植物精油在煙草病害防治中應(yīng)用研究進展

周挺張炳輝李春英肖順顧鋼

(1.福建省煙草公司煙草科學研究所，福建 福州 350003；2.福建農(nóng)林大學植物保護學院，福建 福州 350002)

煙草是我國重要的經(jīng)濟作物之一，病蟲危害對煙草的產(chǎn)量和品質(zhì)均造成較大影響，阻礙煙草產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。目前，煙草農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，化學防治仍然是病蟲害防治的重要手段之一。雖然以使用農(nóng)藥為主的病蟲害防控工作成效顯著，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全作出了突出貢獻，但人們要面對農(nóng)藥殘留、病原抗性以及環(huán)境污染的問題。

植物精油(Essential Oil，EOs)又稱揮發(fā)油、香精油，是一類植物次生代謝物質(zhì)，從芳香植物花、葉、莖枝、種子、果實、根或皮中提取，是具有揮發(fā)性、可隨水蒸氣蒸餾出來的油狀液體，具有殺菌、防腐等活性。來源不同的植物精油成分復雜，通常由萜烯類、芳香族、脂肪族和少量的含氮含硫化合物組成，各成分共同起殺菌作用，靶標不易產(chǎn)生抗性，也不易引起病原菌對殺菌劑的敏感性變化。因此，利用植物精油替代化學殺菌劑防治作物病害逐漸成為國內(nèi)外研究熱點。

本文系統(tǒng)歸納整理植物精油對煙草病害防治的研究進展，以期對煙草病害綠色防控有所啟發(fā)。

1 植物精油防病機理

植物精油種類繁多、成分復雜，活性成分不同，抑菌機理不盡相同，可以通過改變微生物形態(tài)、抑制孢子萌發(fā)及菌絲體生長、破壞細胞壁及細胞膜的功能、影響呼吸作用和能量代謝、阻礙核酸轉(zhuǎn)錄及蛋白質(zhì)合成等途徑抑制微生物生長，從而防治作物病害。

煙草疫霉(Phytophthora parasitica var.nicotianae)在迷迭香、薰衣草、香葉天竺葵、香茅草和羅勒等5種精油作用下，菌絲表面不再平滑，彎曲增多，部分菌絲結(jié)節(jié)出現(xiàn)膨脹，細胞結(jié)構(gòu)破壞，細胞膜受損，內(nèi)溶物外泄而出現(xiàn)空泡[1]。蒿屬植物茵陳蒿(Artemisia iwayomogi)精油作用于金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)細胞質(zhì)膜導致細胞質(zhì)膜破壞，物質(zhì)泄漏，細胞凋亡[2]。炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)在檳榔(Areca catechu)精油作用下，芽管的生長被嚴重抑制，菌體不能擴展，孢子萌發(fā)也被顯著抑制[3]。肉桂精油處理細菌后，使病原菌膜內(nèi)外ATP濃度改變，影響菌體正常代謝，抑制其生長[4]。釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)受Piper gaudichaudianum精油和苦橙花醇作用，誘導細胞產(chǎn)生活性氧自由基，引起單鏈DNA斷裂，同時抑制BER酶活性，妨礙DNA修復[5]。

2 植物精油在煙草病害防治中的研究

植物精油對煙草病害的防治已有較多研究，所涉及的對象主要集中于煙草青枯病(Ralstonia solanacearum)、煙草黑脛病(Phytophthora nicotianae)、煙草花葉病(Tobacco mosaic virus)和煙草赤星病(Alternaria alternate)等主要病害。

2.1 植物精油對煙草真菌病害的防治研究

Bowers[6]在接種煙草疫霉孢子的土壤中，加入含有丁香油、胡椒提取物和芥子油、肉桂提取物，以及合成肉桂油的配方水乳劑，處理土壤21d后，煙草疫霉的種群數(shù)量減少了98.4%～99.9%；35d后，含有10%胡椒提取物-芥子油配方、肉桂提取物以及合成肉桂油的水乳劑，對病害的防效達到93.0%～96.7%。盧敏[7]等采用菌絲生長抑制法和莖稈接種法，評價了檸檬草精油(lemongrass essential oil)對煙草黑脛病的體內(nèi)和體外抑菌活性，結(jié)果表明，體外條件抑菌效果最好，具有濃度梯度效應(yīng)，最低抑菌濃度為320μg·mL-1，體內(nèi)條件同時具有預防和治療效果，640μg·mL-1時相對誘導效果分別為81.93%和38.44%，與甲霜靈無顯著差異。陳永對[1]等采用2種方法測定了迷迭香、薰衣草、香葉天竺葵、香茅草和羅勒等5種精油對煙草疫霉的抑菌活性，菌絲生長法條件下，當精油濃度達到225μg·mL-1時，5種植物精油對煙草疫霉均有顯著的抑制作用，其中香茅草精油對煙草疫霉的抑制率達100%；熏蒸條件下，香茅草精油對煙草疫霉抑制的EC50值也最低，僅為53.0μg·mL-1。李超影[8]等采用菌絲生長速率法、孢子萌發(fā)法和濾紙片法，研究了艾蒿乙醇提取物及其萃取物對煙草病原菌的抑制作用，結(jié)果表明，對煙草疫霉、鏈格孢的菌絲生長、孢子萌發(fā)等均有較強的抑制作用。姚雷[9]等將肉桂精油、枯茗精油、檸檬草精油混配成制劑，對煙草黑脛病、赤星病、炭疽病的防效分別達81.2%、76.2%、62.2%。

