硫代葡萄糖苷研究現(xiàn)狀

劉 倩，李 敏，田玉玲，康 莉，李雪萍

（長(zhǎng)江師范學(xué)院 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生物工程學(xué)院，重慶 408100）

1 硫代葡萄糖苷的概述

硫代葡萄糖苷 （Glucosinolates，GLS， 簡(jiǎn)稱硫苷），又稱芥子苷油。在17世紀(jì)人們探索芥菜籽特殊辛辣味時(shí)被發(fā)現(xiàn)，是植物中富含氮和硫的陰離子親水性次生代謝物[1]。廣泛存在于11個(gè)不同種屬的雙子葉被子植物中[2]。其中，十字花科植物的硫苷含量最高，目前在十字花科植物中發(fā)現(xiàn)的硫苷有200多種[3]，且所有的十字花科植物都能可以通過生物學(xué)途徑自身合成硫代葡萄糖苷[4]。其結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，是一類水溶性物質(zhì)，易溶于水、乙醇、甲醇和丙酮等[5]。但用于食用或機(jī)械損傷時(shí)會(huì)通過芥子酶的作用發(fā)生酶解反應(yīng)，或高溫高壓條件下發(fā)生非酶降解反應(yīng)[6]。硫苷及其降解產(chǎn)物都具有生物活性，特別是在抗癌、抑菌等方面成為了研究的熱點(diǎn)。

硫代葡萄糖苷位于十字花科植物的液泡里，且在植物內(nèi)的代謝是動(dòng)態(tài)的。其組分和含量因品種、生長(zhǎng)環(huán)境及分布位置的不同而不同，且不同器官或同一器官的不同位序之間也存在較大的差異[7]。硫代葡萄糖苷存在于植物的根、莖、葉和種子中，其中，種子中的含量最高[8]。此外，許多非十字花科的雙子葉被子植物中也含有1種或2種硫代葡萄糖苷[9]。

1970年，Marsh和Waser等人對(duì)硫代葡萄糖苷晶體的X射線分析證明，所有硫苷的基本結(jié)構(gòu)都相同[10]。硫苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)通常由硫化肟基團(tuán)（Sulfonated oxime） 、 β-D- 硫代葡萄糖基 （ β-D-thio-glucose） 以及來源于氨基酸的可變側(cè)鏈R構(gòu)成[11]。

硫代葡萄糖苷的基本結(jié)構(gòu)見圖1。

根據(jù)側(cè)鏈R基團(tuán)的不同，可把硫苷分為三大類，即脂肪族硫苷、芳香族硫苷和吲哚族硫苷。其中，脂肪族硫苷側(cè)鏈來源于蛋氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸，香族硫苷側(cè)鏈來源于酪氨酸和苯丙氨酸，吲哚族硫苷側(cè)鏈來源于色氨酸。硫苷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其化學(xué)性質(zhì)，硫酸根離子和硫代葡萄糖基的存在使其具有很強(qiáng)的酸性和非揮發(fā)性；不同氨基酸來源的側(cè)鏈R基又賦予硫苷不同的親水性特征[12]。

2 影響硫代葡萄糖苷含量的因素

2.1 遺傳因素

不同種類的植物中分布硫代葡萄糖苷的含量不同，其中十字花科植物中硫苷含量最為豐富[13]。根據(jù)何洪巨等人[14]對(duì)蕓苔屬10種蔬菜的研究，發(fā)現(xiàn)甘藍(lán)類硫苷含量最高、芥菜類次之、白菜類最低。說明不同品種的硫苷含量有差異性。司雨等人[15]對(duì)43個(gè)芥藍(lán)基因型硫代葡萄糖苷組分與含量進(jìn)行研究分析，共檢測(cè)出9種硫苷成分，且不同基因型芥藍(lán)之間總硫苷含量有明顯的差異，其中含量最高的是22號(hào)老種香菇，為21.337 8 mg/g（干質(zhì)量）；含量最低的是13號(hào)中熟黃花芥藍(lán)筷，為3.369 5 mg/g（干質(zhì)量），二者相差6倍多。研究人員在采用高效液相色譜法（HPLC） 法對(duì)11份菜薹品進(jìn)行分析時(shí)檢測(cè)出7種硫苷組分，且發(fā)現(xiàn)不同基因型的菜薹間硫苷總含量和單一硫苷含量均差異顯著。

2.2 生長(zhǎng)環(huán)境

硫代葡萄糖苷含量易受生長(zhǎng)環(huán)境的影響。溫度、濕度、光照等通常會(huì)因?yàn)榧竟?jié)不同而有所差異，進(jìn)而植物的生長(zhǎng)發(fā)育與生理活動(dòng)會(huì)受到影響，因此植物體內(nèi)硫苷的含量也會(huì)受到影響[16]。宋廷宇等人[17]采用HPLC的方法，研究發(fā)現(xiàn)同一薹菜品種，在不同季節(jié)中相同硫苷的含量差異也較大（秋季高于冬季）， 這說明植物中的硫苷的含量會(huì)隨不同的生長(zhǎng)季節(jié)發(fā)生變化。根據(jù)王輝等人[18]研究，發(fā)現(xiàn)脂肪族硫苷、芳香族硫苷和總硫苷含量在不同季節(jié)中差異及其顯著。朱鳳羽等人[19]對(duì)植物中硫苷的代謝與其受硫水平的調(diào)控進(jìn)行了綜述，在文中提到多個(gè)研究發(fā)現(xiàn)環(huán)境供硫水平直接影響植物體中硫苷含量的高低。

