薇甘菊化學成分對六種核桃病原真菌的抑菌活性

張 威，祁進康，李晉芳，胡世俊，閆曉慧

（西南林業大學，a.生物多樣性保護學院/云南省森林災害預警與控制重點實驗室；b.林學院/西南地區生物多樣性保育國家林業局重點實驗室，昆明 650233）

薇甘菊（Mikania micranthaH.B.K）是菊科假澤蘭屬植物，原產熱帶南美洲，已在世界上許多國家發生和分布。薇甘菊是一種危害性極大的農林雜草，由于其較強的攀援、繁殖擴散能力，可致使其他樹木枯死，素有“植物殺手”之稱，被列為世界上最具危害性的100 種外來入侵物種之一［1，2］。在中國，薇甘菊于1919 年在香港出現，后逐漸蔓延至華南其他地區。薇甘菊在其原產地被廣泛用作傳統民間草藥，可治療腳氣、皮膚瘙癢、蛇咬傷等疾病［3］，其次生代謝產物豐富，包括單萜、倍半萜、二萜、三萜、黃酮、甾體等多種結構類型［4］。已有研究表明薇甘菊粗提物具有抗菌、抗腫瘤、抗病毒等作用［5，6］；許華等［7］研究發現薇甘菊粗提物對黃瓜枯萎病菌等農業病原菌有一定的抑制效果；祝木金等［8］、郝彩琴等［9］研究發現，薇甘菊乙酸乙酯提取物對蘋果炭疽病、番茄灰霉病、小麥赤霉病等植物病原菌真菌菌絲的生長具有顯著的抑制作用。上述研究表明，薇甘菊粗提物具有抗植物病原真菌活性，而粗提物中具體的抗菌成分值得進一步研究。

核桃（Juglans regia）又稱胡桃，是一種世界性分布的重要“木本糧油”生態樹種。中國是核桃的產地之一，其種植面積和產量居世界前列。中國核桃產區普遍受到黑斑病、炭疽病及枯枝病等病害的危害［10-12］，嚴重影響核桃的品質和質量，且隨著中國核桃種植面積逐漸增加，病害發生日趨嚴重。核桃病害防治仍依賴化學藥劑，但隨著人們對綠色無污染食品的需求和生態環保意識的提高，植物源殺菌劑已成為核桃病害防治的重要發展方向之一。馮小飛等［13］、譚亞婷等［14］研究發現飛機草、小飛蓬、波斯菊等菊科植物提取物對核桃病原真菌的生長均有不同程度的抑制效果，發掘了菊科植物在植物源殺菌劑方面的潛能。

本研究采用平皿法，以6 種核桃病原真菌為篩選模型，通過活性追蹤不同溶劑萃取物對菌絲生長的抑制活性，發現抑制活性成分集中于乙酸乙酯萃取物中，進一步對該部分進行化合物的分離純化，并進行了分離化合物的抑菌活性研究。本研究將為薇甘菊的綜合開發利用提供新的依據，通過發掘薇甘菊在植物源殺菌劑方面的潛能，力求變廢為寶，變害為利，為薇甘菊的資源化利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與菌種

1.1.1 供試植物來源 薇甘菊地上部分于2016 年8月采自云南省騰沖市，由西南林業大學胡世俊副教授鑒定。

1.1.2 供試菌株來源 供試菌株由采自云南省楚雄市、大理白族自治州等地發病的核桃病理組織中分離得到，分別為炭疽菌（Colletotrichumsp.）、擬莖點霉（Phompsissp.）、葉點霉（Phyllostictasp.）、鏈格孢（Alternariasp.）、殼二孢（Ascochytasp.）及殼梭孢（Fusicoccumsp.），均由西南林業大學生命科學學院陳玉惠教授提供。

