植物源（yuán）農藥研究進展（zhǎn）

    在中國（guó），由於化學農藥的濫用導致40種以上的主要農作物的病原微生物和害蟲產生抗藥性、生態環境惡（è）化、生物多樣性水平降低等一係列（liè）問題，而且傳統化（huà）學農藥往往含有（yǒu）對人畜有害（hài）的成分（fèn），以植物（wù）體內對病原菌具有拮抗性的化學物質為主要成（chéng）分的（de）植物源農藥，因其具有低（dī）毒、低殘留、對（duì）非靶標生物及環境安全的特點而越來越受到重視。據研究，常用植物源農藥（yào）有生物堿類化合（hé）物、黃酮類（lèi）化合物、萜（tiē）類化合物（wù）、揮發油等，不（bú）同類型的化合物具有不同的骨架結構，根據化合物特性的的不同，選擇不同方式進行（háng）提取，不同的化（huà）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（qǔ）方式及其抑菌研究進展，旨為植物源農藥的開發提供技（jì）術支撐。
一、植（zhí）物源農藥常（cháng）用的活性提取物

1.生物堿類化合物
 
    目前已發現的（de）21,000多種生物堿類化合物，多分布（bù）在（zài）茄科植物的種、果（guǒ）、花、莖等植物部位。生物堿類化合物大多為環狀結構，氮素被包含在碳環內。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（xíng）有異喹啉類生物堿（jiǎn）、喹啉類生物堿、吲哚類生物堿（jiǎn）、呱啶類生物堿（jiǎn）等，其中N-甲基四氫原小檗堿、原小檗堿和苯胺類（lèi）生（shēng）物（wù）堿的C2和C3的4階碳和亞甲二氧（yǎng）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（zhe）重要（yào）作用。當進行生物堿類化合物（wù）的結構優化時，可重點優化生物堿的C2和C3的4階碳和亞甲二（èr）氧基，從而（ér）提高該類（lèi）型化合物的（de）抑菌效果。
 
2.黃酮類化合物
 
    黃酮類化合物目前已發現800餘種，屬於植物（wù）的次生代謝物質。黃酮類的化學結構類型較多，一般以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，它會根據其側組位置和換位進（jìn）行分類；其（qí）藥理作用主要是根據它（tā）的結構類別、羥基（jī）化程度、其（qí）他取代和共軛以及聚合程度相互協同合作，其中類黃酮在生（shēng）物係統中保護（hù）作用歸因（yīn）於它們傳遞氫或電（diàn）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。在進行黃酮類化合（hé）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，再查看該羥基在（zài）新（xīn）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.萜類化合物
 
    在天然產物中，萜類化合物是結構 多、結（jié）構 大的化（huà）合物之一，目前已發現50,000多種。萜類化合物可根據異戊二烯進行（háng）分類，即將不（bú）同碳數量及組成結構進行（háng）線性排列，形成多個異（yì）戊二烯單元組成的頭尾相連（lián）的異戊二烯聚合體，少部（bù）分萜類化合物也會以各種含氧衍生物的形（xíng）式存在。萜類化合（hé）物主要由甲羥戊酸途徑生成（chéng），但也可能來源於2-C-甲基-D-赤蘚糖醇4-磷酸，而缺少（shǎo）吡喃環時，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）的結構優化時，可以吡喃環為切入（rù）點（diǎn）進行研究，來提高（gāo）萜類化合物的抑菌效果。

4.揮發油
   
    揮發油又稱植物精油，主要來自芳香植物，是脂溶性的（de）天然化合（hé）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（tiē）類，其中以（yǐ）萜類成分（fèn）為主，主要包括單（dān）帖、倍半萜以及（jí）醇類、酚類、醚類、醛（quán）、酮、羧酸和酯等含氧衍生物。揮發油的活性可（kě）能是由某些小化合物如香芹（qín）酮的存在所致。揮發油所含（hán）成分太多，可（kě）推測出抑菌（jun1）作用主要源於它的組成成分（fèn）的協同作（zuò）用，並非一種物質的作用。進行結構優化太過（guò）複雜。
 
二、活性物質提取方式
 
    植物會通過自身（shēn）的代謝功能合（hé）成不同的化學物質（zhì）以及衍生物，這些物（wù）質具有抑菌、抗病、抗氧化等作用。因此可以（yǐ）根據不同成分的特性選擇（zé）合適提取方式進行（háng）成分提取。
 
