植物源抑真菌活性成分及抑菌机理研究现状与展望

赵永田 王兴娥 赵宇 潘婷 刘莉梅

(黔南民族师范学院生物科学与农学院，贵州 都匀 558000)

真菌是引发作物发生病害的主要因素之一，往往造成作物产量下降，品质降低，对我国粮食安全造成极大威胁[1]。自从化学农药面世以来，化学杀菌剂在真菌病害的防控方面发挥了重大作用，有效保障了农作物的优质高产。但化学杀菌剂的长期大量使用，造成了很多弊端，如抗药菌群的出现，水源污染，对访花昆虫的毒性等[2-4]。由于化学杀菌剂凸显出来的弊端，生物杀菌剂已成为我国近年来研发的重点方向。其中，植物来源的杀菌剂是国内外学者关注的重点，已有大量抑菌活性成分分离并得到鉴定，部分活性成分的抑菌机制及靶标也被发现，但真正被注册为商业杀菌剂的活性成分极少。因此，很有必要梳理近20a来分离鉴定的活性成分及其抑菌机理，为植物活性成分的开发与利用提供理论依据。

1 植物源抑真菌剂活性成分研究现状

分离鉴定抑菌活性成分是植物源抑菌剂进一步开发利用的基础工作。截至目前，已发现大量的活性成分，归纳起来具有较高抑菌活性的成分主要为生物碱类、萜类、黄酮类以及精油类。

1.1 生物碱类

生物碱类天然产物种类重多，大多具有显著的生物活性，尤其是在抑菌方面特别突出，是研究者们关注的重点。如Wei等对提取的白屈菜红碱进行了针对5种水稻真菌病害的抑菌检测，结果表明，白屈菜红碱对稻曲病菌和水稻胡麻斑病菌的EC50分别为6.53μg·mL-1和5.62μg·mL-1，而对稻曲病菌孢子的抑制在4μg·mL-1浓度可达86.7%[5]。Zhao等从菊苣的根皮中分离出2种呋喃喹啉生物碱和4种柠檬苦素衍生物，结果显示，6种成分对黄瓜枯萎病菌均具有较好的抑制活性。多甜甜等以3种林木真菌为研究对象，检测了马铃薯糖苷生物碱的生物活性，检测表明，其对腐皮镰刀菌抑制活性最好，EC50为0.268g·mL-1[6]。刘建新等从多裂骆驼蓬提取出生物碱类物质，测试了对8种病原菌的抑制效果，结果发现水溶性、脂溶性和总生物碱对4种真菌抑制效果较好，在0.5g·mL-1浓度时抑制率超过78%。邵芬娟等用酸性乙醇提取的翅果油树生物碱，研究了对10种病原菌的抑制效果，发现在5种供试浓度下，对青霉和根霉2种菌抑制效果较好，对曲霉较差。周兵等从碎米莎草根部提取了总生物碱，检测了对6种真菌的抑制活性，结果在400μg·mL-1浓度时，该生物碱对菌核菌、稻瘟菌、早疫菌、轮纹菌4种真菌抑制效果显著。刘艳霞等研究了从黄皮提取的生物总碱对7种植物真菌的抑制效果，结果发现，该生物碱在10μg·mL-1浓度时对炭疽菌和枯萎菌的抑制较好，抑菌率均超过了84%。董艳芳等测定了见血青总生物碱对16种病原菌的抑菌效果，结果在240μg·mL-1浓度时该生物碱对供试的病原菌均有较高的抑制活性，进一步测定了最低抑菌浓度(MIC)的范围为20～160μg·mL-1。傅春燕等评价了瓜馥木总生物碱对6种植物真菌的抑制活性，结果显示，该生物碱对6种真菌的EC50范围为1.39～2.70g·L-1。

