蒜素作為生物農(nóng)藥的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景

張歡歡，郭天璐，王長彪，孫毅

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心，山西太原030031；2.山西大學(xué)生物工程學(xué)院，山西太原030006）

蒜素作為生物農(nóng)藥的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景

張歡歡1，郭天璐2，王長彪1，孫毅1

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心，山西太原030031；2.山西大學(xué)生物工程學(xué)院，山西太原030006）

大蒜中的風(fēng)味物質(zhì)蒜素具有廣譜抗菌性，對植物致病菌有很好的抗性，是一種環(huán)保型的植物源殺菌劑。此外，蒜素獨(dú)有的氣味，也是良好的驅(qū)蟲劑。蒜素良好的殺菌、驅(qū)蟲作用，在生物農(nóng)藥領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

大蒜；蒜素；蒜氨酸；蒜氨酸酶；生物農(nóng)藥

大蒜（Allium sativum L.）屬于百合科（Liliacaea）蔥屬（Allium）多年生草本植物，栽培歷史悠久，主要以鱗莖、花莖、嫩葉為產(chǎn)品。大蒜既可食用，也可藥用，是我國最主要的蔬菜出口品種[1]。大蒜鱗莖富含多種蛋白質(zhì)、低聚糖、多糖以及微量元素等營養(yǎng)成分，具有殺菌、抑菌、抗癌、抗衰老等醫(yī)療保健功能[2]。

大蒜的有效成分就是蒜素（Allicin），又稱為大蒜辣素，是一種具有刺激性氣味的有機(jī)硫化合物，化學(xué)名為二烯丙基硫代亞磺酸酯（Diallylthiosulfinate），是大蒜中主要的殺菌成分[3-4]。純品大蒜素為無色油狀物，具有大蒜異味；密度1.112 g/cm3（20℃），折射率1.561，無旋光性，稍溶于水，溶于乙醇、苯、乙醚等有機(jī)溶劑；對熱和堿不穩(wěn)定，對酸較穩(wěn)定；對皮膚有刺激性，對許多革蘭氏陽性和陰性細(xì)菌及真菌具有很強(qiáng)的抑制作用[5]。

大蒜中的蒜素是以前體的形式存在的，叫蒜氨酸（Alliin（S）-allyl-L-cysteine-sulfoxide，ACSO）。在大蒜鱗莖中，蒜氨酸與蒜氨酸酶（Alliinase或者Alliin lysase）分別位于細(xì)胞質(zhì)與液泡中，只有當(dāng)細(xì)胞破裂后蒜氨酸酶才能催化蒜氨酸合成蒜素[6]。蒜氨酸是大蒜鱗莖中含量最多的含硫化合物，是大蒜獨(dú)特的非蛋白類含硫氨基酸，占大蒜含硫化合物的90%以上。蒜氨酸能溶于水，不溶于純無水乙醇、氯仿、丙酮、乙醚等有機(jī)溶劑。蒜氨酸具有抗腫瘤、協(xié)同降血壓、抗菌殺毒、清除自由基、保肝護(hù)肝及抗糖尿病等多種藥理功效[7]。蒜氨酸不是大蒜中的抑菌物質(zhì)，對多種細(xì)菌、真菌的體外試驗(yàn)證明，單獨(dú)的蒜氨酸沒有抑菌活性，但是蒜氨酸與蒜氨酸酶一起作用，可以起到明顯的抑菌作用[8-9]。

蒜素在農(nóng)業(yè)上具有廣泛的應(yīng)用前景，但是受其不穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)影響，蒜素的價(jià)值尚未得到發(fā)揮。本文對蒜素作為一種生物農(nóng)藥的應(yīng)用前景進(jìn)行了討論。

1 蒜素對多種植物致病細(xì)菌、真菌具有抑制作用

蒜素是一種廣譜性的天然抗菌物質(zhì)，其疏水性讓其能夠很容易地穿過細(xì)菌的細(xì)胞膜，其不穩(wěn)定的硫醚結(jié)構(gòu)能與細(xì)菌蛋白中的自由巰基反應(yīng)生成二硫鍵，破壞蛋白結(jié)構(gòu)，影響其活性[10-11]。有研究表明，蒜素至少對40種細(xì)菌和真菌有殺菌活性，甚至包括一些寄生蟲及病毒[12]。