1.生物堿類化合物
 
    在提取生物（wù）堿時，生物堿的溶解性（xìng）能是提取方式選擇依據，因此根據不同生物堿在不同溶劑中的（de）溶解（jiě）度進行（háng）溶劑選擇（zé），在進行（háng）親（qīn）水（shuǐ）性生物堿的（de）提取時（shí）要注意溶劑酸堿度（dù）的調節。Wei等將白屈菜（cài）粉碎後超聲波（bō）提取，固（gù）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）屈菜紅堿濃度為1.7×10^-6mg/mL時，抑（yì）菌活性 高，對（duì）番茄枯萎病菌Z0413、黃瓜枯萎病菌Z0418等具有使用量少（shǎo）、抑菌性強的特（tè）點。Han等將延胡索粉碎後用（yòng）正乙（yǐ）烷、乙酸乙酯、氯仿（fǎng）浸提分餾，純化後得到3種異喹啉生物堿脫（tuō）氫木犀草堿（jiǎn）、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（yán）究發現C-13和季銨鹽（yán）中甲基的缺失氮原子在抗（kàng）真菌藥物（wù）中起著重要作用。陳偉等依次使用（yòng）乙酸、氨（ān）水、正丁醇和甲醇對馬鈴薯薯芽與薯皮進行粉（fěn）碎萃取，不斷調節溶劑酸堿度， 後得到馬（mǎ）鈴（líng）薯糖苷生物堿；隨著濃度增大，馬鈴（líng）薯糖苷生物堿對枸杞致腐（fǔ）病原菌鐮孢（bāo）菌的抑製作用隨之增強，但濃度（dù）不能高於（yú）0.15 g/mL。周兵等按照醇-酸水-有機溶劑提取（95%乙醇回流提取2 h後，依次用酸性水溶液和濃氨水進行酸堿處理， 後用氯仿萃取）法對碎米莎草（cǎo）莖進行總生（shēng）物堿提取；隨著濃度的增加，總生物堿（jiǎn）對水稻稻瘟病菌、油菜菌（jun1）核病菌、番茄早疫病菌和楊樹潰瘍病（bìng）菌的抑製作用隨之增加，但對水稻（dào）苗高（gāo）有嚴重抑製作用。
因此，在提取生物堿時，不光要（yào）根據溶劑極性來提取對應的（de）生物（wù）堿類化合物，還要在提取過程中不斷調節溶劑的（de）酸堿度。不（bú）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（yòng）於水稻（dào）田，會影響水稻幼苗的生長。

2.黃酮類化合物
 
    黃酮類化合物提取的關鍵在於所提取的黃酮類物質（zhì）是遊離苷元還是苷類化合物（wù），不同的化合物使用極性不同的溶劑，極性越大的溶劑所提取的極性化合物含量會越多，不同極性的溶劑混合提取（qǔ）會出現協同作用。Bartmańska等使用不同極性（xìng）的溶劑分別從廢（fèi）除（chú）的啤酒花殘渣中浸提得到7種黃酮類化合物，其中2種為天然黃酮（α,β-二羥基胡蘿卜素和8-丙基柚皮素），提（tí）取黃腐醇含量 多的（de）溶劑是（shì）甲醇＋二氯甲烷；丙酮、乙酸乙酯、甲醇的粗提物對鐮刀菌的抑製所差無幾（jǐ），而亞甲（jiǎ）基氯（lǜ）化物則對（duì）灰黴病菌有（yǒu）較（jiào）強的（de）抑製作用。EL-Hefny等使用（yòng）乙酸乙酯和甲醇分別對大黃的根部進行萃取，分餾分離後物質用蒸餾水（shuǐ）配製成含有（yǒu）黃酮（tóng）-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（shì），其能顯著抑製（zhì）病（bìng）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榨法（fǎ）、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（yòng）於提取精油，一般（bān）萜類提取都是（shì）根據提取物質的苷元形式選擇不同極性、不同沸點的（de）溶劑。Oludemi等將靈芝 行（háng）乙醇回流提取，幹燥後按（àn）照提取時間78.9 min、提取溫度90℃、溶劑62.5%乙醇進行熱（rè）萃取，得到提取率為（4.9±0.6）%，含量為（435.6±21.1）mg/g的（de）三（sān）萜。Popov等研究（jiū）發現，乙酸（suān）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（liú）法將（jiāng）提取殘渣中（zhōng）的乙酸乙酯回收，形成綠色萃（cuì）取。Qun等通過使用蒸餾水（shuǐ），保證1∶55 （g/mL）的固液比（bǐ），在超聲波-微波輻照功率90Ｗ，提取周期75 s的條件下對角果進行三萜類化合物提取，得到16.789 mg/g，與預期（qī）相符。

4.揮發油
 
    揮發油 常見的（de）成分就是單帖及倍半（bàn）萜，因此提（tí）取精油時常用水蒸氣法和超臨界流體萃取法。Bammou等通過水（shuǐ）精蒸餾裝置對蚤草屬進行水蒸氣（qì）蒸餾，提取精（jīng）油對尖孢鐮（lián）刀菌有一定的抗性。Shukla等使（shǐ）用超臨界CO₂對幹薑進行多分離器在線（xiàn）分餾，CO₂回收率為96.15%。工業生產中（zhōng）的工藝優化及其驗證標度單位表明，超（chāo）臨界CO₂萃取（qǔ）和同步萃取分餾可用於一係列（liè）天（tiān）然生物活性化（huà）合物，如（rú）維生素（sù）、必需脂肪酸。Agha等采用（yòng）二維（wéi）氣相色譜法和簡易氣相色譜法對天竺葵提取揮發油的化學成分進行檢測，揮發（fā）油的（de）主（zhǔ）要（yào）成分是香茅醇、香葉醇和芳樟醇。揮發油也多用（yòng）於果蔬（shū）保鮮及美妝行業中，所以使用超臨界CO₂作為萃取劑，既價格低廉，又無（wú）殘留，且不破（pò）壞化合物結（jié）構。在提取各（gè）類化（huà）合物時，除了（le）根據不同提（tí）取物質選擇不同極性的（de）溶劑外，可以采用微波輔助提取或超聲（shēng）波輔助提取方式。對比傳統的溶劑提取法，通過超聲或微波產生切向力，使溶（róng）劑滲入，加速有（yǒu）效成分進入提取溶劑中，從而提（tí）高提取率，且不（bú）降低（dī）提取物的活性（xìng）。郭孝武分別使用（yòng）超聲波輔助提取法（fǎ）、回流提取法、浸提法對益母草的總生物堿進行提取，發現超聲波輔助提取（qǔ）法的（de）提取率較其他2種（zhǒng）方法要高，且未改變提取（qǔ）物的化學結構。
 
