植物源農藥研究（jiū）進展

    在中國，由於化學農（nóng）藥的濫用導致40種以上的主要農作物的病原微生（shēng）物和害蟲產生抗藥性、生（shēng）態環境惡化、生物多樣性水平降低等一係列問題，而且傳（chuán）統化學農藥往往含有（yǒu）對（duì）人畜有害的成分（fèn），以植物體內對病原菌具有拮抗性的化學物質為（wéi）主要成分的（de）植物源（yuán）農藥，因其具有低毒、低殘（cán）留、對非靶標生物及環境安（ān）全的特點而越來越（yuè）受到重視。據研究，常用植物源農藥有生（shēng）物堿類化（huà）合物（wù）、黃酮類（lèi）化合物（wù）、萜類化合物、揮發油等（děng），不同類型（xíng）的（de）化合物具有不同的骨（gǔ）架結（jié）構，根據化合物特性的的不同，選擇（zé）不同方式進行提（tí）取，不同（tóng）的化合物也具有不同的抑菌及提高植物抗氧化力等生理特性。本文綜述了植物源農藥中常見活性成分的結構表征、提取方式及其抑（yì）菌研究進展，旨為植物源農（nóng）藥的開發提供技（jì）術支撐（chēng）。
一、植物源農藥常用的活（huó）性提取物

1.生物堿類化合物
 
    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。生物堿類化合物大多為環（huán）狀結構，氮素（sù）被包含在碳環內。在抑菌（jun1）時C1、C2、C9和C10中的羥基作為取代基會出現結構取（qǔ）代的（de）情況。生物堿常見類型有異喹啉類（lèi）生物堿、喹啉類生物（wù）堿、吲哚類生物堿、呱啶類生物堿等，其中N-甲基四氫原小檗（bò）堿、原（yuán）小檗堿和苯胺（àn）類生物堿的（de）C2和C3的4階碳和亞甲（jiǎ）二氧基在提（tí）高N-甲基四（sì）氫原小檗堿的抗病毒、抗菌和抗（kàng）真菌活性方麵起著重要作（zuò）用。當進行生物堿（jiǎn）類（lèi）化合（hé）物的（de）結構優化時，可重點優化生物堿的C2和C3的4階（jiē）碳和亞甲二氧基，從而提高（gāo）該類型化合物的抑菌效果。
 
2.黃酮（tóng）類化（huà）合物
 
    黃酮類化合物目前已發現800餘種，屬於植（zhí）物的次生代謝物質（zhì）。黃酮類的化學結構類型（xíng）較多，一般以C6-C3-C6的形式為基礎。黃酮類化合物是（shì）苯並-γ-pyrone衍生（shēng）物，當（dāng）病（bìng）菌對其進行侵染時，它會根據其側組位置和換位進行分類；其藥理作（zuò）用主要是根據（jù）它的結構（gòu）類別、羥基化程度、其他取代和共軛以及聚合程度相互協同合作（zuò），其中（zhōng）類黃酮在（zài）生物（wù）係統中保（bǎo）護作用歸（guī）因於它們傳遞氫或電子自由基的能力；而芳香環上特殊（shū）位置的羥基能夠提高抑菌作用（yòng）。在進行黃酮類化合物的結構（gòu）優化時，可先尋找到該物質芳香環的羥基（jī），調整其位置，再查看該羥基在（zài）新位置上與它的結（jié）構類別、其他取代和共軛以（yǐ）及聚合程度互相協作的效果，從而達到整體提高黃酮類化合物的抑菌效果。

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

4.揮發油
   
    揮發油（yóu）又稱植物精油，主要來自芳香植物（wù），是脂溶性的天然化合物。植物精油成分複雜，按化學結構分為芳（fāng）香族（zú）、脂肪族和萜類，其中以萜類成分為主，主要包括單帖（tiē）、倍半萜以（yǐ）及醇類、酚類（lèi）、醚類、醛、酮、羧酸和酯等含氧衍生物。揮發油的活性可能是由某些（xiē）小化合物如（rú）香芹酮的存在所致。揮發油所含成分太多，可推測（cè）出抑菌作用主（zhǔ）要源於它的組成成分的協同作用，並非一（yī）種物（wù）質的作用。進行結構優化太過（guò）複雜。
 
