硫代葡萄糖苷研究現狀

劉 倩，李 敏，田玉玲，康 莉，李雪萍

（長江師范學院 現代農業與生物工程學院，重慶 408100）

1 硫代葡萄糖苷的概述

硫代葡萄糖苷 （Glucosinolates，GLS， 簡稱硫苷），又稱芥子苷油。在17世紀人們探索芥菜籽特殊辛辣味時被發現，是植物中富含氮和硫的陰離子親水性次生代謝物[1]。廣泛存在于11個不同種屬的雙子葉被子植物中[2]。其中，十字花科植物的硫苷含量最高，目前在十字花科植物中發現的硫苷有200多種[3]，且所有的十字花科植物都能可以通過生物學途徑自身合成硫代葡萄糖苷[4]。其結構比較穩定，是一類水溶性物質，易溶于水、乙醇、甲醇和丙酮等[5]。但用于食用或機械損傷時會通過芥子酶的作用發生酶解反應，或高溫高壓條件下發生非酶降解反應[6]。硫苷及其降解產物都具有生物活性，特別是在抗癌、抑菌等方面成為了研究的熱點。

硫代葡萄糖苷位于十字花科植物的液泡里，且在植物內的代謝是動態的。其組分和含量因品種、生長環境及分布位置的不同而不同，且不同器官或同一器官的不同位序之間也存在較大的差異[7]。硫代葡萄糖苷存在于植物的根、莖、葉和種子中，其中，種子中的含量最高[8]。此外，許多非十字花科的雙子葉被子植物中也含有1種或2種硫代葡萄糖苷[9]。

1970年，Marsh和Waser等人對硫代葡萄糖苷晶體的X射線分析證明，所有硫苷的基本結構都相同[10]。硫苷的化學結構通常由硫化肟基團（Sulfonated oxime） 、 β-D- 硫代葡萄糖基 （ β-D-thio-glucose） 以及來源于氨基酸的可變側鏈R構成[11]。

硫代葡萄糖苷的基本結構見圖1。

根據側鏈R基團的不同，可把硫苷分為三大類，即脂肪族硫苷、芳香族硫苷和吲哚族硫苷。其中，脂肪族硫苷側鏈來源于蛋氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸，香族硫苷側鏈來源于酪氨酸和苯丙氨酸，吲哚族硫苷側鏈來源于色氨酸。硫苷的結構特點決定了其化學性質，硫酸根離子和硫代葡萄糖基的存在使其具有很強的酸性和非揮發性；不同氨基酸來源的側鏈R基又賦予硫苷不同的親水性特征[12]。

2 影響硫代葡萄糖苷含量的因素

2.1 遺傳因素

不同種類的植物中分布硫代葡萄糖苷的含量不同，其中十字花科植物中硫苷含量最為豐富[13]。根據何洪巨等人[14]對蕓苔屬10種蔬菜的研究，發現甘藍類硫苷含量最高、芥菜類次之、白菜類最低。說明不同品種的硫苷含量有差異性。司雨等人[15]對43個芥藍基因型硫代葡萄糖苷組分與含量進行研究分析，共檢測出9種硫苷成分，且不同基因型芥藍之間總硫苷含量有明顯的差異，其中含量最高的是22號老種香菇，為21.337 8 mg/g（干質量）；含量最低的是13號中熟黃花芥藍筷，為3.369 5 mg/g（干質量），二者相差6倍多。研究人員在采用高效液相色譜法（HPLC） 法對11份菜薹品進行分析時檢測出7種硫苷組分，且發現不同基因型的菜薹間硫苷總含量和單一硫苷含量均差異顯著。

2.2 生長環境

硫代葡萄糖苷含量易受生長環境的影響。溫度、濕度、光照等通常會因為季節不同而有所差異，進而植物的生長發育與生理活動會受到影響，因此植物體內硫苷的含量也會受到影響[16]。宋廷宇等人[17]采用HPLC的方法，研究發現同一薹菜品種，在不同季節中相同硫苷的含量差異也較大（秋季高于冬季）， 這說明植物中的硫苷的含量會隨不同的生長季節發生變化。根據王輝等人[18]研究，發現脂肪族硫苷、芳香族硫苷和總硫苷含量在不同季節中差異及其顯著。朱鳳羽等人[19]對植物中硫苷的代謝與其受硫水平的調控進行了綜述，在文中提到多個研究發現環境供硫水平直接影響植物體中硫苷含量的高低。

