胡林峰, 楊靖華, 周 琳, 朱紅霞

(1.河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院,新鄉(xiāng) 453003; 2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院,鄭州 450002)

植物作為重要的活性化合物來(lái)源,在人類生活和生產(chǎn)中都占有重要地位。自20世紀(jì)80年代以來(lái),隨著人類對(duì)生存環(huán)境的關(guān)注,越來(lái)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(xué)或生物學(xué)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(gè)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(duì)較少,但近年來(lái)逐步得到重視,篩選范圍也進(jìn)一步擴(kuò)大。本文對(duì)近5年(2005-2009)來(lái)植物源抗病原真菌活性物質(zhì)的研究進(jìn)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(dá)150余個(gè),這些化合物存在于40個(gè)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(xué)上很接近的種也會(huì)產(chǎn)生獨(dú)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(lái),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(zhǎng)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(lái),植物抗菌活性成分的研究也取得了較大的進(jìn)展。本文對(duì)2005-2009年間發(fā)表的具有抑菌活性的植物源化合物進(jìn)行了匯總(表1)。對(duì)比2005年前后植物源抑菌活性物質(zhì)研究的特點(diǎn),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(lái)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(bào)道約有2400種植物具有抑制有害生物的活性[3]。近些年,越來(lái)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(gè)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?jī)?nèi)容及重點(diǎn)有所不同,主要表現(xiàn)在篩選范圍擴(kuò)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(dāng)前植物源抗菌活性物質(zhì)的研究來(lái)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(jī)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(dá)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(duì)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(duì)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(gè)化合物[6];Baraza等人由亞麻科植物 Hugoniacastaneifolia中得到4種對(duì)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(lái)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(lái)越多的抗真菌蛋白基因,利用抗真菌蛋白基因來(lái)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(gè)較新的研究?jī)?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?；蠡ㄐ不▋?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(duì)異丙基苯甲酸、對(duì)異丙基苯甲醛。這些活性成分對(duì)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(jí)較高的科,在全部種子植物300多個(gè)科中,以菊科的總數(shù)最多,約有23000種以上。長(zhǎng)期的進(jìn)化過程促進(jìn)了高等植物與病原菌之間的競(jìng)爭(zhēng)生存,植物在這個(gè)過程中產(chǎn)生各種次生代謝產(chǎn)物來(lái)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(jìn)行篩選的過程中,可以優(yōu)先考慮進(jìn)化等級(jí)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(lái)在農(nóng)業(yè)殺蟲活性和抗菌活性方面都取得了很大的進(jìn)展。如傘形科植物蛇床子的提取物,活性測(cè)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(dāng)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(qiáng),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(diǎn)進(jìn)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(duì)土耳其產(chǎn)22種傘形科植物進(jìn)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(yǔ)

從以上研究結(jié)果可以得出以下幾點(diǎn)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(jī)理著手,利用生物的、化學(xué)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(jī)制,可以運(yùn)用基因工程手段調(diào)節(jié)其產(chǎn)出,達(dá)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(xué)科,需要多學(xué)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(kù),結(jié)合經(jīng)典與現(xiàn)代的方法進(jìn)行篩選、活性測(cè)試、物質(zhì)提取、分離、提純和鑒定是提高研究準(zhǔn)確性和工作效率的重要手段。

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