張遠(yuǎn)聰，劉 婷，王 玫，曾秀英，沈樂丞

（1.國家油茶產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心（江西），江西 贛州 341000；2.贛州市綜合檢驗(yàn)檢測(cè)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(xué)者青山新次郎?zhǔn)状瓮ㄟ^分離得到茶皂素，并將其命名為Tea saponin［2］。1952年，日本東京大學(xué)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(jī)酸三部分組成［3］。茶皂素結(jié)構(gòu)與主體品種、生長環(huán)境及部位均有關(guān)聯(lián)，不同皂苷元或相同皂苷元的糖體與有機(jī)酸連接順序和方式不同，導(dǎo)致茶皂素的結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣［4］，因此，茶皂素是一類具有相似結(jié)構(gòu)的混合物［1］。

茶皂素含有多個(gè)-OH、-COOH等親水官能團(tuán)，主體結(jié)構(gòu)的配基由非極性的硫氫環(huán)鏈構(gòu)成，在水溶液中呈疏水傾向［5］，其同時(shí)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(qū)蟲等多種生理功能［7］。1979年，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院茶葉研究所開發(fā)出了茶皂素的第一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品［8］。目前，茶皂素已被廣泛應(yīng)用于輕工、日用化工、農(nóng)藥、飼料、食品、紡織等領(lǐng)域［9］，特別是在農(nóng)藥應(yīng)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(duì)環(huán)境無害，其應(yīng)用范圍已經(jīng)拓展到農(nóng)藥行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域并形成了相當(dāng)規(guī)模［8］，是一種很有前途的生物農(nóng)藥。

根據(jù)目前的實(shí)際應(yīng)用和研究進(jìn)展，將茶皂素在農(nóng)藥上的應(yīng)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(nóng)藥來使用，二是利用茶皂素的表面活性功能，將其作為農(nóng)藥助劑使用，以促進(jìn)農(nóng)藥效果的發(fā)揮。本研究同時(shí)對(duì)茶皂素在這兩個(gè)方面應(yīng)用的作用機(jī)理進(jìn)行敘述。

1 茶皂素直接作為農(nóng)藥使用

1.1 殺菌劑

我國于上世紀(jì)五十年代就曾用茶枯水（主要成分為茶皂素）作為一種“土農(nóng)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(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)定了茶皂素對(duì)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(jié)果表明，茶皂素對(duì)植物病原菌室內(nèi)活性的影響差異較大，當(dāng)茶皂素濃度為1000 μg/mL時(shí)對(duì)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(cè)定了茶皂素及茶多酚對(duì)八角炭疽病菌及桉樹梢枯病菌的聯(lián)合毒力，結(jié)果表明茶皂素對(duì)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(duì)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(zhì)對(duì)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(qiáng)。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(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和白色念珠菌等的抗菌作用，結(jié)果顯示，當(dāng)茶皂素濃度在1 mg/mL時(shí)，對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌有抑制作用，當(dāng)茶皂素濃度在10 mg/mL時(shí)，對(duì)白色念珠菌有抑制作用，其中茶皂素對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌作用最強(qiáng)。

1.2 殺蟲劑

鄭競(jìng)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(dá)100%。Wickremasinghe等［17］研究了茶樹病害與茶皂素的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)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(cè)定了茶皂素對(duì)茶尺蠖卵及幼蟲的毒性作用，發(fā)現(xiàn)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(qiáng)。茶皂素對(duì)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(duì)取食不同寄主植物小菜蛾的生長發(fā)育指標(biāo)、繁殖率指標(biāo)、營養(yǎng)效應(yīng)指標(biāo)、體內(nèi)保護(hù)酶系、消化酶、保幼激素、蛻皮激素等生理學(xué)的作用效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)小菜蛾的相對(duì)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(duì)激素有明顯的干擾效應(yīng)。潘如軍等［20］研究發(fā)現(xiàn)茶皂素對(duì)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(qiáng)烈的拒食作用，同時(shí)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(nèi)外對(duì)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(fù)配對(duì)柑桔全爪螨進(jìn)行了室內(nèi)獨(dú)立測(cè)定和田間試驗(yàn)，結(jié)果顯示茶皂素單劑對(duì)柑桔全爪螨有一定的防效，田間試驗(yàn)顯示，兩種農(nóng)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(shí)間調(diào)查，復(fù)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(nèi)殺螨試驗(yàn)，其LC50為452.2 μg/mL，毒性指數(shù)為0.0815。

1.4 殺害其他動(dòng)物

除用于殺菌、殺蟲、殺螨外，茶皂素還經(jīng)常用于田間福壽螺、蝸牛、螞蟥等動(dòng)物的毒殺。麻程軍等［23］研究表明，茶皂素對(duì)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(nèi)毒殺效果，而對(duì)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(xiàn)皂素含量為4%的螺威對(duì)釘螺、亞歷山大雙臍螺和截形小泡螺有良好的毒殺效果，對(duì)日本鵪鶉的LD50為60 mg/kg，對(duì)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(chǎn)養(yǎng)殖的清塘劑。吳建國等［25］用30%茶皂素在草原對(duì)蝗蟲進(jìn)行了生物防控試驗(yàn)，結(jié)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(dá)到了88%，可替代化學(xué)農(nóng)藥用于蝗蟲的防控。國外也有研究［26-27］表明，茶皂素對(duì)危害蔬菜及球場(chǎng)等地草坪的蚯蚓有較好的毒殺效果。

2 茶皂素作為農(nóng)藥助劑

茶皂素是一種天然的表面活性劑，在農(nóng)藥中主要應(yīng)用范圍包括：在乳油型農(nóng)藥中作為展著劑、乳化劑和增效劑；在固體型農(nóng)藥中作為濕潤劑與懸浮劑；在除草劑等農(nóng)藥或稍溶于水的農(nóng)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(xiàn)的都是茶皂素的增效作用。

