茶皂素的活性在農藥中的應用研究進展

張遠聰，劉 婷，王 玫，曾秀英，沈樂丞

（1.國家油茶產品質量檢驗檢測中心（江西），江西 贛州 341000；2.贛州市綜合檢驗檢測院，江西 贛州 341000）

茶皂素，也稱為油茶皂苷，是從山茶科山茶屬中提取得到的一種五環(huán)三萜類植物皂苷總稱［1］。1931年，日本學者青山新次郎首次通過分離得到茶皂素，并將其命名為Tea saponin［2］。1952年，日本東京大學的石館守三和上田陽通過研究第一次確定了茶皂素的分子式為C57H90O26，其基本碳架為齊敦果烷，屬于五環(huán)三萜類化合物，由苷元、糖體和有機酸三部分組成［3］。茶皂素結構與主體品種、生長環(huán)境及部位均有關聯，不同皂苷元或相同皂苷元的糖體與有機酸連接順序和方式不同，導致茶皂素的結構復雜多樣［4］，因此，茶皂素是一類具有相似結構的混合物［1］。

茶皂素含有多個-OH、-COOH等親水官能團，主體結構的配基由非極性的硫氫環(huán)鏈構成，在水溶液中呈疏水傾向［5］，其同時具有的親水和疏水的雙重特性，給予了茶皂素良好的生理活性。Sun等［6］研究表明，茶皂素能夠顯著降低溶液的表面張力，是一種性能優(yōu)良的表面活性劑，除此之外，茶皂素還具有乳化、去污、抗菌消炎、殺滅病毒、抗氧化、驅蟲等多種生理功能［7］。1979年，中國農業(yè)科學研究院茶葉研究所開發(fā)出了茶皂素的第一個工業(yè)產品［8］。目前，茶皂素已被廣泛應用于輕工、日用化工、農藥、飼料、食品、紡織等領域［9］，特別是在農藥應用中，因茶皂素良好的分散性、滲透性、潤濕效果［10］，以及來源的綠色性和對環(huán)境無害，其應用范圍已經拓展到農藥行業(yè)的各個領域并形成了相當規(guī)模［8］，是一種很有前途的生物農藥。

根據目前的實際應用和研究進展，將茶皂素在農藥上的應用分為兩大類，一是利用茶皂素的生物活性功能，將其直接作為農藥來使用，二是利用茶皂素的表面活性功能，將其作為農藥助劑使用，以促進農藥效果的發(fā)揮。本研究同時對茶皂素在這兩個方面應用的作用機理進行敘述。

1 茶皂素直接作為農藥使用

1.1 殺菌劑

我國于上世紀五十年代就曾用茶枯水（主要成分為茶皂素）作為一種“土農藥”防治稻瘟病和稻紋枯病，取得了一定的防治效果［11］。黃繼光等［12］在實驗室條件下測定了茶皂素對稻瘟病菌、水稻紋枯病菌、番茄小核病菌、柑橘青霉病菌、黃瓜炭疽病菌、西瓜枯萎病菌、芒果炭疽病菌、香蕉炭疽病菌、黃瓜疫霉病菌、香蕉枯萎病菌、玉米小斑病菌、荔枝霜疫霉病菌等12種植物病原菌的抑菌活性，結果表明，茶皂素對植物病原菌室內活性的影響差異較大，當茶皂素濃度為1000 μg/mL時對稻瘟病菌、柑橘青霉病菌、黃瓜炭疽病菌、番茄小核病菌、玉米小斑病菌這5種病原菌菌絲生長有明顯的抑制作用，抑菌率分別為100.00%、100.00%、89.12%、87.27%、83.14%。鄒東霞等［13］采用菌絲生長速率法測定了茶皂素及茶多酚對八角炭疽病菌及桉樹梢枯病菌的聯合毒力，結果表明茶皂素對八角炭疽病菌及桉樹梢枯病菌的EC50值分別為3.72、10.02 mg/mL，茶多酚對八角炭疽病菌及桉樹梢枯病菌的EC50值分別為28.35、104.35 mg/mL，兩種物質對兩種病原菌均有一定的抑制作用，但是茶皂素的抑制作用明顯比茶多酚的強。Nagata等［14］研究表明提取的皂苷可以抑制茶炭疽病或輪斑病菌分生孢子發(fā)芽。Tang等［15］研究了茶皂素對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和白色念珠菌等的抗菌作用，結果顯示，當茶皂素濃度在1 mg/mL時，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌有抑制作用，當茶皂素濃度在10 mg/mL時，對白色念珠菌有抑制作用，其中茶皂素對金黃色葡萄球菌的抑菌作用最強。

