植物源農（nóng）藥（yào）研究進（jìn）展

    在中國，由於化學農藥的濫用（yòng）導致40種以上（shàng）的主要農作物的（de）病（bìng）原微生物和（hé）害蟲產生抗藥性、生態環境惡化、生物多樣性水平降低等一係列問（wèn）題，而且傳統（tǒng）化學農藥往往含有對人畜有害的成分，以植物體內對（duì）病原菌具有拮抗性的化學物質為主要成分（fèn）的植物源農藥，因其具有低毒、低殘留、對非靶標生物及環境安全的（de）特點而越（yuè）來越受（shòu）到重視。據研究，常用植物（wù）源農藥有生物堿類化合物、黃酮類化合物、萜類（lèi）化合物、揮發油等，不同類型的化合物具有不（bú）同的骨架結構，根據化合物特性的的不同，選（xuǎn）擇不同方式進行提取，不同的化合物也具有不同的抑菌及提（tí）高（gāo）植物抗氧化力等生理特性。本文（wén）綜述了植物源（yuán）農藥中常（cháng）見活性成分的結構表征、提取方式及其抑菌研究進展，旨為植物源農（nóng）藥的開（kāi）發提供技術（shù）支撐。
一、植物源農藥常用的活性提取物

1.生物（wù）堿類化合物
 
    目前已發現的21,000多（duō）種生物堿類化合物，多分布在茄科植物的種、果、花、莖等植物部位。生物堿類化合物大多為環（huán）狀結構，氮素被包含在（zài）碳（tàn）環內。在抑菌時C1、C2、C9和C10中的羥基作為取代基會（huì）出現結構取（qǔ）代的（de）情（qíng）況。生物堿（jiǎn）常（cháng）見類型有異喹啉類生物堿、喹啉（lín）類（lèi）生物堿、吲哚類生物堿、呱啶類生物堿等，其中N-甲基四氫原小檗堿、原小檗堿和苯（běn）胺類生物堿的C2和C3的4階碳和亞（yà）甲二氧基（jī）在提高N-甲（jiǎ）基四氫原小檗（bò）堿的抗病毒（dú）、抗菌和抗真菌（jun1）活性方麵起著重要（yào）作用。當進行生物堿類化合物的結構優化時，可重點優化生物堿的（de）C2和C3的4階碳和亞甲二氧基，從而（ér）提高該類型化合物的抑菌效果。
 
2.黃（huáng）酮類化合物
 
    黃酮類化合物目前已發現800餘種，屬於植物的次生代謝物質。黃酮（tóng）類的（de）化學結構類型較多，一般以C6-C3-C6的（de）形式為基礎。黃酮類化合物是苯並（bìng）-γ-pyrone衍生物，當病菌對其（qí）進行侵染時，它會根據其（qí）側組位置和換位進行分類；其藥理作用主要是根據它的結構類別、羥（qiǎng）基（jī）化程度、其他取代和共軛（è）以及聚合程度相互協同合作，其中類黃酮在生物係統中保護作用歸因於它們傳遞氫或電（diàn）子（zǐ）自由基的能力；而芳香環上特殊位置的羥基能夠提高抑菌作用。在進行黃酮類化（huà）合物的結構優化時，可先尋找到該物質（zhì）芳香環的羥基，調整（zhěng）其位置，再查看該羥基（jī）在新位置上與它的結構類別、其他取代和共軛以及聚合程度互相協作的效果（guǒ），從而達到整體提高黃酮類化合物的抑菌效（xiào）果。

3.萜類化合物
 
    在天然產物中，萜類化合物是結構 多、結構 大的化合物之一，目前已（yǐ）發現50,000多（duō）種。萜類化合物可（kě）根據異戊二烯進行分類，即將不同（tóng）碳數量及組成結構進行線性（xìng）排列（liè），形成多（duō）個異（yì）戊二（èr）烯單元組成的頭尾相連的異戊二烯聚合體，少部分萜類（lèi）化合物也會以各種含氧衍生物的（de）形式存在。萜類化合物主要由（yóu）甲羥戊酸途徑生成，但也可（kě）能來源於2-C-甲基-D-赤蘚糖醇4-磷酸，而缺少吡喃環時，則一般（bān）被認為沒有活性，不具備抑菌作用。在進行萜類化合物的結構優化時，可（kě）以吡喃環（huán）為切入點進（jìn）行研究（jiū），來（lái）提高萜（tiē）類化合物的抑菌效果。

