宋應(yīng)芳，洪黃熙，李卓麗，程志勇，張李香

（黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150080）

0 引言

茶皂素(tea saponin)，又稱茶皂甙，是一類齊墩果烷型五環(huán)三萜類的皂苷的混合物，屬于β-香樹素(βamyrin)的衍生物[1]，由配基、糖體（親水性）及有機(jī)酸（疏水性）組成，因其含有親水基和疏水基，故茶皂素是一種性能良好的表面活性劑。臨界膠束濃度(critical micelle concentration，CMC)、發(fā)泡能力、發(fā)泡穩(wěn)定性和乳化性是茶皂素作為表面活性劑最重要的理化性質(zhì)[2]。茶皂素具有皂素的溶血、魚毒、抗菌、殺蟲等生物活性，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于農(nóng)藥、日化用品、醫(yī)藥、水產(chǎn)、建材等領(lǐng)域[3]。本研究對(duì)茶皂素在控制有害生物研究方面進(jìn)行綜述。

1 茶皂素直接作為生物農(nóng)藥應(yīng)用

1979年，茶皂素工業(yè)產(chǎn)品在中國首次問世，經(jīng)過多年的研究發(fā)展，應(yīng)用十分廣泛，特別是在農(nóng)藥領(lǐng)域已形成相當(dāng)成熟的規(guī)模體系。

1.1 殺蟲殺螨劑

早有民間記載，茶籽餅的主要成分茶皂素，可防治稻飛虱、螞蟥、螟蛾等，其10倍水浸液溶液還可防治小麥葉銹病和條銹病[4]。茶皂素對(duì)害蟲的作用方式體現(xiàn)在觸殺、胃毒、拒食和忌避。茶皂素對(duì)茶尺蠖(Ectropis oblique)、小菜蛾 (Plutella xylostella)、菜青蟲 (Pieris rapae)、小地老虎(Agrotis ipsilon)等害蟲均具有良好的防效。30%茶皂素水溶液對(duì)茶尺蠖防治效果明顯，對(duì)3齡幼蟲有一定的毒殺作用，幼蟲取食浸過藥液的葉片后，活動(dòng)量減弱，隨后萎縮死亡；當(dāng)處理96 h后，校正死亡率最高可達(dá)74.08%[5]。4000 mg/L的茶皂素對(duì)小菜蛾3齡幼蟲的驅(qū)避作用較明顯，驅(qū)避率為48.57%；用LC20和LC50劑量處理小菜蛾幼蟲后，其生長速率減緩，蛹重量降低，化蛹率降低，成蟲羽化率降低，產(chǎn)卵率降低，但幼蟲和蛹期延長[6]。田間試驗(yàn)表明，30%茶皂素AS 3343.3 mL/hm2用藥10天后對(duì)甘藍(lán)菜青蟲的毒殺效果達(dá)89.86%[7]。25%茶皂素7496.3 g/hm2對(duì)防治煙田小地老虎效果較好，用藥3～10天后，其校正死亡率均在80%以上，且處理10天后沒有出現(xiàn)染病植株[8]。茶皂素不僅對(duì)鱗翅目害蟲有良好的毒殺作用，對(duì)鞘翅目、半翅目及直翅目害蟲也表現(xiàn)出較強(qiáng)的防治效果。潘如軍[9]研究表明，茶皂素對(duì)甘薯小象甲存在忌避拒食作用，處理1 h時(shí)，1 mg/mL及以下濃度的茶皂素忌避取食率均在30%以下，處理6 h后忌避取食率提高，最高為77.77%；20%茶皂素的忌避取食率最佳，當(dāng)處理1 h時(shí)為86.67%，而處理6 h時(shí)忌避取食率達(dá)到了97.65%，說明處理時(shí)間較長且濃度較高的茶皂素對(duì)甘薯小象甲有顯著的忌避和拒食作用。童軍等[10]也通過試驗(yàn)證明，30%茶皂素水溶液對(duì)茶小綠葉蟬防治效果較好，噴藥處理14天后，防治率達(dá)到81.31%，且防治期長，對(duì)天敵安全，是防治效果良好的綠色殺蟲劑，適宜大面積推廣。吳建國等[11]利用30%茶皂素防治草原蝗蟲，研究結(jié)果表明，用量為1199.4 mL/hm2時(shí)防控效果最佳，對(duì)于草原防控蝗蟲有借鑒意義。

