胡林峰, 楊靖華, 周 琳, 朱紅霞

(1.河南科技學院化學化工學院,新鄉(xiāng) 453003; 2.河南農(nóng)業(yè)大學植物保護學院,鄭州 450002)

植物作為重要的活性化合物來源,在人類生活和生產(chǎn)中都占有重要地位。自20世紀80年代以來,隨著人類對生存環(huán)境的關(guān)注,越來越多的科研工作者將尋找活性物質(zhì)的目光投向植物,由植物中分離具有農(nóng)用生物活性的化合物,繼而通過化學或生物學的方法加以大規(guī)模地生產(chǎn)和應(yīng)用。這已成為植物資源開發(fā)的一個主要途徑。從植物中分離殺蟲活性化合物并成功應(yīng)用的例子很多,如除蟲菊素、煙堿、印楝素、魚藤酮等。植物源抗菌活性成分研究相對較少,但近年來逐步得到重視,篩選范圍也進一步擴大。本文對近5年(2005-2009)來植物源抗病原真菌活性物質(zhì)的研究進行了概述。

1 植物源抗真菌活性物質(zhì)

G ray和吳光旭等人分別綜述了 1982-1993年[1]、1993-2004年[2]22年間得到研究的植物源抗菌活性化合物。已經(jīng)確定具有抑菌活性的化合物多達150余個,這些化合物存在于40個科的71種植物中。這些研究表明,殺菌活性化合物在高等植物中分布極為廣泛,而且分類學上很接近的種也會產(chǎn)生獨有的殺菌活性成分。150余種抑菌活性化合物為典型的次生代謝產(chǎn)物,主要由萜或酚通過生物合成而來,其中大約一半為植物的組成成分,其余的則為植物抗毒素。這些化合物包括萜(單萜、倍半萜、皂甙等)、含氮含硫化合物(生物堿、胺類化合物等)、脂肪族類化合物(主要為長鏈烷烴和脂肪酸化合物)、芳香族化合物(酚類化合物、類黃酮、芪類化合物、聯(lián)苯化合物、蒽酮類化合物和苯醌類化合物等)。

近些年來,植物抗菌活性成分的研究也取得了較大的進展。本文對2005-2009年間發(fā)表的具有抑菌活性的植物源化合物進行了匯總(表1)。對比2005年前后植物源抑菌活性物質(zhì)研究的特點,我們發(fā)現(xiàn)隨著研究水平和技術(shù)的提高,植物源殺菌活性物質(zhì)的篩選速度也越來越快,更多的具有抑菌活性的化合物被發(fā)現(xiàn)并得到了研究。

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2 抑菌活性植物分布廣泛

具有殺菌活性的植物分布廣泛。早在1988年,Grange和Ahmed等就報道約有2400種植物具有抑制有害生物的活性[3]。近些年,越來越多的植物種類得到篩選,這些植物主要集中在菊科(Compositae)、唇形科(Labiatae)、豆科(Leguminosae)、傘形科(Umbelliferae)等4個科中,其中又以菊科和豆科植物的研究最為突出。得到研究的其他植物種類涉及毛茛科(Ranunculaceae)、百合科(Liliaceae)、亞麻科(Linaceae)、茄科(Solanaceae)、蕓香科(Rutaceae)、柏科(Cupressaceae)、樟科(Lauraceae)、含羞草科(Mimosaceae)、紅豆杉科(Taxaceae)、楝科(Meliaceae)、槭樹科(Aceraceae)、安息香科(Styracaceae)、紫葳科(Bignoniaceae)、林仙科(Winteraceae)、木犀科(Oleaceae)、七葉樹科(Hippocastanaceae)、黃楊科(Buxaceae)、豬籠草科(Nepenthaceae)、桃金娘科(Myrtaceae)、龍膽科(Gentianaceae)、蔥科(Alliaceae)、棕櫚科(Palmae)、馬鞭草科(Verbenaceae)、金縷梅科(Hamamelidaceae)、番荔枝科(Annonaceae)、石竹科(Caryophyllaceae)、禾本科(Gramineae)、?？?Moraceae)、馬?？?Coriariaceae)、胡桃科(Juglandaceae)、蠟梅科(Calycanthaceae)、胡椒科(Piperaceae)等共32科。

2005年以后的研究內(nèi)容及重點有所不同,主要表現(xiàn)在篩選范圍擴大,研究的活性化合物種類和供試病原菌的數(shù)量明顯增多。其中分布在菊科、唇形科、傘形科、豆科的植物種類較多。此外,大量中草藥的抑菌活性也得到了研究,這些植物主要分布于菊科、大戟科、豆科、樟科和茄科[4]。

3 植物抗菌活性物質(zhì)呈現(xiàn)出多樣性

從當前植物源抗菌活性物質(zhì)的研究來看,植物源抗菌活性物質(zhì)的種類呈現(xiàn)多樣性。

新發(fā)現(xiàn)的殺菌植物中分離的殺菌物質(zhì)主要有萜類(包括單萜、二萜、倍半萜、三萜等)、苯丙素類、黃酮類、異黃酮類、生物堿類、皂苷類、酰胺類、萘醌類、酚類等類別的化合物。其他活性成分還包括脂肪酸、酯類、有機硫、噻吩、多糖類等物質(zhì)。在各種活性成分中尤以萜類數(shù)量最多,2005-2009年分離得到的萜類活性化合物達30余種。如Kordali等人分別從中亞苦蒿(Artemisiaabsinthium)、苦蒿(A.santonicum)和穗花蒿(A.spicigera)等3種植物的地上部分中分離得到對絲核菌和鐮刀菌具有抑菌活性的樟腦和1,8-桉樹腦[5];Lee等從蘇合香樹(Liquidambarorientalis)的樹脂中分離到了對惡疫病病菌(Phytophthoracactorum)有抑制作用的桂皮醛、氫化肉桂醇、肉桂醇和苯甲醛等4個化合物[6];Baraza等人由亞麻科植物 Hugoniacastaneifolia中得到4種對黃瓜黑星病(Cladosporiumcucumericum)有抑制作用的萜類化合物[7]。

