劉曉云，徐勇，田世平,3，陳彤,3*

（1.中國科學(xué)院植物研究所，北方資源植物重點實驗室，北京100093；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部果品采后處理重點實驗室，北京100049）

1 竹類資源的應(yīng)用現(xiàn)狀

竹是多年生常綠禾草類植物，屬禾本科（Poaceae）竹亞科（Bambusoideae），作為重要的森林資源廣泛分布于熱帶、亞熱帶、暖溫帶地區(qū)。我國是世界上最主要的竹材生產(chǎn)國，竹林面積達(dá)到720萬hm2，約占世界竹類資源總量的30%，其種類、面積、產(chǎn)量均居世界之首[1]。在森林資源日益減少、木材稀缺的今天，竹類資源正發(fā)揮著越來越重要的作用。竹葉具有清熱解毒、利尿及止血的功效；竹實可益氣輕身，有助于消化；竹茹主治溫氣寒熱等癥；竹筍可鮮食或加工，作為藥膳資源在我國有著悠久的應(yīng)用歷史；竹材廣泛用于建筑、造紙和制造業(yè)等。然而，竹材利用后的下腳料和碎屑等廢棄物占整株生物量的60%以上，往往被丟棄、掩埋或焚燒，不僅造成環(huán)境污染，也是對竹類資源的極大浪費[2-3]。因此，開發(fā)和利用竹類資源至關(guān)重要，而提高竹材的利用率，特別是對其次生代謝物質(zhì)的功能挖掘和利用，已經(jīng)成為迫切需要解決的問題。

2 竹材次生代謝產(chǎn)物的種類

近年來，大量研究發(fā)現(xiàn)，新鮮竹材中含有豐富的次生代謝產(chǎn)物，包括黃酮類、酚酸類、多糖、氨基酸、肽類、揮發(fā)性物質(zhì)等多種活性成分[4-5]，其中黃酮類[6]、酚酸類[7-9]和多糖[10]物質(zhì)含量較高，這些次生代謝產(chǎn)物為植物源活性成分的提取、功能分析和應(yīng)用提供了重要資源。目前，常用的竹材次生代謝產(chǎn)物提取方法為乙醇冷浸提取法，而分離方法主要包括大孔樹脂柱分離、葡聚糖凝膠柱分離、高效液相色譜分離，其結(jié)構(gòu)鑒定主要依靠核磁共振、氫譜、碳譜、不失真極化轉(zhuǎn)移增強(qiáng)法、質(zhì)子檢測遠(yuǎn)程1H-13C異核相關(guān)譜、質(zhì)子檢測異核單量子相干譜等[11]。由于篇幅限制和研究側(cè)重，本文未對竹材次生代謝產(chǎn)物分離提取方法進(jìn)行深入介紹。

2.1 黃酮類化合物

黃酮類化合物是一大類天然產(chǎn)物，是許多藥用植物中的有效成分。研究顯示，黃酮具有優(yōu)良的抗自由基、抗氧化[12]、抗菌等生物學(xué)功效[13]。研究人員利用紫外光譜、核磁共振等方法對麻竹（Dendrocalamus latiflorus）竹葉中的黃酮類化合物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)鑒定，發(fā)現(xiàn)其中4 種主要黃酮成分為牡荊苷[14-15]、蘆丁、山萘酚-3-O-β-D-蕓香糖苷、山萘酚-3-O-β-D-葡萄糖基（1-2)-α-L-鼠李糖苷[16-17]。而在越南巨竹（D.yunnanicus）竹葉中分離和鑒定到的黃酮組分為牡荊苷、3’4’，7-三羥基黃酮、木犀草素、芹菜黃素7-O-糖苷及含有4’-OH 黃酮類結(jié)構(gòu)的一種新組分，并且研究發(fā)現(xiàn)竹葉總黃酮含量為2.32%[18]。QIU 等采用50%乙醇對唐竹（Sinobambusa tootsik）竹葉進(jìn)行提取，經(jīng)H103 大孔樹脂吸附和解吸后進(jìn)行高效液相色譜法（high performance liquid chromatography,HPLC）和超高效液相色譜-光電二極管陣列檢測-串聯(lián)四級桿-飛行時間質(zhì)譜（ultra performance liquid chromatographyphotodiode-array detector-quadrupole time-of-flighttandem mass spectrometry,UPLC-DAD-QTOF-MS）分析發(fā)現(xiàn)，提取物中含有高濃度的木犀草素、芹菜素及其糖基化衍生物[19]。SUN等采用乙醇-勻漿萃取法對毛竹（Phyllostachys pubescens）竹葉中的總黃酮進(jìn)行了提取，并借助高效液相色譜法定量測定了黃酮類化合物的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，竹葉黃酮提取物中主要含有葒草苷、異葒草苷、牡荊素與異牡荊素4種黃酮類化合物[20]。由此可見，盡管竹材中富含黃酮類化合物，但不同品種竹材及同種竹材的不同部位，其黃酮的種類和含量差異顯著[21-22]。