二（èr）、活性物（wù）質提取方式
 
    植物會通過（guò）自身的代謝功能合成不同的化學物質以及衍生物，這些物質具有抑菌、抗（kàng）病、抗氧化等作用。因此可以根據不同成分的特（tè）性選擇合適提取方式進行成分提取。
 
1.生物堿類（lèi）化合物
 
    在提取生（shēng）物堿時，生物堿（jiǎn）的溶解性能是提取方式選擇依據，因此根據不同生物堿在不同溶劑中的溶解（jiě）度進行（háng）溶劑選擇，在進行親水（shuǐ）性生物堿的提取時要注意溶劑酸堿度的調節。Wei等將白屈菜粉碎後超（chāo）聲波提（tí）取，固液比為1∶8，提取液為75%乙醇，85%超聲頻率提取35 min得到白屈菜紅堿；白（bái）屈（qū）菜紅堿濃（nóng）度為1.7×10^-6mg/mL時，抑（yì）菌活性 高，對番茄枯萎病菌Z0413、黃瓜（guā）枯萎病菌Z0418等具有使用量（liàng）少、抑菌性強的特點。Han等（děng）將延（yán）胡索粉碎後用正乙烷、乙酸（suān）乙酯、氯仿浸提分餾，純化後得到3種（zhǒng）異喹啉生物堿（jiǎn）脫氫木犀草堿、針刺堿和蟲（chóng）草堿（jiǎn），3種（zhǒng）堿對小麥葉鏽病菌、花椒炭（tàn）疽病菌均有一（yī）定的抑製作用，研究發（fā）現C-13和季銨鹽中甲基的缺失氮原子在（zài）抗真菌藥物中起著重要作用。陳偉等依次使用乙酸、氨（ān）水、正丁（dīng）醇和甲醇對馬（mǎ）鈴薯薯芽與薯皮進（jìn）行粉（fěn）碎萃取，不斷調節溶（róng）劑酸堿度， 後得（dé）到馬鈴薯糖苷生物堿；隨著濃（nóng）度增大，馬鈴薯糖苷生物堿（jiǎn）對枸杞致腐病原菌鐮孢菌的抑（yì）製作用隨之增強，但濃度不能高於0.15 g/mL。周兵等按照醇-酸水-有機溶劑提取（95%乙醇回流（liú）提（tí）取2 h後，依次用酸性水溶液和濃氨水進行酸堿處理， 後用（yòng）氯仿萃取）法對碎米莎草莖進行總生（shēng）物堿提取；隨著濃度的增加，總生物堿對水（shuǐ）稻稻瘟病菌、油菜菌核病菌、番茄早疫病菌和楊樹潰瘍病菌的抑製（zhì）作用隨之增加，但對水稻苗高有嚴重抑製作用。
因此，在提取（qǔ）生物堿時（shí），不光要根據溶劑極性來提取對應的生物堿類化合物，還要在提取過程中（zhōng）不斷調節溶劑的酸（suān）堿度。不同（tóng）類（lèi）型的生物堿對不同的植物病害有一定的（de）抑製作用（yòng），總生物堿類化合物不（bú）能用於（yú）水稻田（tián），會影響水（shuǐ）稻幼苗的生長。

