松树萎蔫病(PWD)由松树线虫(PWN)Bursaphelenchus xylophilus引起,是全球林业生态系统面临的最具破坏性的生物威胁之一(Bo等人,2008年;Vicente等人,2012年;Zhao,2008年)。自该病原体在北美首次被发现以来,它已迅速蔓延至东亚和欧洲部分地区,导致灾难性的生态破坏和每年数十亿美元的经济损失(Tarek等人,2012年)。这种线虫侵入易感松树的树脂导管系统,引发一系列生理故障,包括树脂分泌停止、木质部导管空洞化以及系统性萎蔫,通常导致树木在一个生长季节内死亡(Fukuda,1997年;Futai,2013年)。死亡和垂死的树木成为线虫的重要储存库,随后通过昆虫媒介(主要是Monochamus属的长角甲虫)传播给健康宿主(Akbulut,2012年;Takasu,2009年)。因此,及时清除受感染的木材并进行植物检疫处理(包括感染木材、树桩和加工残余物)是切断传播途径和控制PWD扩散的关键策略(Sheng等人,2025年;Tang等人,2023年;Ma等人,2024年)。
然而,有效管理PWD感染的基质仍然是一个巨大的挑战。目前的植物检疫方法主要依赖于热处理(热灭菌)、焚烧或化学熏蒸(Kang等人,2025年;Guo等人,2025年)。虽然这些方法有效,但在偏远林业地区往往能耗高且操作受限(Back等人,2024年;Robinet等人,2024年)。化学熏蒸,特别是使用溴甲烷,曾是行业标准,但由于其对臭氧层的严重破坏性和神经毒性,正在全球范围内逐步淘汰(Back等人,2024年)。替代熏蒸剂如氟磺酰氟或磷化氢通常需要较长的暴露时间或高剂量,限制了其在紧急情况下的快速响应效率(Back等人,2024年)。此外,最近的病理学研究表明,PWD不仅仅是线虫引起的,而是涉及相关细菌的复杂病原体相互作用(Song等人,2025年;Sheng等人,2025年)。B. xylophilus携带的细菌群落,如金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和Pantoea属细菌,能够促进线虫繁殖、分泌加速宿主萎蔫的植物毒素或降解宿主防御化合物(Wang等人,2024年;Hao等人,2023年)。因此,理想的PWD控制消毒剂必须具备双重作用:快速消灭主要真核病原体B. xylophilus,同时抑制促进毒力和持续性的原核微生物(Mannaa等人,2024年;Zou等人,2025年)。
季铵化合物(QACs)是一类阳离子表面活性剂,在临床和工业消毒中广泛应用,因为它们具有广谱抗菌活性、化学稳定性以及相对于醛类或氧化剂的较低毒性(Lennartz等人,2025年)。这种膜破坏导致细胞内成分泄漏,最终导致细胞死亡(Abdollahi等人,2024年;Zhou等人,2024年)。尽管QACs在消毒中占据主导地位,尤其是在COVID-19大流行期间使用量激增(Wang等人,2025年;Lazofsky等人,2022年),但它们也存在一些局限性。传统的单链QACs如苯扎氯铵(BAC)对复杂微生物结构的杀菌效果较差,并可能受到有机物的干扰(Liao等人,2025年;Hedges等人,2025年)。更令人担忧的是,过度使用和滥用QACs可能导致抗菌素耐药性(AMR),细菌会发展出如外排泵等机制来对抗其作用(Lv等人,2025年;Su等人,2024年)。这种耐药性的发展尤其成问题,因为QACs可能同时选择性地促进对临床重要抗生素的耐药性(Wang等人,2025年;Liu等人,2023年)。最近的研究集中在开发下一代QAC配方以克服这些限制,包括具有双重阳离子中心的双季铵化合物(GQAs)(He等人,2025年;Zhou等人,2024年)、大环季铵盐(MQAs)(Kopiasz等人,2024年)以及将QACs与抗菌肽(He等人,2025年)或其他生物活性基团结合的混合结构(Li等人,2025年;Gao等人,2024年)。这些创新旨在提高抗菌活性,同时降低耐药性风险并保持生物相容性(Li等人,2025年)。然而,QACs的环境持久性和生态影响仍然是需要进一步研究的重大问题(Lennartz等人,2025年;Flanjak等人,2024年)。
为了解决这些限制,基于成分互补的配方工程提供了一种改进快速消毒性能的实际途径。先前的研究表明,将不同链结构的季铵化合物与醇类和螯合剂结合使用,可以增强膜相互作用,加速包膜不稳定,并提高对水质变化的耐受性。在此背景下,我们制备了一种复合QAC消毒剂AQAS,包含三种QAC活性成分以及乙醇和螯合缓冲系统,并评估了这种多组分配方是否能够实现快速的杀菌和杀线虫效果。
鉴于脂质屏障在细菌包膜和线虫角质层中的结构重要性,我们进一步探讨了AQAS是否可以作为针对B. xylophilus的快速作用剂。本研究的目标是:(1)量化AQAS的杀线虫活性并确定其对B. xylophilus的LC50;(2)使用荧光检测和扫描电子显微镜评估膜和角质层的损伤;(3)在实验室木材浸泡试验中验证AQAS是否能够减少受感染松木中的可恢复线虫数量。