌落直徑－處理菌落直徑）/（對照菌落直徑-菌餅直徑）×100%。

1.2.2 薰衣草精油對稻曲病菌細胞中能量代謝相關(guān)酶活力的影響

分別稱取經(jīng)0133 mg/mL和0267 mg/mL薰衣草精油液體培養(yǎng)4 d后的菌絲005 g，以未處理的菌絲為對照。

1.2.2.1 Na+K+ATP酶活力的測定

按照 Na+K+ATP 酶活力測定試劑盒（Solarbio）操作說明書進行提取和處理樣品，將處理好的樣品放入酶標儀（Synergy H1）中于波長660 nm處測定吸光度。Na+K+ATP酶活力定義為每mg組織蛋白中 Na+K+ATP 酶在每小時分解ATP產(chǎn)生1 μmol無機磷的量為一個酶活力單位（U/g）。

1.2.2.2 琥珀酸脫氫酶（SDH）活力的測定

按照SDH酶活力測定試劑盒（Solarbio）操作說明書進行提取和處理樣品，將處理好的樣品放入酶標儀（Synergy H1）中于波長600 nm處測定吸光度。SDH酶活力單位定義：每g組織蛋白在反應(yīng)體系中每分鐘消耗1 nmol 2，6二氯酚靛酚定義為一個酶活力單位（U/g）。

1.2.2.3 NAD蘋果酸脫氫酶（NADMDH）活力測定

按照NADMDH酶活力測定試劑盒（Solarbio）操作說明書進行提取和處理樣品，將處理好的樣品放入酶標儀（Synergy H1）中于波長340 nm處測定吸光度。NADMDH酶活力單位定義：每g組織蛋白在反應(yīng)體系中每分鐘消耗1 nmol的NADH定義為1個酶活力單位（U/g）。

1.2.3 稻曲病菌細胞膜上麥角固醇含量的測定

參照Tian等［11］和霍理堅等［15］的測定方法，測定薰衣草精油對稻曲病菌細胞膜上麥角固醇含量的影響。按照122方法獲得病原菌菌絲，用無菌雙蒸水洗滌2次，并用無菌濾紙吸取多余的水分。稱取02 g菌絲，在液氮下研磨至粉末狀，加入5 mL 25%甲醇KOH（2 mol/L）溶液，在85℃下皂化4 h，冷卻至室溫，加入5 mL正庚烷和2 mL無菌雙蒸水，劇烈渦旋5 min，并室溫靜置分層2 h;上層混合物置于酶標儀（Synergy H1）中于波長230 nm和282 nm處測定吸光度。麥角固醇和固醇中間體24（28） 脫氫麥角固醇在230 nm和282 nm處會生成特征吸收曲線 （A230和A282），麥角固醇含量=［A282/（290×菌絲濕重）-A230/（518×菌絲濕重）］×100%。

1.2.4 轉(zhuǎn)錄組分析

取0267 mg/mL薰衣草精油液體培養(yǎng)4 d后的菌絲（CL）和對照組菌絲（CK），每個處理3個重復(fù)，液氮處理后用組織破碎儀迅速碎成粉末，然后用真菌RNA提取試劑盒提取總RNA，用Nanodrop 2000和1%瓊脂糖凝膠電泳檢測 RNA質(zhì)量和濃度，將合格樣本送至上海派森諾生物科技股份有限公司測序。

利用Illumina HiSeqTM2500 高通量測序平臺進行測序，使用DESeq2 將得到的clean reads 與稻曲病菌菌株UV8b的參考基因組（登錄號：SAMN02693461）進行對比。用每百萬fragment獲得對應(yīng)基因的1 000 bp轉(zhuǎn)錄本包含的reads（FPKM）對基因表達量進行定量，利用DESeq 軟件篩選差異表達基因（DEGs），以|log2 foldchange|＞1和 Plt;005 為篩選標準。將得到的DEGs注釋到 GO、KEGG數(shù)據(jù)庫中，獲得差異表達基因的GO功能注釋和KEGG pathway分析。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析

每組試驗重復(fù)3次，試驗數(shù)據(jù)均以平均值表示。采用SPSS190的單因素方差分析（ANOVA）和最小顯著性差異（least significant difference，LSD）法檢驗不同處理組之間的差異顯著性（Plt;005）。