2.黃酮（tóng）類化合物
 
    黃酮類化合（hé）物提取的（de）關鍵在於所提取的黃酮類物質是遊離苷元還是苷類（lèi）化合物，不同的化合（hé）物使用極性不同的溶劑，極（jí）性越大的溶（róng）劑所提取的極性（xìng）化合物含量會越多，不同極性的溶劑混合提取會出現協同作用。Bartmańska等使用不同極性的（de）溶劑分別從廢（fèi）除（chú）的啤（pí）酒花殘渣（zhā）中浸提得到7種黃酮類化（huà）合物，其（qí）中2種為天然黃酮（tóng）（α,β-二羥基胡蘿（luó）卜素和8-丙基柚皮素（sù）），提取黃腐醇含（hán）量 多的溶（róng）劑是甲醇＋二氯甲烷；丙酮（tóng）、乙酸（suān）乙酯、甲醇（chún）的粗提物對鐮刀菌的抑製所差無幾，而亞甲（jiǎ）基氯化物則對灰黴病菌有較強的抑製作用。EL-Hefny等使用乙酸乙酯和甲（jiǎ）醇分別對大（dà）黃的根部進行萃取（qǔ），分餾分離後物質用蒸餾水配製成含（hán）有黃酮-3-醇和二苯乙烯（xī）的藥（yào）液，並對田間感染稻瘟菌的小麥進（jìn）行抑菌試驗；結果顯示，其能顯著抑製病菌（jun1）孢子的萌發。

3.萜類化合物（wù）
 
    萜類化合物（wù）常用的提取方式為壓榨法、水蒸氣蒸餾法、脂浸潤法、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油（yóu），一般萜類提取都是根（gēn）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 行乙醇回流提取，幹燥後按照提（tí）取時間78.9 min、提取溫度90℃、溶劑62.5%乙醇進行熱萃取，得到（dào）提取率為（4.9±0.6）%，含（hán）量為（435.6±21.1）mg/g的三萜。Popov等研究發現（xiàn），乙酸乙酯提取白樺醇（chún）的純度比95%乙醇提取的白樺醇純度高，並（bìng）且可以（yǐ）在乙酸乙酯提取（qǔ）完（wán）白樺醇之後，使用水蒸餾法將提取殘渣（zhā）中的乙酸乙酯回收，形成綠色（sè）萃取。Qun等通過使用蒸（zhēng）餾水，保證1∶55 （g/mL）的（de）固液（yè）比，在超聲波（bō）-微波輻照功率90Ｗ，提（tí）取周（zhōu）期75 s的條件下對角果進行（háng）三萜類化合物提取，得到（dào）16.789 mg/g，與預期（qī）相符。

4.揮發油
 
    揮（huī）發油（yóu） 常見的成分就是單帖及倍半萜，因此提取精油（yóu）時常用水蒸氣法和超臨界（jiè）流體萃取法。Bammou等通過水精蒸餾裝置對蚤草屬進行水（shuǐ）蒸氣蒸餾，提取精油（yóu）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（huí）收率為96.15%。工業生產中的工藝優化及其驗證標（biāo）度單位表明，超臨界CO₂萃取和（hé）同步萃取分餾可用於一係列天然生物活性（xìng）化合物，如維（wéi）生素、必（bì）需脂肪酸。Agha等采用二維氣相色譜法和簡易氣（qì）相色譜法對天竺葵提取揮發油的化學成分（fèn）進行檢測，揮發油的主要（yào）成分是香茅醇、香葉醇和芳樟醇。揮發油也多用於果蔬保鮮及美（měi）妝行業中，所以使（shǐ）用超臨界（jiè）CO₂作為萃取劑（jì），既價格低（dī）廉，又無殘留，且不破壞化合物結（jié）構。在提取各類化合物時，除了根據不同提取物（wù）質選擇不同極性的溶劑外，可以采用（yòng）微波輔（fǔ）助提取（qǔ）或超聲（shēng）波輔助提（tí）取方式。對比傳統的溶劑提取法，通過超聲或微（wēi）波產（chǎn）生切向力，使溶劑滲入，加速有效成分進入提取溶劑中，從而提高提取率，且不降低提取物的活（huó）性。郭（guō）孝武分（fèn）別使（shǐ）用超聲波輔助提取法、回流提取法、浸提法對益母草的總生物堿進行（háng）提取，發現超聲波輔助提取法的提取率較其他2種方（fāng）法要高，且未（wèi）改變（biàn）提（tí）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的破壞。Zhao等使用異喹啉生（shēng）物堿對稻瘟病菌進行抑製試驗，結果（guǒ）表明，菌（jun1）絲體彎曲、崩解，細胞膜完整性受損，同時還抑製菌絲的活性氧生成，破壞了菌絲的膜功能和（hé）細胞增殖。
對於病菌抑製，生物堿（jiǎn）類化合物可對病菌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異性的，通過黃酮類化合（hé）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（xìng）等生理特性，影響某些酶（méi）對細胞質的抑製。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，得到黃酮類化合物，發現其對尖孢菌的（de）孢（bāo）子有強烈（liè）的抑製作用。Chen等研究發現黃芩素在32和64μg/mL時對病菌（jun1）具有下調群體感應係統（tǒng）調節因（yīn）子及（jí）基因細胞間（jiān）粘附素在生物膜中的表達生產細胞的能力。
 