1.2 殺蟲劑

鄭競成［16］在早期利用茶餅與砒灰配制茶砒合劑，用于防治麥蚜、二十八星瓢蟲、菜青蟲、玉米螟等，殺蟲率達100%。Wickremasinghe等［17］研究了茶樹病害與茶皂素的關系，發(fā)現茶皂素含量高的茶樹更耐小蠹蟲的危害，茶皂素含量低的茶樹中部莖桿容易受侵害。雷攀登等［18］測定了茶皂素對茶尺蠖卵及幼蟲的毒性作用，發(fā)現分別施用濃度為0.1、0.2、0.4、0.8、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/mL茶皂素后，卵孵化率分別為21.9%、16.2%、18.2%、11.7%、7.7%、6.2%、5.4%、5.9%，隨著茶皂素濃度的提高，殺卵作用逐漸增強。茶皂素對茶尺蠖的直接毒殺活性較弱，但使其有一定的拒食作用。白艷［19］研究了亞致死劑量茶皂素對取食不同寄主植物小菜蛾的生長發(fā)育指標、繁殖率指標、營養(yǎng)效應指標、體內保護酶系、消化酶、保幼激素、蛻皮激素等生理學的作用效應，發(fā)現小菜蛾的相對生長率顯著下降，超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶活性上升，對激素有明顯的干擾效應。潘如軍等［20］研究發(fā)現茶皂素對甘薯小象甲既沒有嗅覺忌避作用，也沒有嗅覺引誘作用，但是有明顯的取食忌避作用和強烈的拒食作用，同時還能夠使甘薯小象甲的幼體發(fā)育歷期縮短，致其死亡。

1.3 殺螨劑

國內外對茶皂素用于殺螨的研究較少，早期王小藝等［21］將茶皂素與魚藤酮、托爾克復配對柑桔全爪螨進行了室內獨立測定和田間試驗，結果顯示茶皂素單劑對柑桔全爪螨有一定的防效，田間試驗顯示，兩種農藥加入茶皂素與未加的相比，它們防治效果存在顯著差異。同一時間調查，復配比單劑防治效果要提高20%左右。胡紹海等［22］開展了茶皂素室內殺螨試驗，其LC50為452.2 μg/mL，毒性指數為0.0815。

1.4 殺害其他動物

除用于殺菌、殺蟲、殺螨外，茶皂素還經常用于田間福壽螺、蝸牛、螞蟥等動物的毒殺。麻程軍等［23］研究表明，茶皂素對幼螺、中螺和成螺的LC50分別為2.68、2.39、2.61 mg/L，具有良好的室內毒殺效果，而對大型溞和斑馬魚分別存在低毒和中毒，LC50分 別 為17.77 mg/L和1.76 mg/L。Zhang等［24］研究發(fā)現皂素含量為4%的螺威對釘螺、亞歷山大雙臍螺和截形小泡螺有良好的毒殺效果，對日本鵪鶉的LD50為60 mg/kg，對淡水蝦的LC50為6.28 mg/L，毒性較低，因此，其可以用于淡水蝦等水產養(yǎng)殖的清塘劑。吳建國等［25］用30%茶皂素在草原對蝗蟲進行了生物防控試驗，結果表明，茶皂素最佳效用劑量為80 mL/667 m2，第10天防控效果達到了88%，可替代化學農藥用于蝗蟲的防控。國外也有研究［26-27］表明，茶皂素對危害蔬菜及球場等地草坪的蚯蚓有較好的毒殺效果。

2 茶皂素作為農藥助劑

茶皂素是一種天然的表面活性劑，在農藥中主要應用范圍包括：在乳油型農藥中作為展著劑、乳化劑和增效劑；在固體型農藥中作為濕潤劑與懸浮劑；在除草劑等農藥或稍溶于水的農藥中作為助溶劑［28］。不論是作為濕潤劑、增效劑還是助溶劑、懸浮劑，最終體現的都是茶皂素的增效作用。

董道青等［29］研究了茶皂素對雷公騰乳油防治茶尺蠖幼蟲的增效作用，結果顯示加入2 mg/mL茶皂素對茶尺蠖的2齡和4齡幼蟲分別增效5.68～11.10倍和1.00～6.91倍，可分別減少雷公藤用量85%以上及50%以上。郝衛(wèi)寧等［30］研究表明茶皂素與甲霜靈有效成分質量比為4∶6和3∶7時對黃瓜疫病菌的增效分別達到2.53和1.76，具有較強的抑制作用和顯著的增效作用，防治效果優(yōu)于兩種單劑。潘任桃等［31］研究了茶皂素分別與慶大霉素、氟苯尼考、恩諾沙星、氨芐青霉素等聯合使用對大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌的抑菌效果，結果顯示茶皂素均表現為相加作用。王娜等［32］研究結果表明茶皂素除了對黃瓜根結線蟲有很好的防效，還對黃瓜的莖葉干質量、單果質量、果數和總果質量均有促進生長的作用，增長率分別為13.04%、10.96%、33.33%、47.94%。盛書強［33］研究發(fā)現茶皂素對茶樹輪斑病菌的菌絲生長和孢子萌發(fā)有明顯的抑制作用，而且能明顯增強代森錳鋅、多菌靈的殺菌作用。除了增效作用外，龍家英等［34］還單獨研究了茶皂素作為穩(wěn)定劑對納米混懸劑體系的穩(wěn)定作用，其研究發(fā)現低濃度下的茶皂素可以顯著降低納米混懸劑的粒徑，從而產生靜電對體系的穩(wěn)定性產生影響。Zhu等［35］比較了茶皂素、皂素皂苷和吐溫80這3種乳化劑的性能，結果表明茶皂素能夠產生納米級液滴，含茶皂素的乳液在溫度30～90 ℃、鹽濃度NaCl 0～200 mmol/L、pH值在3～9范圍內均能夠保持液滴聚集的穩(wěn)定，是一種有效的植物性乳化劑。