2.2 酚酸類化合物

酚酸類物質(zhì)，特別是羥基肉桂酸類酚酸，是植物細(xì)胞壁合成木質(zhì)素的前體，廣泛分布于禾本科植物的細(xì)胞壁中。作為具有多種生物活性的次生代謝產(chǎn)物，此類物質(zhì)在控制細(xì)胞壁完整性、維持細(xì)胞形態(tài)、抵御病原菌入侵方面具有顯著作用[23-24]。

竹中含有多種酚酸類化合物，主要包括對香豆酸、沒食子酸、阿魏酸、肉桂酸、咖啡酸、綠原酸和茶多酚類化合物等。黃曹興等采用2步中度堿水解和2 步酸水解法，定量分析了P.pubescens 竹青與竹黃細(xì)胞壁中阿魏酸和對香豆酸的含量，結(jié)果表明：竹青細(xì)胞壁中阿魏酸和對香豆酸含量分別為3.08%和5.91%，而竹黃細(xì)胞壁中阿魏酸和對香豆酸含量分別為3.11%和5.51%[25]。蔣乃翔等采用三氯化鐵-鐵氰化鉀比色法，分別測定了1、3、5、7 年生4 個不同竹齡的P.pubescens 細(xì)胞壁總酚酸含量，結(jié)果顯示：不同竹齡的P.pubescens細(xì)胞壁中均含有沒食子酸、阿魏酸、肉桂酸和咖啡酸，且4種酚酸類物質(zhì)的總含量以及沒食子酸、阿魏酸和咖啡酸的含量隨竹齡增長而增加[26]。VAN NGUYEN 等發(fā)現(xiàn)，山白竹（Sasa albo-marginata）提取物的酸類和酚類組分均表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗菌活性，并且通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS）分析共鑒定到30 種酸類和酚類化合物，主要包括乙酸、丙酸、水楊酸、3-羥基苯甲酸、鄰茴香酸、愈創(chuàng)木酚、4-乙基苯酚和4-乙烯基苯酚等，這些成分在抗菌活性的形成中起著重要作用[27]。此外，時海燕等發(fā)現(xiàn)，淡竹（Lophatherum gracile）竹葉中含有較高濃度的綠原酸，同時還建立了高效分離和測定L.gracile竹葉中綠原酸含量的方法[28]。

2.3 多糖

多糖廣泛存在于自然界的植物中，同樣是多種植物源藥物中的有效成分。竹材中的多糖具有多種生物活性，但多糖成分和含量因竹品種不同而存在差異。其中，阿拉伯糖、木糖、葡萄糖、半乳糖是構(gòu)成竹材中多糖的主要成分。研究人員通過乙酰化衍生法和氣相色譜法分析發(fā)現(xiàn)，P.pubescens竹葉中的多糖主要由鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖組成[29-30]。

2.4 其他小分子物質(zhì)

