植物源抑真菌活性成分及抑菌機理研究現(xiàn)狀與展望

趙永田 王興娥 趙宇 潘婷 劉莉梅

(黔南民族師范學院生物科學與農學院，貴州 都勻 558000)

真菌是引發(fā)作物發(fā)生病害的主要因素之一，往往造成作物產量下降，品質降低，對我國糧食安全造成極大威脅[1]。自從化學農藥面世以來，化學殺菌劑在真菌病害的防控方面發(fā)揮了重大作用，有效保障了農作物的優(yōu)質高產。但化學殺菌劑的長期大量使用，造成了很多弊端，如抗藥菌群的出現(xiàn)，水源污染，對訪花昆蟲的毒性等[2-4]。由于化學殺菌劑凸顯出來的弊端，生物殺菌劑已成為我國近年來研發(fā)的重點方向。其中，植物來源的殺菌劑是國內外學者關注的重點，已有大量抑菌活性成分分離并得到鑒定，部分活性成分的抑菌機制及靶標也被發(fā)現(xiàn)，但真正被注冊為商業(yè)殺菌劑的活性成分極少。因此，很有必要梳理近20a來分離鑒定的活性成分及其抑菌機理，為植物活性成分的開發(fā)與利用提供理論依據。

1 植物源抑真菌劑活性成分研究現(xiàn)狀

分離鑒定抑菌活性成分是植物源抑菌劑進一步開發(fā)利用的基礎工作。截至目前，已發(fā)現(xiàn)大量的活性成分，歸納起來具有較高抑菌活性的成分主要為生物堿類、萜類、黃酮類以及精油類。

1.1 生物堿類

生物堿類天然產物種類重多，大多具有顯著的生物活性，尤其是在抑菌方面特別突出，是研究者們關注的重點。如Wei等對提取的白屈菜紅堿進行了針對5種水稻真菌病害的抑菌檢測，結果表明，白屈菜紅堿對稻曲病菌和水稻胡麻斑病菌的EC50分別為6.53μg·mL-1和5.62μg·mL-1，而對稻曲病菌孢子的抑制在4μg·mL-1濃度可達86.7%[5]。Zhao等從菊苣的根皮中分離出2種呋喃喹啉生物堿和4種檸檬苦素衍生物，結果顯示，6種成分對黃瓜枯萎病菌均具有較好的抑制活性。多甜甜等以3種林木真菌為研究對象，檢測了馬鈴薯糖苷生物堿的生物活性，檢測表明，其對腐皮鐮刀菌抑制活性最好，EC50為0.268g·mL-1[6]。劉建新等從多裂駱駝蓬提取出生物堿類物質，測試了對8種病原菌的抑制效果，結果發(fā)現(xiàn)水溶性、脂溶性和總生物堿對4種真菌抑制效果較好，在0.5g·mL-1濃度時抑制率超過78%。邵芬娟等用酸性乙醇提取的翅果油樹生物堿，研究了對10種病原菌的抑制效果，發(fā)現(xiàn)在5種供試濃度下，對青霉和根霉2種菌抑制效果較好，對曲霉較差。周兵等從碎米莎草根部提取了總生物堿，檢測了對6種真菌的抑制活性，結果在400μg·mL-1濃度時，該生物堿對菌核菌、稻瘟菌、早疫菌、輪紋菌4種真菌抑制效果顯著。劉艷霞等研究了從黃皮提取的生物總堿對7種植物真菌的抑制效果，結果發(fā)現(xiàn)，該生物堿在10μg·mL-1濃度時對炭疽菌和枯萎菌的抑制較好，抑菌率均超過了84%。董艷芳等測定了見血青總生物堿對16種病原菌的抑菌效果，結果在240μg·mL-1濃度時該生物堿對供試的病原菌均有較高的抑制活性，進一步測定了最低抑菌濃度(MIC)的范圍為20～160μg·mL-1。傅春燕等評價了瓜馥木總生物堿對6種植物真菌的抑制活性，結果顯示，該生物堿對6種真菌的EC50范圍為1.39～2.70g·L-1。