2.3 分布位置

同種植物不同器官中硫代葡萄糖苷的含量差異性顯著。彭軍等人[20]采用超高效液相色譜法（UPLC）對(duì)30個(gè)油菜品種薹和蕾中硫代葡萄糖苷的含量進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)油菜品種蕾中的硫苷含量多于薹中，說明了硫苷的含量因其分布位置存在差異。袁偉玲等人[21]以3個(gè)水果蘿卜肉質(zhì)根和葉片為材料，采用高效液相色譜法對(duì)其硫代葡萄糖苷的含量進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，肉質(zhì)根中總硫苷的含量分別是葉片的4.56，2.71，4.55倍。弓志青等人[22]發(fā)現(xiàn)甘藍(lán)內(nèi)葉硫苷含量略高于外葉，其中內(nèi)外葉硫苷總含量分別為 1 972 μg/g（干質(zhì)量） 和 1 941 μg/g（干質(zhì)量）。

2.4 信號(hào)傳遞物質(zhì)

隨著對(duì)激素信號(hào)網(wǎng)絡(luò)作用機(jī)制研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)茉莉酸（Jasmonatic acid）、水楊酸（Salicylic acid） 等植物激素都會(huì)不同程度地影響硫苷的代謝，以調(diào)節(jié)植物適應(yīng)環(huán)境。蔣曉麗等人[23]研究葉面噴施茉莉酸甲酯（MeJA） 單獨(dú)處理對(duì)芥藍(lán)體內(nèi)硫苷組分及其含量的影響，發(fā)現(xiàn)茉莉酸甲酯（MeJA）不但能改變芥藍(lán)體內(nèi)硫苷的含量，也可以改變芥藍(lán)的風(fēng)味。胡克玲等人[24]以不同濃度的吲哚乙酸（IAA） 對(duì)小白菜進(jìn)行處理，結(jié)果表明，隨IAA處理濃度的增加，小白菜總硫苷含量和脂肪族硫苷含量都顯著增多。

3 硫代葡萄糖苷的生理功能

3.1 防蟲抑菌

硫代葡萄糖苷是一類植物抵御病蟲害的物質(zhì)，在植物抵抗微生物、昆蟲和軟體動(dòng)物中發(fā)揮重要作用。如硫苷受到損傷后在芥子酶的作用下水解產(chǎn)生的異硫氰酸鹽對(duì)多種病原體、真菌、細(xì)菌、昆蟲都有毒害作用。李向果等人[25]通過體內(nèi)、體外試驗(yàn)對(duì)西蘭花葉中硫代葡萄糖苷酸水解產(chǎn)物的抑菌特性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)異硫氰酸鹽類對(duì)枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、傷寒沙門氏菌、埃希氏大腸桿菌均有抑菌作用。

3.2 誘蟲作用

硫代葡萄糖苷對(duì)小菜蛾產(chǎn)卵有刺激作用，且小菜蛾趨向選擇硫苷含量多的蔬菜上產(chǎn)卵。榮松柏等人[26]通過人工接蟲的方法分析了種子中硫苷含量與小菜蛾產(chǎn)卵量及幼蟲量的關(guān)系，結(jié)果表明種子中硫苷含量與小菜蛾產(chǎn)卵量、幼蟲量呈顯著正相關(guān)，即選擇硫苷含量少的油菜品種可抗蟲。

3.3 抗癌與抗腫瘤

硫代葡萄糖苷可阻礙早期癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，有助于提高人體對(duì)癌細(xì)胞的抵抗能力。羅麗娜[27]選取硫苷的3種水解產(chǎn)物異硫氰酸β-苯基乙酯基、異硫氰酸芐酯、3-吲哚甲醇進(jìn)行研究，為硫苷的抗癌作用提供了理論依據(jù)。于欣等人[28]以白芥子中的硫苷為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)硫苷提取物對(duì)細(xì)胞都具有明顯的抑制作用，該提取物具有顯著的抗腫瘤作用，且給藥時(shí)間越長(zhǎng)效果更明顯。林海鳴等人[29]也報(bào)道了硫苷及其主要水解產(chǎn)物異硫氰酸酯的抗癌作用。

3.4 抗?fàn)I養(yǎng)作用

對(duì)動(dòng)物而言，硫代葡萄糖苷及其代謝產(chǎn)物的抗?fàn)I養(yǎng)作用表現(xiàn)在多個(gè)方面，如嗯唑烷硫酮能阻礙單胃動(dòng)物甲狀腺素的合成，硫氰酸鹽能抑制碘轉(zhuǎn)換，最終導(dǎo)致甲狀腺腫大；異硫氰酸鹽會(huì)產(chǎn)生辛辣味，對(duì)動(dòng)物皮膚、黏膜和消化器官表面具有破壞作用；腈類化合物能造成動(dòng)物肝臟和腎臟腫大，嚴(yán)重時(shí)可引起肝出血和肝壞死。趙孝安等人[30]也報(bào)道了硫代葡萄糖苷是菜籽餅中的一種抗?fàn)I養(yǎng)因子，會(huì)對(duì)動(dòng)物造成危害。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來，隨著對(duì)硫代葡萄糖苷研究的深入，其在十字花科中位置分布、化學(xué)結(jié)構(gòu)、合成途徑及生理作用都逐漸明晰。雖然硫苷主要存在于十字花科植物中，但在其他種屬中的含量及作用仍值得進(jìn)一步的研究與探索。