早在20世紀(jì)90年代，中國研究人員就進(jìn)行了茶皂素對(duì)螨類的防治效果試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)茶皂素對(duì)桔全爪螨的卵無效果[12]，對(duì)柑桔全爪螨有防治效果，死亡率為46.81%，但效果不明顯，且持續(xù)時(shí)間較短[13]。

茶皂素對(duì)鱗翅目、鞘翅目、直翅目和同翅目等害蟲也存在較佳的防治效果，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的無公害綠色可持續(xù)發(fā)展提供了保障；目前茶皂素雖在螨類防治中也有涉及，但是防治效果不佳，需進(jìn)一步研究。

1.2 殺菌劑

研究表明茶皂素對(duì)農(nóng)作物及經(jīng)濟(jì)作物的多種植物病原菌具有良好的抑制作用[14]。當(dāng)茶皂素濃度為1 mg/mL時(shí)，對(duì)稻瘟病菌表現(xiàn)出100%抑制效果，對(duì)番茄小核病菌和黃瓜炭疽病菌的抑菌率均在85%以上；當(dāng)茶皂素濃度為0.1 mg/mL時(shí)，對(duì)稻瘟病菌的抑制率仍然保持不變，可見茶皂素對(duì)稻瘟病菌的抑菌效果穩(wěn)定且高效，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)防治有重大意義[15]。Nagaat等[16]的研究表明，山茶葉中含有的抗菌皂甙CamellidinsⅠⅡ，可使水稻胡麻斑病菌和蘋果輪斑病菌的孢子發(fā)芽異常。此外，茶皂素對(duì)枯萎病原菌有選擇抑制性，對(duì)黃瓜、香蕉及番茄有明顯的抑制作用，三者的抑制圈均為10 mm；對(duì)甜瓜、西瓜抑制性較弱，其抑制圈均低于4 mm[17]。除此之外，茶皂素對(duì)茶園病害也表現(xiàn)出良好的效果，當(dāng)茶皂素濃度為100 mg/mL時(shí)，對(duì)茶輪斑病菌和茶白星病菌的防治效果分別為74.58%和88.06%[18]。茶皂素對(duì)于人體皮膚病菌也具有很強(qiáng)的抑制效果。研究發(fā)現(xiàn)，從油茶籽中分離提取的油茶皂甙與茶皂素結(jié)構(gòu)類似，對(duì)于白色念珠菌、石膏樣癬菌、斷發(fā)癬菌、黃色癬菌、紫色癬菌及絮狀表皮癬菌有較強(qiáng)的抑菌作用，其中對(duì)白色念珠菌抑菌作用最強(qiáng)[19]。茶皂素對(duì)于大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抑菌效果較強(qiáng)，MIC值分別為1 mg/mL和0.5 mg/mL，能改變其細(xì)胞膜透性，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，抑制細(xì)菌生長[20]。也有研究證實(shí)茶皂素也可防治某些皮膚病，起到抗菌作用，對(duì)于臨床試用皮膚病有借鑒意義[21]。

1.3 滅螺劑

近年來對(duì)于茶皂素防治螺類生物也有報(bào)道。相關(guān)試驗(yàn)表明，采用濃度為25 mg/L的茶皂素溶液處理1～3天，釘螺的校正死亡率在90%以上，可見茶皂素滅殺釘螺效果顯著，對(duì)水產(chǎn)防治釘螺有借鑒意義[22]。茶皂素對(duì)稻田福壽螺也表現(xiàn)出良好的防治效果。室內(nèi)試驗(yàn)中，當(dāng)茶皂素濃度為50 mg/L時(shí)，在處理48 h后防治效果達(dá)到了100%；在大田試驗(yàn)中，當(dāng)茶皂素濃度為6 g/m2，處理至第4天時(shí)，其防治效果也達(dá)到了100%，說明可將茶皂素代替化學(xué)殺螺劑使用，效果極強(qiáng)[23]。葉雄方[24]利用茶皂素防治鐵皮石斛蝸牛，研究發(fā)現(xiàn)，茶皂素稀釋50倍液對(duì)鐵皮石斛蝸牛防治效果最佳，3天后防治效果可達(dá)94.51%。張楚霜等[25]用茶皂素對(duì)釘螺的不同發(fā)育歷期進(jìn)行滅殺，試驗(yàn)結(jié)果表明，茶皂素Ⅰ2.5 mg/L對(duì)于螺卵、幼螺及成螺均有較強(qiáng)的浸殺效果，可達(dá)100%。

