植物源抑制劑在抑菌方面的研究進(jìn)展

在農(nóng)作物的生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免會(huì)發(fā)生植物病害。大面積病害的發(fā)生是農(nóng)作物減產(chǎn)的主要原因之一，作物病害的傳統(tǒng)防治方法主要是噴施化學(xué)農(nóng)藥，此方法雖然對(duì)病害的防治效果好，但也存在環(huán)境污染、農(nóng)藥殘留等問(wèn)題，尤其是農(nóng)藥殘留問(wèn)題成為當(dāng)前威脅糧食安全的一個(gè)重要因素。目前，世界各國(guó)正在著力研究解決化學(xué)農(nóng)藥的這些弊端，其中，在替代化學(xué)農(nóng)藥的研究中，發(fā)現(xiàn)植物源抑制劑是一種良好的替代品。植物源抑制劑具有綠色、高效等特點(diǎn)，這些抑制劑來(lái)自植物本身，可降解、殘留小，對(duì)環(huán)境的污染小。相對(duì)于化學(xué)制劑來(lái)說(shuō)，植物源抑制劑的抑菌效果并不差，且其來(lái)源廣泛，自然界的植物中普遍存在。

目前，國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界已經(jīng)進(jìn)行了大量的相關(guān)研究。如馮俊濤等早在2002年就對(duì)西北地區(qū)的植物源抑制劑進(jìn)行了初步篩選，通過(guò)對(duì)56 種植物提取物的抑菌活性進(jìn)行研究，綜合分析認(rèn)為，苦豆子、石榴、大花金挖耳、蒼耳、孜然等10 余種植物具有明顯的抑菌活性；邵紅軍等和張應(yīng)烙等利用丙酮提取物對(duì)植物病原菌的抑制作用進(jìn)行研究表明，蒙古蒿、狹葉艾蒿等植物提取物對(duì)菌絲生長(zhǎng)的抑制率為100%，對(duì)小麥赤霉病菌孢子萌發(fā)的抑制率能達(dá)到100%；還有陳仕江、吳倩和孟翔等分別研究了10 種中藥植物的粗提取物對(duì)小麥紋枯病菌、棉花枯萎病菌、玉米小斑病菌和柑橘綠霉病菌的抑菌活性，番茄莖稈粗提取物對(duì)蘋(píng)果輪紋病菌、蘋(píng)果褐腐病菌、玉米小斑病菌、棉花枯萎病菌、棉花黃萎病菌的生物活性影響，萬(wàn)壽菊根粗提取物對(duì)棗縮果病的抑菌穩(wěn)定性研究；謝仰熹等研究了蒼耳內(nèi)生真菌抗菌活性。

苦豆子

一、植物源抑制劑的主要種類(lèi)

目前，植物中具有抑菌活性的次生代謝產(chǎn)物約40 萬(wàn)種，大致分為酚類(lèi)化合物、植物揮發(fā)油、生物堿、多糖類(lèi)化合物等。

1.酚類(lèi)化合物

酚類(lèi)化合物在學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中的解釋為芳烴的含羥基衍生物。按揮發(fā)特性可分為揮發(fā)性酚和不揮發(fā)性酚。按來(lái)源可分為內(nèi)源性酚和外源性酚，內(nèi)源性酚是植物體內(nèi)所含的酚，所以自然界中植物生長(zhǎng)代謝的酚類(lèi)化合物就屬于內(nèi)源性酚，除此以外都是外源性酚。

百里香

酚類(lèi)化合物普遍具有芳香味，偏酸性，并且在空氣中容易被氧化。自然界中植物種類(lèi)豐富，其所含的酚類(lèi)化合物多種多樣，如常用的香料丁香油、月桂葉油和百里香油中都含有酚類(lèi)物質(zhì)，其中，丁香油和月桂葉油中都含80%左右的丁香酚，百里香酚在百里香油中占50%左右。另外，其他大部分酚類(lèi)物質(zhì)都有香氣。目前，酚類(lèi)香料約占世界已知香料總數(shù)的5%左右，如香料中常用的化合物二苯醚、茴香醚、玫瑰醚等都含有酚類(lèi)化合物。

2.植物揮發(fā)油

揮發(fā)油精油也稱植物揮發(fā)油，其成分大部分是植物次生代謝物，其組成較為簡(jiǎn)單、分子的質(zhì)量相對(duì)較小，因而揮發(fā)性極強(qiáng)，常溫下就可揮發(fā)芳香氣味。

