植物中抑菌物質(zhì)種類和應用的研究進展

雷 盼 黃國文*

（湖南科技學院 生命科學與化學工程系，湖南 永州 425199）

地球植物資源豐富，其產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物種類繁多，超過40 萬種[1]。植物次生代謝產(chǎn)物具有特殊的活性，是開發(fā)治療人類疾病的藥物、植物農(nóng)藥，食品和藥物防腐劑的物質(zhì)基礎。人類利用植物來預防和治療疾病已有很久歷史，當今的處方藥有25% 左右來自于植物，其中的有效成分大多數(shù)為植物次生代謝產(chǎn)物。從植物中尋覓植物的抑菌活性物成分，是現(xiàn)在研究的熱門領(lǐng)域之一。至今，全世界已報道過1600多種具有控制有害生物的高等植物，其中抗真菌的有94種，抗細菌的有11種，抗病毒的有17種。研究植物的抑菌成分對于開發(fā)和利用植物資源具有重要意義。

1 植物中抑菌物質(zhì)的成分

植物中大多數(shù)抑菌活性物質(zhì)是次生代謝產(chǎn)物，是由初生代謝所派生而來的一些非生長發(fā)育所必需，但具備特殊生理功能的有機代謝小分子物質(zhì)。其種類繁多、結(jié)構(gòu)迥異。按照其化學性質(zhì)和化學結(jié)構(gòu)，可將這些次生代謝產(chǎn)物分為：生物堿類、萜類化合物、黃酮類、香豆素和木脂素、多炔和有機酸類、酚類、甙類等。

1.1 黃酮類

黃酮類化合物大都為晶體，有顏色，少數(shù)( 如黃酮普類)為沒有任何形狀的粉末。現(xiàn)在主要是泛指通過中央三碳鏈相互連接而成的，基本骨架具有兩個苯環(huán)( A 與B 環(huán))的 一系列化合物( C6-C3-C6 )。按照三碳鏈部分的取代方式和氧化、成環(huán)的差異，又可分為黃酮、黃酮醇、雙氫黃酮( 醇) 、異黃酮、雙黃酮、黃烷醇、橙酮、花青素類等，在自然界中最常見的是黃酮和黃酮醇，其中又以黃酮醇類最為常見。

1.2 生物堿類

生物堿是含負氧化態(tài)氮原子的、存在于生物有機體中的環(huán)狀化合物，負氧化態(tài)包括胺(O3)、氨氧化物(O1) 、酞胺(O3) 和季胺(O3) 化合物，但不包括含硝基和亞硝基的化合物[2]。按照生物堿不同的化學結(jié)構(gòu)類型，可分為哌啶類、萜類、異喹啉類、喹啉類、哌啶類、萜類、吲哚類、甾體類等。

1.3 萜類化合物

萜類化合物(Terpenoids)是所有異戊二烯衍生物及其聚合物的總稱。萜類化合物除了以萜烯的形式存在外，還會以各種含氧衍生物的形式存在,包括羧酸、酮醇、醛、酯類以及甙等。另外，有的萜類化合物分子中含有不同的碳環(huán)數(shù)，因此又進一步分為鏈萜、單環(huán)萜、雙環(huán)萜、三環(huán)萜等。其中，單萜和倍半萜及其簡單含氧衍生物是揮發(fā)油的主要成分，而二萜是形成樹脂的主要成分，三萜則以皂甙的形式普遍存在。

1.4 香豆素和木脂素

香豆素(Coumarin)化學名稱:2H -1 -Benzopyran -2-one。香豆素可把它當做是鄰羥基肉桂酸的內(nèi)酯。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的香豆素類化合物有100 多種，可分為香豆素類(包括羧基、羥基、烴基等取代香豆素)、異香豆素、呋喃香豆素和吡喃香豆素等。香豆素是一種香料，普遍存在于草木犀、頓加豆、車葉草和董衣草油、蕓香科、菊科等植物界中。

木脂素是由兩分子苯丙素衍生物(C6- C3) 經(jīng)過聚合而成，而單體則主要是苯甲酸和肉桂酸及其羥甲基衍生物。肉桂酸類有肉桂酸、咖啡酸、香豆酸、阿魏酸以及芥子酸等，而苯甲酸類包括苯甲酸、羥苯甲酸、綠原酸、香草酸以及丁香酸等[3]。