1.4 殺線劑

茶皂素中有較強(qiáng)的殺線活性，可以抑制植物寄生線蟲，效果顯著。吳慧平等[26]測(cè)定了茶皂素對(duì)南方根結(jié)線蟲(Meloidogyne incognita)的活性，結(jié)果表明，線蟲在處理16 h后開始出現(xiàn)死亡，處理76 h后線蟲的死亡率達(dá)75.0%，滅殺效果明顯。王娜等[27]的研究表明，隨著茶皂素濃度的升高，黃瓜根結(jié)線蟲的死亡率提高，其中在茶皂素濃度為15%且處理24 h后，死亡率達(dá)到100%；另外，茶皂素在抑制線蟲的同時(shí)對(duì)黃瓜本身不會(huì)產(chǎn)生毒害作用，反而會(huì)促進(jìn)其植株及根莖的生長。栗少卿[28]的盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，茶皂素復(fù)配劑與顆粒劑對(duì)黃瓜、番茄、空心菜根結(jié)線蟲均有較好的防治效果，其中茶皂素復(fù)配劑WV5高劑量對(duì)番茄接爪哇根結(jié)線蟲(Meloidogyne javanica)處理效果最佳，其根結(jié)降低率最高可達(dá)77.78%，高于5%茶皂素顆粒劑處理結(jié)果。王龍平[29]為測(cè)定茶皂素殺線活性差異，對(duì)南方根結(jié)線蟲(Meloidogyne incognita)和小麥孢囊線蟲(Heterodera avenae)進(jìn)行活性測(cè)定，其中，精制茶皂素濃度為10mg/mL且處理48 h后，根結(jié)線蟲的校正死亡率為59.32%，殺線效果較明顯；茶皂素制劑對(duì)防治孢囊線蟲卵密度增殖抑制率為41.4%。甄浩洋[30]研究發(fā)現(xiàn)10%茶皂素49.5 kg/hm2對(duì)大豆孢囊線蟲防治效果為75.2%，且對(duì)大豆的生長有一定的促進(jìn)作用。

植物寄生線蟲通過危害植物的根、莖、葉等部位，進(jìn)而造成植物的生理病變。茶皂素作為植物源制劑，相較于化學(xué)殺線劑的高毒、高殘留，更加綠色環(huán)保、低殘留，對(duì)多種植物寄生線蟲有顯著的殺線作用，是目前頗具潛力的殺線劑。

1.5 殺其他有害生物

茶皂素對(duì)多種水生生物均有一定的毒殺效果。韓金多等[31]通過急性毒性法研究發(fā)現(xiàn)，茶皂素濃度為4～12 mg/L且處理泥鰍24 h后，泥鰍的死亡率可達(dá)100%，由此可見茶皂素可在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較強(qiáng)的毒性，毒殺效果極為顯著。此外，茶皂素對(duì)黃鱔有較強(qiáng)的忌避作用，當(dāng)茶皂素濃度為60 mg/mL時(shí)，處理黃鱔72 h后，其死亡率達(dá)到100%；并且茶皂素會(huì)減少黃鱔的血紅蛋白含量及紅細(xì)胞數(shù)量[32]。麻程軍等[33]測(cè)定了茶皂素對(duì)斑馬魚、羊角月牙藻和大型溞的毒性，斑馬魚表現(xiàn)為中等毒性；對(duì)羊角月牙藻和大型溞均為低毒，說明茶皂素可以影響魚類的活動(dòng)，產(chǎn)生魚毒效果，而對(duì)后兩者為微毒藥物。茶皂素也具有殺除玻璃海鞘的潛力，當(dāng)茶皂素濃度為30 mg/L及以上時(shí)，殺除率接近100%；同時(shí)茶皂素對(duì)于玻璃海鞘的宿主刺參基本上無毒害作用，在濃度為50～60 mg/L的藥液中，刺參會(huì)出現(xiàn)輕度化皮現(xiàn)象，但進(jìn)入正常生存環(huán)境便可恢復(fù)，符合茶皂素綠色生物農(nóng)藥的特點(diǎn)[34]。

2 茶皂素的增效作用

2.1 茶皂素作為增效劑

茶皂素作為天然表面活性劑，有良好的生物活性，將其與農(nóng)藥混配，可明顯增加農(nóng)藥的毒殺效果，改善藥液的理化性質(zhì)，減少農(nóng)藥的使用量，也可有效對(duì)抗有害生物的抗性問題。