室內(nèi)試驗(yàn)表明，大蒜提取物及蒜素對多種細(xì)菌、真菌類的致病菌有明顯的抑制作用。Curtis等[13]進(jìn)行了大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，蒜素對多種植物致病菌均有抗性，包括根癌農(nóng)桿菌Agrobacterium tumefaciens、胡蘿卜軟腐歐文氏菌Erwinia carotovora、丁香假單胞菌斑點(diǎn)致病變種Pseudomonas syringae pv.maculicola、菜豆丁香假單胞桿菌P.s.pv.phaseolicola、番茄丁香假單胞桿菌P.s.pv.tomato、野油菜黃單胞菌野油菜致病變種Xanthomonas campestris pv. campestris、甘藍(lán)鏈格孢菌Alternaria brassisicola、灰霉病Botrytis cinerea、短小芽孢桿菌Plectosphaerella cucumerina、稻瘟病Magnaporthe grisea以及致病疫霉Phytophthora infestans。孫桂琳等[9]研究也表明，蒜素對交格鏈孢菌Alternaria alternata、指狀青霉Pemiccillim digitatum、意大利青霉P.italicum、稻瘟病菌Pyricutaria oryzae、灰霉B.cinerea等植物致病菌具有明顯的抑制作用。

室內(nèi)試驗(yàn)證明，蒜素具有廣譜殺菌作用，在此基礎(chǔ)上，許多研究也在植物體上進(jìn)行了試驗(yàn)。Curtis等[13]利用蒜素防治稻瘟病M.grisea孢子侵染水稻，霜霉病Hyaloperonospora parasitica侵染擬南芥，致病疫霉P.infestans侵染馬鈴薯塊莖的效果也十分明顯。Peng等[14]利用1%的蒜素溶液噴灑新鮮生菜Lactuca sativa表面并存放在冰箱里，能夠減緩由微生物引起的腐敗及氧化變褐，延長生菜保質(zhì)期。

宋興舜等[15]利用3 000倍稀釋的蒜素進(jìn)行葉面噴霧，對番茄灰霉病菌（B.cinerea）、番茄葉霉病菌（Fulvia fulva）和番茄早疫病菌（Ahernaria solani）具有明顯的抑制作用，防治效果明顯。金揚(yáng)秀等[16]研究表明，大蒜提取物能明顯抑制瓜類枯萎病病原菌菌絲的生長，通過大蒜與瓜類輪作，能夠大大降低土壤中病原菌孢子的存活量，由14.1×104cfu/g降低到1.2×104cfu/g，從而使瓜類的枯萎病發(fā)病率由50%降至10%。高濃度的大蒜提取物對大豆尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum f.sp.tracheiphilum）、油菜菌核病菌（Sclerotinia sclerotiorum（Lib.）de Bary）、大豆細(xì)菌性斑點(diǎn)病菌（Pseudomonas.syringae pv. glycinea）和水稻白葉枯病菌（Xanthomonas oryzae pv.oryzae（Ishiyama）Dye，Xoo）4種植物病原菌的抑制作用明顯，含大蒜提取物0.05 mL/g、大蒜渣5%或大蒜肥25%的土壤能抑制土傳病原菌大豆尖孢鐮刀菌在土壤中的定殖[17]。此外，大蒜中包括蒜素在內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)對后茬作物具有化感作用，能夠促進(jìn)后茬作物的生長[18-19]。

2 大蒜與蒜素的殺蟲、驅(qū)蟲作用

除了殺菌作用外，大蒜蒜素獨(dú)特的氣味還賦予了大蒜一定的殺蟲、防蟲效果。昆蟲的嗅覺是極其靈敏的化學(xué)監(jiān)測器，能識別環(huán)境中特異的化學(xué)氣味分子。通過簡單的間作、套作，大蒜所散發(fā)的微量氣味即可起到降低田間病蟲害的作用。大蒜與小麥間作能夠降低麥田無翅蚜數(shù)量，提高有翅蚜數(shù)量，減輕蚜蟲對麥田的危害[20]。大蒜與白菜間作能夠減輕田間害蟲發(fā)生率，提高寄生性天敵的數(shù)量[21-22]。甘藍(lán)與大蒜間作，菜青蟲與菜蚜的種群數(shù)量分別下降了48.9%和35.6%，節(jié)肢動物群落的多樣性有所上升[23]。