竹材中還含有較多的氨基酸、肽類、揮發(fā)性物質(zhì)等小分子化合物。氨基酸總量因竹材品種、竹齡和產(chǎn)地不同而存在顯著差異。其中，含量相對較高的2 種氨基酸為天冬氨酸和谷氨酸。在相同品種中，竹瀝中的氨基酸含量明顯高于竹葉及竹枝[31]。研究發(fā)現(xiàn)，桂竹（P.bambusoides）和P.pubescens 竹葉中δ-羥基賴氨酸的含量分別占氨基酸總量的1.33%和1.40%。此外，路波等[32]采用酸水解法分離出苦竹（Pleioblastus amarus）竹葉中17 種常見的氨基酸，其中谷氨酸含量最高，約占氨基酸總量的13.56%。劉冰等從秦嶺大熊貓主食竹中檢測到7種人體必需氨基酸，約占氨基酸總量的42.32%[33]。此外，竹材中揮發(fā)性物質(zhì)的含量和組成同樣因品種而異，醇、酮、醛、酚、羧酸及呋喃等化合物為竹葉中主要的揮發(fā)性物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，竹葉揮發(fā)油中的主要化學(xué)成分為3-甲基-2-丁醇，其他成分包括4-乙烯基-2-甲氧基-苯酚、己-2-烯醛、橙花叔醇、植物醇、苯乙醛、天竺葵醛、植酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯和異植物醇等[34]。JIN等采用水蒸氣蒸餾法提取P.pubescens中的揮發(fā)性油類組分，并采用GC-MS進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)其中含有較多的順-3-己醇，精油中醇類化合物的相對含量為39.8%～46.64%[35]。

3 竹材次生代謝產(chǎn)物在果蔬采后病害控制與保鮮中的作用

新鮮果蔬是人類膳食結(jié)構(gòu)的重要組分，為人類提供豐富的營養(yǎng)[36]。我國果蔬種植面積和產(chǎn)量均居世界第一，然而由于衰老、病原菌侵染和采后處理措施不當(dāng)造成的采后品質(zhì)劣變和腐爛損失仍然非常嚴(yán)重[37-39]。此外，鮮切果蔬含水量高，且為弱酸性，極易受到大腸埃希菌（Escherichia coli）、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）等病原菌侵染。竹材中含有豐富的黃酮、酚酸等多種次生代謝產(chǎn)物，可以作為有效的生物保鮮資源用于果蔬保鮮[23,40]。

竹材提取物對果蔬生產(chǎn)、銷售各個環(huán)節(jié)中的主要病原菌均表現(xiàn)出較好的抑制效果。大量研究表明，竹葉提取物對鏈格孢菌（Alternaria alternata）、灰霉菌（Botrytis cinerea）、青霉菌（Penicillium spp.）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、蠟樣芽孢桿菌（Bacillus cereus）[41]、番茄青枯菌（Ralstonia solanacearum）、蘋果腐爛菌（Valsa mali Miyabe et Yamada）、蘋果炭疽菌（Colletotrichum gloeosporioides）[42]的生長均具有一定的抑制效果[43]。操海群等評價了P.pubescens提取物對C.gloeosporioides 生長的影響，發(fā)現(xiàn)其乙酸乙酯提取物對C.gloeosporioides 的抑制率可達(dá)89.23%，進(jìn)一步通過硅膠柱層析結(jié)合GC-MS 分析顯示，其中的酚類化合物為主要的活性抑菌成分[44]。MORI等研究發(fā)現(xiàn)，毛竹（P.heterocycla f.pubescens）竹葉提取物對造成獼猴桃潰瘍病的丁香假單胞菌（Pseudomonas syringae pv.actinidiae biovar 3）具有顯著的抑制效果；與乙醇提取物相比，熱蒸汽提取物對P.syringae pv.actinidiae biovar 3、B.cinerea 等病原菌的生長表現(xiàn)出更好的抑制效果，并且這種抑制作用在很大程度上依賴于提取終產(chǎn)物的pH[45]。LIN 等在以毛竹（P.heterocycla）為材料制備竹醋的過程中發(fā)現(xiàn)，制備的氣體組分能夠快速、顯著地抑制黑曲霉（Aspergillus niger）、毛霉（Mucor sp.）和青霉（Penicillum sp.）的生長[46]。P.pubescens的乙醇提取物對 C.gioeosporioides、辣椒疫霉病菌（Phytophthora capsici）的菌絲生長抑制率分別為75.12%和60.66%，而對蘋果輪紋病菌（Physalospora piricola Nose）、梨黑心病菌（Fusicladium plrinum）和B.cinerea的菌絲抑制率均小于50%；進(jìn)一步的薄層分析顯示，反式對羥基肉桂酸為上述毛竹提取物中重要的抑菌活性成分[47]。李惠珍等以濃度為2%～3%的竹葉提取液處理福橘（Citrus auranitium）和青香蕉蘋果（Malus pumila Mill.）發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，竹葉提取液能夠明顯延長果實貯藏時間，減輕重量損失，降低自然腐爛率，較好地保持果實品質(zhì)；此外，竹葉提取液還能夠有效防止蘋果汁、麥芽汁、馬鈴薯汁和橘子汁變質(zhì)[48]。

