植物（wù）源農藥研究（jiū）進展

    在中國，由於化學（xué）農藥的濫用導致40種以上的主要（yào）農（nóng）作物的（de）病原微生物（wù）和害蟲產（chǎn）生（shēng）抗藥性、生（shēng）態環境（jìng）惡化、生物多樣性（xìng）水平降低等一係列問題，而（ér）且傳統化學農藥往往含有對人畜有害的成分，以植物體（tǐ）內對病原菌具有拮抗性的化學物質為主要成分的植物源農藥，因其具有（yǒu）低毒（dú）、低殘（cán）留、對（duì）非靶標生物及環境安（ān）全的特點而越來越受到重視。據研究，常用植物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（tóng）類型的化（huà）合物具有不（bú）同的骨（gǔ）架結構，根（gēn）據化合物特性的的不同，選擇（zé）不（bú）同方式進行提取，不同的化合物也具有不同的抑菌（jun1）及提高植物抗氧化力等生理特性。本（běn）文綜述了植物源農藥中常見活性成分的結構表征、提取方（fāng）式及其抑菌（jun1）研（yán）究進展，旨為植物源農藥的開發提（tí）供技術支撐。
一、植物源農藥常用的活性提取物（wù）

1.生物堿類化合物
 
    目前已發（fā）現的21,000多（duō）種生物堿類化合物，多分布在茄科（kē）植物的種、果、花、莖等植物（wù）部位。生物堿類化合（hé）物大（dà）多為環狀結構，氮素被包含在碳環內。在抑菌時C1、C2、C9和（hé）C10中的羥基作為取代（dài）基（jī）會出現結（jié）構（gòu）取代的（de）情況。生物堿常見類型（xíng）有異喹啉類生物堿、喹啉類生物（wù）堿、吲（yǐn）哚（duǒ）類生物堿（jiǎn）、呱啶類生物堿等，其中N-甲（jiǎ）基四氫原小檗堿（jiǎn）、原小檗堿和苯胺類（lèi）生物堿的C2和C3的4階碳（tàn）和亞甲二（èr）氧基在提高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物的結構優化時，可（kě）重點（diǎn）優（yōu）化生物堿的（de）C2和C3的4階碳和亞甲二氧基，從而提高（gāo）該類型化合物的抑菌效果。
 
2.黃酮類化合物
 
    黃酮類（lèi）化合物目（mù）前已（yǐ）發現800餘種，屬於植（zhí）物的次生（shēng）代謝物質。黃酮類的化學結構類型較多，一般以C6-C3-C6的形（xíng）式為基礎。黃酮類化合物是（shì）苯並-γ-pyrone衍生（shēng）物，當病菌對其進行侵染時，它會根據其側（cè）組（zǔ）位置和換位進行分（fèn）類；其藥理作用主要是根據它的（de）結構類別、羥基化程度、其他取代和共軛以及聚合程度相互協同合作，其（qí）中類黃酮在生物係統中（zhōng）保護作用歸（guī）因於它們傳遞氫或電子自由基的能力；而芳香環上特殊位置的羥基能夠提高抑菌作用（yòng）。在進行黃酮類（lèi）化合物的結構優化時，可先尋找到該物質芳香環的羥基，調整其位置，再查看（kàn）該羥基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，從而達到整體提高黃酮類化合物的抑菌效果。

