植物源農（nóng）藥研究進（jìn）展

    在中國，由於化學農藥（yào）的濫（làn）用導致40種以上（shàng）的主要農作物的病原微生物和害蟲產（chǎn）生抗藥性、生態環境惡化（huà）、生物多樣性水平（píng）降（jiàng）低等一係列問題，而且傳統化學農藥往往含有對人畜有害的成（chéng）分，以植物體內（nèi）對病原菌具有拮抗性的化學物質為主要成分的植（zhí）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特點而越來越受到重視。據研究，常用（yòng）植物源農藥有（yǒu）生物堿類化合物、黃酮類（lèi）化合物、萜類化合物、揮（huī）發油等，不同（tóng）類型的化合物具有不同的骨架結構，根據化（huà）合物特性的的不同，選擇不同方式進行提取，不（bú）同的化合物也具（jù）有不同（tóng）的抑菌及提高植物抗（kàng）氧化力等生理特性。本文綜述了植物源農藥中常見活（huó）性成分（fèn）的結構表征、提取方式及其抑菌（jun1）研究進展，旨為（wéi）植物源農藥的開發提供技術支（zhī）撐。
一（yī）、植物（wù）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（hé）物（wù）大多為（wéi）環狀結構，氮素被包（bāo）含在碳環內（nèi）。在抑菌時C1、C2、C9和C10中的羥基作為取代基會出現結構取代的情況。生物堿常見類型有異喹啉類生（shēng）物堿、喹啉類（lèi）生物堿、吲哚類（lèi）生物堿（jiǎn）、呱啶類生物堿等，其中N-甲基四氫原小檗堿、原小檗堿和苯胺類生物堿的C2和（hé）C3的4階碳和亞甲二氧基在（zài）提高N-甲基四氫原小檗堿的抗病毒、抗菌和抗真菌活性方麵起著重要作用。當進行生物堿類化合（hé）物的（de）結構（gòu）優化時，可重點優化生物堿的C2和C3的4階（jiē）碳（tàn）和亞甲二氧基（jī），從而（ér）提高該類（lèi）型化合物的抑菌效果。
 
2.黃酮類化合物
 
    黃酮類化合物目前（qián）已發現800餘（yú）種，屬於植物的（de）次生代謝物（wù）質。黃酮類（lèi）的化學結構類型較多，一（yī）般以C6-C3-C6的形式為基礎。黃酮類化合物是苯並-γ-pyrone衍生物，當病菌對其進行侵染時，它會根據其側組（zǔ）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、羥基（jī）化程度、其他取代和共軛以及聚合程（chéng）度相互協同合作，其中類黃酮（tóng）在生物係統中保護作用歸（guī）因（yīn）於它們傳遞氫或電子自由基的能力（lì）；而芳香（xiāng）環上特殊位置的（de）羥基能（néng）夠提高抑菌作用。在進行黃酮類化合物的結構優化時，可先尋找到該物質芳香環（huán）的羥基，調整（zhěng）其位置，再查看該羥基在新位置上與它的結構（gòu）類（lèi）別、其他取代和共軛以及聚合程度（dù）互相協作的（de）效果，從而達到整體提（tí）高黃酮類化合（hé）物的抑菌（jun1）效果。

3.萜類化合物
 
    在天然產物中，萜類化合物是（shì）結構 多、結構 大的化合（hé）物之一，目前已發現50,000多種（zhǒng）。萜（tiē）類化合物可根據異戊二烯進行分類，即將不同碳數量及組成結構進行線（xiàn）性排列，形成多個異戊二烯單元組成的頭尾相連的異（yì）戊二烯聚合（hé）體，少部分萜類（lèi）化合物也會以各種含氧（yǎng）衍生物的形式存在。萜類化合物主要由甲羥戊酸途徑生成，但也可能來源於2-C-甲基-D-赤（chì）蘚糖醇4-磷酸，而缺少吡喃環時，則一般被認為沒有活性，不具備抑菌（jun1）作用。在（zài）進行（háng）萜類化合物的結構優化（huà）時，可以吡喃環為切入點進行研究，來提高萜（tiē）類化合物（wù）的抑菌效果。

4.揮發油
   
    揮發油又稱植物精油，主要來自（zì）芳香（xiāng）植物，是脂溶性的（de）天然化合物。植物精油成（chéng）分複雜，按化（huà）學結構分為芳香族、脂肪族和萜類，其中以萜類成分為主（zhǔ），主要包括（kuò）單帖、倍半萜以及醇類、酚類、醚類、醛、酮、羧酸和（hé）酯等含氧衍生物。揮發油的活性可能（néng）是（shì）由某些小化合物（wù）如香芹酮的（de）存在所致（zhì）。揮發油所含（hán）成分太多，可推測出抑（yì）菌（jun1）作用主要源於它的組成成分的協同作用，並非一種物質（zhì）的作用。進行結構優化太過複雜。
 