2 結(jié)果與分析

2.1 5 種植物精油對稻曲病菌菌絲生長的抑制作用

終濃度0333 mg/mL下，5種植物精油對稻曲病菌的抑菌活性如圖1所示。在4～20 d，與對照相比5種植物精油對稻曲病菌菌絲生長均有抑制作用（P＜005）。不同植物精油的抑菌活性表現(xiàn)出較大差異，其中薰衣草精油的作用效果最佳，對稻曲病菌的EC50為0249 mg/mL，（95%置信限：0189～0289;χ2=0356，df=3，P=0000 5），其他精油最高供試濃度的菌絲生長抑制率均低于50%。

0.333 mg/mL薰衣草精油處理8 d后，其病原菌的菌落直徑?jīng)]有增加，一直保持在（1.05±0.1） cm，說明薰衣草精油對病原菌的抑菌效果最好。因此，試驗進一步研究薰衣草精油對稻曲病菌的抑菌作用。

2.2 薰衣草精油對稻曲病菌菌絲生長的影響

由圖2可知，薰衣草精油濃度為0.400 mg/mL時，稻曲病菌的菌絲生長速率均為0（抑制率100%）;濃度為0.333 mg/mL時，在第2天菌絲未見生長，在第4～8天時菌絲生長速率分別為0.05、0.14、0.13 cm/d，在第8天后，菌絲生長速率為0;濃度為0.267 mg/mL時，在第2天菌絲已開始生長，從第2～20天菌絲生長速率分別為0.11、0.22、0.14、0.08、0.16、0.09 cm/d和0.18 cm/d，對菌絲生長的抑制率分別為75.29%、54.23%、60.59%、62.73%、62.12%、59.24%和52.40%;濃度為0.044 mg/mL時，第2～20天菌絲增長速率分別為0.33、0.30、0.37、0.45、0.36、0.13 cm/d和0.18 cm/d，對菌絲生長的抑制率分別為：23.53%、16.68%、16.10%、13.03%、12.93%、12.32%和11.06%，抑制作用較弱。

隨著LEO濃度增加，其對稻曲病菌菌絲生長的抑制作用越強;但隨著時間的增加，LEO的抑制作用越來越弱;當LEO濃度為0.400 mg/mL時，對稻曲病菌菌絲生長的抑制率達到100%;當LEO濃度為0.333 mg/mL時，表現(xiàn)出較強的抑菌作用;當LEO濃度為0.044 mg/mL時，菌絲增長速率與對照接近，表現(xiàn)出較弱的抑制作用。

2.3 薰衣草精油對稻曲病菌細胞中能量代謝相關(guān)酶活力的影響

本試驗測定了薰衣草精油對稻曲病菌細胞中能量代謝相關(guān)酶活力的影響。與對照相比，薰衣草精油對 Na+K+ATP 酶活力具有強的抑制作用，隨著精油濃度的升高， Na+K+ATP 酶的活力降低，且抑制作用與劑量呈正相關(guān)，當薰衣草精油濃度為0.267 mg/mL時， Na+K+ATP 酶活力僅為對照的17.80%，抑制率達82.20%。薰衣草精油對稻曲病菌細胞中的SDH酶和NADMDH酶活力也具有抑制作用，隨著薰衣草精油濃度的升高，稻曲病菌細胞中的兩種酶的活力均降低，當薰衣草精油濃度為0.267 mg/mL時，分別降低至對照組活力的46.91%和58.82%，抑制率分別為53.09%和41.18%（表1）。

2.4 薰衣草精油對稻曲病菌麥角固醇合成的影響

本研究采用皂化法測定了薰衣草精油對稻曲病菌細胞膜麥角固醇含量的影響。結(jié)果如圖3所示，在不同濃度的LEO處理4 d后，稻曲病菌細胞膜的麥角固醇含量與對照相比均顯著下降（Plt;0.05），并且麥角固醇含量與LEO濃度呈現(xiàn)劑量依賴性。當LEO濃度為0.133 mg/mL時，稻曲病菌麥角固醇含量相比對照組降低了13.69%;LEO濃度為0.267 mg/mL時，稻曲病菌麥角固醇含量相比對照組降低了34.29%。試驗結(jié)果表明，薰衣草精油處理能夠有效地抑制稻曲病菌細胞膜中麥角固醇的合成。

