植物源抑菌剂荆芥的抑菌机制研究

王端好

摘要：测定荆芥及其提取物对从酒曲中分离出的酵母菌和霉菌的抑菌效果，研究荆芥的抑菌机制。结果表明，荆芥原液及其提取物溶液对酵母菌和霉菌均有抑菌活性。荆芥处理后菌悬液的电导率和蛋白质质量浓度都有不同程度的提高，荆芥中的有效成分破坏细胞膜的结构，增大细胞膜的通透性或者使其破裂，从而使细胞内容物外泄，起到抑菌作用。

关键词：荆芥;霉菌;酵母菌;通透性;抑菌机制

中图分类号： TS201.3  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）03-0098-02

荆芥，别称香荆荠、假苏，是唇形科、荆芥属多年生植物[1]。茎坚，基部木质化，多分枝，叶黄绿色，穗稍黑紫黄绿色。味平，性温，无毒，清香气浓。荆芥中含有醇、酮、酯、萜烯、萜烷类化合物、有机酸、谷甾醇、脱氢枞油烯、3-亚胺基-N-氮代乙酰胺基丁内酰胺、苯骈呋喃类化合物等[2-4]。荆芥的叶和花穗可入药，荆芥有解热镇痛的作用，主要用来治疗感冒发热、头痛、咳嗽等疾病。有研究表明，荆芥具有抗炎、抗病原微生物、抗氧化等作用[5-9]。据资料报道，用从荆芥中提取的挥发油做抑菌试验，结果表明荆芥挥发油对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、黄曲霉、绿色木霉等均具有一定的抑制作用[10-13]。由植物产生的生物活性物质多种多样，是研制和生产无毒（或低毒）、无残留、高效、低成本抑菌药剂的理想原料。因此，进行植物有效成分抑菌作用以及机制的研究，是开发新型治疗人类疾病的药物、新型植物农药以及新型食品防腐剂的理论基础。荆芥具有良好的抑菌作用，但是其抑菌活性物质以及抑菌机制尚未见报道。因此，本试验对荆芥的抑菌活性以及作用机制进行研究，以期能将荆芥用作生产酒曲的植物源抑菌剂和赋香剂或作为防腐剂等提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 菌株、试剂与培养基

试验用的霉菌和酵母菌均为笔者所在实验室从酒曲中分离筛选得到。荆芥和荆芥提取物粉末均为网上购买。牛血清蛋白、考马斯亮蓝G-250、95%乙醇、85%磷酸均为国产分析纯。PDA培养基：蒸煮200 g马铃薯用滤布过滤后得到 1 000 mL 滤液，20 g葡萄糖，20 g琼脂;LB培养基：10 g胰蛋白胨、5 g酵母提取物、10 g NaCl、1 000 mL水，pH值调至7，再加20 g琼脂[14]。

1.2 主要仪器及设备

手提式蒸汽灭菌锅，购自上海精宏实验设备有限公司;HNY-211B全温培养振荡器，购自天津市欧诺仪器仪表有限公司;SW-CJ-2D超净工作台，购自上海乔跃电子有限公司;SPX-250B5H-11生化培养箱，购自上海沪粤明科学仪器有限公司;BMM-50电子显微镜，购自上海比目仪器有限公司;UV-2501PC紫外-可见分光光度计，购自日本岛津仪器公司;DDS-11A电导率仪，购自上海雷韵实验仪器制造有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 荆芥原液的配制 将荆芥用水洗涤干净后，置烘箱内烘干，然后用研钵研成粉末。精确称取50 g荆芥粉末置于适量蒸馏水中，蒸煮30 min后用3层纱布过滤，弃去滤渣定容至1 000 mL，即得2%荆芥原液。

1.3.2 抑菌试验 将2%荆芥原液以及2%荆芥提取物溶液分别加入接种霉菌和酵母菌后的液体培养基中至荆芥不同的浓度（0.02%、0.20%、0.40%、1.00%、2.00%），在28 ℃，150 r/min 的条件下培养15 h，用显微镜计数。

在配制PDA固态平板培养基时加入2%荆芥原液以及2%荆芥提取物溶液至荆芥不同的浓度（0.02%、0.20%、0.40%、100%、2.00%），用移液枪取出0.1 mL菌液涂布于灭菌后的固态平板培养基上，置于恒温培养箱中，在30 ℃的条件下培养48 h，计算菌落数。

1.3.3 菌悬液电导率的测定 将酵母菌及霉菌在液体培养基中培养到对数生长期，取适量菌液，分别加入适量的2%荆芥原液以及2%荆芥提取物溶液，并以蒸馏水作为对照，每隔30 min测量1次培养液的电导率[15]。

1.3.4 菌悬液蛋白质质量浓度的测定 菌悬液蛋白质质量浓度的测定参照文献[16]的方法。

2 结果与分析

2.1 荆芥的抑菌效果

通过在显微镜下观察液体培养基中2种菌体的浓度以及肉眼观察固态培养基菌落数，由表1可知，荆芥原液和荆芥提取物溶液对酵母菌和霉菌均有抑制作用，荆芥原液随着浓度的增加，对酵母菌的抑制作用减弱，对霉菌的抑制作用增强;荆芥提取物溶液随着浓度的增加，对酵母菌的抑制作用增强，而对霉菌的抑制作用减弱;相同浓度的荆芥原液和荆芥提取物溶液对2种菌的抑制作用不同。0.20%的荆芥原液和荊芥提取物溶液对酵母菌和霉菌均具有较强的抑制作用。

