植物中抑菌物质种类和应用的研究进展

雷 盼 黄国文*

（湖南科技学院 生命科学与化学工程系，湖南 永州 425199）

地球植物资源丰富，其产生的次生代谢产物种类繁多，超过40 万种[1]。植物次生代谢产物具有特殊的活性，是开发治疗人类疾病的药物、植物农药，食品和药物防腐剂的物质基础。人类利用植物来预防和治疗疾病已有很久历史，当今的处方药有25% 左右来自于植物，其中的有效成分大多数为植物次生代谢产物。从植物中寻觅植物的抑菌活性物成分，是现在研究的热门领域之一。至今，全世界已报道过1600多种具有控制有害生物的高等植物，其中抗真菌的有94种，抗细菌的有11种，抗病毒的有17种。研究植物的抑菌成分对于开发和利用植物资源具有重要意义。

1 植物中抑菌物质的成分

植物中大多数抑菌活性物质是次生代谢产物，是由初生代谢所派生而来的一些非生长发育所必需，但具备特殊生理功能的有机代谢小分子物质。其种类繁多、结构迥异。按照其化学性质和化学结构，可将这些次生代谢产物分为：生物碱类、萜类化合物、黄酮类、香豆素和木脂素、多炔和有机酸类、酚类、甙类等。

1.1 黄酮类

黄酮类化合物大都为晶体，有颜色，少数( 如黄酮普类)为没有任何形状的粉末。现在主要是泛指通过中央三碳链相互连接而成的，基本骨架具有两个苯环( A 与B 环)的 一系列化合物( C6-C3-C6 )。按照三碳链部分的取代方式和氧化、成环的差异，又可分为黄酮、黄酮醇、双氢黄酮( 醇) 、异黄酮、双黄酮、黄烷醇、橙酮、花青素类等，在自然界中最常见的是黄酮和黄酮醇，其中又以黄酮醇类最为常见。

1.2 生物碱类

生物碱是含负氧化态氮原子的、存在于生物有机体中的环状化合物，负氧化态包括胺(O3)、氨氧化物(O1) 、酞胺(O3) 和季胺(O3) 化合物，但不包括含硝基和亚硝基的化合物[2]。按照生物碱不同的化学结构类型，可分为哌啶类、萜类、异喹啉类、喹啉类、哌啶类、萜类、吲哚类、甾体类等。

1.3 萜类化合物

萜类化合物(Terpenoids)是所有异戊二烯衍生物及其聚合物的总称。萜类化合物除了以萜烯的形式存在外，还会以各种含氧衍生物的形式存在,包括羧酸、酮醇、醛、酯类以及甙等。另外，有的萜类化合物分子中含有不同的碳环数，因此又进一步分为链萜、单环萜、双环萜、三环萜等。其中，单萜和倍半萜及其简单含氧衍生物是挥发油的主要成分，而二萜是形成树脂的主要成分，三萜则以皂甙的形式普遍存在。

1.4 香豆素和木脂素

香豆素(Coumarin)化学名称:2H -1 -Benzopyran -2-one。香豆素可把它当做是邻羟基肉桂酸的内酯。现已发现的香豆素类化合物有100 多种，可分为香豆素类(包括羧基、羟基、烃基等取代香豆素)、异香豆素、呋喃香豆素和吡喃香豆素等。香豆素是一种香料，普遍存在于草木犀、顿加豆、车叶草和董衣草油、芸香科、菊科等植物界中。

木脂素是由两分子苯丙素衍生物(C6- C3) 经过聚合而成，而单体则主要是苯甲酸和肉桂酸及其羟甲基衍生物。肉桂酸类有肉桂酸、咖啡酸、香豆酸、阿魏酸以及芥子酸等，而苯甲酸类包括苯甲酸、羟苯甲酸、绿原酸、香草酸以及丁香酸等[3]。

1.5 酚类

植物体内的酚类物质种类繁多，分布十分广泛，而且含量非常丰富。虽然酚类植物种类繁多，但是除了类黄酮之外，大多数酚类的生物合成均来自共同的前体物质莽草酸和苯丙氨酸，即便是类黄酮，其分子中C3侧链及其一个芳香环也来自苯丙氨酸，而其它部分则是由乙酰-CoA经聚酮酐途径产生。