3.萜類化合物
 
    萜類化合物對真菌的抑製作用主要表現在對真菌菌絲的生長抑製，使其尖（jiān）端膨脹、分支形成（chéng）孢子梗或使（shǐ）菌絲斷裂，對細胞造成破壞以及對真菌細胞（bāo）蛋白的下調（diào）。楊婷等對13種萜類化合物進行抑菌（jun1）篩選，其中，香芹酚、丁香酚、異丁香酚、枯茗醛、百（bǎi）裏香酚對孢炭疽菌的 佳抑製濃度（dù）為50μg/mL。Alexa等對丹參和百裏香分別進行（háng）萃取，得到（dào）γ-鬆油烯和ｐ-百裏香酚，兩者混合對禾穀鐮刀菌有一定的抑製協同作（zuò）用（yòng）。丁（dīng）蘭等從香茶菜屬中分離出4種萜類物質（leukamein E、weisiensin B、熊果酸和2-α-羥基熊果酸），並考察幾種物質對蝴蝶蘭莖腐病（bìng）中分離出的鐮孢屬真（zhēn）菌的抑製活性；發現真菌的菌絲簡短膨大成（chéng）為囊泡，出現斷裂，逐漸變（biàn）為空（kōng）泡（pào）；菌絲體細胞膜結構被嚴重破壞，且大（dà）大改變了其通透性。


4.揮發油
 
    揮發油是通（tōng）過（guò）精油及其組分（fèn）對細胞膜造成破壞，增大膜的通（tōng）透性，致使細胞內的物質泄漏，或（huò）直接破壞病菌的酶係統，致其死亡。Moghaddam等發現從（cóng）山羊草種子中提取的精油（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等考察從茶（chá）樹中提取的（de）精油對灰黴病菌的抑製活性，研究發現精油中的α-鬆油醇、1,8-桉葉素（sù）混（hún）合後能穿透病菌細胞（bāo），破壞細胞（bāo）器而不影響細胞膜透性。相比之下（xià），鬆油烯破壞了膜的完整性，增加了膜的通透性，導致離（lí）子滲漏和（hé）膜（mó）功能障礙。
 
四、展（zhǎn）望
 
    目前研究人（rén）員對各類植物源化合物已有（yǒu）一定的研究，但不同類型化合物的生物功能和（hé）生態化學功能尚未被（bèi）充分研究，例（lì）如化合物在植物體（tǐ）內代謝過程、所具（jù）有（yǒu）的功能，以及在生態環境中的存在形式與歸宿途徑等。
 
    在提取工藝中，不僅要考慮優化工藝增加物質提取率或提取出其他物質類型，還要（yào）考慮（lǜ）提取成本，以及商業生產的經濟性，是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（hé）物被一（yī）個單（dān）一的步驟（zhòu）回收，從某種低廉的植物中得到大量高（gāo）質量的化合物等。對於植物源農藥，所需（xū）化合物的活性篩選仍然是新農藥開（kāi）發的關鍵步驟，具（jù）有較（jiào）高（gāo）活性的化合物可以直接開發為新藥。化合物的結構對於抑菌活性有著重要影響，因此可以將“組學”技術與分子（zǐ）網絡藥理學相結合，在原物質結構的基礎（chǔ）上進行（háng）結構修飾，合（hé）成（chéng）具有高效抑菌能（néng）力的新物質。
 
來源（yuán）：《黑（hēi）龍江農業科學》2021年第7期
作（zuò）者：淮陰工學院生命科（kē）學與食品工程學（xué）院  於忻瀅  張國良  範鬆  黃誌煒  張葉（yè）