4.揮發油
   
    揮發油又稱植物精（jīng）油，主要來自芳香植（zhí）物，是脂溶性的天然化（huà）合物。植物精油成分複雜，按化學結構分為芳香族（zú）、脂肪族和萜類（lèi），其中以萜類成（chéng）分為主，主要包括單帖、倍半萜以及醇類、酚類、醚類、醛（quán）、酮、羧酸和（hé）酯等含氧衍生物。揮發油的（de）活性可能是由某些小化合物如香芹（qín）酮的存在所致。揮（huī）發（fā）油所含成分太多，可推測出抑（yì）菌作用主要源於它的組成成分的協同作用，並非一種（zhǒng）物質的作用（yòng）。進（jìn）行結構優化（huà）太過複雜。
 
二、活性物質提取方式
 
    植物會通過自身的代謝功能合（hé）成不同的化學物質以及衍生（shēng）物，這些物質具有抑菌、抗病、抗氧化等作用。因此可以根據不（bú）同成分的特性選擇合適（shì）提取方式進行成分提（tí）取。
 
1.生物（wù）堿類化合物
 
    在提取生物（wù）堿時，生物堿的溶解性（xìng）能是提取方式選擇（zé）依據，因此（cǐ）根（gēn）據不同生物堿在不同溶劑中（zhōng）的溶解度進行（háng）溶（róng）劑選擇（zé），在進行親水性生（shēng）物堿的提取時要（yào）注意溶劑酸堿度的調節。Wei等將（jiāng）白屈菜粉碎後（hòu）超聲波提取，固液比（bǐ）為1∶8，提取液為75%乙醇，85%超（chāo）聲（shēng）頻率提取35 min得到白屈菜紅堿；白屈菜紅堿濃（nóng）度為（wéi）1.7×10^-6mg/mL時，抑菌活性 高，對番茄（qié）枯萎病菌Z0413、黃瓜枯萎病菌Z0418等具有使用量少、抑菌性強（qiáng）的特點。Han等將延胡索粉碎後用正乙烷、乙酸乙酯（zhǐ）、氯仿浸提分餾，純化後得到3種異喹（kuí）啉生物堿脫氫木犀草堿、針刺堿和蟲草堿，3種（zhǒng）堿對小麥葉鏽病菌、花椒炭疽病菌均有一定的抑製作用，研究發現C-13和季銨鹽中甲基的缺失氮原子在抗真菌藥物中起著重要作用。陳偉等依次（cì）使用乙酸（suān）、氨水（shuǐ）、正丁醇和甲醇對馬鈴薯薯芽與薯皮進行粉碎萃取，不斷調節溶劑酸堿度， 後得到馬鈴薯糖苷生物堿；隨著濃度增（zēng）大，馬鈴薯（shǔ）糖（táng）苷生物堿對枸杞（qǐ）致腐病原菌鐮孢（bāo）菌的抑製作用隨（suí）之（zhī）增強，但濃度不能高於（yú）0.15 g/mL。周兵等按照（zhào）醇（chún）-酸水（shuǐ）-有機溶劑提取（95%乙醇回流提（tí）取2 h後，依次用酸性水溶液和濃氨水進行（háng）酸堿處（chù）理， 後用氯仿萃取）法對碎米莎草莖（jīng）進（jìn）行（háng）總生物堿提取；隨著濃度的增加，總生物堿對水稻稻瘟病菌、油菜菌核（hé）病菌、番茄早疫（yì）病菌和楊樹潰瘍病菌的抑製作用隨（suí）之增加，但對水稻苗（miáo）高有嚴重（chóng）抑（yì）製作用。
因此，在提取生物堿時，不光要根據溶（róng）劑極性來提取對應的生物（wù）堿類化合物，還要在提取過程中（zhōng）不斷調節溶劑的酸堿度。不（bú）同（tóng）類型的生物堿對不同的植（zhí）物病害有一（yī）定的抑製作用，總生物堿類化合物不能用於水稻田，會影響水稻幼苗的生長。

2.黃酮類化合物
 
    黃酮類化合（hé）物提取的關鍵在於所提取的黃酮類物質是遊離苷元（yuán）還是苷類化合（hé）物，不同（tóng）的化合物使用（yòng）極性不同的溶劑，極性越大的溶劑所提取的極性化合物含量會越多（duō），不同極性的溶劑混合提取會出（chū）現協（xié）同作用。Bartmańska等使用不同極（jí）性的（de）溶劑分別從廢除的啤酒花殘渣中浸提得到7種黃酮類化合物，其中2種為天然黃（huáng）酮（α,β-二羥基胡（hú）蘿卜素（sù）和8-丙基柚皮素），提取黃腐醇含量 多的溶劑是甲醇＋二氯（lǜ）甲烷；丙酮、乙酸乙酯、甲醇的粗提物對鐮刀菌（jun1）的抑製所差無幾，而亞（yà）甲基氯化物則對（duì）灰黴病菌有較強的抑製（zhì）作用。EL-Hefny等使用乙酸乙（yǐ）酯和甲醇分別對大黃（huáng）的根部進行萃取，分（fèn）餾分離後物質用蒸餾水配製成含有黃酮-3-醇和二苯乙烯的藥液，並對田間感染稻瘟菌的小麥進行抑菌試驗；結果顯示，其能顯（xiǎn）著抑製病菌孢（bāo）子的萌發。