1.5 酚類

植物體內(nèi)的酚類物質(zhì)種類繁多，分布十分廣泛，而且含量非常豐富。雖然酚類植物種類繁多，但是除了類黃酮之外，大多數(shù)酚類的生物合成均來自共同的前體物質(zhì)莽草酸和苯丙氨酸，即便是類黃酮，其分子中C3側(cè)鏈及其一個芳香環(huán)也來自苯丙氨酸，而其它部分則是由乙酰-CoA經(jīng)聚酮酐途徑產(chǎn)生。

1.6 甙類

甙類: (Glycosides) 甙，又稱苷或者配糖體，是由糖或另一非糖物質(zhì)中的羥基與糖的衍生物（如糖醛酸）的半 縮醛羥基以縮醛鍵（甙鍵）脫水縮合而成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的縮醛衍生物。水解后能生成非糖與糖化合物，非糖部分稱為甙元（Ag1ycone），通常有蒽醌類、黃酮類、酚類等化合物。

大多數(shù)甙可溶于乙醇、水，有些甙可溶于氯仿與乙酸乙酯，難溶于苯、乙醚、石油醚等極性小的有機溶劑。甙類在水或其它極性較大的溶劑中的溶解度一般會隨著結(jié)合的糖分子數(shù)的增加而上升。甙元的性質(zhì)同樣也可以影響甙的溶解度。如氰醇甙在水中易溶而黃酮甙就較難溶。甙元不溶于水，能溶于有機溶劑。

1.7 多炔和有機酸類

多炔類(Polyacetylenes)化合物及其它的衍生物是一類很重要的植物次生代謝產(chǎn)物,這類化合物在化學結(jié)構(gòu)上含有一個或多個乙炔基團。據(jù)Otto報道雙子葉植物中14個科中含有1257種多炔類化合物，其中菊科植物含有1022種，從菊科植物鬼針草Bidens pilosal中分離的7-苯基2，4，6-庚三炔(Phenylheptatriyne,PHT)和從萬壽菊Tagetes erecta中分離的由炔類化合物轉(zhuǎn)化而來的α-三噻吩(α-Terthienyl,α-T)是這類化合物的二個典型代表。

有機酸類（Organic acids）是分子結(jié)構(gòu)中含有羧基（一COOH）的化合物。在中草藥的果實中有著廣泛分布，而且在葉、根中也有少量分布，如五味子，覆盆子、烏梅等。除少數(shù)處于游離狀態(tài)外，一般都與鉀、鈉、鈣等結(jié)合成鹽，有些與生物堿類結(jié)合成鹽。脂肪酸多與高級醇結(jié)合成蠟或與甘油結(jié)合成酯。有的有機酸是揮發(fā)油與樹脂的組成成分。

2 植物中的抑菌物質(zhì)對微生物生長的抑制作用

2.1 抑制細菌的生長

2001年馮俊濤等對50多種植物的60 種丙酮提取物質(zhì)進行了抑菌活性篩選實驗。結(jié)果顯示，這些物質(zhì)對小麥和蘋果炭疽病菌、赤霉病菌和番茄灰霉病菌抑菌效果十分理想，值得進一步進行研究開發(fā)。2007年胡仁火等[4]利用95%酒精提取了野菊花、厚樸、黃蓮、苦艾、苦參、魚腥草、薄荷、銀杏、石菖蒲等 9 種中草藥的活性成分，對大腸桿菌、枯草桿菌、金黃色葡萄球菌及酵母菌有明顯的抑制作用。王勤等從盤花垂頭菊中提取出一種倍半萜成分 1B，8-二己酰氧基-2B，10-二己酰基-3B-羥基-4A-氯-11-甲氧基-沒藥-7( 14) -烯，其對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和枯草桿菌具有一定的抑制活性；金銀花中所含有的總黃酮對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有強烈的抑制作用，其活性分別是綠原酸的2倍和4倍。

2.2 抑制真菌的生長

Sardari S 等研究了來源于Diplotaenia damavandica 的香豆素類化合物白芷素，并以此為先導物合成衍生物，這些衍生物對隱球菌、黑曲霉和白色念珠菌都有較強的抑制作用；趙純森等從厚樸樹的自然落葉中提取總酚化合物對供試10 種真菌都有非常強的抑制效果；At ta-U r-Rahman M I 等研究發(fā)現(xiàn)，來源于植物 Jolyna 拉米那 rioides 的巖藻甾醇( fucostero l)對彎孢霉、黑葡萄穗霉和犬小孢子霉等霉菌具有顯著的抑殺活性。

