在全球氣候變化的浪潮下，我們的農業生產正面臨前所未有的挑戰。全球氣溫與氣候模式的顯著變化，不僅直接沖擊著主要農作物的產量，更在微觀層面悄然重塑著與作物息息相關的微生物世界，其中就包括那些潛伏在谷物中的真菌。玉米作為全球第二大栽培谷物，其產量約占全球谷物總產量的27%，但它從播種到收獲乃至儲存的全生命周期都極易受到霉菌侵染。這些真菌不僅會導致穗腐病、降低產量和籽粒品質，更嚴峻的是，其中某些菌屬能夠產生真菌毒素，對食品和飼料安全構成嚴重威脅。在歐洲，傳統的玉米真菌區系研究顯示，玉米主要被鐮刀菌屬（Fusarium）定殖，其中輪枝鐮刀菌（Fusarium verticillioides）是優勢種。而曲霉屬（Aspergillus）歷史上被認為是歐洲玉米中的次要污染物。然而，隨著夏季變得愈加炎熱干燥，近年來在法國和意大利的研究表明，曲霉屬已成為玉米的主要定殖者。這表明，氣候變化正在重塑玉米中的真菌種群——炎熱干燥的條件有利于嗜干真菌，而不規則的降雨和強風暴則可能促進喜濕真菌的滋生。氣候的不穩定性還可能加劇真菌間的競爭或共存，這不僅影響發病率，更關乎食品安全與作物收成。然而，在西班牙，針對當前氣候情景下玉米真菌區系的研究仍然稀缺。因此，明確氣候多變性和籽粒性狀如何影響玉米真菌群落，對于在氣候變化背景下保障食品安全和作物生產力至關重要。

為了解決上述問題，西班牙萊里達大學應用真菌學單位的研究團隊在《International Journal of Food Microbiology》上發表了一項研究。他們連續兩年（2023年和2024年）在西班牙東北部（韋斯卡省和萊里達省）的91塊田地收集了玉米籽粒樣本，樣本涵蓋了25個不同品種，并根據胚乳特征和淀粉/糖組成分為三大籽粒類型：馬齒型玉米（44份）、粉質玉米（21份）和爆裂玉米（26份）。研究人員從兩個西班牙政府氣象數據庫獲取了相應年份的生長季氣象數據。在實驗方法上，他們首先對籽粒進行表面消毒，然后分別在孔雀綠瓊脂（MG agar）和Dichloran Rose Bengal Chloramphenicol瓊脂（DRBC agar）上培養，以進行霉菌的形態學分類和分離。隨后，對觀察到的兩個主要屬——鐮刀菌屬和曲霉屬的分離株進行了分子鑒定，分別使用β-微管蛋白（β-tubulin）引物和翻譯延伸因子-1α（TEF-1α）引物進行PCR擴增和測序。最后，運用多種統計方法（如Wilcoxon秩和檢驗、Spearman等級相關、Kruskal–Wallis檢驗）分析了氣象數據、真菌發病率及籽粒類型之間的關聯。

研究首先對比了兩個生長季的氣象條件。數據分析顯示，2023年在幾乎所有玉米生長階段的氣溫都高于2024年，特別是在成熟期，日最高溫和日均溫分別高出3.6°C和2.2°C。相反，2024年則表現出更高的相對濕度和降水量，尤其是在生長初期和末期。這為后續分析真菌群落的年際變化提供了關鍵的環境背景。

玉米籽粒真菌區系高度多樣化，鑒定出多個屬。鐮刀菌屬是兩年中的優勢屬，但在不同年份呈現出顯著差異。在2023年（高溫干燥），觀察到鐮刀菌屬與曲霉屬的共主導現象，兩者在約40%的樣本中被檢出。而在2024年（濕潤多雨），鐮刀菌屬成為絕對主導，發病率達到61.7%，而曲霉屬則急劇下降到不足5%。同時，以前不常見的屬如附球菌屬（Epicoccum）和莖點霉屬（Phoma）變得更為相關，發病率分別增加了約15.3%和6.2%。

通過Spearman相關分析發現，鐮刀菌屬的發病率與生長階段（尤其是灌漿期和成熟期）的相對濕度和降水量呈正相關，與溫度呈負相關，這與其喜濕、喜溫和的生長特性一致。而曲霉屬則表現出相反的模式，在高溫干燥條件下更易滋生。分析還揭示了真菌屬間的相互作用模式：在2023年，干燥條件加劇了真菌間的競爭，尤其是鐮刀菌屬與曲霉屬之間呈現強烈的負相關（ρ = -0.66）。而在2024年，濕潤條件使得包括附球菌屬、青霉屬（Penicillium）和莖點霉屬在內的多個屬能夠與鐮刀菌屬共存，呈現出更為協同而非競爭的關系。