二、活（huó）性物質提（tí）取方式
 
    植物會通（tōng）過自身的代謝功能合成不同的化學物質以及衍生（shēng）物，這些（xiē）物（wù）質具有抑菌、抗病、抗氧（yǎng）化等作用。因此（cǐ）可以根據（jù）不（bú）同成分的特性選擇合適提（tí）取方式（shì）進行成分提取。
 
1.生物堿類化合物
 
    在提取生物堿時，生物堿的溶解性能是提取方式選擇依據，因（yīn）此根據不（bú）同生物堿在（zài）不（bú）同（tóng）溶劑中的溶解度進行溶劑選擇，在進行親水性生物堿的提取時要注意溶劑酸（suān）堿度（dù）的調節。Wei等將（jiāng）白屈（qū）菜粉碎後超聲波提取，固（gù）液比為1∶8，提取液為75%乙醇，85%超聲（shēng）頻率提取35 min得到（dào）白（bái）屈菜紅堿；白屈菜紅堿濃度為1.7×10^-6mg/mL時，抑菌活性（xìng） 高，對（duì）番茄枯萎病菌（jun1）Z0413、黃瓜枯萎病菌（jun1）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、氯仿浸提分餾，純化後得到3種異喹啉生物堿脫氫木犀草堿、針刺堿和蟲草堿，3種堿對小麥葉鏽病菌、花椒炭疽病菌均有一定的抑製作用，研究發現C-13和（hé）季銨鹽中甲基的缺失氮原子（zǐ）在（zài）抗真菌藥物中起（qǐ）著重要作用（yòng）。陳偉等依次使用乙（yǐ）酸、氨水（shuǐ）、正丁醇和甲醇對馬鈴薯薯芽與薯皮（pí）進（jìn）行（háng）粉碎萃取，不斷調節溶劑（jì）酸堿度（dù）， 後得到馬鈴薯糖苷生物堿；隨著濃度增大（dà），馬鈴薯糖苷（gān）生物堿對枸杞致腐病原菌鐮孢菌的抑製作用隨之增（zēng）強，但濃度（dù）不能高於0.15 g/mL。周兵等按照醇-酸水-有機溶劑提取（qǔ）（95%乙醇回流提取2 h後，依次用酸（suān）性水溶液和濃氨水進行酸（suān）堿處理， 後用氯仿萃取）法對碎米莎草莖進行總生物（wù）堿提取；隨著濃度的增加，總生（shēng）物堿對水稻稻瘟病菌、油菜（cài）菌（jun1）核病菌、番茄早疫病菌和楊樹潰瘍（yáng）病菌的抑製作用隨之增加，但對（duì）水稻苗（miáo）高有嚴重抑製作用。
因此，在提取生物堿時，不光要根（gēn）據溶劑極性來提取對應的生物堿類化合物（wù），還要在提取過程（chéng）中不（bú）斷（duàn）調節溶劑的（de）酸堿度。不同類型的生物堿對不同的植物病害有一定的抑製作用，總生物堿類化合物不能用於水（shuǐ）稻田，會影響水稻幼苗（miáo）的生長。

2.黃酮類化（huà）合（hé）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還是苷類化合物（wù），不同的化合物使（shǐ）用極性不同的溶劑，極性越大的溶劑（jì）所（suǒ）提取的極（jí）性化合物含量會越多，不同極性（xìng）的（de）溶（róng）劑混合提取（qǔ）會出現協同作（zuò）用。Bartmańska等使用不同極性的溶（róng）劑分別從廢除的啤酒（jiǔ）花殘渣中浸提得到7種黃酮類（lèi）化合物，其中2種為天然黃酮（α,β-二羥基胡蘿（luó）卜素和8-丙基柚皮素），提取黃腐（fǔ）醇含量 多的（de）溶劑是甲醇＋二（èr）氯甲烷；丙酮、乙酸乙酯、甲醇的（de）粗提物（wù）對鐮刀菌的抑製所差無幾，而（ér）亞甲基氯化物則對灰黴病菌有較強的（de）抑製作（zuò）用。EL-Hefny等使用乙酸乙（yǐ）酯和甲醇（chún）分別對大黃的根部進行萃取，分餾分（fèn）離（lí）後物質用蒸餾水配製成含有黃（huáng）酮-3-醇和二苯乙烯的藥液，並對田間感染稻瘟菌的（de）小麥進行抑菌試驗；結果顯示，其能顯著抑（yì）製病菌孢子的（de）萌發。