1.2 萜類

萜類天然產物在植物中廣泛存在，是具有異戊二烯結構的衍生物，具有抗蟲、抗瘧、抑菌等生物活性。已有較多具有抑真菌活性的成分被分離和得到鑒定。如Tang等研究了青蒿素、青蒿素B、齊墩果酸等萜類物質對4種真菌的抑制活性，結果顯示，青蒿素B對4種真菌的MIC范圍為100～150μg·mL-1。Fernández等從Hyalis argentea var.latisquama中分離到26種萜類物質，研究表明，lindenanolides是唯一具有較強抑菌活性的萜類。楊婷等研究了13種萜類物質對2種真菌的抑菌活性，試驗表明，香芹酚抑菌效果最好，對炭疽菌和鏈格孢菌的EC50分別為40.89g·mL-1和18.19g·mL-1[7]。丁蘭等對從香茶菜屬植物中提取的4種二萜和三萜類物質進行了抑菌活性測定，結果在400μmol·L-1濃度時，leukamenin E對蝴蝶蘭分離出的2株鐮孢菌的抑制率分別為50.5%和66.5%。魏朝霞等從大薊中分離出一種三萜類物質3β,21β-dihydroxyl-20(30)-en-taraxastane，對枯萎菌的抑制效果較好，EC50值為1.197mg·L-1。

1.3 黃酮類

黃酮類天然產物是一類具有2-苯基色原酮的化合物，對植物體具有調節(jié)開花、發(fā)育等生理功能。除此之外，黃酮類在植物中還具有抑菌抗病的功能，引起學者的關注，分離出針對不同真菌具有較高活性的代謝物質。如Salas等研究了從柑橘中提取的3種黃酮類物質柚皮苷，橙皮苷和新橙皮苷對4種真菌的抑制活性，結果表明，所有類黃酮均顯示出抗真菌活性，但這種活性的強度取決于真菌的類型和所用黃酮物質。Kanwal等從芒果中提取了5種類黃酮，并檢測了對5種真菌的抑制活性，結果顯示，5種類黃酮的所有濃度均顯著抑制了真菌的生長。但不同的黃酮化合物對不同的真菌種類具有明顯的特異性。蘭健等篩選了58種植物提取物的抑菌活性，通過植物成分相關分析，表明黃酮類物質可能是主要的抑菌活性成分。鄭津輝等研究了苦參中的黃酮類物質對病原菌的抑制效果，發(fā)現(xiàn)黃酮類物質對單細胞真菌效果好于絲狀真菌。程輝彩等研究發(fā)現(xiàn)，大鐮刀蘚醇提取液對立枯絲核菌的抑菌效果較好，提取液定性成分結果表明黃酮類物質為主要抑菌物質。

1.4 精油

2 植物源抑真菌劑的抑菌機理研究現(xiàn)狀

植物源殺菌劑進入菌體后，會影響其物質代謝和能量代謝過程，甚至導致菌體形態(tài)的改變，這些變化也是確定作用靶標的關鍵。

2.1 對細胞結構的影響

細胞是菌體賴以生存的基本單元，其結構的破壞將進一步影響菌體的正常生理活動。Shao等研究表明，茶樹油可以使灰霉菌的堿性磷酸酶(AKP)、OD260和電導率升高，脂肪酸降低，說明茶樹油破壞了灰霉菌的細胞壁和細胞膜，導致膜通透性增加。Liu等研究發(fā)現(xiàn)，百里香油可以導致柑橘酸腐菌的質膜破裂和線粒體紊亂。Li等以青霉菌為指示菌，探索了大蒜油的抑菌機制，形態(tài)學觀察表明，大蒜油進入細胞后，可以破壞青霉菌的細胞及細胞器等結構，從而導致胞內物質的外泄。OuYang等開展了肉桂醛對曲霉菌的作用機理的研究，結果顯示，肉桂醛導致曲霉菌堿性磷酸酶(AKP)升高，幾丁質含量降低，細胞壁熒光減弱等，但麥角甾醇和總脂質含量沒有顯著變化，說明細胞壁是肉桂醛的作用位點，對細胞膜沒有影響[13]。Jiang等對茶多酚和茶皂素的作用機制進行了評價，研究表明，茶多酚和茶皂素可以導致根霉菌胞外K+、可溶性蛋白和還原性糖的含量增多，說明根霉菌細胞膜通透性增加。He等探索了肉桂精油對炭疽菌的可能作用機理，結果表明，肉桂精油導致炭疽菌細胞膜透性增加和結構的改變[14]。Wang等評估了苦瓜種子對腐皮鐮刀菌的作用方式，電鏡觀察揭示了苦瓜種子提取物導致腐皮鐮刀菌的細胞壁和細胞膜完整性喪失。