植物揮發(fā)油是混合物，含有多種類(lèi)型的化合物，其主要成分為芳香族化合物、脂肪族化合物和萜類(lèi)衍生物。從含量來(lái)說(shuō)，萜類(lèi)衍生物最為廣泛。萜類(lèi)化合物主要為單萜和倍半萜，多萜在植物揮發(fā)油里不存在。幾乎所有植物都含有脂肪族化合物，其主要成分是酮、醇、醛、烴、酯等，水果類(lèi)植物中含脂肪族化合物的量較大。

3.生物堿

生物堿是植物生命活動(dòng)中產(chǎn)生的一類(lèi)有堿特性的含氮有機(jī)化合物，也稱贗堿。生物堿有許多復(fù)雜的含氮環(huán)狀結(jié)構(gòu)，具有明顯的生物活性和光學(xué)活性，如中草藥中就包含大量的生物堿。此外，一些生物堿雖不表現(xiàn)堿性，但其來(lái)源還是植物代謝的含氮有機(jī)化合物，也具有明顯的生物活性。某些維生素、氨基酸、肽類(lèi)雖然屬于天然的含氮有機(jī)化合物，但是這些物質(zhì)并不屬于生物堿。

目前，世界上的生物堿大約有1 萬(wàn)種，有些生物堿結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)式并不完全清楚，但可以依據(jù)生物堿的基本結(jié)構(gòu)分類(lèi)。目前，常用的類(lèi)型有喹唑酮類(lèi)、吡咯烷類(lèi)、異喹啉類(lèi)、莨菪烷類(lèi)、有機(jī)胺類(lèi)、二萜類(lèi)、吲哚類(lèi)、吡啶類(lèi)、咪唑類(lèi)、嘌呤類(lèi)、甾體類(lèi)等，還有59 種不常見(jiàn)的種類(lèi)。

4.多糖類(lèi)化合物

植物多聚糖又稱植物多糖，是一種天然高分子多聚物。其是由醛糖或酮糖通過(guò)糖苷鍵連接組成的植物體內(nèi)重要的大分子物質(zhì)，植物多糖廣泛存在于植物體各器官，是維持植物正常代謝的基本物質(zhì)之一。如淀粉、纖維素、多聚糖、果膠等都是植物細(xì)胞代謝產(chǎn)生的聚合物，這些多糖一般聚合度都超過(guò)10 個(gè)。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，植物多糖已深入人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)、餐飲、化工等。“多糖的世紀(jì)”是國(guó)際科學(xué)界對(duì)于多糖未來(lái)研究的期望，當(dāng)前，植物研究界日益重視植物多糖研究。關(guān)于對(duì)中草藥的研究顯示，植物多糖具有免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、降血糖、降血脂、抗輻射、抗菌抗病毒、保護(hù)肝臟等生物活性作用，在植物保護(hù)研究中，利用其抗菌抗病毒的特性，可實(shí)現(xiàn)無(wú)公害防治，從而保障食品安全。

在抗病毒方面的研究中，利用多數(shù)多糖大分子特點(diǎn)，抑制病毒對(duì)細(xì)胞的吸附，這可能是其抗病毒的機(jī)制。在抑菌方面的研究中表明，艾蒿多糖能抑制金黃色葡萄球菌等革蘭氏陽(yáng)性菌，同時(shí)，對(duì)藤黃八疊球菌等革蘭氏陰性菌也有抑制作用。在食品生產(chǎn)中，借助植物多糖的抑菌作用，讓植物多糖成為一種綠色天然食品防腐劑，從而提高食品的安全性和價(jià)值。

二、植物源抑制劑的抑菌機(jī)制和機(jī)理

1.宏觀機(jī)制

（1）競(jìng)爭(zhēng)作用。建立穩(wěn)定的根際微生物群落，如木霉菌對(duì)病原菌的作用機(jī)制可以通過(guò)營(yíng)養(yǎng)與空間的競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)多種植物病原菌進(jìn)行控制，從而達(dá)到防治病害的目的。

（2）促進(jìn)重寄生作用。羅琳等在2017年研究中發(fā)現(xiàn)了畢赤酵母菌對(duì)葡萄灰霉菌的重寄生作用，可能原因是拮抗酵母菌向體外分泌胞外水解酶，發(fā)生了重寄生現(xiàn)象，導(dǎo)致菌絲變形。