3.1 黃酮類化合物在果蔬采后病害控制與保鮮中的作用

竹葉黃酮具有較強(qiáng)的抑菌作用，能有效抑制造成鮮切果蔬產(chǎn)品污染的E.coli、S.aureus、B.subtilis等病原菌生長[49]。楊洋等發(fā)現(xiàn)，木犀草素能夠抑制S.aureus和B.subtilis的生長，并且抑制作用表現(xiàn)出顯著的劑量依賴效應(yīng)，比相同濃度的山梨酸和亞硝酸鈉抑菌活性更強(qiáng)[50]。檀星等利用平板計數(shù)法和抑菌圈法分析了油竹（Bambusa surrecta）筍干黃酮對S.aureus、B.subtilis、Rhizopus spp.、Mucor spp.生長的影響，發(fā)現(xiàn)酸性環(huán)境能夠顯著提高上述黃酮組分的抑菌效果[51]；而25 mg/mL 竹葉黃酮能夠抑制A.niger的生長[52]。王敏等研究表明：富含黃酮類物質(zhì)的竹葉提取物能夠有效降低蘋果在儲藏期間的失重率，延緩果實褐變，同時減緩抗壞血酸和可滴定酸含量的變化；當(dāng)竹葉提取物質(zhì)量濃度達(dá)到0.5 mg/mL時，其對果實的保鮮效果最佳[53]。木犀草素及其衍生物對細(xì)胞氧化脅迫環(huán)境的緩解可能與超氧化物歧化酶（superoxide diamutase,SOD）和過氧化物酶（peroxidase,POD）的活性或者線粒體膜的完整性有關(guān)[54]。鑒于其顯著的抑菌和抗氧化作用，木犀草素具有很好的應(yīng)用前景。