1.6 甙类

甙类: (Glycosides) 甙，又称苷或者配糖体，是由糖或另一非糖物质中的羟基与糖的衍生物（如糖醛酸）的半 缩醛羟基以缩醛键（甙键）脱水缩合而成的环状结构的缩醛衍生物。水解后能生成非糖与糖化合物，非糖部分称为甙元（Ag1ycone），通常有蒽醌类、黄酮类、酚类等化合物。

大多数甙可溶于乙醇、水，有些甙可溶于氯仿与乙酸乙酯，难溶于苯、乙醚、石油醚等极性小的有机溶剂。甙类在水或其它极性较大的溶剂中的溶解度一般会随着结合的糖分子数的增加而上升。甙元的性质同样也可以影响甙的溶解度。如氰醇甙在水中易溶而黄酮甙就较难溶。甙元不溶于水，能溶于有机溶剂。

1.7 多炔和有机酸类

多炔类(Polyacetylenes)化合物及其它的衍生物是一类很重要的植物次生代谢产物,这类化合物在化学结构上含有一个或多个乙炔基团。据Otto报道双子叶植物中14个科中含有1257种多炔类化合物，其中菊科植物含有1022种，从菊科植物鬼针草Bidens pilosal中分离的7-苯基2，4，6-庚三炔(Phenylheptatriyne,PHT)和从万寿菊Tagetes erecta中分离的由炔类化合物转化而来的α-三噻吩(α-Terthienyl,α-T)是这类化合物的二个典型代表。

有机酸类（Organic acids）是分子结构中含有羧基（一COOH）的化合物。在中草药的果实中有着广泛分布，而且在叶、根中也有少量分布，如五味子，覆盆子、乌梅等。除少数处于游离状态外，一般都与钾、钠、钙等结合成盐，有些与生物碱类结合成盐。脂肪酸多与高级醇结合成蜡或与甘油结合成酯。有的有机酸是挥发油与树脂的组成成分。

2 植物中的抑菌物质对微生物生长的抑制作用

2.1 抑制细菌的生长

2001年冯俊涛等对50多种植物的60 种丙酮提取物质进行了抑菌活性筛选实验。结果显示，这些物质对小麦和苹果炭疽病菌、赤霉病菌和番茄灰霉病菌抑菌效果十分理想，值得进一步进行研究开发。2007年胡仁火等[4]利用95%酒精提取了野菊花、厚朴、黄莲、苦艾、苦参、鱼腥草、薄荷、银杏、石菖蒲等 9 种中草药的活性成分，对大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌及酵母菌有明显的抑制作用。王勤等从盘花垂头菊中提取出一种倍半萜成分 1B，8-二己酰氧基-2B，10-二己酰基-3B-羟基-4A-氯-11-甲氧基-没药-7( 14) -烯，其对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草杆菌具有一定的抑制活性；金银花中所含有的总黄酮对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有强烈的抑制作用，其活性分别是绿原酸的2倍和4倍。

2.2 抑制真菌的生长

Sardari S 等研究了来源于Diplotaenia damavandica 的香豆素类化合物白芷素，并以此为先导物合成衍生物，这些衍生物对隐球菌、黑曲霉和白色念珠菌都有较强的抑制作用；赵纯森等从厚朴树的自然落叶中提取总酚化合物对供试10 种真菌都有非常强的抑制效果；At ta-U r-Rahman M I 等研究发现，来源于植物 Jolyna 拉米那 rioides 的岩藻甾醇( fucostero l)对弯孢霉、黑葡萄穗霉和犬小孢子霉等霉菌具有显著的抑杀活性。

2.3 抑制病毒的繁殖

翟梅枝[5]研究发现，核桃叶提取物经溶剂提取、系统溶剂分离、聚酞胺柱层析、硅胶柱层析、SPehdaexLH一 20柱纯化和重结晶，获得三个具有抗病毒活性的黄酮类化合物,经理化性质比较、化学反应和紫外光谱、红外光谱、质谱和核磁共振谱综合解析，确定为：山奈酚、棚皮素和金丝桃贰：并首次发现它们具有抗TMV活性。刘国坤[6]选用杠板归、大飞扬、虎杖三种植物的单宁，先喷施心叶烟再接种T柳,均能抑制病毒的侵染；接种前喷施普通烟K,再接种T娜，烟草心叶花叶症状表现期推迟。

