豚草活性物质的应用研究现状

纪纯阳

(辽宁省杨树研究所，辽宁 盖州 115213)

豚草Ambrosiaartemisiifolia又名艾叶破布草，属菊科、豚草属，1年生草本植物[1]。豚草原产于美国，20世纪30年代传入我国境内，在黑龙江、吉林、辽宁、河北、江苏、山东、浙江、江西、安徽、湖北、湖南、内蒙古、贵州、四川和西藏等地均有分布[2]。

豚草植株对光照和营养的竞争力强，且生长繁殖迅速，对农田形成包围之势，并对周围的农作物产生化感作用，造成作物减产甚至绝收；豚草的花粉是花粉过敏症的主要病源，能够诱发过敏性鼻炎、哮喘、皮肤病等疾病，严重影响人类的健康，故被列为世界公认的危害性杂草[3]。许多学者对豚草进行了多方面的研究，主要包括分类学、形态学、生理生态学、种群生态学等[4-6]。据相关的研究报道，豚草可释放出多种化学敏感性物质，对菊科、禾本科等多种植物有抑制和排斥作用；其含有的多种倍半萜内酯类化合物中部分具有杀虫抑菌、灭螺、抗肿瘤等多种生物活性[7]。豚草作为一种新型植物源农药的植物资源，我国在这方面的研究已取得一些成绩，本文详细介绍了豚草中活性物质的应用研究现状。

1 豚草的研究与利用现状

1.1 豚草的化感作用

有关豚草属植物体内化感物质成分，国内外的研究已经积累了一定的基础数据，研究证实其特有的化学组分包括酚酸类、聚乙炔、倍半萜烯内脂和甾醇类化合物4大类。许多学者对豚草的化感作用在农作物上应用进行了研究。Jackson等研究了豚草的化感作用，其在废弃耕地的次生演替中扮演着先锋植物的角色[8]。

豚草的化感作用在农作物上表现为低浓度促进、高浓度抑制的双重化感效应。Bradow研究表明10%的豚草叶水提取液能明显抑制洋葱、燕麦、西红柿等10余种植物的种子萌发，当溶液稀释到2.5%后，仍能抑制胡萝卜、莴苣等植物种子的萌发[9]。王大力等研究了豚草对大豆、小麦、水稻、玉米的化感作用，发现豚草的挥发物抑制大豆和玉米的种子萌发；豚草茎叶水浸液抑制大豆和小麦种子萌发，抑制大豆、玉米和小麦幼根伸长，同时使根系形态发生较大的变化；但豚草根系的水浸液能促进农作物的幼芽伸长[10]。高桂枝等研究用豚草原汁液促进玉米种子萌发，通过对玉米种子的培养显示出2%、5%的豚草溶液对玉米种子的萌发有促进作用，而0.5%、1%、100%的豚草溶液对玉米种子的萌发有抑制作用，且最佳浓度为5%[11]。梁敏霞等采用生物测定法研究三裂叶豚草对油菜种子萌发和幼苗生长的化感作用。三裂叶豚草浸提液对油菜种子发芽率和幼苗根的生长表现为低浓度促进、高浓度抑制的双重化感效应，浸提液处理会显著抑制种子的活力，但浸提液浓度在2.5%～7.5%能显著促进油菜幼苗地上部的生长[12]。

1.2 杀虫活性

豚草杀虫活性物质研究主要集中在提取工艺、毒力测定及在杀虫中的应用。张国财等利用超声波提取技术，从豚草中提取杀虫活性物质来防治森林害虫。研究表明豚草粗提物10倍液对黄褐天幕毛虫Malacosomaneustriatestacea的校正死亡率达到93.02%，20倍液的校正死亡率为80.23%，40倍液为60.47%。豚草粗提物对3龄黄褐天幕毛虫的致死中质量浓度LC50值为1 048.7 mg·L-1，对红鲤鱼Cyprinuscarpio的致死中质量浓度LC50值为224.87 mg·L-1。确认豚草粗提物中杀虫活性物质的毒性为低毒，对非靶标生物毒性较小，属于安全的植物源杀虫农药[13]。闫恩维等研究了豚草杀虫活性物质提取工艺及毒力测定。确定超声波提取法和冷浸—超声波联合法杀虫效果最好，而超声波提取法所用时间较短。利用不同提取液对落叶松毛虫的毒力进行测定，以超声波提取法和冷浸—超声波联合法杀虫效果最好，两者毒力测定结果差异不显著，确定超声波提取法为最经济有效的提取方法[14]。