2.3 分布位置

同種植物不同器官中硫代葡萄糖苷的含量差異性顯著。彭軍等人[20]采用超高效液相色譜法（UPLC）對30個油菜品種薹和蕾中硫代葡萄糖苷的含量進行測定，發現大多數油菜品種蕾中的硫苷含量多于薹中，說明了硫苷的含量因其分布位置存在差異。袁偉玲等人[21]以3個水果蘿卜肉質根和葉片為材料，采用高效液相色譜法對其硫代葡萄糖苷的含量進行檢測。結果表明，肉質根中總硫苷的含量分別是葉片的4.56，2.71，4.55倍。弓志青等人[22]發現甘藍內葉硫苷含量略高于外葉，其中內外葉硫苷總含量分別為 1 972 μg/g（干質量） 和 1 941 μg/g（干質量）。

2.4 信號傳遞物質

隨著對激素信號網絡作用機制研究的不斷深入，人們發現茉莉酸（Jasmonatic acid）、水楊酸（Salicylic acid） 等植物激素都會不同程度地影響硫苷的代謝，以調節植物適應環境。蔣曉麗等人[23]研究葉面噴施茉莉酸甲酯（MeJA） 單獨處理對芥藍體內硫苷組分及其含量的影響，發現茉莉酸甲酯（MeJA）不但能改變芥藍體內硫苷的含量，也可以改變芥藍的風味。胡克玲等人[24]以不同濃度的吲哚乙酸（IAA） 對小白菜進行處理，結果表明，隨IAA處理濃度的增加，小白菜總硫苷含量和脂肪族硫苷含量都顯著增多。

3 硫代葡萄糖苷的生理功能

3.1 防蟲抑菌

硫代葡萄糖苷是一類植物抵御病蟲害的物質，在植物抵抗微生物、昆蟲和軟體動物中發揮重要作用。如硫苷受到損傷后在芥子酶的作用下水解產生的異硫氰酸鹽對多種病原體、真菌、細菌、昆蟲都有毒害作用。李向果等人[25]通過體內、體外試驗對西蘭花葉中硫代葡萄糖苷酸水解產物的抑菌特性進行了分析，發現異硫氰酸鹽類對枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、傷寒沙門氏菌、埃希氏大腸桿菌均有抑菌作用。

3.2 誘蟲作用

硫代葡萄糖苷對小菜蛾產卵有刺激作用，且小菜蛾趨向選擇硫苷含量多的蔬菜上產卵。榮松柏等人[26]通過人工接蟲的方法分析了種子中硫苷含量與小菜蛾產卵量及幼蟲量的關系，結果表明種子中硫苷含量與小菜蛾產卵量、幼蟲量呈顯著正相關，即選擇硫苷含量少的油菜品種可抗蟲。

3.3 抗癌與抗腫瘤

硫代葡萄糖苷可阻礙早期癌細胞的生長，有助于提高人體對癌細胞的抵抗能力。羅麗娜[27]選取硫苷的3種水解產物異硫氰酸β-苯基乙酯基、異硫氰酸芐酯、3-吲哚甲醇進行研究，為硫苷的抗癌作用提供了理論依據。于欣等人[28]以白芥子中的硫苷為研究對象，發現硫苷提取物對細胞都具有明顯的抑制作用，該提取物具有顯著的抗腫瘤作用，且給藥時間越長效果更明顯。林海鳴等人[29]也報道了硫苷及其主要水解產物異硫氰酸酯的抗癌作用。

3.4 抗營養作用

對動物而言，硫代葡萄糖苷及其代謝產物的抗營養作用表現在多個方面，如嗯唑烷硫酮能阻礙單胃動物甲狀腺素的合成，硫氰酸鹽能抑制碘轉換，最終導致甲狀腺腫大；異硫氰酸鹽會產生辛辣味，對動物皮膚、黏膜和消化器官表面具有破壞作用；腈類化合物能造成動物肝臟和腎臟腫大，嚴重時可引起肝出血和肝壞死。趙孝安等人[30]也報道了硫代葡萄糖苷是菜籽餅中的一種抗營養因子，會對動物造成危害。

4 結語

近年來，隨著對硫代葡萄糖苷研究的深入，其在十字花科中位置分布、化學結構、合成途徑及生理作用都逐漸明晰。雖然硫苷主要存在于十字花科植物中，但在其他種屬中的含量及作用仍值得進一步的研究與探索。