1.2 萜类

萜类天然产物在植物中广泛存在，是具有异戊二烯结构的衍生物，具有抗虫、抗疟、抑菌等生物活性。已有较多具有抑真菌活性的成分被分离和得到鉴定。如Tang等研究了青蒿素、青蒿素B、齐墩果酸等萜类物质对4种真菌的抑制活性，结果显示，青蒿素B对4种真菌的MIC范围为100～150μg·mL-1。Fernández等从Hyalis argentea var.latisquama中分离到26种萜类物质，研究表明，lindenanolides是唯一具有较强抑菌活性的萜类。杨婷等研究了13种萜类物质对2种真菌的抑菌活性，试验表明，香芹酚抑菌效果最好，对炭疽菌和链格孢菌的EC50分别为40.89g·mL-1和18.19g·mL-1[7]。丁兰等对从香茶菜属植物中提取的4种二萜和三萜类物质进行了抑菌活性测定，结果在400μmol·L-1浓度时，leukamenin E对蝴蝶兰分离出的2株镰孢菌的抑制率分别为50.5%和66.5%。魏朝霞等从大蓟中分离出一种三萜类物质3β,21β-dihydroxyl-20(30)-en-taraxastane，对枯萎菌的抑制效果较好，EC50值为1.197mg·L-1。

1.3 黄酮类

黄酮类天然产物是一类具有2-苯基色原酮的化合物，对植物体具有调节开花、发育等生理功能。除此之外，黄酮类在植物中还具有抑菌抗病的功能，引起学者的关注，分离出针对不同真菌具有较高活性的代谢物质。如Salas等研究了从柑橘中提取的3种黄酮类物质柚皮苷，橙皮苷和新橙皮苷对4种真菌的抑制活性，结果表明，所有类黄酮均显示出抗真菌活性，但这种活性的强度取决于真菌的类型和所用黄酮物质。Kanwal等从芒果中提取了5种类黄酮，并检测了对5种真菌的抑制活性，结果显示，5种类黄酮的所有浓度均显著抑制了真菌的生长。但不同的黄酮化合物对不同的真菌种类具有明显的特异性。兰健等筛选了58种植物提取物的抑菌活性，通过植物成分相关分析，表明黄酮类物质可能是主要的抑菌活性成分。郑津辉等研究了苦参中的黄酮类物质对病原菌的抑制效果，发现黄酮类物质对单细胞真菌效果好于丝状真菌。程辉彩等研究发现，大镰刀藓醇提取液对立枯丝核菌的抑菌效果较好，提取液定性成分结果表明黄酮类物质为主要抑菌物质。

1.4 精油

2 植物源抑真菌剂的抑菌机理研究现状

植物源杀菌剂进入菌体后，会影响其物质代谢和能量代谢过程，甚至导致菌体形态的改变，这些变化也是确定作用靶标的关键。

2.1 对细胞结构的影响

细胞是菌体赖以生存的基本单元，其结构的破坏将进一步影响菌体的正常生理活动。Shao等研究表明，茶树油可以使灰霉菌的碱性磷酸酶(AKP)、OD260和电导率升高，脂肪酸降低，说明茶树油破坏了灰霉菌的细胞壁和细胞膜，导致膜通透性增加。Liu等研究发现，百里香油可以导致柑橘酸腐菌的质膜破裂和线粒体紊乱。Li等以青霉菌为指示菌，探索了大蒜油的抑菌机制，形态学观察表明，大蒜油进入细胞后，可以破坏青霉菌的细胞及细胞器等结构，从而导致胞内物质的外泄。OuYang等开展了肉桂醛对曲霉菌的作用机理的研究，结果显示，肉桂醛导致曲霉菌碱性磷酸酶(AKP)升高，几丁质含量降低，细胞壁荧光减弱等，但麦角甾醇和总脂质含量没有显著变化，说明细胞壁是肉桂醛的作用位点，对细胞膜没有影响[13]。Jiang等对茶多酚和茶皂素的作用机制进行了评价，研究表明，茶多酚和茶皂素可以导致根霉菌胞外K+、可溶性蛋白和还原性糖的含量增多，说明根霉菌细胞膜通透性增加。He等探索了肉桂精油对炭疽菌的可能作用机理，结果表明，肉桂精油导致炭疽菌细胞膜透性增加和结构的改变[14]。Wang等评估了苦瓜种子对腐皮镰刀菌的作用方式，电镜观察揭示了苦瓜种子提取物导致腐皮镰刀菌的细胞壁和细胞膜完整性丧失。