（3）抗生作用。某些研究表明，拮抗菌能夠分泌抗生素、伊枯草菌素、表面活性素等物質(zhì)，而這些物質(zhì)具有抗菌特性，可以防止果蔬的腐敗。另外，Wang 等在研究酵母菌時(shí)發(fā)現(xiàn)，在果實(shí)傷口上繁殖酵母菌時(shí)，在傷口處發(fā)現(xiàn)有抗菌物質(zhì)分泌，這些抑制劑控制了病原菌的侵染。通過(guò)對(duì)這些抑菌物質(zhì)的成分進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，大部分抑菌物質(zhì)可能是糖蛋白或蛋白質(zhì)。在研究?jī)?nèi)生真菌時(shí)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)生真菌在生命活動(dòng)代謝中產(chǎn)生了某些揮發(fā)性有機(jī)物，如異丁酸、2-甲基-1-丁醇、丙酸等，這些物質(zhì)可以抑制大部分病原菌的繁殖。

（4）促進(jìn)植物生長(zhǎng)。大量研究表明，木霉菌能促進(jìn)蔬菜、糧食、牧草等多種作物的生長(zhǎng)，提高抗病能力。

（5）誘導(dǎo)抗性作用。生物誘導(dǎo)劑包括有機(jī)酸（草酸、脫落酸）、拮抗微生物、植物生長(zhǎng)素和植物內(nèi)生菌等。解淀粉芽孢桿菌是一種內(nèi)生真菌，它是從健康番茄中分離出來(lái)的。研究中發(fā)現(xiàn)，該菌有較高的抗真菌活性，可以抑制鏈格孢，從而降低番茄早疫病的致病力，有效地控制番茄早疫病的暴發(fā)。

2.微觀機(jī)理

（1）改變菌體細(xì)胞膜的通透性。某些植物源抑制劑對(duì)病原體細(xì)胞膜的破壞是其抑菌基礎(chǔ)。一些植物源防腐劑，如丁香、百里香和肉桂精油等能夠破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致AKP、K+和核苷酸泄漏，從而促使細(xì)胞死亡；植物多酚中的OH 基團(tuán)能通過(guò)氫鍵與細(xì)菌細(xì)胞膜相互作用，破壞細(xì)胞膜的透性，導(dǎo)致內(nèi)容物外滲，或使細(xì)胞膜電位由正常狀態(tài)變成極化甚至超極化，影響質(zhì)子動(dòng)力，降低膜上的pH 梯度與ATP 池速率，使微生物生理活動(dòng)紊亂而死亡。此外，植物多酚本身具有親脂性，可穿透細(xì)胞膜，與細(xì)胞化合物相互作用，影響氫鍵供受體、極性表面積與辛醇/水分配系數(shù)（octanol/water partition coefficient，logP）等。

（2）影響菌體細(xì)胞內(nèi)酶的表達(dá)。某些植物源抑制劑可穿透細(xì)胞膜影響胞內(nèi)酶，其可通過(guò)抑制酶，如ATP 合成酶、DNA 旋轉(zhuǎn)酶等表達(dá)，干擾細(xì)胞中的正常能量代謝，同時(shí)，DNA、蛋白質(zhì)等維系細(xì)菌生命活動(dòng)的生物大分子無(wú)法合成，而達(dá)到抑菌目的。例如乳酸被廣泛用于抑制微生物病原菌，未處理之前，沙門(mén)氏菌、大腸桿菌和李斯特菌細(xì)胞的可溶性蛋白條帶清晰可見(jiàn)，經(jīng)乳酸處理之后，細(xì)菌蛋白條帶變模糊甚至消失，因此，乳酸可能是通過(guò)破壞或者抑制細(xì)菌蛋白的合成，殺死細(xì)菌。

（3）破壞菌體細(xì)胞壁。某些植物源抑制劑能與細(xì)菌外膜穩(wěn)定性相關(guān)的二價(jià)陽(yáng)離子螯合，使細(xì)胞壁中的脂多糖被釋放，細(xì)胞壁的完整性遭到破壞，使內(nèi)容物泄漏而死亡。如研究表明根皮素和蜂蜜可以抑制生物膜的生長(zhǎng)；白花丹素能破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞質(zhì)。

（4）控制基因的表達(dá)。植物源抑制劑內(nèi)的天然產(chǎn)物通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)相關(guān)基因的表達(dá)，從而調(diào)控機(jī)體的運(yùn)作，達(dá)到抑菌作用，是抑菌機(jī)制中非常重要的一種方式。

總之，對(duì)植物源抑制劑的抑菌性進(jìn)行研究很具市場(chǎng)價(jià)值，但目前此類(lèi)研究尚處于探索階段，并且其中某些機(jī)理還未可知。相信，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步、科技手段的不斷更新，此類(lèi)研究將會(huì)不斷取得突破。

百里香對(duì)黃瓜枯萎病菌抑菌效果