2.3 抑制病毒的繁殖

翟梅枝[5]研究發(fā)現(xiàn)，核桃葉提取物經(jīng)溶劑提取、系統(tǒng)溶劑分離、聚酞胺柱層析、硅膠柱層析、SPehdaexLH一 20柱純化和重結(jié)晶，獲得三個具有抗病毒活性的黃酮類化合物,經(jīng)理化性質(zhì)比較、化學反應和紫外光譜、紅外光譜、質(zhì)譜和核磁共振譜綜合解析，確定為：山奈酚、棚皮素和金絲桃貳：并首次發(fā)現(xiàn)它們具有抗TMV活性。劉國坤[6]選用杠板歸、大飛揚、虎杖三種植物的單寧，先噴施心葉煙再接種T柳,均能抑制病毒的侵染；接種前噴施普通煙K,再接種T娜，煙草心葉花葉癥狀表現(xiàn)期推遲。

3 抑菌物質(zhì)的作用機理

目前，國內(nèi)對植物抑菌物質(zhì)的作用機理有了初步的研究。劉國坤經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，杠板歸和假檳榔提取的植物單寧分別與TMV混合后在電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)病毒粒體絕大部分表現(xiàn)為明顯的聚集現(xiàn)象，粒體數(shù)量不僅多，而且十分雜亂的匯聚在一起，觀察結(jié)果顯示這兩種植物的單寧對TMV的聚集結(jié)合可能有很大的作用，而對病毒的侵染性也有一定的影響。茶多酚的結(jié)構(gòu)基礎主要為多酚基及多環(huán)結(jié)構(gòu)，它對生物大分子如脂類、蛋白質(zhì)、碳氫化合物和核酸有高度的親和力，以致可以破壞細菌細胞膜的結(jié)構(gòu)[7]。黎繼烈[8]等研究表明，金橘黃酮提取物具有有一定的抑菌能力，是因為黃酮類化合物可以通過破壞微生物細胞膜以及細胞壁的完整性，從而導致微生物細胞釋放胞內(nèi)成分引起膜的核苷酸合成、ATP活性、電子傳遞和營養(yǎng)吸收、等功能障礙，阻止其生物大分子，如DNA、RNA及蛋白質(zhì)的合成，從而抑制微生物的生長。說明，植物抑菌物質(zhì)能夠破壞微生物的形成和結(jié)構(gòu)，或者阻斷其能量代謝，從而抑制了微生物的生長繁殖。

4 植物抑菌物質(zhì)的應用領(lǐng)域

天然植物抑菌物質(zhì)的應用十分廣泛，在植物農(nóng)藥，食品和藥物防腐劑，食品保鮮等領(lǐng)域均有很大研究前景。牛心樸子總堿可作為農(nóng)藥的原藥，以中試提取濃縮液為原藥，復配得到的 1.65%氧苦·牛心樸子生物堿 AS 對菜青蟲和小菜蛾的防治效果非常理想[9]。唐淑瓊等試驗得出 0.5% 苦·煙水劑對柑桔蜻類、蟻類、黑刺粉虱等具有很好的防治效果，同時0.5%苦·煙水劑對環(huán)境無污染，是一種很好的環(huán)保型農(nóng)藥,在柑桔上使用不存在鮮果中農(nóng)藥殘留問題[10]。卡卡杜梅( 欖仁果) 是已經(jīng)鑒定具有抗菌性能的澳大利亞水果，沒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黃色葡萄球菌、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、單核細胞增生李斯特氏菌、蠟樣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、銅綠假單胞菌和鮑曼不動桿菌的活性[11]。用蘋果皮多酚1.5%( W/W) 制成的食用薄膜對單核細胞增生的李斯特菌有顯著的抑制效果[12]。此外，研究者從長春花中提取的甲長春新堿和異長春花堿分別用于治療晚期非小細胞肺癌和晚期轉(zhuǎn)移性乳腺癌等癌癥，都表現(xiàn)出了較高的治療效果[13]；說明了生物堿在癌癥治療方面的可行性。李娟[14]等對蓮子心的研究發(fā)現(xiàn)：蓮子心中含有可以抗壓、抗心律失常、體外抗氧化活動、抗心律失常等的生物堿物質(zhì)，可以很好的應用于保健品中。石榴皮黃酮提取物應用于牛奶貯藏中也取得了良好的抑菌效果，添加了石榴皮黃酮提取物的牛奶中菌落總數(shù)較未添加的要少很多，牛乳總酸度的變化相對減少，效果優(yōu)于食品防腐劑苯甲酸鈉，表明石榴皮黃酮可應用于牛奶的貯藏保鮮[15]。

