澳大利亚昆士兰大学的科学家们在一项突破性研究中发现，导致牛群中毒的Pimelea植物毒素——simplexin，其降解过程可能完全依赖于高温非生物作用而非微生物代谢。这项由昆士兰农业与食品创新联盟 (QAAFI)  Mary Fletcher教授团队发表在Toxins 期刊的研究，通过严谨的实验室模拟实验，揭示了simplexin在自然环境中的降解机制，为开发牧场毒素管理策略提供了全新思路。

研究背景

困扰牧业百年的植物毒素难题

Pimelea中毒是澳大利亚牧场长期面临的严峻挑战。三种本土植物——Pimelea trichostachya、P. simplex和P. elongata所含的simplexin毒素，可通过激活牛体内的蛋白激酶C(PKC)，引发典型的皮下水肿 ("牛胸脯病")，每日仅需摄入12.5 mg/kg体重的植物材料即可导致中毒。

早期野外观察曾发现，暴露在土壤表面的Pimelea植物材料在12个月内simplexin含量减少90%，而埋在土壤下的材料降解较慢。这一现象引发了科学家的猜想：究竟是土壤微生物发挥了降解作用，还是环境因素 (如温度、光照) 主导了这一过程？

图形摘要

研究方法

双管齐下的验证实验

研究团队设计了两个关键实验：

微生物代谢验证实验：将粉碎的P. trichostachya植物材料与Pimelea污染牧场采集的土壤混合，在22°C下培养7天，监测simplexin含量变化。

高温降解实验：将纯化simplexin吸附于灭菌处理的土壤、酸洗砂和膨润土上，分别在22°C、40°C和100°C下处理1小时，分析毒素降解情况。

图. 使用磨碎的皮梅拉植物材料以及分离出的简单菌丝体进行的实验总结，实验所用材料包括土壤、沙子和膨润土。

土壤微生物培养实验显示：

无论是否灭菌处理，7天内simplexin浓度均无显著变化 (p > 0.05)。

与阳性对照 (灭菌土壤) 相比，活性土壤未表现出任何降解能力。

这一结果明确排除了土壤微生物在短期内降解simplexin的可能性，即使延长培养时间至数周，作者也未观察到明显的代谢迹象。转折出现在高温实验部分。当温度升至100°C时：

酸洗砂组：simplexin降解率达77% (p = 0.005)。

膨润土组：降解率49% (p = 0.002)。

土壤组：虽未达统计学显著，仍观察到31%降解。

更关键的是，通过UPLC-MS/MS分析，研究人员鉴定出三种热降解产物：

1. 多元 (C20H24O6)

2. 单酯 (C30H42O7)

3. 五醇 (C30H46O9)

这些产物的结构特征表明，降解是通过热促进的酸水解/消除反应实现的，特别是酸洗砂中的残留盐酸和膨润土的酸性催化特性，显著加速了这一过程。这一发现完美解释了早期野外观察：

地表材料降解快：直接暴露于阳光加热 (地表温度可达60-70°C)。

埋土材料降解慢：土壤隔热使温度维持在较低水平。

研究团队特别强调，当将含simplexin的植物材料与酸洗砂混合并在100°C处理时，仍观察到23%的降解，这说明植物组织中的毒素需要先释放才能被降解。这解释了为何自然环境下降解需要更长时间。

研究意义与未来方向

这项研究具有三重重要意义：

理论突破：首次证实simplexin降解是纯物理化学过程，推翻微生物代谢假说。

方法创新：建立UPLC-MS/MS检测体系，可追踪毒素降解路径。

应用价值：为开发基于高温处理的牧场毒素管理策略提供依据。

接下来，学者将重点研究40°C中长期 (模拟野外条件) 的降解动力学，同时需要分离足够量的降解产物，评估其毒性特征。

本文出自 Toxins 期刊：https://www.mdpi.com/2072-6651/17/3/124

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/toxins

Toxins 期刊介绍

主编：

Jay Fox, University of Virginia, Charlottesville, USA

期刊主要涵盖了由生物体产生的各类毒素领域的相关研究。

2024 Impact Factor：4.0

2024 CiteScore：8.2

Time to First Decision：18.4 Days 

Acceptance to Publication：2.8 Days