3.萜類化合物
 
    萜（tiē）類化合物常用的提（tí）取方式為（wéi）壓榨法（fǎ）、水蒸氣蒸餾法、脂浸潤（rùn）法、超（chāo）靈界流體萃取法和溶劑提（tí）取法。前4種方法可用於（yú）提（tí）取精油，一般萜類提取都是根據提（tí）取（qǔ）物質的苷元形式（shì）選擇不同極性、不（bú）同沸點（diǎn）的溶劑。Oludemi等將（jiāng）靈芝 行乙醇（chún）回流提取，幹燥後按照提取時間78.9 min、提取溫度90℃、溶劑62.5%乙醇進行熱萃取，得到提取（qǔ）率為（wéi）（4.9±0.6）%，含（hán）量為（435.6±21.1）mg/g的三萜。Popov等研究（jiū）發現，乙酸（suān）乙酯提取白樺醇（chún）的純度比95%乙醇提取的白樺醇純度（dù）高，並且可以在（zài）乙酸乙酯提取完白樺醇之後，使用（yòng）水（shuǐ）蒸餾法將（jiāng）提取殘渣中的乙酸乙酯回收，形（xíng）成綠色萃取。Qun等通過（guò）使用蒸餾（liú）水，保證1∶55 （g/mL）的固液比，在超聲波-微波（bō）輻照功率90Ｗ，提取周期75 s的（de）條件下對角果進行三萜類化（huà）合物提取，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（tiē），因（yīn）此（cǐ）提取精油時常用（yòng）水蒸氣法和（hé）超臨界流體萃（cuì）取法。Bammou等通過（guò）水精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（fèn）餾，CO₂回收率為（wéi）96.15%。工業生產中的工藝優化及其（qí）驗證標度單位表明，超（chāo）臨界CO₂萃取和同步萃取分餾可用於一係列天然生物（wù）活性（xìng）化合物，如維生素、必需脂肪酸。Agha等（děng）采用二維氣（qì）相色譜法和簡（jiǎn）易氣（qì）相色譜法對天竺葵提取揮發油的（de）化學成分進行檢測，揮發油的（de）主要成分是（shì）香茅醇、香（xiāng）葉醇和芳樟醇。揮發油（yóu）也多用於果蔬保鮮及美妝行業中，所以使用超（chāo）臨界CO₂作為萃取劑，既價格低廉，又無殘留，且不破壞化合物結構。在提取各（gè）類化合（hé）物時，除了根據（jù）不同提取物質選擇不同極性的溶劑外，可以采用微波（bō）輔助提取或超聲波輔助提取方式。對比傳統的溶劑提取法，通過超聲（shēng）或微波產生（shēng）切向力，使溶劑滲入，加速有效成（chéng）分進入提取（qǔ）溶劑中，從而提高提取率，且不降低提取物的活性。郭孝武分別使用超聲波輔（fǔ）助提取法、回流提取法、浸提法對益母草的總生物堿進行提取，發現超聲波輔助（zhù）提取法的提取率較其他（tā）2種（zhǒng）方法要高，且未改變提取物的化學結構。
 
三、活性物（wù）質抑菌機製

1.生物堿（jiǎn）類化合物
 
    生物堿類化合物可（kě）以在需要保護的細胞上形成一層保護（hù）膜，從而減少其他病菌對細胞的破壞。Zhao等使用異（yì）喹啉生（shēng）物堿對稻瘟病菌進行抑製（zhì）試驗，結果表明，菌絲體彎曲、崩解，細（xì）胞（bāo）膜（mó）完整性受損，同時還抑製菌絲的活性氧生成，破壞（huài）了菌絲的膜功能（néng）和細胞增殖。
對於病菌抑製，生物堿類化合（hé）物可對（duì）病菌細胞（bāo）基因及酶類進（jìn）行（háng）影響，或者對細胞膜、菌絲生長形態造成影響，從而達到抗病（bìng）的作用。