3.2 酚酸類化合物在果蔬采后病害控制與保鮮中的作用

對許多化合物結(jié)構(gòu)分析表明，大部分具有自由基清除作用的類黃酮均為天然酚類物質(zhì)[43,55]?；瘢≒.edulis）竹葉在70%乙醇提取物中的主要成分為綠原酸及其衍生物[55]。林學(xué)政等[56]詳細(xì)研究了綠原酸對立枯絲核菌（Rhizoctonia solani）、茄鏈格孢菌（Alternaria solani）、葫蘆刺盤孢（Colletotrichum lagenarium）、尖孢鐮孢菌（Fusarium oxysporum）、大麗輪枝菌（Verticillium dahliae）、B.cinerea 等病原真菌孢子萌發(fā)的影響，并檢測了其對黃瓜枯萎病和辣椒疫病的防治效果，發(fā)現(xiàn)綠原酸能有效抑制上述病原真菌在體外條件下的孢子萌發(fā)，造成P.capsici和C.lagenarium 的孢子萌發(fā)明顯異常，而其只有在較高濃度時才能延長B.cinerea孢子的萌發(fā)時間；盆栽防治和大棚試驗表明，綠原酸能有效控制辣椒疫病和黃瓜枯萎病的發(fā)生。并且，綠原酸對E.coli、S.aureus、B.subtilis也具有一定的抑制作用[57]。此外，竹葉含有較高濃度的對香豆酸等酚酸類物質(zhì)[58-59]，這些物質(zhì)通過苯丙烷代謝途徑調(diào)節(jié)木質(zhì)素、水楊酸、兒茶素、芪類等物質(zhì)的合成，并且進(jìn)一步影響細(xì)胞花青素、黃酮等物質(zhì)的形成和積累[60-61]（圖1）。YUAN等研究發(fā)現(xiàn)，對香豆酸及其衍生物對香豆酸甲酯可以誘導(dǎo)冬棗（Ziziphus jujuba Mill.）果實苯丙烷代謝途徑的激活和防御反應(yīng)，從而有效控制由A.alternata引起的黑斑病[62]。

茶多酚是主要從毛竹、茶葉等材料中分離得到的多酚類化合物。王文淵等利用超聲輔助提取技術(shù)，從竹葉中提取了4種主要茶多酚組分，分別為表沒食子兒茶素沒食子酸酯、表沒食子兒茶素、表兒茶素沒食子酸酯和表兒茶素，上述成分的自由基清除能力隨著溫度的升高而增強(qiáng)[63]。此外，茶多酚對多種造成果蔬病害的細(xì)菌[64]和真菌[65-66]的生長表現(xiàn)出不同程度的抑制作用，包括香蕉炭疽病菌（Colletotrichum musae）、F.oxysporum、核盤菌（Sclerotinia sclerotiorum）和B.cinerea 等真菌[67]，并且能夠通過減緩果蔬采后的生理活性，推遲果蔬的后熟期[68-70]。汪金蓮等研究發(fā)現(xiàn)，茶多酚以劑量依賴的方式抑制C.musae 和F.oxysporum 等植物病原真菌生長，其抑制作用主要是通過破壞病原菌細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和抑制菌體過氧化氫酶（catalase,CAT）和過氧化物酶（POD）的酶活，從而降低細(xì)胞活力和多種酶系統(tǒng)的緩沖保護(hù)能力[66]。另外，茶多酚能夠阻斷色素氧化途徑，保持天然色素（如胡蘿卜素、葉綠素、紅花黃、維生素B2和胭脂紅等）的穩(wěn)定，從而對果蔬及其加工制品的顏色保持具有顯著效果[71-72]。

3.3 多糖在果蔬采后病害控制與保鮮中的作用

ZHANG 等[73]采用超聲輔助提取法提取方竹（Chimonobambusa quadrangularis）筍 多 糖（C.quadrangularis polysaccharides,CPS），通過乙醇沉淀得到3 種多糖組分CPS70、CPS75、CPS80，其中CPS75具有較高的自由基清除能力；據(jù)此，作者提出75%的乙醇適于從竹筍加工副產(chǎn)品中沉淀多糖，并可應(yīng)用于果蔬及加工制品的保鮮。CHEN等通過超聲輔助提?。╱ltrasonic-assisted extraction,UAE）和凝膠排阻層析法純化C.quadrangularis 竹筍粗多糖，最高產(chǎn)率為8.76%[74]，而采用凍干工藝獲得的CPS具有更高的抗氧化脅迫和自由基清除能力。相關(guān)分析表明，糖醛酸含量和相對分子質(zhì)量、葡萄糖含量可能與凍干CPS的上述活性密切相關(guān)[75]。上述結(jié)果明確了從毛竹中提取多糖的可能性，并且為果蔬采后貯運(yùn)銷環(huán)節(jié)中減輕氧化脅迫的措施提供了參考[76]。XIAO 等[77]從毛竹（P.pubescens Mazel）葉中分離得到一種水溶性的中性多糖（water-soluble neutral polysaccharides,NPs），得率為原材料質(zhì)量的10.2%，且NPs 表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗氧化活性，呈劑量依賴性，當(dāng)其質(zhì)量濃度分別為4.0 和3.0 mg/mL 時，對1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）和2，2-聯(lián)氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽（ABTS）游離自由基清除率可達(dá)到85.9%和99.78%；此外，0.5～50.0 mg/mL 的NPs 對E.coli、S.aureus、B.subtilis 均表現(xiàn)出明顯的生長抑制作用。上述多糖組分可以用于制備植物膠類可食膜，作為多糖涂膜減少水分散失，抑制病原菌侵染，從而廣泛用于鮮切果蔬保鮮[78-79]。