1.2 儀器與試劑

1.2.1 儀器 N-1100 型旋轉蒸發儀，上海愛朗儀器有限公司；DL-1 型萬用電爐，天津市賽得利斯實驗分析儀器制造廠；正相色譜硅膠，青島海洋化工廠；ZF-6 型三用紫外分析儀，上海嘉鵬科技有限公司；WPL-230BE 型恒溫電熱培養箱，天津市泰斯特儀器有限公司；無菌超凈工作臺，蘇凈集團蘇州安泰空氣技術有限公司；自動壓力蒸汽滅菌器，致微（廈門）儀器有限公司；Bruker DRX 500 型核磁共振波譜儀，瑞士布魯克公司。

1.2.2 試劑 多菌靈，四川國光農化股份有限公司；MCI 小孔樹脂、40~70 μm 葡聚糖凝膠Sephadex LH-20，瑞典Amersham Pharmacia Biotech AB 公司；工業純硫酸、分析純乙醇、二甲基亞砜（DMSO）均購于云南楊林汕滇藥業有限公司；石油醚、乙酸乙酯、正丁醇、丙酮、三氯甲烷、甲醇、乙腈均購于昆明鍇泰納工貿有限公司；氘代氯仿、氘代丙酮均購于美國Cambridge Isotope Laboratories 公司。

1.3 提取與分離

稱取薇甘菊地上部分13.50 kg，風干粉碎，甲醇回流提取3 次，每次2 h，合并提取液，減壓濃縮得到甲醇提取物浸膏，水溶解后依次用石油醚、乙酸乙酯、正丁醇萃取，分別減壓濃縮后得到石油醚萃取物300.00 g、乙酸乙酯萃取物120.15 g 和正丁醇萃取物213.00 g。活性測定結果表明，乙酸乙酯萃取物對核桃病原菌的抑制活性較好，因此進一步對乙酸乙酯萃取物的化學成分進行活性追蹤。乙酸乙酯萃取物用丙酮溶解后，經硅膠柱層析，依次用石油醚-丙酮（1∶0~0∶1，V/V）梯度洗脫，濃縮得到5 個餾分：Fr1（1.76 g）、Fr2（1.94 g）、Fr3（2.34 g）、Fr4（26.58 g）和Fr5（19.40 g）。Fr3 經MCI 色譜柱10%~95%甲醇溶液分離后，經葡聚糖凝膠色譜柱（三氯甲烷∶甲醇=1∶1，V/V）純化后重結晶析出白色針晶，為化合物1（131.90 mg）；Fr4 經MCI 色譜柱10%~95%甲醇溶液分離后，采用硅膠柱色譜分離，以氯仿-丙酮（1∶0~0∶1，V/V）洗脫，分成7 個亞部分，為Fr4-1 至Fr4-7，其中，Fr4-1 經重結晶析出白色不規則晶體，為化合物2（171.20 mg）；Fr4-3 經葡聚糖凝膠色譜柱（三氯甲烷∶甲醇=1∶1，V/V）純化為黃色不定形粉末，為化合物4（60.00 mg）；Fr4-4 經液相色譜柱乙腈∶水（50∶50，V/V）分離純化為白色針狀結晶，為化合物3（93.00 mg）；Fr5 經MCI 色譜柱10%~95%甲醇溶液分離后，經葡聚糖凝膠色譜柱（三氯甲烷∶甲醇=1∶1，V/V）純化后重結晶析出淡黃色針狀晶體，為化合物5（19.50 mg）。

1.4 薇甘菊化學成分抑菌活性測定

精確稱取供試粗提物及化合物，采用二甲基亞砜將提取物配制成100.0 mg/mL，化合物配制成2.0 mg/mL 的母液，過濾除菌后于4 ℃冰箱保存備用。采用平皿法［15］測定薇甘菊甲醇提取物、不同萃取物及分離得到5 個化合物的抑菌活性。PDA 培養基滅菌后冷卻至50 ℃以下，準確吸取一定量母液加入培養基中，粗提物稀釋至1 mg/mL，單體化合物稀釋至100 μg/mL 迅速搖勻倒平板，冷卻后制成含藥平板。用打孔器在供試菌種邊緣打直徑為4 mm 的菌餅，用鑷子將菌餅接入平板中央，每皿放置1 個菌餅，將處理好的培養皿置于28 ℃的電熱恒溫培養箱培養，每個處理重復3 次。根據式（1）和式（2）計算菌絲生長抑制率。

