蒜素作為生物農藥的研究進展與應用前景

張歡歡，郭天璐，王長彪，孫毅

（1.山西省農業科學院生物技術研究中心，山西太原030031；2.山西大學生物工程學院，山西太原030006）

蒜素作為生物農藥的研究進展與應用前景

張歡歡1，郭天璐2，王長彪1，孫毅1

（1.山西省農業科學院生物技術研究中心，山西太原030031；2.山西大學生物工程學院，山西太原030006）

大蒜中的風味物質蒜素具有廣譜抗菌性，對植物致病菌有很好的抗性，是一種環保型的植物源殺菌劑。此外，蒜素獨有的氣味，也是良好的驅蟲劑。蒜素良好的殺菌、驅蟲作用，在生物農藥領域具有良好的應用前景。

大蒜；蒜素；蒜氨酸；蒜氨酸酶；生物農藥

大蒜（Allium sativum L.）屬于百合科（Liliacaea）蔥屬（Allium）多年生草本植物，栽培歷史悠久，主要以鱗莖、花莖、嫩葉為產品。大蒜既可食用，也可藥用，是我國最主要的蔬菜出口品種[1]。大蒜鱗莖富含多種蛋白質、低聚糖、多糖以及微量元素等營養成分，具有殺菌、抑菌、抗癌、抗衰老等醫療保健功能[2]。

大蒜的有效成分就是蒜素（Allicin），又稱為大蒜辣素，是一種具有刺激性氣味的有機硫化合物，化學名為二烯丙基硫代亞磺酸酯（Diallylthiosulfinate），是大蒜中主要的殺菌成分[3-4]。純品大蒜素為無色油狀物，具有大蒜異味；密度1.112 g/cm3（20℃），折射率1.561，無旋光性，稍溶于水，溶于乙醇、苯、乙醚等有機溶劑；對熱和堿不穩定，對酸較穩定；對皮膚有刺激性，對許多革蘭氏陽性和陰性細菌及真菌具有很強的抑制作用[5]。

大蒜中的蒜素是以前體的形式存在的，叫蒜氨酸（Alliin（S）-allyl-L-cysteine-sulfoxide，ACSO）。在大蒜鱗莖中，蒜氨酸與蒜氨酸酶（Alliinase或者Alliin lysase）分別位于細胞質與液泡中，只有當細胞破裂后蒜氨酸酶才能催化蒜氨酸合成蒜素[6]。蒜氨酸是大蒜鱗莖中含量最多的含硫化合物，是大蒜獨特的非蛋白類含硫氨基酸，占大蒜含硫化合物的90%以上。蒜氨酸能溶于水，不溶于純無水乙醇、氯仿、丙酮、乙醚等有機溶劑。蒜氨酸具有抗腫瘤、協同降血壓、抗菌殺毒、清除自由基、保肝護肝及抗糖尿病等多種藥理功效[7]。蒜氨酸不是大蒜中的抑菌物質，對多種細菌、真菌的體外試驗證明，單獨的蒜氨酸沒有抑菌活性，但是蒜氨酸與蒜氨酸酶一起作用，可以起到明顯的抑菌作用[8-9]。

蒜素在農業上具有廣泛的應用前景，但是受其不穩定的化學性質影響，蒜素的價值尚未得到發揮。本文對蒜素作為一種生物農藥的應用前景進行了討論。

1 蒜素對多種植物致病細菌、真菌具有抑制作用

蒜素是一種廣譜性的天然抗菌物質，其疏水性讓其能夠很容易地穿過細菌的細胞膜，其不穩定的硫醚結構能與細菌蛋白中的自由巰基反應生成二硫鍵，破壞蛋白結構，影響其活性[10-11]。有研究表明，蒜素至少對40種細菌和真菌有殺菌活性，甚至包括一些寄生蟲及病毒[12]。

室內試驗表明，大蒜提取物及蒜素對多種細菌、真菌類的致病菌有明顯的抑制作用。Curtis等[13]進行了大量試驗發現，蒜素對多種植物致病菌均有抗性，包括根癌農桿菌Agrobacterium tumefaciens、胡蘿卜軟腐歐文氏菌Erwinia carotovora、丁香假單胞菌斑點致病變種Pseudomonas syringae pv.maculicola、菜豆丁香假單胞桿菌P.s.pv.phaseolicola、番茄丁香假單胞桿菌P.s.pv.tomato、野油菜黃單胞菌野油菜致病變種Xanthomonas campestris pv. campestris、甘藍鏈格孢菌Alternaria brassisicola、灰霉病Botrytis cinerea、短小芽孢桿菌Plectosphaerella cucumerina、稻瘟病Magnaporthe grisea以及致病疫霉Phytophthora infestans。孫桂琳等[9]研究也表明，蒜素對交格鏈孢菌Alternaria alternata、指狀青霉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顯的抑制作用。