2.5 在薰衣草精油脅迫下稻曲病菌轉(zhuǎn)錄組分析

2.5.1 測序質(zhì)量評估及樣本相關(guān)性分析

轉(zhuǎn)錄組測序共得到252 889 296條有效數(shù)據(jù)（clean reads）。從整體上看，每個樣本最后得到3 707萬～4 859萬條有效數(shù)據(jù)，樣本平均有效堿基（clean bases）約為6.71 G，Q20為97.72%～98.06%，Q30為94.14%～95%，模糊堿基（N）為0.002 497%～0.003 514%，GC含量為57.34%～57.80%。采用TopHat2軟件將clean reads對比到參考基因組UV8b上，樣本中至少有93.89%的測序數(shù)據(jù)可定位到參考基因組上（表2）。因此，充分證明樣本的測序質(zhì)量好，數(shù)據(jù)可用于后續(xù)生物信息學(xué)分析。

由相關(guān)性PCA分析可知，LEO和CK相同處理測序樣本間距離較近，而LEO與CK樣本間距離較遠，說明LEO處理和對照間基因表達水平存在明顯差異（圖4a）。此外，基于基因表達量，計算相同處理樣本間相關(guān)系數(shù)（R2），R2越接近1，表明相同處理樣本間表達模式的相似性越高。由圖4b可知，對照組（CK）、LEO處理組（CL）3個生物學(xué)重復(fù)間任意兩個樣本的R2均大于0.99，表明相同處理測序樣本間重復(fù)性高，系統(tǒng)誤差小，結(jié)果可信度高。

2.5.2 薰衣草精油脅迫下稻曲病菌基因表達特征

采用DESeq對各樣本的基因表達進行差異分析，以差異表達倍數(shù) |log2 foldchange|gt;1 且Pvaluelt;0.05為篩選條件。由圖5可知，薰衣草精油脅迫4 d和對照組（CL vs CK）中鑒定到表達量發(fā)生變化的基因有585個，其中267個DEG表達量上調(diào)，318個DEG表達下調(diào)。

2.5.3 薰衣草精油脅迫下稻曲病菌差異表達基因的GO和KEGG分析

為了確定差異表達基因的功能分布，利用基因本體（gene ontology， GO）對對照組和薰衣草精油處理組的DEGs進行分類。結(jié)果發(fā)現(xiàn)DEGs（585個）可分為三大類：生物學(xué)過程 （biological process）、細胞組分

（cellular component）和分子功能（molecular function）。

在生物學(xué)過程中，主要涉及細胞質(zhì)翻譯（cytoplasmic translation）、細胞酰胺代謝過程（cellular amide metabolic process）、肽生物合成過程（peptide biosynthetic process）和肽代謝過程（peptide metabolic process）等;在細胞組分中，主要涉及細胞質(zhì)核糖體（cytosolic ribosome）、核糖體亞基（ribosomal subunit）、核糖體（ribosome）、細胞質(zhì)小核糖體亞基（cytosolic small ribosomal subunit）和細胞質(zhì)大核糖體亞基（cytosolic large ribosomal subunit）;在分子功能中，主要涉及核糖體的結(jié)構(gòu)成分（structural constituent of ribosome）、結(jié)構(gòu)分子活性（structural molecule activity）、rRNA結(jié)合（rRNA binding）和同轉(zhuǎn)運體活性（symporter activity）等。

為了解在薰衣草精油脅迫下稻曲病菌基因的功能分類和代謝通路的變化，對所有差異表達基因進行KEGG富集分析，發(fā)現(xiàn)差異表達基因被注釋到代謝（metabolism）、細胞過程（cellular processes）、環(huán)境信息處理（environmental information processing）和遺傳信息處理（genetic information processing）等4個大類以及58條代謝通路。KEGG顯著富集的代謝通路主要包括核糖體（ribosome）、絡(luò)氨酸代謝（tyrosine metabolism）、纈氨酸，亮氨酸和異亮氨酸降解（valine， leucine and isoleucine degradation）、精氨酸生物合成（arginine biosynthesis）、組氨酸代謝（histidine metabolism）、半胱氨酸和蛋氨酸代謝（cysteine and methionine metabolism）、嘌呤代謝（purine metabolism）、糖酵解/糖異生（glycolysis/gluconeogenesis）和三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle）等。代謝途徑分析表明，差異基因主要富集在與氨基酸、糖和核酸代謝等途徑上，說明薰衣草精油對稻曲病菌的蛋白質(zhì)、糖和核酸等大分子物質(zhì)代謝有影響。

