2022年2月3日，国家蛋白质科学研究（上海）设施用户中国农业大学王伟课题组在Food Chemistry杂志在线发表了“Spatio-temporal patterns of Aspergillus flavus infection and aflatoxin B1 biosynthesis on maize kernels probed by 

SWIR hyperspectral imaging and synchrotron FTIR microspectroscopy”的研究成果。黄曲霉菌与玉米籽粒相互作用过程中，其生长和AFB1合成的调控机制尚不清楚。本研究采用短波红外高光谱成像技术(SWIR-HSI)和同步辐射傅立叶变换红外显微成像(SR-FTIR)技术，从宏观和微观水平研究黄曲霉菌侵染玉米籽粒的动态过程中营养损耗及黄曲霉毒素B1(AFB1)累积的时空变化规律。 

以实验室人工接种黄曲霉菌的完整、扎孔、剖半的递进式损伤玉米籽粒为研究对象，连续采集其0-96 h时间序列下高光谱数据及红外显微成像数据，并测定每个样本的标准毒素值。SWIR-HSI用于提取黄曲霉生长、籽粒营养损失和AFB1积累的光谱信息。为定量预测AFB1水平，采用偏最小二乘回归（PLSR）建立定量全光谱模型（R2v≥0.90，RMSEV≤3.636和RPD≥2.44）和仅选择10个波长的简化模型（R2v≥0.89 , RMSEV ≤ 3.370 和 RPD ≥ 2.48)。基于简化模型，AFB1在单个籽粒上的空间分布被可视化展示（图1）。 

  
图1 递进式损伤玉米籽粒多光谱模型的线性回归图（a-c）及毒素预测可视化图（d-e）

 
图2 基于SR-FTIR光谱官能团区(4000-2800 cm-1)和指纹区(1800-800 cm-1)的2DCOS同步谱(a, c)和异步谱(b, d) 

利用SR-FTIR显微光谱和二维相关光谱(2DCOS)揭示了真菌感染玉米籽粒过程中的营养损耗、籽粒成分变化和AFB1累积的动态变化规律。具体的，在真菌侵染过程中，借助于2DCOS同步谱和异步谱探索了玉米籽粒不同营养成分损耗和AFB1生物合成官能团变化的先后顺序（图2）。进一步，明晰了时间序列下指示样本中的脂质（2926 cm-1）、蛋白质（1650 cm-1）和淀粉（1025 cm-1）等营养成分及痕量AFB1（1733、1361 cm-1)的光谱差异，基于SR-FTIR技术mapping成像功能实现了营养成分逐渐水解及毒素累积的可视化展示（图3）。综之，具有高光谱分辨率的SWIR-HSI和具有高空间分辨率的SR-FTIR相结合，为如何量化递进式损伤籽粒上真菌感染与AFB1积累的时空模式提供了新的见解。

 
图3 时间序列下样本营养成分损耗(a)及痕量AFB1累积(b)的mapping分布图  

国家蛋白质科学研究（上海）设施红外谱学光束线站BL01B为籽粒样品切片的制备以及红外显微和mapping成像数据采集提供了技术支撑和机时支持。