2.2 對細胞物質代謝的影響

物質代謝是菌體正常的生理活動，很多植物殺菌劑充當著物質代謝的誘導劑或抑制劑，造成代謝過程受阻。Chen等通過蛋白質組研究了姜黃提取物對禾谷鐮刀菌的抑制機理，發(fā)現(xiàn)姜黃素影響了禾谷鐮刀菌的tRNA合成和葡萄糖代謝，抑制了SDH和NADH氧化酶的活性[15]。Wang等通過瓊脂糖凝膠電泳發(fā)現(xiàn)苦瓜種子提取物抑制了腐皮鐮刀菌基因組DNA的合成。劉琳等研究發(fā)現(xiàn)，芥菜乙醇提取物導致西瓜枯萎菌糖和蛋白質的減少，誘導細胞壁相關酶幾丁質酶和β-1,3-葡聚糖酶活性增高，抑制了SDH和MDH，從而抑制了菌絲的生長[16]。張猛等研究認為，百里香酚抑制了西瓜枯萎菌蛋白質的合成以及DNA的合成。李麗萍等研究表明，紫莖澤蘭提取液導致青枯菌蛋白質減少，抑制了蛋白質的合成，同時顯著抑制了POD、CAT、SDH酶的活性。

2.3 對細胞能量的影響

菌體物質代謝的合成與分解都需要能量的參與，通過干擾能量代謝進而影響菌體的生長也是植物源殺菌劑的常見靶標之一。Chen等通過組學技術研究了姜黃提取物對禾谷鐮刀菌的作用機制，結果表明，姜黃提取物影響了禾谷鐮刀菌的呼吸作用和能量代謝[15]。Li等研究了茶樹油對灰霉菌的作用方式，證實了茶樹油可以導致灰霉菌線粒體損傷和ATP酶的減少，從而導致ROS的積累[17]。Xin等探究了白薇生物堿對綠霉菌的抑制機理，表明安托芬生物堿抑制了綠霉菌的ATP，從而干擾了綠霉菌的能量代謝[18]。Morales等研究了對香豆酸的抑菌機制，發(fā)現(xiàn)對香豆酸可以導致灰霉菌線粒體解偶聯(lián)，氧化磷酸化途徑發(fā)生改變，導致耗氧量增加[19]。Chen等研究表明，7-脫甲氧基娃兒藤堿除了導致意大利青霉菌的細胞膜透性增加外，還可以抑制TCA循環(huán)[20]。劉琳等發(fā)現(xiàn)，芥菜乙醇提取物導致西瓜枯萎菌呼吸代謝受到抑制，這可能是影響菌絲生長的主要原因[16]。陳玉環(huán)等探究了肉桂酸和肉桂醛的抑菌機理，發(fā)現(xiàn)肉桂酸和肉桂醛均可以干擾青霉菌的TCA循環(huán)，導致能量代謝途徑受到影響。

3 展望

雖然國內外學者對植物來源的抑真菌活性成分及其抑菌機制開展了大量研究，挖掘了大量具有殺菌活性的植物種類等，但植物源殺菌活性成分及其機理的研究與開發(fā)在以下方面還需要加強。

3.1 分離鑒定活性成分需要加強

目前仍有大量的研究停留在植物抑菌活性的初篩上，面對復雜的分離鑒定程序，很多活性物質得不到鑒定，不利于開展仿生合成等工作。

3.2 抑菌活性成分的抑制機理需要明確

由于活性成分分離工作的復雜性，導致部分機理研究停留在粗提物而不是純品上，導致對其機理認識的片面性。其安全性得不到客觀評估，不利于指導大田應用。

3.3 注冊登記為商業(yè)化產品需要加快進程

雖然大量學者報道了很多抑菌效果較好的活性成分，但只有極少量的活性成分被進一步創(chuàng)制為商業(yè)化產品，這與目前我國大力加強生物農藥創(chuàng)制的趨勢不符。