3 茶皂素在農藥中的作用機理

3.1 茶皂素的生物活性作用機理

茶皂素直接作為農藥使用主要是其在生物活性方面的特殊功能，現有研究大部分認為，茶皂素能夠破壞菌體或害蟲的細胞結構和功能，干擾體內關鍵物質的合成，進而影響生物體正常的新陳代謝。Zhao等［36］通過研究茶皂素對細菌的抑制作用發(fā)現茶皂素可以改變細胞膜的通透性，破壞細胞膜結構，從而抑制細菌的生長。張文婷［37］認為，茶皂素具有溶血作用，可與紅細胞上的膽固醇結合，通過改變細胞膜的流動性，從而改變膜的通透性，因細胞質外滲使紅細胞分解。盛書強［33］的研究表明，茶皂素能明顯抑制稻瘟菌蛋白質的合成，其與三環(huán)唑的混劑還能明顯提高稻瘟菌超氧化物歧化酶的活性，降低過氧化物酶的活性，造成菌體細胞內有害物質的過量積累，從而對細胞造成傷害。張慧勤［28］的研究表明茶皂素能使茶樹輪斑病菌菌絲體細胞膜的相對電導率升高，細胞膜滲透性增加，導致堿性磷酸酶的外滲增加，從而誘導菌絲體堿性蛋白酶和幾丁質酶活性增強，影響菌絲體可溶性蛋白和還原糖的含量。而對于茶皂素對蟲類的作用機理，王小藝等［38］認為茶皂素對菜青蟲的拒食作用可能是茶皂素首先作用于試蟲口腔壁細胞上的化學感受器，再進而傳遞信息到中樞神經系統(tǒng)，從而引起一系列生理反應，抑制進食，而不是直接作用于神經系統(tǒng)。Cui等［10］認為茶皂素能破壞斜紋伊蚊幼蟲的表皮蠟質層，導致水分嚴重流失，并能滲透腸內。食用茶皂素后，腸絨毛縮短，腸壁空洞被破壞，導致幼蟲死亡。

3.2 茶皂素的表面活性作用機理

茶皂素作為很好的農藥助劑，主要是因為茶皂素良好的表面活性。王小藝等［39-40］測定了茶皂素的臨界膠束濃度約為4000 mg/mL，對水的表面張力可最高降低33.85%，水劑、乳油和可濕性粉劑農藥的表面張力均有不同程度的降低，表面張力的降低可以提高農藥溶液在靶標生物和植物體表的附著能力、濕潤展布能力和有效沉積量，從而提高農藥的使用效果，延長持效期。其還測定了藥液在靶標體表面的接觸角，接觸角越小，藥液在生物體表的施展性越好，結果發(fā)現，茶皂素水溶液在柑桔葉正面和背面的接觸角降低率分別為13.0%～28.0%和50.0%～63.2%。茶皂素在昆蟲體表的接觸角也有一定程度的降低，茶皂素作為助劑可以很好地改善農藥的施用效果。Jian等［41］測定了茶皂素的臨界膠束濃度為2.242 mmol/L，最小表面張力為43.5 mN/m，而且茶皂素在發(fā)泡效率中表現為協同作用，但是泡沫穩(wěn)定性和表面活性之間沒有顯著的相關性。茶皂素單獨作為助劑在制劑過程中發(fā)揮的作用是多方面的，Zhu等［35］認為茶皂素在制備乳油過程中可以作為良好的乳化劑，主要是因為茶皂素附著在油滴表面的速率快，抑制界面張力的能力強，對界面流變性能產生影響，在液滴間產生有效性強排斥作用。

4 結論

茶皂素作為一種天然的活性物質，在農藥中的應用已經非常廣泛。良好的表面活性使其作為增效劑、展著劑、濕潤劑等與其他農藥復配使用，以增強農藥的施用效果。而其優(yōu)越的生物活性則使其能作為生物農藥用于殺菌、殺蟲、殺螨及殺其他動物等，從而減少化學農藥的使用。雖然目前關于茶皂素的研究較多，也均顯示茶皂素具有非常好的應用效果，但是對于茶皂素的應用機理研究還不夠深入，茶皂素在市面上的產品較真正將茶皂素的研究成果轉化成實際應用還有待拓寬。我國茶皂素來源充足，其價格低廉、性能優(yōu)越、對環(huán)境友好，進一步推動茶皂素在農藥中的應用具有廣闊的前景。