3.萜類（lèi）化合物
 
    在（zài）天然產物中，萜類（lèi）化合物是結構 多、結構 大（dà）的化合物（wù）之一，目前已發現50,000多種。萜類化合物（wù）可根據異戊二烯（xī）進行分類，即將不同碳數量及組成結構進（jìn）行線性排列，形成多個（gè）異戊二烯單元組（zǔ）成的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（yuán）於2-C-甲基（jī）-D-赤（chì）蘚糖醇4-磷酸，而缺少（shǎo）吡（bǐ）喃環時，則一般被認為沒有活（huó）性，不具備抑菌作用。在進行萜類化合物（wù）的結（jié）構優化時，可以吡喃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（fā）油又稱植物精油，主要來自（zì）芳香植物，是脂溶性的天然（rán）化合物。植物精油成分複雜，按化學結構分為芳香族、脂肪族和萜類，其中以萜類成分為主，主要包（bāo）括單帖、倍半萜以（yǐ）及醇類、酚類、醚類（lèi）、醛（quán）、酮、羧酸和（hé）酯等含氧衍生物。揮發油的活性（xìng）可能是由某（mǒu）些小化合物如香芹酮的存在所致。揮發油所含成分太多，可推測出抑菌作（zuò）用主要源於它（tā）的組（zǔ）成成分的協同作用，並非一種物（wù）質（zhì）的作用。進行結構（gòu）優（yōu）化太過複雜。
 
二、活性物質（zhì）提取（qǔ）方式
 
    植物會（huì）通過自身的代謝（xiè）功能合成不（bú）同的化學物質以及衍生物，這些物質具有抑（yì）菌、抗病、抗氧化等作（zuò）用。因此可以（yǐ）根據（jù）不同（tóng）成分的特（tè）性選擇合（hé）適提取方式進行成（chéng）分（fèn）提取。
 
1.生物堿類化合（hé）物
 
    在提取生物堿時，生物堿的溶解（jiě）性能是提取方（fāng）式選擇依據，因此根據不同生物堿在不同溶劑中的溶解度進行溶劑選擇，在進行親水性（xìng）生物堿的提取時要注意溶劑酸（suān）堿度的調節。Wei等將白屈菜粉碎後超聲波提取，固液比（bǐ）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；白屈菜（cài）紅堿（jiǎn）濃度為1.7×10^-6mg/mL時，抑菌活性 高，對番茄枯萎病菌Z0413、黃瓜枯萎病菌Z0418等具有使用（yòng）量少（shǎo）、抑菌性強的特點。Han等將延胡索粉碎後用正乙烷（wán）、乙酸乙酯、氯仿浸提分餾，純化後得到3種異（yì）喹啉生物堿（jiǎn）脫氫木犀草堿、針（zhēn）刺堿（jiǎn）和蟲草堿，3種堿對小麥葉鏽病菌、花椒（jiāo）炭疽病菌均（jun1）有一定的抑製（zhì）作用，研究發（fā）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（zhe）重要作用。陳偉（wěi）等依次使用乙酸、氨水、正丁醇和甲醇對（duì）馬鈴薯薯芽與薯皮進行粉碎萃（cuì）取，不（bú）斷調節溶劑酸堿度， 後得到馬鈴薯糖（táng）苷生物堿；隨著（zhe）濃度增大，馬鈴薯糖苷生物堿對枸杞致腐病原菌鐮孢菌的抑製作用隨之增強，但濃度不能高於0.15 g/mL。周兵等按照醇-酸（suān）水-有機（jī）溶劑（jì）提取（95%乙醇回流提（tí）取2 h後，依（yī）次用酸性（xìng）水（shuǐ）溶液和濃氨水進行酸堿處理， 後（hòu）用氯仿萃取）法對（duì）碎米莎草莖進行總生物堿提（tí）取；隨著濃度的增加，總生物堿對水稻（dào）稻瘟病菌、油菜菌核病菌、番茄早疫病菌和楊樹潰（kuì）瘍病菌的抑製作用隨之增加，但對水（shuǐ）稻苗高有嚴重抑（yì）製作用。
因此，在提（tí）取生物堿時，不光要根據溶劑極性來提取對應的生物堿類化合物（wù），還（hái）要在提取過程中不斷調節溶劑的酸堿度。不同類型的生物堿（jiǎn）對不同的（de）植（zhí）物病害有一定的抑製作用，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（tóng）類化合物
 
