蒜素作为生物农药的研究进展与应用前景

张欢欢，郭天璐，王长彪，孙毅

（1.山西省农业科学院生物技术研究中心，山西太原030031；2.山西大学生物工程学院，山西太原030006）

蒜素作为生物农药的研究进展与应用前景

张欢欢1，郭天璐2，王长彪1，孙毅1

（1.山西省农业科学院生物技术研究中心，山西太原030031；2.山西大学生物工程学院，山西太原030006）

大蒜中的风味物质蒜素具有广谱抗菌性，对植物致病菌有很好的抗性，是一种环保型的植物源杀菌剂。此外，蒜素独有的气味，也是良好的驱虫剂。蒜素良好的杀菌、驱虫作用，在生物农药领域具有良好的应用前景。

大蒜；蒜素；蒜氨酸；蒜氨酸酶；生物农药

大蒜（Allium sativum L.）属于百合科（Liliacaea）葱属（Allium）多年生草本植物，栽培历史悠久，主要以鳞茎、花茎、嫩叶为产品。大蒜既可食用，也可药用，是我国最主要的蔬菜出口品种[1]。大蒜鳞茎富含多种蛋白质、低聚糖、多糖以及微量元素等营养成分，具有杀菌、抑菌、抗癌、抗衰老等医疗保健功能[2]。

大蒜的有效成分就是蒜素（Allicin），又称为大蒜辣素，是一种具有刺激性气味的有机硫化合物，化学名为二烯丙基硫代亚磺酸酯（Diallylthiosulfinate），是大蒜中主要的杀菌成分[3-4]。纯品大蒜素为无色油状物，具有大蒜异味；密度1.112 g/cm3（20℃），折射率1.561，无旋光性，稍溶于水，溶于乙醇、苯、乙醚等有机溶剂；对热和碱不稳定，对酸较稳定；对皮肤有刺激性，对许多革兰氏阳性和阴性细菌及真菌具有很强的抑制作用[5]。

大蒜中的蒜素是以前体的形式存在的，叫蒜氨酸（Alliin（S）-allyl-L-cysteine-sulfoxide，ACSO）。在大蒜鳞茎中，蒜氨酸与蒜氨酸酶（Alliinase或者Alliin lysase）分别位于细胞质与液泡中，只有当细胞破裂后蒜氨酸酶才能催化蒜氨酸合成蒜素[6]。蒜氨酸是大蒜鳞茎中含量最多的含硫化合物，是大蒜独特的非蛋白类含硫氨基酸，占大蒜含硫化合物的90%以上。蒜氨酸能溶于水，不溶于纯无水乙醇、氯仿、丙酮、乙醚等有机溶剂。蒜氨酸具有抗肿瘤、协同降血压、抗菌杀毒、清除自由基、保肝护肝及抗糖尿病等多种药理功效[7]。蒜氨酸不是大蒜中的抑菌物质，对多种细菌、真菌的体外试验证明，单独的蒜氨酸没有抑菌活性，但是蒜氨酸与蒜氨酸酶一起作用，可以起到明显的抑菌作用[8-9]。

蒜素在农业上具有广泛的应用前景，但是受其不稳定的化学性质影响，蒜素的价值尚未得到发挥。本文对蒜素作为一种生物农药的应用前景进行了讨论。

1 蒜素对多种植物致病细菌、真菌具有抑制作用

蒜素是一种广谱性的天然抗菌物质，其疏水性让其能够很容易地穿过细菌的细胞膜，其不稳定的硫醚结构能与细菌蛋白中的自由巯基反应生成二硫键，破坏蛋白结构，影响其活性[10-11]。有研究表明，蒜素至少对40种细菌和真菌有杀菌活性，甚至包括一些寄生虫及病毒[12]。

室内试验表明，大蒜提取物及蒜素对多种细菌、真菌类的致病菌有明显的抑制作用。Curtis等[13]进行了大量试验发现，蒜素对多种植物致病菌均有抗性，包括根癌农杆菌Agrobacterium tumefaciens、胡萝卜软腐欧文氏菌Erwinia carotovora、丁香假单胞菌斑点致病变种Pseudomonas syringae pv.maculicola、菜豆丁香假单胞杆菌P.s.pv.phaseolicola、番茄丁香假单胞杆菌P.s.pv.tomato、野油菜黄单胞菌野油菜致病变种Xanthomonas campestris pv. campestris、甘蓝链格孢菌Alternaria brassisicola、灰霉病Botrytis cinerea、短小芽孢杆菌Plectosphaerella cucumerina、稻瘟病Magnaporthe grisea以及致病疫霉Phytophthora infestans。孙桂琳等[9]研究也表明，蒜素对交格链孢菌Alternaria alternata、指状青霉Pemiccillim digitatum、意大利青霉P.italicum、稻瘟病菌Pyricutaria oryzae、灰霉B.cinerea等植物致病菌具有明显的抑制作用。

室内试验证明，蒜素具有广谱杀菌作用，在此基础上，许多研究也在植物体上进行了试验。Curtis等[13]利用蒜素防治稻瘟病M.grisea孢子侵染水稻，霜霉病Hyaloperonospora parasitica侵染拟南芥，致病疫霉P.infestans侵染马铃薯块茎的效果也十分明显。Peng等[14]利用1%的蒜素溶液喷洒新鲜生菜Lactuca sativa表面并存放在冰箱里，能够减缓由微生物引起的腐败及氧化变褐，延长生菜保质期。