3.萜類化（huà）合物
 
    萜類化合物常用的提（tí）取方式為壓榨法、水蒸氣蒸餾法、脂（zhī）浸潤法、超靈界流體萃取法和溶劑提取法。前4種方法可用於提取精（jīng）油，一般萜類提取都是根據提取物質的苷元形式選擇不同極性、不同沸點的溶劑。Oludemi等將靈芝 行乙醇回（huí）流提（tí）取，幹燥後（hòu）按照（zhào）提取時間78.9 min、提取溫度90℃、溶劑62.5%乙醇進行熱萃取（qǔ），得到提取率為（4.9±0.6）%，含量為（435.6±21.1）mg/g的三萜。Popov等研究發現，乙酸乙酯提取白樺醇的純度比95%乙醇提取的白樺醇純度高，並且可以在乙酸乙酯（zhǐ）提取完白樺醇之後，使用水蒸餾法將提取殘渣中的乙酸乙酯回收，形成綠色萃（cuì）取。Qun等通過使用蒸餾水，保（bǎo）證1∶55 （g/mL）的（de）固液比，在超（chāo）聲波-微波輻照功率90Ｗ，提取周期75 s的條件（jiàn）下（xià）對角果進行三萜類（lèi）化合（hé）物提取（qǔ），得到16.789 mg/g，與預期相符。

4.揮發油
 
    揮發油 常見的成分就是單帖及倍半萜，因此提取精油時常用水蒸氣法和超臨（lín）界流體萃取法。Bammou等通過水精（jīng）蒸餾裝置對蚤草屬進行水蒸氣蒸餾，提取精油對尖孢鐮刀菌有（yǒu）一定的抗性。Shukla等使用超臨界CO₂對幹薑進行多分離器在線分餾，CO₂回收率為96.15%。工業（yè）生產中的工藝優化及其驗證標度單位表明，超臨（lín）界CO₂萃取和同步萃取分餾可用於一係（xì）列天然（rán）生物活性化合物，如維生（shēng）素、必需脂肪酸。Agha等采用二維氣相色譜法和簡易氣相色譜法（fǎ）對（duì）天竺葵提取揮發油的化學成分進行檢測，揮發油的主要成分是（shì）香茅醇、香葉醇和芳樟醇。揮發油（yóu）也多用於果（guǒ）蔬保鮮及美妝行業中，所以使（shǐ）用超臨界CO₂作為萃取劑，既價格低廉，又（yòu）無殘留（liú），且不破壞化合物結構。在（zài）提取各類化合物時，除了（le）根據不同提取物質（zhì）選擇不同極性的溶劑外，可（kě）以采用微波輔助提取或超聲波輔助（zhù）提取方式。對比傳統的溶劑提（tí）取（qǔ）法，通過（guò）超聲或微波產生切向力，使溶劑（jì）滲（shèn）入，加速有效成分進入提取溶劑中，從而提高提（tí）取率（lǜ），且不降低提取物的活性。郭孝武分別（bié）使用超聲波輔助提取法、回流提取法、浸提法對益母草的總生（shēng）物堿進行（háng）提取，發現超聲波輔助提取法（fǎ）的提取（qǔ）率較（jiào）其他2種方法要高，且未改變提取物的化學結構。
 
三、活性物質抑菌機製

1.生物堿（jiǎn）類化合物
 
    生物堿類化合物可以在需要保護的細胞上形成一層保護膜，從而減少其他病菌對細胞（bāo）的破壞。Zhao等使用異喹啉生物堿（jiǎn）對稻瘟病菌進行抑製試驗，結果表明，菌（jun1）絲體彎曲、崩（bēng）解，細胞膜（mó）完整性受損，同時還抑製菌絲的活性氧生成，破壞了菌（jun1）絲的膜功能和細胞增殖。
對於病菌（jun1）抑製，生物堿類化合（hé）物可對病菌（jun1）細胞基因及酶類進行影響，或者對細胞膜、菌絲生長形態造成影（yǐng）響，從而（ér）達到抗病的作用。