1.5 薇甘菊化學成分毒力測定

將薇甘菊提取物母液加入熔化冷卻至50 ℃的PDA 培養基，混勻，制備提取物含量為0.25、0.50、1.00、2.00 mg/mL 的PDA 平板；同樣，制備單體化合物濃度為25、50、100、200 μg/mL 的PDA 平板，以加入等梯度的等體積DMSO 為對照，每個處理共5 個重復，接種與培養方式同“1.4”。采用幾率值分析法，以藥劑質量濃度對數為橫坐標（x），抑菌活性概率為縱坐標（y），采用數據軟件繪制毒力曲線，求得毒力回歸方程和相關系數，計算EC50，對不同粗提物、化合物的毒力大小進行比較。

1.6 數據處理

數據均采用Excel 2010 軟件進行統計，運用SPSS 17.0 軟件（One-Way ANOVA，Duncan post hoc testP＜0.05）進行多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 化合物結構鑒定

化合物1：白色針狀結晶；ESI+MS：m/z412［M+H］+，確定分子質量為412 u；分子式為C29H48O；1H NMR（CDCl3，500 MHz）δ：5.35（1H，m，-OH），5.14（1H，m，H-22），5.01（1H，m，H-23），3.52（1H，m，H-3），1.02（3H，s，H-21），1.00（3H，s，H-19），0.80（3H，d，J=7.6 Hz，H-29），0.78（3H，d，J=11.5 Hz，H-27），0.67（3H，d，J=9.2 Hz，H-18）；13C NMR（CDCl3，500 MHz）δ：36.1（d，C-1），36.5（d，C-2），71.8（d，C-3），42.3（t，C-4），140.8（s，C-5），121.7（d，C-6），31.9（q，C-7），31.7（t，C-8），50.2（d，C-9），37.3（t，C-10），21.2（t，C-11），40.5（s，C-12），42.2（t，C-13），56.9（d，C-14），24.4（t，C-15），29.0（t，C-16），56.0（d，C-17），12.1（q，C-18），19.4（q，C-19），39.7（s，C-20），21.1（q，C-21），138.4（d，C-22），129.3（d，C-23），51.3（d，C-24），29.7（t，C-25），21.1（t，C-26），19.0（q，C-27），25.4（t，C-28），12.3（q，C-29）。上述數據與文獻［16］報道基本一致，故鑒定化合物1 為豆甾醇。

化合物2：白色不規則晶體；ESI+MS：m/z291［M+H］+，確定分子質量為290 u；分子式為C15H14O6；1H NMR（CD3COCD3，500 MHz）δ：7.62（1H，d，J= 1.8 Hz，H-3），6.24（2H，d，J= 3.6 Hz，H-13），4.48（1H，dd，J= 3.1，6.0 Hz，H-6），2.28（1H，d，J= 16.9 Hz，H-1），2.25（2H，dd，J=11.0，2.5 Hz，H-9），1.12（3H，s，H-14）；13C NMR（CD3COCD3，500 MHz）δ：58.4（d，C-1），56.3（d，C-2），50.8（d，C-3），130.9（s，C-4），149.3（d，C-5），84.3（d，C-6），51.1（d，C-7），77.4（d，C-8），43.7（t，C-9），57.9（s，C-10），139.6（s，C-11），168.2（s，C-12），122.2（t，C-13），21.6（q，C-14），171.3（s，C-15）。上述數據與文獻［17-19］報道基本一致，故鑒定化合物2 為薇甘菊內酯。

