黄曲霉毒素是黄曲霉菌等丝状真菌在生长过程中产生的有毒次级代谢产物。极少量的黄曲霉毒素即可对人体健康产生很大的危害,其生成对粮食和农业经济也具有很大的影响。因此,有效控制黄曲霉菌生长,尤其是抑制黄曲霉毒素产生,对于保障农业和粮食安全意义重大。近年来,科学工作者开展了大量工作,研究黄曲霉菌的产毒机制,为有效抑制毒素生成提供了理论指导。活性氧（Reactive oxygen species,ROS）是生物体有氧代谢的产物,在细胞信号转导、维持机体氧化-还原平衡等过程中发挥重要作用。有文献报道,ROS与黄曲霉毒素的胞内合成过程密切相关,菌丝细胞内ROS的水平可能是黄曲霉毒素合成的重要前提条件。因此,检测ROS及其相关酶类,对于理解黄曲霉产毒过程,并进一步研究毒素合成抑制机制显得尤为关键。传统的分子生物学方法（如基因敲除法等）虽能建立基因和功能之间的关系,但不能实现实时、快速、灵敏检测,不利于理解生命过程中的重要环节。电化学传感器专一性强、灵敏度高,可以实时、快速的检测生物靶分子,如能将其用于黄曲霉产毒机制的研究,将有可能在不影响黄曲霉菌活性的前提下,提供更多原位、实时数据。在本论文中,我们开发了多种基于纳米材料的电化学传感器,并将它们用于黄曲霉菌过氧化氢酶、超氧阴离子和过氧化氢的检测,对黄曲霉产毒机制以及抗菌物质的抑产毒机制进行了分析。主要研究内容如下:1.利用电化学传感器研究黄曲霉菌过氧化氢酶活性与产毒之间的关系本研究中采用电沉积方法构建石墨烯-纳米金（Au NPs）电化学传感器,并通过场发射电子显微镜（FESEM）、拉曼（Raman）光谱和X衍射仪证实传感器构建成功。通过外加H₂O₂,并测定其浓度可以判断过氧化氢酶（CAT）活性,通过进一步优化实验条件,得到该传感器对H₂O₂检测线性范围为2-30μM,检测下限为0.2μM,对CAT活性的检测范围是0-48 U/mg prot。将该传感器用于黄曲霉菌粗提液CAT活性检测,结果显示,随着菌丝培养时间的逐渐延长,霉菌粗提液中的CAT活性随之增强,且黄曲霉毒素的含量也在增加。霉菌粗提液中的CAT活性与菌液中黄曲霉毒素的含量呈正相关。该结果表明,霉菌粗提液中的CAT活性可用作黄曲霉产毒的生物标志。其机制推测为:当黄曲霉生长迅速时,菌丝代谢旺盛,随之产生的有氧代谢产物ROS也进一步增多,为了实现生物氧化还原平衡,CAT活性也相应增强,而ROS的增加将促进黄曲霉毒素合成,因此,CAT活性与毒素合成之间呈正相关。2.利用电化学传感器研究纳米银抑制黄曲霉菌产毒的机制采用化学还原方法合成霉菌产毒抑制剂——纳米银（Ag NPs）,并通过透射电子显微镜（TEM）、紫外分光光度计（UV-VIS）等进行表征,证实其为球状结构,尺度为4.5 nm,可用于后续抑菌实验。纳米银处理可显著降低黄曲霉菌毒素的产量。水热法合成人工纳米酶Mn₃O₄纳米棒,将其与多壁碳纳米管（MWCNTs）复合,构建MWCNTs-Mn₃O₄纳米棒超氧阴离子（O₂^-）电化学传感器。通过实验条件的优化,该传感器检测的线性范围为57.5-862.5 n M,检测下限为57.5 n M。将制备的传感器用于黄曲霉胞外释放的O₂^-实时检测,发现Ag NPs的加入可刺激黄曲霉菌瞬时释放大量O₂^-分子。根据实验结果,我们推测Ag NPs抑制毒素产生的可能机制为:Ag NPs刺激黄曲霉后,O₂^-分子立即从菌丝体分泌,最终导致细胞内ROS水平迅速降低,细胞内氧化水平的降低进一步影响黄曲霉毒素生物合成的信号传导途径,最终导致黄曲霉毒素含量的降低。3、基于碳化孢子的H₂O₂电化学传感器及其在真菌分析中的潜在应用生物质已被广泛用作碳源来制备不同结构的碳材料,黄曲霉分生孢子具有微米尺度的球状结构,有可能作为原材料制备空心结构微米碳球。在本研究中,通过对黄曲霉孢子碳化制备得到中空碳微球。然后,在碳微球表面原位生长Au NPs,将该复合材料用于H₂O₂传感器的构建。经过实验条件的优化,该传感器的线性范围为1μM-15μM,检测下限为0.05μM。综上所述,本研究通过构建纳米生物传感器检测了黄曲霉菌CAT活性和ROS释放过程,基于实验结果,我们提出了黄曲霉产毒以及抗真菌药物抑毒素产生的可能机制。本研究为黄曲霉产毒机制研究提供了直接数据和新方法,且进一步拓展了电化学传感器在微生物生化过程分析中的应用。