董道青等［29］研究了茶皂素對(duì)雷公騰乳油防治茶尺蠖幼蟲的增效作用，結(jié)果顯示加入2 mg/mL茶皂素對(duì)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(zhì)量比為4∶6和3∶7時(shí)對(duì)黃瓜疫病菌的增效分別達(dá)到2.53和1.76，具有較強(qiáng)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(lián)合使用對(duì)大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌的抑菌效果，結(jié)果顯示茶皂素均表現(xiàn)為相加作用。王娜等［32］研究結(jié)果表明茶皂素除了對(duì)黃瓜根結(jié)線蟲有很好的防效，還對(duì)黃瓜的莖葉干質(zhì)量、單果質(zhì)量、果數(shù)和總果質(zhì)量均有促進(jìn)生長的作用，增長率分別為13.04%、10.96%、33.33%、47.94%。盛書強(qiáng)［33］研究發(fā)現(xiàn)茶皂素對(duì)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(qiáng)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(dú)研究了茶皂素作為穩(wěn)定劑對(duì)納米混懸劑體系的穩(wěn)定作用，其研究發(fā)現(xiàn)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(chǎn)生靜電對(duì)體系的穩(wěn)定性產(chǎn)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(jié)果表明茶皂素能夠產(chǎn)生納米級(jí)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(nèi)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(nóng)藥中的作用機(jī)理

3.1 茶皂素的生物活性作用機(jī)理

茶皂素直接作為農(nóng)藥使用主要是其在生物活性方面的特殊功能，現(xiàn)有研究大部分認(rèn)為，茶皂素能夠破壞菌體或害蟲的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能，干擾體內(nèi)關(guān)鍵物質(zhì)的合成，進(jìn)而影響生物體正常的新陳代謝。Zhao等［36］通過研究茶皂素對(duì)細(xì)菌的抑制作用發(fā)現(xiàn)茶皂素可以改變細(xì)胞膜的通透性，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，從而抑制細(xì)菌的生長。張文婷［37］認(rèn)為，茶皂素具有溶血作用，可與紅細(xì)胞上的膽固醇結(jié)合，通過改變細(xì)胞膜的流動(dòng)性，從而改變膜的通透性，因細(xì)胞質(zhì)外滲使紅細(xì)胞分解。盛書強(qiáng)［33］的研究表明，茶皂素能明顯抑制稻瘟菌蛋白質(zhì)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(xì)胞內(nèi)有害物質(zhì)的過量積累，從而對(duì)細(xì)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(xì)胞膜的相對(duì)電導(dǎo)率升高，細(xì)胞膜滲透性增加，導(dǎo)致堿性磷酸酶的外滲增加，從而誘導(dǎo)菌絲體堿性蛋白酶和幾丁質(zhì)酶活性增強(qiáng)，影響菌絲體可溶性蛋白和還原糖的含量。而對(duì)于茶皂素對(duì)蟲類的作用機(jī)理，王小藝等［38］認(rèn)為茶皂素對(duì)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(xì)胞上的化學(xué)感受器，再進(jìn)而傳遞信息到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，從而引起一系列生理反應(yīng)，抑制進(jìn)食，而不是直接作用于神經(jīng)系統(tǒng)。Cui等［10］認(rèn)為茶皂素能破壞斜紋伊蚊幼蟲的表皮蠟質(zhì)層，導(dǎo)致水分嚴(yán)重流失，并能滲透腸內(nèi)。食用茶皂素后，腸絨毛縮短，腸壁空洞被破壞，導(dǎo)致幼蟲死亡。

3.2 茶皂素的表面活性作用機(jī)理

茶皂素作為很好的農(nóng)藥助劑，主要是因?yàn)椴柙硭亓己玫谋砻婊钚?。王小藝等?9-40］測(cè)定了茶皂素的臨界膠束濃度約為4000 mg/mL，對(duì)水的表面張力可最高降低33.85%，水劑、乳油和可濕性粉劑農(nóng)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(nóng)藥溶液在靶標(biāo)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(nóng)藥的使用效果，延長持效期。其還測(cè)定了藥液在靶標(biāo)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，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(nóng)藥的施用效果。Jian等［41］測(cè)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(xiàn)為協(xié)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(guān)性。茶皂素單獨(dú)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(rèn)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?yàn)椴柙硭馗街谟偷伪砻娴乃俾士?，抑制界面張力的能力?qiáng)，對(duì)界面流變性能產(chǎn)生影響，在液滴間產(chǎn)生有效性強(qiáng)排斥作用。

4 結(jié)論

茶皂素作為一種天然的活性物質(zhì)，在農(nóng)藥中的應(yīng)用已經(jīng)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(nóng)藥復(fù)配使用，以增強(qiáng)農(nóng)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(nóng)藥用于殺菌、殺蟲、殺螨及殺其他動(dòng)物等，從而減少化學(xué)農(nóng)藥的使用。雖然目前關(guān)于茶皂素的研究較多，也均顯示茶皂素具有非常好的應(yīng)用效果，但是對(duì)于茶皂素的應(yīng)用機(jī)理研究還不夠深入，茶皂素在市面上的產(chǎn)品較真正將茶皂素的研究成果轉(zhuǎn)化成實(shí)際應(yīng)用還有待拓寬。我國茶皂素來源充足，其價(jià)格低廉、性能優(yōu)越、對(duì)環(huán)境友好，進(jìn)一步推動(dòng)茶皂素在農(nóng)藥中的應(yīng)用具有廣闊的前景。