3 抑菌物质的作用机理

目前，国内对植物抑菌物质的作用机理有了初步的研究。刘国坤经过研究发现，杠板归和假槟榔提取的植物单宁分别与TMV混合后在电镜下观察发现病毒粒体绝大部分表现为明显的聚集现象，粒体数量不仅多，而且十分杂乱的汇聚在一起，观察结果显示这两种植物的单宁对TMV的聚集结合可能有很大的作用，而对病毒的侵染性也有一定的影响。茶多酚的结构基础主要为多酚基及多环结构，它对生物大分子如脂类、蛋白质、碳氢化合物和核酸有高度的亲和力，以致可以破坏细菌细胞膜的结构[7]。黎继烈[8]等研究表明，金橘黄酮提取物具有有一定的抑菌能力，是因为黄酮类化合物可以通过破坏微生物细胞膜以及细胞壁的完整性，从而导致微生物细胞释放胞内成分引起膜的核苷酸合成、ATP活性、电子传递和营养吸收、等功能障碍，阻止其生物大分子，如DNA、RNA及蛋白质的合成，从而抑制微生物的生长。说明，植物抑菌物质能够破坏微生物的形成和结构，或者阻断其能量代谢，从而抑制了微生物的生长繁殖。

4 植物抑菌物质的应用领域

天然植物抑菌物质的应用十分广泛，在植物农药，食品和药物防腐剂，食品保鲜等领域均有很大研究前景。牛心朴子总碱可作为农药的原药，以中试提取浓缩液为原药，复配得到的 1.65%氧苦·牛心朴子生物碱 AS 对菜青虫和小菜蛾的防治效果非常理想[9]。唐淑琼等试验得出 0.5% 苦·烟水剂对柑桔蜻类、蚁类、黑刺粉虱等具有很好的防治效果，同时0.5%苦·烟水剂对环境无污染，是一种很好的环保型农药,在柑桔上使用不存在鲜果中农药残留问题[10]。卡卡杜梅( 榄仁果) 是已经鉴定具有抗菌性能的澳大利亚水果，没食子酸是其抗菌的主要成分。用3% 卡卡杜酸梅粉制成的薄膜能抑制金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、单核细胞增生李斯特氏菌、蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和鲍曼不动杆菌的活性[11]。用苹果皮多酚1.5%( W/W) 制成的食用薄膜对单核细胞增生的李斯特菌有显著的抑制效果[12]。此外，研究者从长春花中提取的甲长春新碱和异长春花碱分别用于治疗晚期非小细胞肺癌和晚期转移性乳腺癌等癌症，都表现出了较高的治疗效果[13]；说明了生物碱在癌症治疗方面的可行性。李娟[14]等对莲子心的研究发现：莲子心中含有可以抗压、抗心律失常、体外抗氧化活动、抗心律失常等的生物碱物质，可以很好的应用于保健品中。石榴皮黄酮提取物应用于牛奶贮藏中也取得了良好的抑菌效果，添加了石榴皮黄酮提取物的牛奶中菌落总数较未添加的要少很多，牛乳总酸度的变化相对减少，效果优于食品防腐剂苯甲酸钠，表明石榴皮黄酮可应用于牛奶的贮藏保鲜[15]。

5 问题与展望

5.1 实践中需要解决的问题

植物抑菌物质广泛存在于植物体中，具有高效的生理活性，但由于其结构复杂，性质各异，其分离纯化相对困难。但随着分离纯化技术的快速发展，一些抑菌物质的将会得到快速分离。由于各种天然抑菌物质的结构不稳定，难于保存，影响使用过程中的作用效果，所以在产业化生产的过程中，可以利用化学合成技术修饰其结构，可以提高抑菌物质的稳定性。目前，国内对于植物抑菌物质的应用开发研究还是比较落后，真正投入到市场上的植物抑菌物质产品不多，这有待于加大研究力度，开发出具有市场竞争力的植物抑菌物质品种。如果将这些物质应用于经济建设和自然科学研究，它无论是在理论方面还是应用方面，都具有非常重要意义。

5.2 前景

植物抑菌物质具有无污染、高效和低毒等优点，在生物农药和食品防腐剂等方面将会有广泛应用。随着研究工作的不断深入，植物抑菌物质在化学合成方面应该具有很大的发展潜能，利用与其他物质的结合，提高作用效果。我国地域广阔，植物种类十分丰富，因此开发植物抑菌物质的前景也非常广阔，植物抑菌物质的研究必将取得更多可喜的成果。

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