化合物3：白色針狀結晶；ESI+MS：m/z299［M+ Na］+，確定分子質量為276 u；分子式為C15H16O5；1H NMR（CD3COCD3，500 MHz）δ：7.78（1H，brs，H-5），5.44（1H，brs，H-6），4.81（1H，m，H-8），3.49（2H，d，J= 1.5 Hz，H-2），1.15（3H，s，H-14）；13C NMR（CD3COCD3，500 MHz）δ：61.9（d，C-1），23.7（t，C-2），22.3（t，C-3），149.6（d，C-5），82.8（d，C-6），50.7（d，C-7），78.5（d，C-8），44.3（t，C-9），57.3（s，C-10），133.1（s，C-11），138.8（s，C-12），22.2（t，C-12），172.6（s，C-13），20.5（q，C-14），168.4（s，C-15）。上述數據與文獻［20］報道基本一致，故鑒定化合物3 為去氧薇甘菊內酯。

化合物4：黃色不定形粉末；ESI+MS：m/z353［M + Na］+，確定分子質量為330 u；分子式為C17H14O6；1H NMR（CDCl3，500 MHz）δ：8.54（2H，dd，J=8.8，8.8 Hz，H-2′，6′），6.77（1H，s，H-8），3.98（3H，s，7-OCH3），3.86（3H，s，6-OCH3）；13C NMR（CDCl3，500 MHz）δ：123.8（d，C-1′），148.1（s，C-2），130.7（d，C-2′，6′），138.0（s，C-3），116.5（d，C-3′，5′），177.6（s，C-4），159.3（s，C-4′），152.7（s，C-5），132.4（s，C-6），161.0（s，C-7），91.2（d，C-8），152.5（s，C-9），105.8（S，C-10），56.4（q，6-OCH3），60.7（q，7-OCH3）。上述數據與文獻［21］報道基本一致，故鑒定化合物4 為異澤蘭素。

化合物5：淡黃色針狀結晶；ESI+MS：m/z339［M + Na］+，確定分子質量為316 u；分子式為C16H12O7；1H NMR（CD3COCD3，500 MHz）δ：7.49（1H，dd，J= 2.2，7.7 Hz，H-6′），7.46（1H，d，J= 2.3 Hz，H-2′），6.98（2H，d，J=8.3 Hz，H-3′，5′），6.59（1H，s，H-8），6.57（1H，s，H-3），3.86（3H，s，6-OCH3）；13C NMR（CD3COCD3，500 MHz）δ：123.8（s，C-1′），165.2（s，C-2），114.1（d，C-2′），103.6（d，C-3），146.4（s，C-3′），183.5（s，C-4），150.0（s，C-4′），154.0（s，C-5），116.6（d，C-5′），132.1（s，C-6），120.1（d，C-6′），157.5（s，C-7），94.6（d，C-8），153.9（s，C-9），105.7（s，C-10），60.6（q，6-OCH3）。上述數據與文獻［22］報道基本一致，故鑒定化合物5 為澤蘭黃酮。

化合物1 至化合物5 的化學結構如圖1 所示。

圖1 化合物1 至化合物5 的化學結構

2.2 薇甘菊粗提物的抑菌活性

采用平皿法測定了薇甘菊粗提物對6 種核桃病原真菌的菌絲生長抑制活性，結果見表1。由表1 可知，薇甘菊甲醇提取物、正丁醇萃取物、乙酸乙酯萃取物和石油醚萃取物對葉點霉均表現出一定的抑菌活性，抑菌率為17.82%~40.59%，其中，正丁醇萃取物對葉點霉的抑菌作用最強，顯著高于其他粗提物；正丁醇萃取物、乙酸乙酯萃取物和石油醚萃取物對炭疽菌均表現出一定的抑菌活性，其中，乙酸乙酯萃取物對炭疽菌的抑菌作用最強，抑制率高達40.00%，顯著高于其他粗提物；甲醇提取物對炭疽菌無抑菌活性；薇甘菊各粗提物對鏈格孢的抑菌活性差異顯著，其中，甲醇提取物對鏈格孢的抑菌作用最強，顯著高于其他粗提物，石油醚萃取物對鏈格孢的抑菌作用最差；各粗提物對殼梭孢的抑菌活性均較弱，抑菌率為0.39%~21.82%；甲醇提取物對擬莖點霉的抑菌作用最強，正丁醇萃取物對擬莖點霉無抑菌活性。上述結果表明，薇甘菊對供試6 種核桃病原菌的抑菌活性成分主要集中在乙酸乙酯萃取物中，因此，對乙酸乙酯萃取物的抑菌成分進行研究。