2.2 植物精油對煙草細菌病害的防治研究

賴榮泉[10]等報道，大蒜乙醇提取物對煙草青枯病有明顯的控制效果，濃度為0.5·mL-1、0.4g·mL-1時，大田防治效果分別為71.30%，63.89%。商勝華[11]等研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度的大蒜提取液對煙草青枯菌均有一定的抑制效果，但只有在較高濃度下(≥1.5%)才能有較好的抑菌效果。姜雯婷[12]等測定了52種熱帶藥用植物乙醇提取物對煙草青枯病菌的抑菌效果，其中酒餅簕、許樹和光葉巴豆抑菌活性較強，濃度為100mg·mL-1時抑菌圈直徑分別為10.0mm、8.7mm、12.0mm，最小抑菌濃度分別為1.56mg·mL-1、3.31mg·mL-1和3.31mg·mL-1。楊若穎[13]等采用二倍稀釋法篩選了31種瑤藥提取物的抑菌活性，結(jié)果表明，在100mg·L-1的質(zhì)量濃度下，穿破石、獨腳風、貫眾等3種瑤藥提取物對煙草青枯菌具顯著的抑菌活性。崔偉偉[14]研究發(fā)現(xiàn)，茄科植物提取物東莨菪內(nèi)酯(Scopoletin)對煙草青枯菌雖無直接抑制作用，但可誘導煙株體內(nèi)苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性增強，可溶性蛋白含量增加，丙二醛(MDA)含量降低，煙株對青枯病的抗性增強，田間誘抗效果為28.73%，與核黃素(Riboflavin)混配使用有協(xié)同作用，誘抗效果34.98%。

2.3 植物精油對煙草病毒病的防治研究

植物精油對煙草病害的防治研究較多，部分對煙草致病微生物有抑制作用的植物精油如表1所示。

表1 部分對煙草致病微生物有抑制作用的植物精油

3 植物精油效果的提升途徑

雖然植物精油具有廣泛的抑菌作用，但植物精油作為油狀液體，難溶于水，易揮發(fā)，對溫度、紫外線等較敏感，在空氣中易分解，在低溫下易結(jié)晶[19,20]，而且植物精油成分存在不確定性，其有效成分含量常隨植物生長季節(jié)和地理環(huán)境而改變[21]。植物精油的這些不足使其應(yīng)用受到了極大的限制，應(yīng)從不同途徑提升植物精油的效果。

韓乾杰[22]研究發(fā)現(xiàn)，肉桂醛與香蘭素復合植物精油抑菌效果優(yōu)于單個植物精油，具有協(xié)同作用，將無抑菌作用的丁酸鈉與定肉桂醛、百里香酚和香蘭素復合，可明顯降低植物精油的使用量。張皓然[23]將百里香酚和香蘭素、百里香酚和肉桂醛，按1∶3比例復合時抑菌效果顯著優(yōu)于單獨使用，百里香酚和香蘭素與檸檬酸復合后均明顯提高對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌效果。Chung[2]利用蒿屬植物Artemisia iwayomogi精油與苯唑西林(Oxacillin)之間的協(xié)同作用，二者混合后擴大了對金黃色葡萄球菌不同菌株的抑制作用；Oliveira[24]利用立比草(Lippia sidoides)精油與羧甲基纖維素(carboxymethyl cellulose)混合后的協(xié)同作用，顯著降低了根霉(Rhizopus stolonifer)對草莓的危害程度。魏彥珍[25]探究了電輔助加熱法，改進茶樹油(TTO)傳統(tǒng)的自然揮發(fā)熏蒸法，更有效地發(fā)揮了防腐效果，還極大地減少TTO的用量。因此，可通過不同來源植物精油復配、植物精油與有機酸、抗生素、助劑復配，以及促進揮發(fā)等途徑來提升植物精油在病害防治中的效果。

4 展望

由于植物中的有效成分含量低、差異大，從植物中直接提取或生產(chǎn)天然產(chǎn)物，導致生產(chǎn)成本高，一定程度上限制了推廣使用。另外，植物精油成分具有不確定性，有效成分含量常隨植物生長季節(jié)和地理環(huán)境而改變。就此問題，可以開展微生物發(fā)酵法研究，實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，克服植物生長周期長、產(chǎn)品純化難、對生物資源造成破壞等問題。

單一成分的植物精油，施用于開放復雜的煙田生境，防病治病效果可能亞于密閉環(huán)境中的使用效果。因此，可以在現(xiàn)有地膜栽培條件下，開展地膜與納米膠囊聯(lián)合使用技術(shù)研究，持續(xù)發(fā)揮植物精油作用，提高防病治病效果。

盡管植物精油成分復雜，但抗菌譜可能十分有限，單一使用的效果可能不佳，而且環(huán)境條件也會影響抑病效果。目前植物精油多被作為一個整體進行研究，不同精油之間的相互作用研究較少。通常認為復合精油能提高殺菌效果，但也可能存在負向關(guān)系。因此，需要開展多種植物精油之間的協(xié)同作用，植物精油與有機物質(zhì)的協(xié)同作用或人工干預增效的技術(shù)研究。

隨著人們生活水平的提高，有機安全的卷煙制品必會受到人們的青睞。植物精油作為一種綠色、天然的控病材料將會有廣闊的應(yīng)用前景。雖然抑菌機理仍未徹底闡明，但隨著分析方法的不斷進步，人們對植物精油的認識將逐漸清晰，有助于植物精油在煙葉生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用。