室內試驗證明，蒜素具有廣譜殺菌作用，在此基礎上，許多研究也在植物體上進行了試驗。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侵染擬南芥，致病疫霉P.infestans侵染馬鈴薯塊莖的效果也十分明顯。Peng等[14]利用1%的蒜素溶液噴灑新鮮生菜Lactuca sativa表面并存放在冰箱里，能夠減緩由微生物引起的腐敗及氧化變褐，延長生菜保質期。

宋興舜等[15]利用3 000倍稀釋的蒜素進行葉面噴霧，對番茄灰霉病菌（B.cinerea）、番茄葉霉病菌（Fulvia fulva）和番茄早疫病菌（Ahernaria solani）具有明顯的抑制作用，防治效果明顯。金揚秀等[16]研究表明，大蒜提取物能明顯抑制瓜類枯萎病病原菌菌絲的生長，通過大蒜與瓜類輪作，能夠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，從而使瓜類的枯萎病發病率由50%降至10%。高濃度的大蒜提取物對大豆尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum f.sp.tracheiphilum）、油菜菌核病菌（Sclerotinia sclerotiorum（Lib.）de Bary）、大豆細菌性斑點病菌（Pseudomonas.syringae pv. glycinea）和水稻白葉枯病菌（Xanthomonas oryzae pv.oryzae（Ishiyama）Dye，Xoo）4種植物病原菌的抑制作用明顯，含大蒜提取物0.05 mL/g、大蒜渣5%或大蒜肥25%的土壤能抑制土傳病原菌大豆尖孢鐮刀菌在土壤中的定殖[17]。此外，大蒜中包括蒜素在內的化學物質對后茬作物具有化感作用，能夠促進后茬作物的生長[18-19]。

2 大蒜與蒜素的殺蟲、驅蟲作用

除了殺菌作用外，大蒜蒜素獨特的氣味還賦予了大蒜一定的殺蟲、防蟲效果。昆蟲的嗅覺是極其靈敏的化學監測器，能識別環境中特異的化學氣味分子。通過簡單的間作、套作，大蒜所散發的微量氣味即可起到降低田間病蟲害的作用。大蒜與小麥間作能夠降低麥田無翅蚜數量，提高有翅蚜數量，減輕蚜蟲對麥田的危害[20]。大蒜與白菜間作能夠減輕田間害蟲發生率，提高寄生性天敵的數量[21-22]。甘藍與大蒜間作，菜青蟲與菜蚜的種群數量分別下降了48.9%和35.6%，節肢動物群落的多樣性有所上升[23]。

大蒜研磨液作為生物農藥，用來防治病蟲害也有一定的效果。大蒜提取液及其5～15倍稀釋液對芒果花期的主要害蟲扁喙葉蟬Ioscopus incertus、花蕾蛆Contarinia citri Barnes、褐薊馬Scirtothrips mangiferae、茶黃薊馬Scirtothrips dorsalis均有顯著效果[24]。大蒜研磨液噴灑蚜蟲危害的白菜，使蚜蟲開始逃離，減輕危害[21]。大蒜尤其是研磨過的大蒜對倉儲害蟲玉米象與赤擬谷盜有明顯的趨避作用[25]。在封閉的環境中，利用熏蒸法，蒜素甚至能夠殺死玉米象Sitophilus zeamais、米象Tribolium castaneum、赤擬谷盜Tribolium castaneum、鋸谷盜Oryzaephilus surinamensis、銹赤扁谷盜Cryptolestes ferrugineus等多種倉儲害蟲[26-27]。王海平[28]研究表明，大蒜中蒜素的含量與對蒜蛆的抗性呈正相關，蒜素含量越高的大蒜抗蟲性越高。

目前，蒜素的殺蟲、驅蟲機理尚不完全清楚，為此，我們要加強對蒜素驅蟲機理進行研究，充分確定其對病蟲害的毒理學特性。

3 蒜素利用展望

蒜素對多種植物病原菌具有抗菌、殺菌作用，其特殊的氣味又能夠趨避害蟲，是一種具有廣譜抗性的生物農藥，具有良好的應用前景，但蒜素不穩定、不易儲存的特性，令其應用與研究受到一定的限制。根據蒜素開發的仿生農藥乙蒜素，是大蒜素的乙基同系物，是一種廣譜性殺菌劑，主要用于種子處理，也可稀釋噴霧，可單獨使用，也可與其他殺菌劑或殺蟲劑復配，增強防治效果。

轉基因技術是發揮蒜素抗病蟲害的生理功能的有效途徑，就是將蒜素合成途徑中的相關基因轉入到其他作物中，獲得具有合成蒜素能力的轉基因作物，從而獲得具有廣譜抗病蟲的作物。今后，要加強對蒜素合成途徑中關鍵基因的功能研究，明確蒜素合成的分子機制，為實現蒜素的異源表達打下基礎。

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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

國家轉基因生物新品種培育重大專項（2014ZX08003001-002-003）

張歡歡（1985-），男，山西陽城人，研究實習員，主要從事抗病蟲害相關生物技術研究工作。孫毅為通信作者。