    黃酮類化合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，不同的化合物使用極性不（bú）同的溶劑，極性越（yuè）大的溶劑所提取的極性化合物含量會越多，不同（tóng）極性的溶劑（jì）混合提取會出現協同作用。Bartmańska等使用不同極性的（de）溶劑分（fèn）別從廢（fèi）除的啤酒花（huā）殘渣中浸提得到7種黃酮類化合（hé）物，其中2種（zhǒng）為（wéi）天然黃（huáng）酮（α,β-二羥基胡蘿卜素和8-丙（bǐng）基柚皮素），提取（qǔ）黃腐醇含量 多的溶劑是甲醇＋二氯甲烷；丙酮、乙（yǐ）酸（suān）乙酯、甲醇的粗（cū）提（tí）物對（duì）鐮刀菌的抑製所差無幾，而（ér）亞甲基氯化（huà）物則對灰黴病菌有較（jiào）強的抑（yì）製作用。EL-Hefny等使用乙酸乙酯和甲（jiǎ）醇（chún）分別對大黃的根部進行萃取，分餾分離後物質用蒸（zhēng）餾水配（pèi）製成含有黃酮-3-醇和（hé）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（xiǎn）示，其能顯著抑（yì）製病菌孢子的萌發。

3.萜類化合物
 
    萜類化合物常用的提取方式為壓（yā）榨法、水蒸氣蒸餾法、脂浸潤法、超靈界流體萃取法和溶（róng）劑提取法。前4種方法可用於提取（qǔ）精油，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，得到提取率為（4.9±0.6）%，含量為（435.6±21.1）mg/g的三（sān）萜。Popov等研究發現，乙（yǐ）酸乙酯提取白樺醇的純（chún）度比95%乙（yǐ）醇提取的（de）白樺醇純度高，並且可以在乙酸乙酯提取完白樺醇之後，使用水蒸餾法將提取殘（cán）渣中的乙酸乙酯（zhǐ）回收，形成綠色（sè）萃取。Qun等（děng）通過使用蒸餾水，保證1∶55 （g/mL）的固（gù）液比，在超（chāo）聲波-微波輻照功率90Ｗ，提取周期（qī）75 s的條（tiáo）件下對角果進行三萜（tiē）類化合物提取，得到16.789 mg/g，與預期相符。

4.揮發油
 
    揮發油 常見的（de）成分就是單帖及倍（bèi）半萜，因此（cǐ）提取精油時常用水蒸氣（qì）法和超（chāo）臨界流體萃取法。Bammou等通過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餾，CO₂回收率（lǜ）為96.15%。工業生產中的工藝優化及其（qí）驗證標（biāo）度單位表明，超臨（lín）界CO₂萃取和同步（bù）萃取分餾可用於一係列天然生物活性化合物，如維生素、必需脂（zhī）肪酸。Agha等采（cǎi）用二（èr）維（wéi）氣相色譜法和簡易（yì）氣相色譜法（fǎ）對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香茅（máo）醇、香葉醇（chún）和芳樟醇。揮發油也（yě）多（duō）用於果蔬保鮮（xiān）及美（měi）妝行業（yè）中，所以使用超臨界CO₂作為萃取劑，既價格低廉，又無殘（cán）留，且不破（pò）壞化合（hé）物結（jié）構。在提取各類化合（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（tōng）過超聲或微波產生切向力（lì），使溶劑滲入，加速有效成分進入提取溶劑中，從而提高提取（qǔ）率，且不（bú）降低提取物的活性。郭孝武分別使用超聲波輔助提取法、回流提（tí）取法、浸（jìn）提（tí）法對（duì）益母（mǔ）草的總生物堿（jiǎn）進行提取，發現超（chāo）聲波輔助提取法的提取（qǔ）率較其（qí）他（tā）2種方法要高（gāo），且未（wèi）改變提取物的化學結構。
 
三、活性物質抑菌（jun1）機製（zhì）

1.生物堿類化合物
 
    生物堿類化合（hé）物可以在需要（yào）保護的細胞上形成一層保（bǎo）護膜，從而減少其他病菌對細胞的破壞（huài）。Zhao等使用異喹啉生（shēng）物堿對稻（dào）瘟病菌進行抑製（zhì）試驗，結果表明（míng），菌絲體彎（wān）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（de）膜功能和細胞增殖。
對於病菌抑（yì）製（zhì），生物堿類化合物可對病菌細胞基（jī）因及酶類進（jìn）行影響，或者對細胞膜、菌絲生長形態造成影響，從而達到抗病的作用（yòng）。