表1 薇甘菊提取物對6 種核桃病原菌的抑菌活性（單位：%）

2.3 薇甘菊粗提物對供試病原菌的毒力

對核桃病原真菌菌絲生長抑制活性的初篩結果表明，薇甘菊乙酸乙酯萃取物和正丁醇萃取物對供試病原菌表現出明顯的抑制作用。進一步用濃度梯度法測定不同濃度的乙酸乙酯萃取物、正丁醇萃取物分別對炭疽菌、葉點霉菌絲生長的抑制活性，并建立濃度與抑制活性的回歸方程，分析2 種萃取物對2種核桃病原真菌的毒力。由圖2、表2 可知，不同濃度薇甘菊乙酸乙酯萃取物和正丁醇萃取物對供試病原菌的抑制率差異顯著。在濃度為2.00 mg/mL 時，薇甘菊乙酸乙酯萃取物對炭疽菌菌絲生長的抑制率可達63.89%，EC50為1.250 00 mg/mL；正丁醇萃取物對葉點霉菌絲生長的抑制率為53.85%，EC50為1.660 000 mg/mL。毒力測定以多菌靈為陽性對照，其對炭疽菌的EC50為0.000 78 mg/mL，對葉點霉的EC50為0.000 49 mg/mL，毒力均高于薇甘菊萃取物。

表2 薇甘菊粗提物對供試菌株的相對毒力

圖2 不同濃度萃取物對供試菌株的抑制效果

2.4 化合物對供試病原菌的抑菌活性

從抑菌活性較好的乙酸乙酯萃取物分離純化，得到5 個量大的化合物，以這5 個化合物為供試化合物，測定其對6 種核桃病原真菌菌絲生長的抑制活性。結果（表3）表明，不同化合物對各病原真菌菌絲生長抑制率之間的差異顯著，5 個化合物具有較廣譜的抑菌活性。5 個化合物對殼梭孢均表現出一定的抑菌活性，菌絲生長抑制率為12.26%~59.77%，其中，化合物2 對殼梭孢的抑制作用最強，化合物3次之；5 個化合物對擬莖點霉均表現出不同程度的抑菌活性，其中，化合物2 對擬莖點霉的抑制作用最強，抑制率高達62.65%，顯著高于其他化合物，其次為化合物3。各化合物對殼二孢、葉點霉、炭疽菌、鏈格孢的抑菌活性強弱表現為化合物2＞化合物3＞其他3 個化合物（化合物1、化合物4、化合物5）。表明化合物2 和化合物3 對6 種核桃病原菌均表現出較好的抑菌作用，對擬莖點霉菌絲生長抑制作用較強。

表3 化合物對6 種核桃病原真菌的抑菌活性（單位：%）

2.5 化合物對供試病原菌的毒力分析

進一步以抑菌活性較好的3 個量大的化合物2、化合物3、化合物5 為供試化合物，測定其對核桃病原真菌的抑菌毒力，結果（圖3、表4、圖4）表明，不同化合物對核桃病原真菌的毒力存在顯著差異，且隨著濃度的增加，5 個化合物的抑制效果均有所提高。在濃度為200 μg/mL 時，化合物2、化合物3 和化合物5 對擬莖點霉的菌絲生長抑制率分別為71.33%、72.00%、53.00% μg/mL，EC50分別為60.62、89.13、190.55 μg/mL，毒力測定以多菌靈為陽性對照藥劑，其對擬莖點霉的EC50為0.08 μg/mL，3 個化合物對擬莖點霉的毒力顯著低于陽性對照。在濃度為200 μg/mL 時，化合物2、化合物3 對殼梭孢菌絲生長抑制率分別為72.84%、71.60%，EC50分別為43.65、61.66 μg/mL；化合物2 對葉點霉、殼二孢、炭疽菌菌絲生長均表現出較好的抑制作用，抑制率為53.06%~60.67%，其EC50分別為218.78、144.54、138.04 μg/mL，毒力測定以多菌靈為陽性對照，其對葉點霉的EC50為0.49 μg/mL，對殼二孢的EC50為0.07 μg/mL，對殼梭孢的EC50為14.79 μg/mL，對炭疽菌的EC50為0.78 μg/mL，對擬莖點霉的EC50為0.08 μg/mL，毒力均高于從薇甘菊乙酸乙酯提取物中分離的3 個化合物。