赵杨对豚草活性物质的提取工艺、生物测定、安全性和稳定性等进行了研究，确定超声波提取法为最佳提取方法，最适提取工艺为90%无水乙醇溶液200 mL，超声提取时间40 min。豚草粗提物低毒，且对生态环境及水生生物、哺乳动物都无害。豚草粗提物稀释液随贮藏时间变化药效也随之变化，9个月是药效有效期，超过9个月药效显著下降且光稳定性较差[15]。

张欣倩对豚草活性物质的提取方法、豚草提取液的生物活性、活性成分做了相应的研究。采用5种方法提取豚草有效成分，筛选出较优提取方法；选用提取效果较好的3种提取液对杨扁角叶蜂幼虫进行杀虫活性试验，结果表明：索氏—微波联合提取法提取的药液杀虫抑菌效果最好，其5个稀释倍数对3龄杨扁角叶蜂幼虫的校正死亡率分别为5倍液77.68%，10倍液71.79%，20倍液60.02%，40倍液40.01%，80倍液30.60%。通过LC-MS测试结果，豚草化学成分为绿原酸、豚草素、二氢豚草素、冠裸穗豚草素、银胶菊酯[16]，与相关文献报道中的5种具杀虫抑菌活性的化学成分分子量一致。孙妍研究走马芹、豚草、兴安黎芦3种植物提取物对美国白蛾幼虫的杀虫作用。毒力测定杀虫作用最大的是走马芹，最小的是兴安黎芦。3种植物粗提物对美国白蛾的致死中浓度LC50依次为：4 599.30 μg·mL-1、6 069.34 μg·mL-1、9 644.71 μg·mL-1。室内观察药效与浓度成正比，与时间成反比，试虫在施药后第2天出现死亡高峰，随后逐渐下降[17]。

张欣倩还研究了豚草活性物质对哺乳动物的安全性。采用超声波法提取豚草的活性物质，通过灌胃给药途径喂给小白鼠，以敌敌畏(DDVP)和空白组作为对照，研究豚草提取液对哺乳动物肝脏羧酸酯酶(CarE)活性及蛋白质含量的影响。结果显示了豚草提取液对小鼠肝脏CarE活性有激活作用，在给药后6 h内CarE酶比活力值显著上升至15.006 μmol·min-1·mg-1，随后逐渐降低，24 h后其酶比活力值降至9.156 μmol·min-1·mg-1，基本恢复至正常水平。DDVP对小鼠肝脏CarE活性产生明显抑制作用，用药后CarE活性始终处于被抑制状态，显著低于空白组，且恢复缓慢。豚草提取液和DDVP 均对小鼠肝脏蛋白质含量有抑制作用。可见豚草提取液可以作为杀虫制剂，其安全性显著优于有机磷药剂[18]。

孙妍等采用温浸—超声波法提取豚草和走马芹80%的乙醇提取物，并进行了杨小舟蛾的杀虫活性研究，结果两种粗提液对杨小舟蛾都具有较强的毒杀作用，且走马芹高于豚草[19]。

1.3 抑菌活性

豚草提取物对农作物、果树与杨树病害有抑制作用。王娟等采用生长速率法测定了豚草乙酸乙酯、石油醚、乙醇、正己烷提取物对柑橘炭疽病菌、小麦赤霉病菌、辣椒白绢病菌和油菜菌核病菌4种植物病原真菌的抑制活性。结果显示乙酸乙酯的抑制效果最高，浸液质量浓度为4 mg·mL-1时，对小麦赤霉病菌的抑菌作用最高达到100%，对辣椒白绢病菌的抑菌作用最低，为76.07%，而石油醚的抑菌效果最差[20]。孙妍等研究豚草提取物对杨树烂皮病病原菌的抑制作用，发现豚草提取物对杨树烂皮病病原菌均有较强抑制作用，并随着浓度的变化呈线性增长趋势[21]。孙妍[17]证明索氏—微波联合提取法提取的豚草药液抑菌效果最好，对杨树烂皮病的抑制率分别为5倍液76.64%，10倍液70.88%，20倍液62.87%，40倍液51.82%，80倍液46.92%。