2.黃酮類化合物
 
    黃酮類化（huà）合物的抗病性可能是非特異性的，通過（guò）黃酮類化合物的抗氧化性，使致病菌因缺氧而失去活性，影響生物膜的形成、膜的通（tōng）透性等生理特性（xìng），影響（xiǎng）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（de）丙酮水溶液浸提3次，得到黃酮類化（huà）合物（wù），發現（xiàn）其對尖（jiān）孢菌的孢子有強烈的抑製作用。Chen等研究（jiū）發現黃芩素（sù）在32和64μg/mL時對病菌具有下調群體感應係統調節因子及基因（yīn）細胞間粘（zhān）附素在（zài）生（shēng）物膜中的表達生產細胞（bāo）的能力。
 
3.萜類化（huà）合物
 
    萜類（lèi）化合物對真菌的抑製作用主要表現在對真菌（jun1）菌絲的生長抑製，使其（qí）尖端膨脹（zhàng）、分支（zhī）形成孢子梗或使菌絲斷裂，對（duì）細胞造成破壞以及對真菌細胞蛋白的下調。楊婷等（děng）對13種萜類（lèi）化合物進行抑菌篩選，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等對丹參和百裏香分別（bié）進行萃取，得到γ-鬆油烯和（hé）ｐ-百裏（lǐ）香酚（fēn），兩者混合對禾穀鐮刀菌有一定的抑製協同作（zuò）用。丁蘭（lán）等（děng）從香茶菜屬（shǔ）中分離出4種（zhǒng）萜（tiē）類物質（leukamein E、weisiensin B、熊果酸和2-α-羥基（jī）熊果酸），並考察幾種（zhǒng）物質對蝴蝶（dié）蘭莖腐病中分離出的鐮孢屬真菌的抑製活性；發現真菌的菌絲簡短膨大成為囊泡，出現斷裂，逐漸變為空泡（pào）；菌絲體細胞膜結構被嚴重破（pò）壞，且大大改變了其通透性。


4.揮發油
 
    揮發油是通過（guò）精油及（jí）其組分（fèn）對細胞（bāo）膜造成破壞，增（zēng）大膜的通透性，致使細胞內的物（wù）質泄漏（lòu），或直接破壞病（bìng）菌的酶係統，致其（qí）死亡。Moghaddam等發（fā）現（xiàn）從（cóng）山羊草種子中提取（qǔ）的（de）精油對青枯（kū）病菌有較強的抑製活（huó）性（xìng），能夠顯著抑（yì）製菌絲的生長。Yu等考察從茶樹中提取的精油對灰黴病菌的抑製活性，研究發現精油（yóu）中的α-鬆油醇、1,8-桉葉素混合後能穿透病菌細胞，破壞細胞器而不影響細（xì）胞膜透性。相比（bǐ）之下，鬆油烯破壞了膜的完整性，增加了膜的（de）通透性，導致離子滲漏和膜功能（néng）障礙。
 
四、展望
 
    目前研究（jiū）人員對各類植物源（yuán）化合物（wù）已有一定的研究，但不同類型化（huà）合物的生物功能和生態化學功能尚未（wèi）被充分研究，例如化合物在植物體內代謝過程、所具有的功能，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，還要考慮提取成本，以及商業生產的經濟性（xìng），是否適用於工（gōng）廠批量化生產。例如將許多高質量的有價值的（de）化（huà）合物被（bèi）一個單一的步驟回收，從某種低廉的植物中得到大量高質量（liàng）的化合（hé）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步（bù）驟（zhòu），具有較（jiào）高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上進行結構修飾，合（hé）成具有高效抑（yì）菌能力的新物質（zhì）。
 
來源：《黑龍江農業科學》2021年第7期
作者：淮（huái）陰（yīn）工學院生命科學與（yǔ）食品工程學院  於忻瀅  張國良  範鬆  黃誌（zhì）煒  張葉（yè）