宋兴舜等[15]利用3 000倍稀释的蒜素进行叶面喷雾，对番茄灰霉病菌（B.cinerea）、番茄叶霉病菌（Fulvia fulva）和番茄早疫病菌（Ahernaria solani）具有明显的抑制作用，防治效果明显。金扬秀等[16]研究表明，大蒜提取物能明显抑制瓜类枯萎病病原菌菌丝的生长，通过大蒜与瓜类轮作，能够大大降低土壤中病原菌孢子的存活量，由14.1×104cfu/g降低到1.2×104cfu/g，从而使瓜类的枯萎病发病率由50%降至10%。高浓度的大蒜提取物对大豆尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum f.sp.tracheiphilum）、油菜菌核病菌（Sclerotinia sclerotiorum（Lib.）de Bary）、大豆细菌性斑点病菌（Pseudomonas.syringae pv. glycinea）和水稻白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv.oryzae（Ishiyama）Dye，Xoo）4种植物病原菌的抑制作用明显，含大蒜提取物0.05 mL/g、大蒜渣5%或大蒜肥25%的土壤能抑制土传病原菌大豆尖孢镰刀菌在土壤中的定殖[17]。此外，大蒜中包括蒜素在内的化学物质对后茬作物具有化感作用，能够促进后茬作物的生长[18-19]。

2 大蒜与蒜素的杀虫、驱虫作用

除了杀菌作用外，大蒜蒜素独特的气味还赋予了大蒜一定的杀虫、防虫效果。昆虫的嗅觉是极其灵敏的化学监测器，能识别环境中特异的化学气味分子。通过简单的间作、套作，大蒜所散发的微量气味即可起到降低田间病虫害的作用。大蒜与小麦间作能够降低麦田无翅蚜数量，提高有翅蚜数量，减轻蚜虫对麦田的危害[20]。大蒜与白菜间作能够减轻田间害虫发生率，提高寄生性天敌的数量[21-22]。甘蓝与大蒜间作，菜青虫与菜蚜的种群数量分别下降了48.9%和35.6%，节肢动物群落的多样性有所上升[23]。

大蒜研磨液作为生物农药，用来防治病虫害也有一定的效果。大蒜提取液及其5～15倍稀释液对芒果花期的主要害虫扁喙叶蝉Ioscopus incertus、花蕾蛆Contarinia citri Barnes、褐蓟马Scirtothrips mangiferae、茶黄蓟马Scirtothrips dorsalis均有显著效果[24]。大蒜研磨液喷洒蚜虫危害的白菜，使蚜虫开始逃离，减轻危害[21]。大蒜尤其是研磨过的大蒜对仓储害虫玉米象与赤拟谷盗有明显的趋避作用[25]。在封闭的环境中，利用熏蒸法，蒜素甚至能够杀死玉米象Sitophilus zeamais、米象Tribolium castaneum、赤拟谷盗Tribolium castaneum、锯谷盗Oryzaephilus surinamensis、锈赤扁谷盗Cryptolestes ferrugineus等多种仓储害虫[26-27]。王海平[28]研究表明，大蒜中蒜素的含量与对蒜蛆的抗性呈正相关，蒜素含量越高的大蒜抗虫性越高。

目前，蒜素的杀虫、驱虫机理尚不完全清楚，为此，我们要加强对蒜素驱虫机理进行研究，充分确定其对病虫害的毒理学特性。

3 蒜素利用展望

蒜素对多种植物病原菌具有抗菌、杀菌作用，其特殊的气味又能够趋避害虫，是一种具有广谱抗性的生物农药，具有良好的应用前景，但蒜素不稳定、不易储存的特性，令其应用与研究受到一定的限制。根据蒜素开发的仿生农药乙蒜素，是大蒜素的乙基同系物，是一种广谱性杀菌剂，主要用于种子处理，也可稀释喷雾，可单独使用，也可与其他杀菌剂或杀虫剂复配，增强防治效果。

转基因技术是发挥蒜素抗病虫害的生理功能的有效途径，就是将蒜素合成途径中的相关基因转入到其他作物中，获得具有合成蒜素能力的转基因作物，从而获得具有广谱抗病虫的作物。今后，要加强对蒜素合成途径中关键基因的功能研究，明确蒜素合成的分子机制，为实现蒜素的异源表达打下基础。

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Research Progress and Application Prospect of Allicin as Biological Pesticide（Fungicide）

ZHANGHuan-huan1，GUOTian-lu2，WANGChang-biao1，SUNYi1
（1.Research Center ofBiotechnology，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；2.College ofBio-engineering，Shanxi University，Taiyuan 030006，China）

Allicin，the flavor substance extracted from garlic was known as broad spectrum antibiotic,showed resistance to plant pathogen.Allicin special odor made it could expel pest as well.The two characteristics provided allicin well application prospect as biological pesticide（fungicide）in future.

Allium sativum L.;allicin;alliin;alliinase;biological pesticide

S482

A

1002-2481（2016）04-0557-03

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.04.34

2015-12-08

国家转基因生物新品种培育重大专项（2014ZX08003001-002-003）

张欢欢（1985-），男，山西阳城人，研究实习员，主要从事抗病虫害相关生物技术研究工作。孙毅为通信作者。