植物源抗真菌活性物质研究进展

胡林峰, 杨靖华, 周 琳, 朱红霞

(1.河南科技学院化学化工学院,新乡 453003; 2.河南农业大学植物保护学院,郑州 450002)

植物作为重要的活性化合物来源,在人类生活和生产中都占有重要地位。自20世纪80年代以来,随着人类对生存环境的关注,越来越多的科研工作者将寻找活性物质的目光投向植物,由植物中分离具有农用生物活性的化合物,继而通过化学或生物学的方法加以大规模地生产和应用。这已成为植物资源开发的一个主要途径。从植物中分离杀虫活性化合物并成功应用的例子很多,如除虫菊素、烟碱、印楝素、鱼藤酮等。植物源抗菌活性成分研究相对较少,但近年来逐步得到重视,筛选范围也进一步扩大。本文对近5年(2005-2009)来植物源抗病原真菌活性物质的研究进行了概述。

1 植物源抗真菌活性物质

G ray和吴光旭等人分别综述了 1982-1993年[1]、1993-2004年[2]22年间得到研究的植物源抗菌活性化合物。已经确定具有抑菌活性的化合物多达150余个,这些化合物存在于40个科的71种植物中。这些研究表明,杀菌活性化合物在高等植物中分布极为广泛,而且分类学上很接近的种也会产生独有的杀菌活性成分。150余种抑菌活性化合物为典型的次生代谢产物,主要由萜或酚通过生物合成而来,其中大约一半为植物的组成成分,其余的则为植物抗毒素。这些化合物包括萜(单萜、倍半萜、皂甙等)、含氮含硫化合物(生物碱、胺类化合物等)、脂肪族类化合物(主要为长链烷烃和脂肪酸化合物)、芳香族化合物(酚类化合物、类黄酮、芪类化合物、联苯化合物、蒽酮类化合物和苯醌类化合物等)。

近些年来,植物抗菌活性成分的研究也取得了较大的进展。本文对2005-2009年间发表的具有抑菌活性的植物源化合物进行了汇总(表1)。对比2005年前后植物源抑菌活性物质研究的特点,我们发现随着研究水平和技术的提高,植物源杀菌活性物质的筛选速度也越来越快,更多的具有抑菌活性的化合物被发现并得到了研究。

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2 抑菌活性植物分布广泛

具有杀菌活性的植物分布广泛。早在1988年,Grange和Ahmed等就报道约有2400种植物具有抑制有害生物的活性[3]。近些年,越来越多的植物种类得到筛选,这些植物主要集中在菊科(Compositae)、唇形科(Labiatae)、豆科(Leguminosae)、伞形科(Umbelliferae)等4个科中,其中又以菊科和豆科植物的研究最为突出。得到研究的其他植物种类涉及毛茛科(Ranunculaceae)、百合科(Liliaceae)、亚麻科(Linaceae)、茄科(Solanaceae)、芸香科(Rutaceae)、柏科(Cupressaceae)、樟科(Lauraceae)、含羞草科(Mimosaceae)、红豆杉科(Taxaceae)、楝科(Meliaceae)、槭树科(Aceraceae)、安息香科(Styracaceae)、紫葳科(Bignoniaceae)、林仙科(Winteraceae)、木犀科(Oleaceae)、七叶树科(Hippocastanaceae)、黄杨科(Buxaceae)、猪笼草科(Nepenthaceae)、桃金娘科(Myrtaceae)、龙胆科(Gentianaceae)、葱科(Alliaceae)、棕榈科(Palmae)、马鞭草科(Verbenaceae)、金缕梅科(Hamamelidaceae)、番荔枝科(Annonaceae)、石竹科(Caryophyllaceae)、禾本科(Gramineae)、桑科(Moraceae)、马桑科(Coriariaceae)、胡桃科(Juglandaceae)、蜡梅科(Calycanthaceae)、胡椒科(Piperaceae)等共32科。

2005年以后的研究内容及重点有所不同,主要表现在筛选范围扩大,研究的活性化合物种类和供试病原菌的数量明显增多。其中分布在菊科、唇形科、伞形科、豆科的植物种类较多。此外,大量中草药的抑菌活性也得到了研究,这些植物主要分布于菊科、大戟科、豆科、樟科和茄科[4]。