3.4 其他小分子物質(zhì)在果蔬采后病害控制與保鮮中的作用

LI 等對撐綠雜交竹（Bambusa pervariabilis×Dendrocala-mopsis grandis）進(jìn)行了代謝物和代謝途徑分析，發(fā)現(xiàn)脯氨酸、谷氨酸、精氨酸與該品種的高抗病性有關(guān)，但其作用機(jī)制還不清楚[80]。此外，新鮮麻竹（D.latiflora Munro）筍中一種抗真菌蛋白Dendrocin 對B.cinerea 和F.oxysporum 的生長具有抑制作用[81]。江惠[82]通過測量抑菌圈，對P.pubescens竹葉天然抗菌肽的抑菌效果進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：竹葉天然抗菌肽能夠抑制E.coli、S.aureus、B.subtilis 和B.cereus的生長，并且抑菌效果表現(xiàn)出明顯的劑量依賴性；此外，這些天然抗菌肽能耐受短暫的高溫，不易受pH、酶和有機(jī)溶劑的影響。JIN 等測定了毛竹（P.heterocycla cv.pubescens）揮發(fā)油的抗氧化脅迫能力，同時以S.aureus 和E.coli 作為評價抗菌活性的指標(biāo)微生物，評價其抗菌性能，結(jié)果顯示：毛竹揮發(fā)油具有自由基清除活性，其半抑制濃度（IC50）值達(dá)到3.162 2 μL/mL；當(dāng)體積分?jǐn)?shù)為50.42～300 μL/mL時，該組分對S.aureus 和E.coli 均有一定的抑制作用，并且在實驗濃度范圍內(nèi)表現(xiàn)出劑量依賴性[35]。TAO 等研究了毛竹（P.heterocycla cv.pubescens）葉揮發(fā)油的抗菌活性，發(fā)現(xiàn)竹葉揮發(fā)油能抑制B.subtilis 生長，其最低抑菌質(zhì)量濃度（MIC）為2.25 mg/mL[83]。上述研究為竹葉揮發(fā)油的開發(fā)和應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

竹材次生代謝產(chǎn)物的主要生物活性概述見表1。

4 問題與展望

采后果蔬腐爛變質(zhì)會造成巨大損失，而在果蔬采后保鮮中化學(xué)試劑的使用會嚴(yán)重污染環(huán)境，危害人類健康。因此，以植物源活性物質(zhì)取代化學(xué)試劑迫在眉睫。而將植物源活性物質(zhì)應(yīng)用于果蔬保鮮目前還處于起步階段，對活性物質(zhì)的提取、分離和鑒定是進(jìn)行保鮮產(chǎn)品研究開發(fā)的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上開展作用機(jī)制、仿生合成、構(gòu)效關(guān)系等深入系統(tǒng)的研究將成為新的熱點。作為主要的森林資源，竹材次生代謝產(chǎn)物含有豐富的天然活性物質(zhì)，對其次生代謝產(chǎn)物的深層開發(fā)利用可以提高竹資源的利用率，有助于減損增效，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革的重要途徑，具有廣闊的發(fā)展前景。