大蒜研磨液作為生物農(nóng)藥，用來防治病蟲害也有一定的效果。大蒜提取液及其5～15倍稀釋液對芒果花期的主要害蟲扁喙葉蟬Ioscopus incertus、花蕾蛆Contarinia citri Barnes、褐薊馬Scirtothrips mangiferae、茶黃薊馬Scirtothrips dorsalis均有顯著效果[24]。大蒜研磨液噴灑蚜蟲危害的白菜，使蚜蟲開始逃離，減輕危害[21]。大蒜尤其是研磨過的大蒜對倉儲害蟲玉米象與赤擬谷盜有明顯的趨避作用[25]。在封閉的環(huán)境中，利用熏蒸法，蒜素甚至能夠殺死玉米象Sitophilus zeamais、米象Tribolium castaneum、赤擬谷盜Tribolium castaneum、鋸谷盜Oryzaephilus surinamensis、銹赤扁谷盜Cryptolestes ferrugineus等多種倉儲害蟲[26-27]。王海平[28]研究表明，大蒜中蒜素的含量與對蒜蛆的抗性呈正相關(guān)，蒜素含量越高的大蒜抗蟲性越高。

目前，蒜素的殺蟲、驅(qū)蟲機(jī)理尚不完全清楚，為此，我們要加強(qiáng)對蒜素驅(qū)蟲機(jī)理進(jìn)行研究，充分確定其對病蟲害的毒理學(xué)特性。

3 蒜素利用展望

蒜素對多種植物病原菌具有抗菌、殺菌作用，其特殊的氣味又能夠趨避害蟲，是一種具有廣譜抗性的生物農(nóng)藥，具有良好的應(yīng)用前景，但蒜素不穩(wěn)定、不易儲存的特性，令其應(yīng)用與研究受到一定的限制。根據(jù)蒜素開發(fā)的仿生農(nóng)藥乙蒜素，是大蒜素的乙基同系物，是一種廣譜性殺菌劑，主要用于種子處理，也可稀釋噴霧，可單獨(dú)使用，也可與其他殺菌劑或殺蟲劑復(fù)配，增強(qiáng)防治效果。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)是發(fā)揮蒜素抗病蟲害的生理功能的有效途徑，就是將蒜素合成途徑中的相關(guān)基因轉(zhuǎn)入到其他作物中，獲得具有合成蒜素能力的轉(zhuǎn)基因作物，從而獲得具有廣譜抗病蟲的作物。今后，要加強(qiáng)對蒜素合成途徑中關(guān)鍵基因的功能研究，明確蒜素合成的分子機(jī)制，為實(shí)現(xiàn)蒜素的異源表達(dá)打下基礎(chǔ)。

［1］徐會蘋.河南大蒜出口現(xiàn)狀及影響因素分析[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（5）：107-110.

［2］宋衛(wèi)國，李寶聚，劉開啟.大蒜化學(xué)成分及其抗菌活性機(jī)理研究進(jìn)展[J].園藝學(xué)報(bào)，2004，31（2）：263-268.

［3］Cavallito C J，Bailey J H.Allicin，the antibacterial principle of Allium sativum.I.Isolation，physical properties and antibacterial action [J].Journal of the American Chemical Society，1944，66（11）：1950-1951.

［4］Cavallito C J，Buck J S，Suter C.Allicin，the antibacterial principle of Allium sativum.II.Determination of the chemical structure[J]. JournaloftheAmericanChemicalSociety，1944，66（11）：1952-1954.

［5］楊鳳娟，劉世琦.大蒜素研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，31（6）：1034-1037.

［6］Block E.The organosulfur chemistry of the genus Allium-implications for the organic chemistryofsulfur[J].Angewandte Chemie International Edition in English，1992，31（9）：1135-1178.

［7］黃雪松，宴日安.利用新鮮大蒜生產(chǎn)結(jié)晶蒜氨酸[J].食品科學(xué)，2004，25（11）：200-203.

［8］李強(qiáng)，劉圣紅，索菲婭，等.蒜氨酸和蒜氨酸酶的制備及抑菌作用的研究[J].食品科學(xué)，2007，28（6）：230-233.

［9］孫桂琳，劉小平，王紅麗，等.大蒜生理活性物質(zhì)對幾種植物病原真菌的體外抑菌活性[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，45（6）：1012-1016.

［10］Rabinkov A，Miron T Fau-Konstantinovski L，Konstantinovski L Fau-Wilchek M，et al.The mode of action of allicin：trapping of radicals and interaction with thiol containing proteins[J].Biochimica et Biophysica Acta（BBA）-General Subjects，1998（2）：233-244.