2.5.4 薰衣草精油脅迫下稻曲病菌差異表達基因分析

2.5.4.1 薰衣草精油脅迫下稻曲病菌轉(zhuǎn)錄因子分析

轉(zhuǎn)錄因子（transcription factors， TFs）通過結(jié)合靶標基因啟動序列來調(diào)控基因的表達，在植物病原真菌的生長、抗脅迫和致病等過程中發(fā)揮重要功能。本研究對稻曲病菌在精油脅迫下的DEGs進行分析，結(jié)果如表3所示，有20個轉(zhuǎn)錄因子基因的表達量發(fā)生了改變，分屬于5個轉(zhuǎn)錄因子家族：主要包括C2H2鋅指、C6、bZIP、 真菌特異轉(zhuǎn)錄因子和HLH等，這些轉(zhuǎn)錄因子中有9個下調(diào)，11個上調(diào)。

2.5.4.2 糖代謝途徑中差異表達基因分析

糖代謝是生物體能量獲取的重要途徑之一，病原菌利用糖分解產(chǎn)生的能量和合成的有機物來維持其生存和生長，研究病原菌的糖代謝途徑，有助于尋找潛在的防治靶標藥劑。病原菌的糖代謝途徑通常主要包括：糖酵解、三羧酸循環(huán)和呼吸鏈等。本研究對糖酵解和三羧酸循環(huán)途徑的差異表達基因進行了分析，發(fā)現(xiàn)糖酵解途徑中編碼2，3二磷酸甘油酸依賴的磷酸甘油酸變異酶基因（UV8b_08195和UV8b_06066）、醛脫氫酶（NAD+）基因（UV8b_03255）和己糖激酶（UV8b_06785）基因的表達量降低，三羧酸循環(huán)途徑中編碼磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（ATP）基因（UV8b_07957）、琥珀酸脫氫酶基因（UV8b_03989和UV8b_06473）以及琥珀酰輔酶a合成酶基因（UV8b_04762）的表達量下降（圖6）。因此，我們推測薰衣草精油通過抑制稻曲病菌糖酵解和三羧酸循環(huán)途徑中的基因表達來破壞其生長和生存，從而達到抑菌的目的。

2.5.4.3 氨基酸代謝途徑中差異表達基因分析

研究表明植物精油具有不可逆的抑制真菌蛋白合成的能力，從而導(dǎo)致細胞死亡。本研究對精氨酸生物合成、半胱氨酸和蛋氨酸代謝、色氨酸代謝和組氨酸代謝等4個途徑中的差異表達基因進行了分析，發(fā)現(xiàn)富集到這些途徑中的差異表達基因有22個顯著下調(diào)（圖7）。因此，我們推測薰衣草精油可能通過抑制這4種氨基酸代謝途徑的基因表達來破壞蛋白質(zhì)合成，導(dǎo)致細胞死亡，從而達到抑真菌的功能。

2.5.4.4 核酸代謝途徑中差異表達基因分析

植物精油對病原微生物的核酸合成也造成影響。本研究對核酸的2個重要物質(zhì)嘌呤和嘧啶代謝途徑中的基因表達情況進行了分析，發(fā)現(xiàn)在嘌呤代謝（purine metabolism）途徑中編碼脲酶（UV8b_04204）、腺苷酸激酶（UV8b_05786）、三磷酸酶（UV8b_01193）和嘌呤核苷酸核苷酶基因（UV8b_07783）的表達量顯著下調(diào);嘧啶代謝（pyrimidine metabolism）途徑中編碼胞嘧啶核苷脫氨酶（UV8b_02088）、尿苷核苷酶（UV8b_02606）和dTMP激酶基因（UV8b_07081）的表達量顯著下調(diào)（圖8）。因此，推測薰衣草精油對稻曲病菌的核酸合成也造成影響，從而達到抑菌作用。