2.黃酮類化合物
 
    黃酮類化合物的（de）抗病性可能（néng）是非特異性的，通（tōng）過黃酮類化合物的抗氧化性，使致病菌因缺（quē）氧而失去活性（xìng），影響生物膜的形成、膜的通透性等生（shēng）理特性，影響（xiǎng）某（mǒu）些酶（méi）對細（xì）胞（bāo）質的抑製。Rachmawaty等對幹燥的可可果（guǒ）進行粉（fěn）碎後使用7∶3的丙酮水溶液（yè）浸提3次，得（dé）到黃（huáng）酮類化合物，發現（xiàn）其對（duì）尖孢菌的孢（bāo）子有強烈的抑製作用。Chen等研究發現黃（huáng）芩素在32和64μg/mL時對（duì）病菌具（jù）有下調群（qún）體感應係統調節因子及基（jī）因細胞間粘附素在生（shēng）物（wù）膜中的（de）表達生產細（xì）胞的能力。
 
3.萜類化合物
 
    萜類化合（hé）物對真（zhēn）菌的（de）抑製作用主（zhǔ）要表現在對真菌菌絲（sī）的生長（zhǎng）抑製，使其尖端膨脹、分支（zhī）形成孢子梗或使菌絲斷（duàn）裂，對細胞造成破壞以及對真菌細胞蛋白的下調。楊婷等對（duì）13種萜類化合物（wù）進行抑（yì）菌篩選，其中，香芹酚、丁（dīng）香酚、異丁香酚、枯茗醛、百裏香酚對孢炭疽菌的 佳抑製濃度為50μg/mL。Alexa等（děng）對丹參和百裏香分別進行萃取，得到γ-鬆油烯和（hé）ｐ-百裏香酚，兩者混合對禾（hé）穀鐮刀菌有一定的抑製協同作用。丁蘭等從香茶菜屬中分離出4種（zhǒng）萜類物質（leukamein E、weisiensin B、熊果酸和2-α-羥基熊果酸），並考察幾種物質對蝴蝶蘭莖腐病中分（fèn）離出的鐮孢（bāo）屬真菌的抑製活性；發現真（zhēn）菌的菌（jun1）絲簡短膨大（dà）成為囊（náng）泡，出現斷裂，逐漸變為空泡；菌絲體細胞膜結（jié）構被嚴重破壞，且大大（dà）改變了其通透性。


4.揮發（fā）油
 
    揮（huī）發油是（shì）通（tōng）過精油及其組分對細胞膜造成破壞（huài），增大膜的通透性，致使細胞內（nèi）的物質泄漏，或直接破壞病（bìng）菌的酶係統，致其（qí）死亡（wáng）。Moghaddam等發現從山羊草種子中提取的（de）精油（yóu）對青枯病菌有較強的抑製活性，能夠顯著抑製菌絲的生長。Yu等考察從（cóng）茶樹中提取的精油對灰黴病菌的抑（yì）製活性，研究發（fā）現精油中（zhōng）的α-鬆油醇、1,8-桉葉素混合後（hòu）能穿透病菌細（xì）胞，破壞細胞器而不影（yǐng）響細胞膜透性。相（xiàng）比之下（xià），鬆（sōng）油烯破壞了膜的完整性，增加了膜的通（tōng）透性，導致離子滲漏和（hé）膜功能障礙。
 
四、展望（wàng）
 
    目前研究（jiū）人員對各類植物（wù）源化合物已有一定的研究，但不同類型化合物的生物功能和生態化學功能尚未被充分研究，例如化合物（wù）在植物（wù）體內代謝過程、所具有的功（gōng）能，以及在（zài）生態環境中的存在形式與歸（guī）宿途徑等。
 
    在提取（qǔ）工藝中，不僅要考慮優化工藝增加物質提（tí）取率或提取出（chū）其他（tā）物質類型，還要考慮提取（qǔ）成本，以及商業生產的經濟性，是（shì）否適用於工廠批量化生產。例如將許多高質量的有價值的化合物（wù）被一個單一的（de）步驟回收（shōu），從（cóng）某種低廉的植物中得到大量（liàng）高質量的化合物等。對於植物源農藥，所需化合物的活性篩選仍然是新農藥開發的關鍵（jiàn）步驟，具有較高活性（xìng）的化合物可以直接開發為新藥。化合物的結構對於抑菌活（huó）性有著重要影響，因此可以將“組學”技（jì）術與分子網絡藥理學相（xiàng）結合，在原物質結（jié）構的基礎上進行結構修（xiū）飾，合成具有高效（xiào）抑菌能力（lì）的新物質。
 
來源：《黑龍江農業科學》2021年第7期
作者：淮陰工學院生命科學與食品工程學院  於忻（xīn）瀅  張國良  範鬆（sōng）  黃誌煒  張葉（yè）