三（sān）、活性物質抑菌機製

1.生物堿類化合物
 
    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等使用異喹啉生物堿對（duì）稻瘟病菌進行抑製（zhì）試驗（yàn），結果表明，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（huài）了菌絲的膜功能和細胞增殖。
對於病（bìng）菌抑製，生物堿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（tài）造成影響，從而達到抗病的作用。

2.黃酮類化（huà）合（hé）物
 
    黃酮類化合物的抗病（bìng）性可能是（shì）非特異性（xìng）的，通過黃酮類化合物的抗氧化性，使致病菌因缺氧而失（shī）去活性，影響生物膜（mó）的形成、膜的通透性等生理特性，影響某些酶對（duì）細胞質（zhì）的抑製。Rachmawaty等對幹燥的可可果進行粉碎後使用（yòng）7∶3的丙酮水溶液浸提3次，得到黃（huáng）酮類化合物，發現其對尖孢菌的孢子有（yǒu）強烈的抑製作用。Chen等研究發現黃芩（qín）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（jī）因細胞間粘附素（sù）在生物膜中的（de）表達（dá）生產細胞的能力。
 
3.萜類化合物（wù）
 
    萜類化合物對真菌的抑製作用主要表現在對真菌菌絲（sī）的生長抑製，使其尖端膨脹、分支形成孢子梗或使菌絲斷裂，對細胞造成破（pò）壞以及對真（zhēn）菌（jun1）細胞蛋白（bái）的（de）下調。楊婷等（děng）對13種（zhǒng）萜類化合物（wù）進（jìn）行抑菌篩選，其中，香芹酚、丁香酚（fēn）、異丁香酚（fēn）、枯茗（míng）醛（quán）、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（bǎi）裏香分別進行萃取，得到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用。丁蘭等從香茶菜屬（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），並考察幾種（zhǒng）物質對蝴蝶蘭莖腐（fǔ）病中分離出的鐮孢屬真菌的抑製活性；發現真菌的菌（jun1）絲簡短膨大成為囊泡，出現（xiàn）斷裂，逐漸變為空（kōng）泡；菌（jun1）絲體細胞（bāo）膜結構被嚴（yán）重破壞，且大大改（gǎi）變了其通透性（xìng）。


4.揮發油
 
    揮發油是通過精（jīng）油（yóu）及其組分對細胞膜造成破壞，增大膜的通透性，致使細胞內的物質泄漏，或直（zhí）接破壞病菌的酶係統，致其死亡。Moghaddam等發（fā）現從山羊草種子中（zhōng）提取的精油對青枯病（bìng）菌有較強的抑製活性，能夠顯著抑製菌絲的生長。Yu等考察從茶樹中提取的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）混合後（hòu）能穿透病菌細胞，破壞細胞器而（ér）不影響細胞膜（mó）透性。相比之（zhī）下，鬆油烯破（pò）壞了膜的（de）完整性，增加了膜的通透（tòu）性，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（hé）物已有一定的研（yán）究，但不同類型化合物的生物功能和生態（tài）化學功能尚未被充分（fèn）研（yán）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（tā）物質類（lèi）型，還（hái）要考（kǎo）慮（lǜ）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（chǎn）。例如將許多高質量（liàng）的有價值的化合（hé）物被一（yī）個（gè）單一的步驟回收，從某種低廉的植物（wù）中（zhōng）得到（dào）大量（liàng）高（gāo）質量（liàng）的化合物（wù）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驟（zhòu），具有較高活性的化合物可（kě）以直接開發為新藥。化合（hé）物（wù）的結構對於抑菌活性有（yǒu）著重要影響，因此可（kě）以將（jiāng）“組學”技術與分子網絡藥理學相結合，在原物質結構的基（jī）礎上進行結構修（xiū）飾（shì），合成具有高效抑菌能（néng）力的新物質（zhì）。
 
來源（yuán）：《黑（hēi）龍江農業科學》2021年（nián）第7期
作者：淮陰工學院生命科學與食（shí）品工程學院  於忻（xīn）瀅  張國良  範（fàn）鬆  黃誌煒（wěi）  張葉