1.4 灭螺作用

豚草籽、花序、干粉等具有一定的灭螺杀螺作用。王浦海等[22]证实了豚草籽的水煎液有显著的杀螺效果，杀螺率随浸泡时间的延长而增大，当浓度为5 000 mg·L-1浸泡48 h时，杀螺率达到100%。汪平姚等[23]从豚草籽干粉中提取醇溶性成分，当提取液的浓度大于0.5 g·L-1，能够明显抑制钉螺上爬，处理72 h后钉螺全部死亡。徐庆宣等[24]研究了豚草花序浸泡液的灭螺效果，用50 g·L-1和100 g·L-1的浸泡液处理24 h，螺的死亡率达到 50%以上，处理72 h时螺死亡率达到 100%；用12.5 g·L-1浸泡液处理96 h，螺的死亡率高达90%；当浓度高于12.5 g·L-1时螺不会沿着瓶壁向上爬，并随着浓度和时间的增加，螺的死亡率也逐渐增大。章家恩等[25]研究了豚草干粉对福寿螺灭杀作用，豚草粉末一次性直接投入含福寿螺的水体里，用量必须大于2 g·L-1才能达到灭螺的效果。豚草粉末浓度2～20 g·L-1适用于福寿螺的分布密度不超过80只·m-2的稻田。黄蕊[26]证实了豚草干粉对稻田福寿螺有很好的防控效果，田间投放豚草干粉可有效毒杀福寿螺，并对福寿螺产卵有显著的抑制作用，确保水稻稳产，甚至增产。从豚草地上部分共分离鉴定了21个化合物，其中有4个为新化合物，其它的为已知化合物。

1.5 豚草提取物微胶囊剂的研究

包颖等以豚草粗提物质为囊芯材料，以壳聚糖和阿拉伯胶为囊皮材料，采用单凝聚法制备豚草提取物微胶囊制剂。制成的微胶囊外部形态经电子扫描显微镜检测形态规则、完整；红外光谱分析显示囊芯材料包覆于囊皮材料中；利用紫外分光光度仪测其微胶囊的效率和有效载量，分别是(44.79±1.36)%和(59.72 ±1.81)%；利用激光粒度分析仪测其粒径分布，得到中位径25.50 μm；热重分析结果可以看出，微胶囊的热稳定性优于囊芯物质；因此制成的豚草提取物微胶囊剂使植物源提取物质活性延长，药效持久稳定[27]。

1.6 其他方面研究

绿原酸为众多药材(如金银花、杜仲)以及中成药(如复肝宁、粉刺口服液等)的主要成分，在医学上具有利胆、抗菌、降压、增高白血球及兴奋中枢神经系统等多种药理的作用。赵昕等[28]用超声提取法从豚草茎中提取绿原酸以制备分析样品，采用高效液相色谱法检测，超声提取以蒸馏水为提取溶剂，在60 ℃下超声提取70 min。

2 存在问题及未来发展方向

2.1 提取工艺的改进

采用冷浸、温浸、超声波等常规提取方法从豚草中提取活性物质，试验小型化，工作繁琐，提取的活性物质量少，不适合下一步提取物生物活性大规模试验研究。因此需要改进提取工艺，降低成本，达到生产化、规模化。

2.2 提高豚草提取物的稳定性

从豚草中提取的有机化合物属于高分子化合物，存在不稳定性、见光易分解等问题，作为植物源农药，药效期明显缩短。已经有报道将豚草粗提物制成微胶囊剂，使药剂活性延长，药效持久稳定。在植物源农药研制过程中如何能够长久保持药剂的生物活性是今后研究的方向。

2.3 深入研究豚草的组成成分

虽然我国在豚草活性物质的应用方面已取得了一些成绩，但对活性物质的组成成分研究较少，尤其是发挥生物活性的有机化合物种类与结构研究得更少。如果从豚草中可以分离出自身的代谢产物来抑制豚草的生长，可以有效控制豚草在我国境内的蔓延，减少对农田的侵害。同时对豚草中活性物质进行结构分析，获得活性更高的成分[29]。因此对豚草中相关化学成分、结构及作用机理进行研究分析是未来植物源农药领域研究的新方向。

2.4 进一步拓宽豚草的生物功能

豚草提取物具有化感、杀虫、抑菌、灭螺等生物活性，在农业、林业和渔业已得到了应用。已有研究者报道从豚草中分离出的倍半萜内酯类化合物对恶性细胞的增长具有显著的抑制作用[30]。开展豚草提取物急性和慢性毒理学在人类安全性的研究及开发豚草在医学领域药用价值研究十分必要。