研究評估了不同玉米籽粒類型對真菌侵染的敏感性。總體而言，鐮刀菌屬、青霉屬、附球菌屬等能感染所有類型的籽粒，無顯著差異。然而，一個有趣的發現是，爆裂玉米籽粒對曲霉屬的感染顯著更敏感。具體數據顯示，爆裂玉米中曲霉屬的平均發病率為26.8%，顯著高于馬齒型玉米的14.8%和粉質玉米的8.7%。對于曲霉屬的黃曲霉組（sect. Flavi）和黑曲霉組（sect. Nigri），爆裂玉米的發病率同樣顯著更高。作者推測，這可能與籽粒組成有關，馬齒型玉米的果皮含有特定的蠟質化合物（如己酸乙酯或5-甲基間苯二酚），可能抑制曲霉屬的侵染和生長。

對鐮刀菌分離株的分子鑒定揭示了物種水平的動態變化。總體而言，藤倉鐮刀菌復合種（Fusarium fujikuroispecies complex, FFSC）的成員在兩年中發病率最高，特別是增生鐮刀菌（F. proliferatum）和輪枝鐮刀菌。出乎意料的是，增生鐮刀菌成為最常見的鐮刀菌物種，超過了通常報道的優勢種輪枝鐮刀菌。此外，物種構成隨年份變化：FFSC物種在2023年（高溫干燥）發病率更高，而在2024年（涼爽濕潤），禾谷鐮刀菌（F. graminearum）的發病率顯著增加了13.6%，且F. boothii和F. incarnatum等物種出現。這表明即使鐮刀菌屬在整體上保持優勢，其內部的物種組成也會根據氣象條件發生適應性變化。

3.5. 曲霉組（Sections）和（Flavi）物種多樣性的季節性變異**

在檢出的曲霉屬中，僅發現了黃曲霉組和黑曲霉組。在2023年，兩者的發病率相近（黃曲霉組22%，黑曲霉組19%），這與歷史上黃曲霉組在玉米中占主導的報告不同。作者認為，這凸顯了在炎熱干燥的氣候條件下，黑曲霉組也能達到與黃曲霉組相當的流行水平。對黃曲霉組分離株的物種鑒定顯示，黃曲霉（A. flavus）和米曲霉（A. oryzae）是主要物種（占83%-95.3%），但由于測序基因（β-微管蛋白）無法可靠區分這兩個高度同源的物種，研究中將它們合并為一組。相比之下，寄生曲霉（A. parasiticus）的出現頻率要低得多，這可能與黃曲霉的競爭優勢有關。

這項研究清晰地表明，在當前氣候變化導致天氣日益不穩定的背景下，真菌的動態和物種優勢格局會在不同收獲季節間發生顯著轉變。鐮刀菌屬在干燥和濕潤條件下均表現出持續的流行性，其在與嗜干物種競爭中的適應能力，凸顯了它在當前氣候變化情景下的潛在危害。相反，風暴和潮濕期會促進其他喜濕物種（如附球菌屬或莖點霉屬）的增殖，而這些物種在干燥條件下通常受到抑制。隨著氣候變得更熱更干燥，曲霉屬預計將在作物中變得更占優勢，其發病率僅受不規則強降水事件的限制。干燥季節還可能加劇田間霉菌間的競爭。

在籽粒類型方面，爆裂玉米因其可能缺乏保護性果皮蠟質化合物，而對曲霉屬定殖特別敏感。

在物種層面，本研究的主要發現與以往報告有所不同。出乎意料的是，增生鐮刀菌成為優勢鐮刀菌物種，超過了輪枝鐮刀菌。曲霉屬中，黃曲霉組和黑曲霉組顯示出相似的發病率，而在歷史上，黃曲霉組的物種是該屬的主要定殖者。最后，作者強調區分產毒的黃曲霉和非產毒的米曲霉的重要性，因為過去的誤判可能導致高估了黃曲霉的種群數量。

總之，這項研究通過連續兩年的詳細調查，揭示了氣候變異性與玉米籽粒性狀如何共同塑造其真菌區系，為預測真菌優勢轉變、評估不同籽粒類型的風險，以及在未來氣候情景下保障食品安全和作物生產提供了至關重要的科學依據。持續的監測對于預見真菌主導地位的變化、保障氣候變化背景下的食品安全和作物生產是必要的。