3 結(jié)論與討論

據(jù)報道，薰衣草精油具有廣譜抗菌能力，其能抑制多種真菌和細菌的生長［16］。劉凡等［17］研究報道，薰衣草精油對棉花立枯絲核菌Rhizoctonia solani、小麥黑胚病菌Alternaria alternata和番茄早疫病菌具有抑制作用，其最低抑菌濃度分別為5.5、4.5 mg/mL和5.0 mg/mL。本研究結(jié)果表明，薰衣草精油對稻曲病菌的抑制作用較強于其他植物精油。

薰衣草精油對稻曲病菌的EC50為0.249 mg/mL;在薰衣草精油濃度為0.400 mg/mL時，稻曲病菌的菌絲生長完全被抑制，表明薰衣草精油具有開發(fā)成為田間防治水稻稻曲病的生物殺菌劑的價值。

進一步研究表明，薰衣草精油對 Na+K+ATP 酶活力具有明顯的抑制作用，在其濃度為0.267 mg/mL時，抑制率達到82.20%，表明薰衣草精油可能引起稻曲病菌菌絲細胞中的離子濃度失衡，進而干擾線粒體上呼吸代謝，從而影響菌絲體的能量代謝。

Zeng等在研究茴香精油的抑菌活性和機制時也得到類似結(jié)果［18］。此外，研究發(fā)現(xiàn)，薰衣草精油對SDH酶和NADMDH酶的活力也有明顯的抑制作用。曾紅［19］研究報道，蒔蘿子精油可抑制紅色毛癬菌Trichophyton rubrum線粒體SDH酶和NADMDH酶活力，認為蒔蘿子精油可通過降低病原菌線粒體上重要呼吸代謝酶的活力而抑制菌體的生長。本研究結(jié)果與之相似，因此推測稻曲病菌線粒體上的SDH酶和NADMDH酶可能是薰衣草精油的作用靶點。

麥角固醇是真菌細胞膜的主要固醇成分，對維持細胞活力、膜的流動性、膜的完整性和生物學(xué)功能等起重要作用，因此它也是開發(fā)抗真菌藥物的重要作用靶點之一［2021］。研究報道，麥角固醇降低可造成細胞功能異常，甚至導(dǎo)致細胞膜破裂引起細胞死亡，因此麥角固醇含量變化也是評價細胞受損的重要指標［22］。本研究測定了稻曲病菌在薰衣草精油作用下細胞膜的麥角固醇變化，結(jié)果表明，薰衣草精油顯著降低了稻曲病菌細胞膜中的麥角固醇含量。本研究結(jié)果與前人研究一致，因此表明，稻曲病菌的麥角固醇合成途徑也是薰衣草精油作用靶標之一。

植物精油影響真菌和細菌的蛋白質(zhì)、核酸、脂類和糖的合成，從而導(dǎo)致細胞死亡［2324］。Cai等［25］研究報道，植物精油成分檸檬醛可破壞酵母菌蛋白或抑制其表達。Peng等［26］發(fā)現(xiàn)，黃連素可抑制無乳鏈球菌Streptococcus agalactiae的蛋白質(zhì)和 DNA 的合成，從而導(dǎo)致病原菌死亡。Muthaiyan等［27］研究報道，巴倫西亞橙精油可抑制金黃色葡萄球菌Staphylococcus aureus的氨基酸、DNA代謝、蛋白質(zhì)合成和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的一些基因表達。因此，本實驗通過轉(zhuǎn)錄組技術(shù)分析了在薰衣草精油脅迫下，稻曲病菌的糖代謝、氨基酸代謝和核酸代謝途徑中基因表達變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，稻曲病菌糖代謝途徑中的糖酵解和三羧酸循環(huán)中重要基因表達量顯著降低;氨基酸代謝中的精氨酸生物合成、半胱氨酸和蛋氨酸代謝、色氨酸代謝和組氨酸代謝途徑中有22個DEGs顯著下調(diào);核酸代謝途徑中的嘌呤和嘧啶代謝途徑中的重要基因的表達量顯著下調(diào)。因此，本試驗結(jié)果也證明了，薰衣草精油可通過干擾稻曲病菌的糖代謝、氨基酸代謝和核酸代謝途徑中重要基因的表達來抑制病原菌的生長，從而達到抑菌作用。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，薰衣草精油可影響稻曲病菌的轉(zhuǎn)錄因子表達。本研究結(jié)果也進一步證實了植物精油對病原菌的作用機制具有多樣性，且具有多點協(xié)同作用［28］。

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（責任編輯：楊明麗）