除以上提到的植物次生代謝產(chǎn)物外,植物抗菌蛋白質(zhì)及抗菌肽等活性物質(zhì)在近十年來也得到了廣泛的研究[8-10]。新的活性蛋白不斷被發(fā)現(xiàn),并鑒定和克隆了越來越多的抗真菌蛋白基因,利用抗真菌蛋白基因來改良植物抗病性的基因工程策略也成為一條重要的抗病途徑。此外,作為抗菌肽重要組成的防衛(wèi)素也得到大量的研究[9]。目前從馬鈴薯、蘿卜的塊莖及葉片、日本梨樹、桑樹、劍葉龍血樹等植物體中發(fā)現(xiàn)的植物防衛(wèi)素約有18種[11-13],植物防衛(wèi)素作為一個較新的研究內(nèi)容,有著良好的發(fā)展前景[14]。

4 菊科和傘形科植物源抗真菌活性物質(zhì)

通過檢索獲得的67種活性植物中,有10種植物屬于菊科,10種植物屬于傘形科。其中,由10種菊科植物中分離得到了14種活性化合物[5,15-22],分別是 2-異丙基-4-甲基苯酚 、樟腦 、1,8-桉葉素 、2β,3β,15α,21β-olean-12-ene-2,3,15,21-tetrol、6,7-二甲氧基香豆素、6,7-二甲氧基-4-甲基香豆素、5′-(3-buten-1-ynyl)-2,2′-bithiophen、α-三噻吩、2-[pent-1,3-diynyl]-5-[4-hydroxybut-1-ynyl]thiophene、豆甾醇、acacetin7-rutinoside、乙酰基大花旋覆花內(nèi)酯、棕櫚酸蒲公英甾醇酯、蒲公英甾醇乙酸酯。由傘形科植物中分離得到活性化合物共 4種：4-(3-methyloxiranyl)phenyl2-methylbutyrate、4-methoxy-2-(3-methyloxiranyl)phenyl2-methylbutyrate、對異丙基苯甲酸、對異丙基苯甲醛。這些活性成分對30余種植物病原真菌具有抑制活性。

菊科植物是植物演化過程中等級較高的科,在全部種子植物300多個科中,以菊科的總數(shù)最多,約有23000種以上。長期的進化過程促進了高等植物與病原菌之間的競爭生存,植物在這個過程中產(chǎn)生各種次生代謝產(chǎn)物來防御病原菌的侵染[23]。植物源抗菌活性物質(zhì)的研究就是要通過篩選和分離,獲得活性較高的次生代謝產(chǎn)物,使之能夠在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植中發(fā)揮作用。因此,在選取植物品種進行篩選的過程中,可以優(yōu)先考慮進化等級較高的植物品種,提高篩選成功的幾率。

傘形科植物約有270屬2800余種,近幾年來在農(nóng)業(yè)殺蟲活性和抗菌活性方面都取得了很大的進展。如傘形科植物蛇床子的提取物,活性測定表明其殺蟲活性和抑菌活性效果突出,成功開發(fā)出了乳油、粉劑等殺蟲制劑[24-25]。傘形科植物的抗菌活性篩選表明,當歸屬(Angelica)、刺芹屬(Eryngium)、茴芹屬(Pimpinella)和蛇床屬(Cnidum)的植物抗菌活性最強,李瑞等人建議將傘形科植物中的苯丙素類化合物作為重點進行研究[26]。自 2005年至2009年間,由傘形科植物中發(fā)現(xiàn)的抑菌活性化合物中有2種為苯丙素類化合物。Baser等人通過對土耳其產(chǎn)22種傘形科植物進行分析,發(fā)現(xiàn)其中10種植物中都存在以上2種化合物[27]。由此表明,苯丙素類化合物是傘形科植物中抗菌的主要活性成分之一,在農(nóng)用殺菌劑的研究中應(yīng)該受到重視。

5 結(jié)束語

從以上研究結(jié)果可以得出以下幾點結(jié)論：(1)具有抗菌活性物質(zhì)的植物分布廣;(2)植物抗菌活性物質(zhì)從分布及種類上呈現(xiàn)出多樣性;(3)抗菌物質(zhì)的篩選應(yīng)注重部分科別植物的篩選。

此外,植物抗菌活性物質(zhì)的研發(fā),不是單純地從植物體復(fù)雜的次生代謝產(chǎn)物中分離提純活性單體,更為重要的是明確其結(jié)構(gòu)和性質(zhì),從活性物質(zhì)的生源途徑、遺傳特性、構(gòu)效關(guān)系和作用機理著手,利用生物的、化學的手段開發(fā)出系列產(chǎn)品;深入研究植物抗菌活性物質(zhì)的分子機制,可以運用基因工程手段調(diào)節(jié)其產(chǎn)出,達到有效利用植物活性物質(zhì)的新途徑。植物抗真菌活性物質(zhì)的研究屬邊緣交叉學科,需要多學科的共同協(xié)作。充分利用植物資源與活性產(chǎn)物數(shù)據(jù)庫,結(jié)合經(jīng)典與現(xiàn)代的方法進行篩選、活性測試、物質(zhì)提取、分離、提純和鑒定是提高研究準確性和工作效率的重要手段。

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