2.黃酮類化合物
 
    黃酮類化合物的抗病性可能是非特（tè）異性的，通過黃酮類化合物的抗氧化性，使致病（bìng）菌因缺氧而失去活性，影響生（shēng）物膜的（de）形成、膜（mó）的通透性等（děng）生（shēng）理特性，影響（xiǎng）某些（xiē）酶對細胞質的（de）抑製。Rachmawaty等對幹燥的可可果進行粉碎後使用7∶3的丙酮水溶液浸提3次，得（dé）到黃酮（tóng）類化合物，發現其（qí）對尖孢菌的孢子有強烈的抑製（zhì）作用。Chen等研究發現黃芩素在32和64μg/mL時對病（bìng）菌具有下（xià）調群體感應係統調節因子及基因細胞間粘附素在生物膜中的表達生產細胞的能（néng）力。
 
3.萜類（lèi）化合物
 
    萜類（lèi）化合物對真（zhēn）菌的抑製作用主要表現在對真菌菌（jun1）絲的（de）生長抑（yì）製，使其尖端膨脹、分支形成孢子梗或使菌絲斷裂（liè），對（duì）細胞造成（chéng）破壞（huài）以及對真菌細胞蛋白的（de）下調。楊婷等對13種（zhǒng）萜類化合物進行抑菌篩選，其中，香芹酚、丁香酚、異丁香酚、枯茗醛、百裏香（xiāng）酚對孢炭（tàn）疽菌的 佳抑製濃度為50μg/mL。Alexa等對丹（dān）參和百裏香分別進行萃取，得到γ-鬆油（yóu）烯和（hé）ｐ-百裏香酚，兩者混合對禾穀鐮刀（dāo）菌有一定的抑製協同作用。丁蘭等（děng）從香茶菜（cài）屬（shǔ）中分離出4種萜類物質（leukamein E、weisiensin B、熊果酸和2-α-羥基熊果酸），並（bìng）考察幾種物質對蝴蝶蘭莖腐病中分離（lí）出（chū）的鐮孢屬真菌的抑製活性（xìng）；發現真菌（jun1）的菌絲簡短膨大成為囊（náng）泡，出現斷裂，逐漸變為空泡；菌絲（sī）體細（xì）胞膜結構被嚴重破壞（huài），且大大改變了其通透性。


4.揮發油
 
    揮發油是通過精油及其組分對（duì）細胞膜造成破（pò）壞，增大膜的通透（tòu）性，致使細胞內的物質泄（xiè）漏，或直（zhí）接破壞病菌的酶係統，致其死亡。Moghaddam等發現從山羊草種子中提取（qǔ）的（de）精油對青枯病菌有較強的抑製活性，能夠顯著抑（yì）製菌絲（sī）的生長。Yu等考察從茶樹（shù）中（zhōng）提取的精油對灰黴病菌的（de）抑製活（huó）性，研究發現精油中的α-鬆油醇（chún）、1,8-桉葉素混合（hé）後能穿透病菌細胞，破壞細（xì）胞器而不影響細胞膜透性。相比之（zhī）下，鬆油烯破（pò）壞了膜的完整性，增加了膜（mó）的通透（tòu）性（xìng），導致離子滲漏和膜功能障礙。
 
四、展望
 
    目前研究人員對各類植物源化合物已有一定的研究，但不同類型化合（hé）物的生物功能和生（shēng）態化（huà）學功能尚未（wèi）被充分（fèn）研究（jiū），例如（rú）化合（hé）物在植物體內代（dài）謝過程、所（suǒ）具有的功能，以及在生態（tài）環境中的存在形式（shì）與歸（guī）宿途徑等。
 
    在提取工藝中，不僅要（yào）考慮優化工藝增加物質提取率或（huò）提取出其他物質類型，還要考慮提取成本，以及（jí）商業生產的經濟性（xìng），是否適用於工廠批量化生產。例如將許多高（gāo）質量的有價值（zhí）的化合物被一個單一的步（bù）驟回收，從某種低廉的植物中得到大量高質量的化（huà）合物等。對（duì）於植物源農藥，所需化合物的活性篩選仍然是新農藥開發的關（guān）鍵步驟，具有較高活性的化（huà）合物可（kě）以直接（jiē）開發為新藥（yào）。化合物的結構對於（yú）抑菌活性有著重要（yào）影響，因此可以將“組學”技術與分子（zǐ）網絡藥（yào）理學（xué）相結合，在原物（wù）質結構的基礎上進行結（jié）構修飾，合成具有高效抑菌能力的新物質。
 
來源：《黑龍江農業科學》2021年第（dì）7期
作者：淮陰工學（xué）院生命科學與食品工程學院  於忻瀅  張國良  範鬆  黃誌（zhì）煒（wěi）  張葉