2.2 对细胞物质代谢的影响

物质代谢是菌体正常的生理活动，很多植物杀菌剂充当着物质代谢的诱导剂或抑制剂，造成代谢过程受阻。Chen等通过蛋白质组研究了姜黄提取物对禾谷镰刀菌的抑制机理，发现姜黄素影响了禾谷镰刀菌的tRNA合成和葡萄糖代谢，抑制了SDH和NADH氧化酶的活性[15]。Wang等通过琼脂糖凝胶电泳发现苦瓜种子提取物抑制了腐皮镰刀菌基因组DNA的合成。刘琳等研究发现，芥菜乙醇提取物导致西瓜枯萎菌糖和蛋白质的减少，诱导细胞壁相关酶几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性增高，抑制了SDH和MDH，从而抑制了菌丝的生长[16]。张猛等研究认为，百里香酚抑制了西瓜枯萎菌蛋白质的合成以及DNA的合成。李丽萍等研究表明，紫茎泽兰提取液导致青枯菌蛋白质减少，抑制了蛋白质的合成，同时显著抑制了POD、CAT、SDH酶的活性。

2.3 对细胞能量的影响

菌体物质代谢的合成与分解都需要能量的参与，通过干扰能量代谢进而影响菌体的生长也是植物源杀菌剂的常见靶标之一。Chen等通过组学技术研究了姜黄提取物对禾谷镰刀菌的作用机制，结果表明，姜黄提取物影响了禾谷镰刀菌的呼吸作用和能量代谢[15]。Li等研究了茶树油对灰霉菌的作用方式，证实了茶树油可以导致灰霉菌线粒体损伤和ATP酶的减少，从而导致ROS的积累[17]。Xin等探究了白薇生物碱对绿霉菌的抑制机理，表明安托芬生物碱抑制了绿霉菌的ATP，从而干扰了绿霉菌的能量代谢[18]。Morales等研究了对香豆酸的抑菌机制，发现对香豆酸可以导致灰霉菌线粒体解偶联，氧化磷酸化途径发生改变，导致耗氧量增加[19]。Chen等研究表明，7-脱甲氧基娃儿藤碱除了导致意大利青霉菌的细胞膜透性增加外，还可以抑制TCA循环[20]。刘琳等发现，芥菜乙醇提取物导致西瓜枯萎菌呼吸代谢受到抑制，这可能是影响菌丝生长的主要原因[16]。陈玉环等探究了肉桂酸和肉桂醛的抑菌机理，发现肉桂酸和肉桂醛均可以干扰青霉菌的TCA循环，导致能量代谢途径受到影响。

3 展望

虽然国内外学者对植物来源的抑真菌活性成分及其抑菌机制开展了大量研究，挖掘了大量具有杀菌活性的植物种类等，但植物源杀菌活性成分及其机理的研究与开发在以下方面还需要加强。

3.1 分离鉴定活性成分需要加强

目前仍有大量的研究停留在植物抑菌活性的初筛上，面对复杂的分离鉴定程序，很多活性物质得不到鉴定，不利于开展仿生合成等工作。

3.2 抑菌活性成分的抑制机理需要明确

由于活性成分分离工作的复杂性，导致部分机理研究停留在粗提物而不是纯品上，导致对其机理认识的片面性。其安全性得不到客观评估，不利于指导大田应用。

3.3 注册登记为商业化产品需要加快进程

虽然大量学者报道了很多抑菌效果较好的活性成分，但只有极少量的活性成分被进一步创制为商业化产品，这与目前我国大力加强生物农药创制的趋势不符。