表4 化合物對供試菌株的相對毒力

3 小結與討論

本研究對薇甘菊粗提物及從中分離的化合物的抑菌活性進行測定，結果表明，薇甘菊粗提物及其化合物對供試的6 種核桃病原真菌菌絲生長都有一定的抑制作用，且呈明顯的劑量效應，隨著粗提物、化合物濃度升高，抑菌率也相應增大。研究發現，薇甘菊對供試6 種核桃病原菌的抑菌活性成分主要集中在乙酸乙酯萃取物中，可能是由于抑制核桃病原真菌的活性成分極性與乙酸乙酯極性相似。該萃取物經多種柱層析技術分離純化得到5 個化合物，比較發現，化合物2 和化合物3 能夠有效抑制擬莖點霉、殼梭孢病原菌，抑制率為52.85%~62.65%，進一步測定了化合物2、化合物3、化合物5 對幾種核桃病原真菌的抑菌毒力，化合物2（薇甘菊內酯）對擬莖點霉的EC50為60.62 μg/mL，對殼梭孢的EC50為43.65 μg/mL；化合物3（去氧薇甘菊內酯）對擬莖點霉的EC50為89.13 μg/mL、對殼梭孢的EC50為61.66 μg/mL，該結果與已報道的吉瑪烷型倍半萜內酯類化合物薇甘菊內酯、去氧薇甘菊內酯具有抗菌作用相吻合［23］。祝木金等［8］、郝彩琴等［9］研究發現，薇甘菊乙酸乙酯提取物對多種植物病原真菌菌絲的生長具有顯著的抑制作用。董麗梅［24］研究發現薇甘菊中的單體化合物主要為倍半萜和二萜類化合物，并且發現吉瑪烷型倍半萜內酯對植物病原細菌青枯假單胞菌和萎蔫短小桿菌的抑制活性顯著。馬秋等［25］研究發現薇甘菊中吉瑪烷型倍半萜類化合物薇甘菊內酯和二氫薇甘菊內酯對綠膿桿菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌等表現出抑菌作用。莊世宏等［26］從薇甘菊中分離得到4 種抑菌活性物質，包括去氧薇甘菊內酯、二氫薇甘菊內酯、豆甾醇和β-谷甾醇，發現去氧薇甘菊內酯和二氫薇甘菊內酯對小麥紋枯病菌、辣椒疫霉病菌和棉花立枯病菌的菌絲生長抑制作用較強。綜上所述，推測薇甘菊抑菌活性成分主要為倍半萜類化合物，本研究發現薇甘菊內酯、去氧薇甘菊內酯對6 種核桃病原菌的抑制效果較其他3 個化合物顯著，與上述研究結果中倍半萜類物質具有較強的生物活性一致，進一步豐富了薇甘菊的抑菌生物活性譜，發掘了薇甘菊在植物源抑菌藥物方面的潛能。

本研究發現，從薇甘菊乙酸乙酯萃取物中分離到的薇甘菊內酯、去氧薇甘菊內酯對擬莖點霉、殼梭孢、殼二孢、葉點霉、炭疽菌及鏈格孢6 種核桃病原真菌的菌絲生長都表現出了一定的抑制活性，說明這2 個化合物對上述6 種病原真菌的菌絲體生長造成一定的影響，阻礙其在培養基上的正常生長。本研究明確了活性化合物的結構和種類，為核桃病原菌的防治提供了參考，也為薇甘菊的資源化利用提供新的依據。