3 植物抗菌活性物质呈现出多样性

从当前植物源抗菌活性物质的研究来看,植物源抗菌活性物质的种类呈现多样性。

新发现的杀菌植物中分离的杀菌物质主要有萜类(包括单萜、二萜、倍半萜、三萜等)、苯丙素类、黄酮类、异黄酮类、生物碱类、皂苷类、酰胺类、萘醌类、酚类等类别的化合物。其他活性成分还包括脂肪酸、酯类、有机硫、噻吩、多糖类等物质。在各种活性成分中尤以萜类数量最多,2005-2009年分离得到的萜类活性化合物达30余种。如Kordali等人分别从中亚苦蒿(Artemisiaabsinthium)、苦蒿(A.santonicum)和穗花蒿(A.spicigera)等3种植物的地上部分中分离得到对丝核菌和镰刀菌具有抑菌活性的樟脑和1,8-桉树脑[5];Lee等从苏合香树(Liquidambarorientalis)的树脂中分离到了对恶疫病病菌(Phytophthoracactorum)有抑制作用的桂皮醛、氢化肉桂醇、肉桂醇和苯甲醛等4个化合物[6];Baraza等人由亚麻科植物 Hugoniacastaneifolia中得到4种对黄瓜黑星病(Cladosporiumcucumericum)有抑制作用的萜类化合物[7]。

除以上提到的植物次生代谢产物外,植物抗菌蛋白质及抗菌肽等活性物质在近十年来也得到了广泛的研究[8-10]。新的活性蛋白不断被发现,并鉴定和克隆了越来越多的抗真菌蛋白基因,利用抗真菌蛋白基因来改良植物抗病性的基因工程策略也成为一条重要的抗病途径。此外,作为抗菌肽重要组成的防卫素也得到大量的研究[9]。目前从马铃薯、萝卜的块茎及叶片、日本梨树、桑树、剑叶龙血树等植物体中发现的植物防卫素约有18种[11-13],植物防卫素作为一个较新的研究内容,有着良好的发展前景[14]。

4 菊科和伞形科植物源抗真菌活性物质

通过检索获得的67种活性植物中,有10种植物属于菊科,10种植物属于伞形科。其中,由10种菊科植物中分离得到了14种活性化合物[5,15-22],分别是 2-异丙基-4-甲基苯酚 、樟脑 、1,8-桉叶素 、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、乙酰基大花旋覆花内酯、棕榈酸蒲公英甾醇酯、蒲公英甾醇乙酸酯。由伞形科植物中分离得到活性化合物共 4种：4-(3-methyloxiranyl)phenyl2-methylbutyrate、4-methoxy-2-(3-methyloxiranyl)phenyl2-methylbutyrate、对异丙基苯甲酸、对异丙基苯甲醛。这些活性成分对30余种植物病原真菌具有抑制活性。

菊科植物是植物演化过程中等级较高的科,在全部种子植物300多个科中,以菊科的总数最多,约有23000种以上。长期的进化过程促进了高等植物与病原菌之间的竞争生存,植物在这个过程中产生各种次生代谢产物来防御病原菌的侵染[23]。植物源抗菌活性物质的研究就是要通过筛选和分离,获得活性较高的次生代谢产物,使之能够在农业生产种植中发挥作用。因此,在选取植物品种进行筛选的过程中,可以优先考虑进化等级较高的植物品种,提高筛选成功的几率。

伞形科植物约有270属2800余种,近几年来在农业杀虫活性和抗菌活性方面都取得了很大的进展。如伞形科植物蛇床子的提取物,活性测定表明其杀虫活性和抑菌活性效果突出,成功开发出了乳油、粉剂等杀虫制剂[24-25]。伞形科植物的抗菌活性筛选表明,当归属(Angelica)、刺芹属(Eryngium)、茴芹属(Pimpinella)和蛇床属(Cnidum)的植物抗菌活性最强,李瑞等人建议将伞形科植物中的苯丙素类化合物作为重点进行研究[26]。自 2005年至2009年间,由伞形科植物中发现的抑菌活性化合物中有2种为苯丙素类化合物。Baser等人通过对土耳其产22种伞形科植物进行分析,发现其中10种植物中都存在以上2种化合物[27]。由此表明,苯丙素类化合物是伞形科植物中抗菌的主要活性成分之一,在农用杀菌剂的研究中应该受到重视。

5 结束语

从以上研究结果可以得出以下几点结论：(1)具有抗菌活性物质的植物分布广;(2)植物抗菌活性物质从分布及种类上呈现出多样性;(3)抗菌物质的筛选应注重部分科别植物的筛选。

此外,植物抗菌活性物质的研发,不是单纯地从植物体复杂的次生代谢产物中分离提纯活性单体,更为重要的是明确其结构和性质,从活性物质的生源途径、遗传特性、构效关系和作用机理着手,利用生物的、化学的手段开发出系列产品;深入研究植物抗菌活性物质的分子机制,可以运用基因工程手段调节其产出,达到有效利用植物活性物质的新途径。植物抗真菌活性物质的研究属边缘交叉学科,需要多学科的共同协作。充分利用植物资源与活性产物数据库,结合经典与现代的方法进行筛选、活性测试、物质提取、分离、提纯和鉴定是提高研究准确性和工作效率的重要手段。

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