5 問題與展望

5.1 實踐中需要解決的問題

植物抑菌物質(zhì)廣泛存在于植物體中，具有高效的生理活性，但由于其結(jié)構(gòu)復雜，性質(zhì)各異，其分離純化相對困難。但隨著分離純化技術(shù)的快速發(fā)展，一些抑菌物質(zhì)的將會得到快速分離。由于各種天然抑菌物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，難于保存，影響使用過程中的作用效果，所以在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的過程中，可以利用化學合成技術(shù)修飾其結(jié)構(gòu)，可以提高抑菌物質(zhì)的穩(wěn)定性。目前，國內(nèi)對于植物抑菌物質(zhì)的應用開發(fā)研究還是比較落后，真正投入到市場上的植物抑菌物質(zhì)產(chǎn)品不多，這有待于加大研究力度，開發(fā)出具有市場競爭力的植物抑菌物質(zhì)品種。如果將這些物質(zhì)應用于經(jīng)濟建設和自然科學研究，它無論是在理論方面還是應用方面，都具有非常重要意義。

5.2 前景

植物抑菌物質(zhì)具有無污染、高效和低毒等優(yōu)點，在生物農(nóng)藥和食品防腐劑等方面將會有廣泛應用。隨著研究工作的不斷深入，植物抑菌物質(zhì)在化學合成方面應該具有很大的發(fā)展?jié)撃?，利用與其他物質(zhì)的結(jié)合，提高作用效果。我國地域廣闊，植物種類十分豐富，因此開發(fā)植物抑菌物質(zhì)的前景也非常廣闊，植物抑菌物質(zhì)的研究必將取得更多可喜的成果。

[1]王書平,李玉璽,張韓杰.抑菌植物資源的研究進展[J].生物技術(shù)通報,2011,(8):26.

[2]薛苦芳,高艷梅,王景寬.長期施肥與地膜覆蓋時土壤徽生物黃碳氮的影響[J].中國土壤與肥料,2007(2):57.

[3]程麗姣,丁羽佳,翟永功,等.119 植物中新的木脂素類化合物及其生物活性[J].國外醫(yī)藥·植物藥分冊,2006,21(3):93–100.

[4]胡仁火,任國祥.9種中藥植物抑菌作用的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學.Journal of Anhui Agri.Sci.2007.35(27):8534-8535.

[5]翟梅枝.植物次生物質(zhì)的抗病活性及構(gòu)效分析.[J]福建農(nóng)林大學,2003,(2).

[6]劉國坤.植物源小分子物質(zhì)對煙草花葉病毒及四種植物病原真菌的抑制作用[J].福建農(nóng)林大學,2003,1-40.

[7]吳勇.茶多酚作用的分子機理與閩東綠茶發(fā)展前景[J].茶葉科學技術(shù),2008(2):40-43.

[8]黎繼烈,張慧,王衛(wèi)等.金橘黃酮抑菌作用研究[J].食品與機械,2008,24(5):40.

[9]米海莉,張曦燕,李越.1.65%氧苦·牛心樸子生物堿AS 對菜青蟲和小菜蛾的防治效果[J].農(nóng)藥,2007,46(6):411-412.

[10]唐淑瓊,肖寶剛,黎霞,等.苦·煙水劑對柑桔害蟲的防治效果試驗[J].中國南方果樹,2007, 36(3):19-20.

[11]Brossier M.Antimicrobial films from Kakadu plum[A].12th Government Food Analysts’Conference ( GFAC) [C].Brisbane,Australia,2011.

[12]Du W X,Olsen C W,Avena-Bustillos R J,et al.Physical and antibacterial properties of edible films formulated with apple skin polyphenols[J].Journal of Food Science,2011,76(2) :149-155.

[13]馬慧芳.去甲長春花堿聯(lián)合順鉑治療晚期非小細胞肺癌30例[J].陜西醫(yī)學雜志2008,37(10):8041-8042.

[14]李娟,夏延斌.蓮心生物堿的保健功能研究進展[J].糧食與油脂,2010,(1):40-43.

[15]舒翔,王桓.石榴皮黃酮在牛奶貯藏中的應用研究[J].中國食品添加劑,2011,22(5):117-120.