2.2 荆芥对细胞膜通透性的影响

当微生物处于不利环境或受到药物毒害时，往往会导致其生物膜流动性降低和半透性丧失，此时细胞内钾离子等电解质大量外泄，培养液电导率的改变可以反映细胞膜渗透性的变化，这些离子的丢失导致多种代谢途径受阻，同时影响多种酶的活性以及膜的稳定性;另一方面膜流动性降低也影响细胞内外渗透压的调节，使细胞吸胀受损甚至死亡[17]。由 图1、图2可知，加入2%荆芥原液时，菌悬液的电导率均高于对照组，可能是由于荆芥中的部分成分所带的电荷导致菌悬液的电导率上升，随着处理时间的延长，加了2%荆芥原液和2%荆芥提取物溶液的电导率均逐渐增大。因此推断荆芥中的有效成分破坏了酵母菌和霉菌细胞膜的完整性，使细胞膜的通透性增加，电解质外泄而导致电导率升高。细胞膜是细胞的保护屏障，当其造成破坏时，会打破细胞的保护屏障，使其内部的电解质外泄到培养液中，从而使培养液的电导率上升，使细胞吸胀受损甚至死亡。

2.3 荊芥对胞外蛋白质质量浓度的影响

由图3、图4可知，经2%荆芥原液和2%荆芥提取物溶液处理后，霉菌和酵母菌的菌悬液胞外蛋白的质量浓度均增加。蛋白质分子相对较大，当细胞膜破损到一定程度时，蛋白质就会外泄，导致溶液的蛋白质浓度增大。可以推断荆芥的一些有效成分使酵母和霉菌的细胞膜严重破损甚至破裂，造成细胞质中蛋白质的外泄从而导致蛋白质含量的提高。细胞膜破损后，细胞内容物外渗，细胞吸胀受损甚至死亡。

3 结论

本试验研究了荆芥原液以及荆芥提取物溶液对酵母菌和霉菌2种菌的抑制活性，并对其抑菌机制进行探讨，得出了以下结论：（1）荆芥原液以及荆芥提取物溶液对酵母菌和霉菌均有一定程度的抑制作用;（2）不同浓度的荆芥原液及荆芥提取物溶液对2种菌的抑菌情况有明显差异;（3）荆芥原液及荆芥提取物溶液通过破坏细胞膜、增大菌体细胞膜的通透性以及完整性从而使细胞内容物外渗，细胞吸胀受损甚至死亡，达到抑菌目的。

参考文献：

[1]杜成智，覃洁萍，陈玉萍，等. 不同产地荆芥挥发油化学成分的GC-MS分析[J]. 湖北农业科学，2014，53（1）：188-190.

[2]张 丽，冯有龙，丁安伟. 荆芥化学成分的研究[J]. 中药材，2001，24（3）：183-184.

[3]张援虎，胡 峻，石任兵，等. 荆芥化学成分的研究[J]. 中国中药杂志，2006，31（13）：1118-1119.

[4]胡丹丹，黄 山，李 斌，等. 藏荆芥与荆芥的挥发性成分比较[J]. 中成药，2016，38（5）：1078-1082.

[5]臧林泉，胡 枫，韦 敏，等. 荆芥挥发油抗肿瘤作用的研究[J]. 广西中医药，2006，29（4）：60-62.

[6]兰海梅，陈宝田，杨 柳. 荆芥连翘汤浸泡治疗小腿慢性溃疡临床观察[J]. 四川中医，2006，24（9）：80-82.

[7]赵 蓉，陈大蓉. 中西医结合治疗成人水痘临床观察[J]. 实用中医药杂志，2008，24（1）：36.

[8]何 婷，陈 恬，曾 南，等. 荆芥挥发油体外抗甲型流感病毒作用及机制的研究[J]. 中药药理与临床，2012，28（3）：51-55.

[9]汤 奇，杨发龙，曾 南，等. 荆芥挥发油及其主要成分抗流感病毒作用研究[J]. 中药药理与临床，2012，28（2）：29-32.

[10]Kumar R，Mishra A K，Dube N K，et al. Evaluation of Chenopodium ambrosioides oil as a potential source of antifungal，antiaflatoxigenic and antioxident activity[J]. International Joural of Food Microbiology，2007，115（2）：159-164.

[11]Jardim C M，Jham G N，Dhingra O D，et al. Composition and antifungal activity of the essential oil of the Brazilian Chenopodium ambrosioides L.[J]. Journal of Chemical Ecology，2008，34（9）：1213-1218.

[12]聂小妮，梁宗锁，段琦梅，等. 土荆芥挥发油的化学成分及抗菌活性研究[J]. 西北农林科技大学学报（自然科学版），2010，38（11）：151-155.

[13]李 元，廖 颖，严 伟，等. 四川土荆芥精油对植物病原真菌的抗菌活性[J]. 生态环境学报，2010，19（5）：1176-1181.

[14]杨汝德. 现代工业微生物学实验技术[M]. 北京：科学出版社，2009：250-259.

[15]陈国妮，孙飞龙，闫亚茹，等. 马齿苋黄酮类化合物抑菌机理研究[J]. 化学与生物工程，2015，32（10）：34-37.

[16]杨海清. 桃褐腐病菌致病性及拮抗细菌生防机制的研究[D]. 呼和浩特：内蒙古农业大学，2007.

[17]马迪根M T，马丁克J M. 微生物生物学[M]. 李明春，杨文博，译. 11版.北京：科学出版社，2009.范如芹，张振华，罗 佳. 高吸水树脂对栽培基质保肥性能及辣椒养分吸收的影响研究[J]. 江苏农业科学，2019，47（3）：107-109.