［11］Miron T，Rabinkov A，Mirelman D，et al.The mode of action of allicin:its ready permeability through phospholipid membranes may contribute toits biological activity[J].Biochimica et Biophysica Acta（BBA）-Biomembranes，2000（1）：20-30.

［12］Lanzotti V，Bonanomi G，Scala F.What makes Allium species effective against pathogenic microbes?[J].Phytochemistry Reviews，2013，12（4）：751-772.

［13］Curtis H，Noll U，St?rmann J，et al.Broad-spectrum activity of the volatile phytoanticipin allicin in extracts of garlic（Allium sativum L.）against plant pathogenic bacteria，fungi and Oomycetes[J]. Physiological and Molecular Plant Pathology，2004，65（2）：79-89.

［14］Peng X，Li R，Zou R，et al.Allicin inhibits microbial growth and oxidative browning of fresh-cut lettuce（Lactuca sativa）during refrigerated storage[J].Food and Bioprocess Technology，2014，7（6）：1597-1605.

［15］宋興舜，宋鳳杰，于廣建.大蒜素對番茄三種真菌病害的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，35（4）：395-398.

［16］金揚(yáng)秀，謝關(guān)林，孫祥良，等.大蒜輪作與瓜類枯萎病發(fā)病的關(guān)系[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)：農(nóng)業(yè)科學(xué)版，2003，21（1）：9-12.

［17］高曉荔，宋永輝，胡林潮，等.大蒜廢棄物對農(nóng)作物病原菌的抑制效果[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2012（1）：192-199.

［18］董林林，李振東，王倩.大蒜鱗莖浸提液對黃瓜幼苗的化感作用[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2008，23（S2）：47-50.

［19］周艷麗，程智慧，孟煥文，等.大蒜根系水浸液及根系分泌物的化感作用評價(jià)[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，35（10）：87-92.

［20］王萬磊，劉勇，紀(jì)祥龍，等.小麥間作大蒜或油菜對麥長管蚜及其主要天敵種群動態(tài)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，19（6）：1331-1336.

［21］徐向龍.利用大蒜驅(qū)避蚜蟲的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35（35）：11506-11507.

［22］蔡鴻嬌，尤民生.大蒜-小白菜間作套種對菜田節(jié)肢動物功能團(tuán)的影響[J].華東昆蟲學(xué)報(bào)，2007，16（1）：1-7.

［23］繆勇，高希武，江俊起，等.甘藍(lán)與大蒜間作對甘藍(lán)田主要害蟲及節(jié)肢動物群落的影響[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，34（3）：352-355.

［24］彭磊，吳興恩，周玲，等.大蒜原液對芒果花期主要害蟲防治試驗(yàn)[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，26（1）：131-133，148.

［25］曉嵐.大蒜對倉貯害蟲的忌避作用[J].世界農(nóng)藥，2001，23（3）：46-48，19.

［26］仲建鋒，魯玉杰，李興奎，等.大蒜素對儲糧害蟲熏蒸作用的研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，41（4）：442-446.

［27］Lu Y，Zhong J，Wang Z，et al.Fumigation toxicity of allicin against three stored product pests[J].Journal of Stored Products Research，2013，55：48-54.

［28］王海平.中國大蒜遺傳多樣性評價(jià)及大蒜辣素含量與蒜氨酸酶基因的關(guān)聯(lián)分析[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

Research Progress and Application Prospect of Allicin as Biological Pesticide（Fungicide）

ZHANGHuan-huan1，GUOTian-lu2，WANGChang-biao1，SUNYi1
（1.Research Center ofBiotechnology，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；2.College ofBio-engineering，Shanxi University，Taiyuan 030006，China）

Allicin，the flavor substance extracted from garlic was known as broad spectrum antibiotic,showed resistance to plant pathogen.Allicin special odor made it could expel pest as well.The two characteristics provided allicin well application prospect as biological pesticide（fungicide）in future.

Allium sativum L.;allicin;alliin;alliinase;biological pesticide

S482

A

1002-2481（2016）04-0557-03

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.04.34

2015-12-08

國家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項(xiàng)（2014ZX08003001-002-003）

張歡歡（1985-），男，山西陽城人，研究實(shí)習(xí)員，主要從事抗病蟲害相關(guān)生物技術(shù)研究工作。孫毅為通信作者。