由表1可知，在不同種類的殺蟲、殺螨劑中加入茶皂素，可增強(qiáng)其藥效，形成增效作用。茶皂素不僅對(duì)可濕性粉劑、乳油型藥劑有增效作用，而且對(duì)植物源藥劑也具有同樣的效果。茶皂素與殺蟲單、聯(lián)苯菊酯、雷公藤乳油及噠螨靈以不同比例混配均為顯著增效；與馬拉磷硫和魚藤酮為增效；茶皂素在提高原藥藥效、起到防治的效果的同時(shí)，還可以減少其藥量使用，符合綠色農(nóng)藥的特點(diǎn)，值得推廣。

表1 茶皂素與不同藥劑混配殺蟲殺螨的增效作用

表2表明，茶皂素對(duì)噻菌靈、代森錳鋅和多菌靈都表現(xiàn)為顯著增效作用，對(duì)三環(huán)唑、苯霜靈、山蒼籽油及代森錳鋅為增效效果，由于防治對(duì)象的不同，代森錳鋅與茶皂素混配表現(xiàn)出來的增效效果也有所不同。茶皂素主要是與殺菌劑混配，從而加強(qiáng)抑制菌絲生長和孢子萌發(fā)，達(dá)到防治效果。由此可知，茶皂素對(duì)農(nóng)作物與經(jīng)濟(jì)作物的各類有害菌類具有良好的防治潛力，且對(duì)作物本身的生長也不會(huì)產(chǎn)生毒害作用，是環(huán)境友好型的植物源藥劑。

表2 茶皂素與不同藥劑混配殺菌的增效作用

2.2 增效機(jī)制

2.2.1 茶皂素對(duì)殺蟲劑的增效機(jī)制 茶皂素不同于一般的化學(xué)藥劑，可利用本身的活性物質(zhì)對(duì)有害生物進(jìn)行觸殺和胃毒作用。作為一種非離子表面活性劑，在農(nóng)藥藥液中加入茶皂素能夠明顯改變藥液的理化性質(zhì)，提高農(nóng)藥的乳化、濕潤、懸浮和分散效果，從而降低藥液表面張力和接觸角，更有利于藥膜的形成，使有效附著量增加，達(dá)到更好的防治效果[45]。王小藝等[46-48]通過在草甘膦、殺蟲雙、樂果等藥劑中加入不同濃度的茶皂素，即表面活性劑，發(fā)現(xiàn)明顯地降低了藥液的表面張力、藥液在靶標(biāo)體表的接觸角及增加了藥劑在靶體上的有效沉積量。說明茶皂素（表面活性劑）的加入有助于藥液的潤濕沉積，提高藥液在靶標(biāo)上的有效附著量。以此來增強(qiáng)藥液在靶標(biāo)生物及植物體表的附著力、潤濕力及有效沉積量，從而將農(nóng)藥的有效成分滲透、傳遞，發(fā)揮防治效果，延長藥效期（圖1[49]）。

王小藝[50]研究發(fā)現(xiàn)茶皂素會(huì)加速氰戊菊酯穿透菜青蟲體壁，進(jìn)而影響菜青蟲的消化系統(tǒng)，血淋巴和中腸蛋白質(zhì)會(huì)減少，抑制腸液蛋白酶的活性。此外，茶皂素可引起中腸上皮細(xì)胞的生理和形態(tài)學(xué)損傷。茶皂素被蟲體吸收后，細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)空泡化和囊泡釋放，并且會(huì)消耗一定量的酯酶用于解毒；而過量的茶皂素毒性會(huì)導(dǎo)致中腸的微絨毛變小并導(dǎo)致細(xì)胞死亡[51]。茶皂素作用于昆蟲體表時(shí)，會(huì)破壞昆蟲的體壁，如圖2[52]所示，茶皂素作用于茶尺蠖幼蟲時(shí)，其體壁表面的蠟質(zhì)層會(huì)出現(xiàn)大面積消融，導(dǎo)致幼蟲體內(nèi)的水分平衡失調(diào)，茶皂素滲透入茶尺蠖體內(nèi)發(fā)生作用，導(dǎo)致蟲體死亡[52]。

圖1 表面活性劑對(duì)藥液在植物葉片吸附機(jī)理示意圖

圖2 經(jīng)茶皂素處理過的茶尺蠖幼蟲蠟層表面

2.2.2 茶皂素對(duì)殺菌劑的增效機(jī)制 研究發(fā)現(xiàn)茶皂素能夠改善殺菌劑的理化性質(zhì)，抑制菌絲的生長，抑制孢子的萌發(fā)，改變靶標(biāo)病原菌體內(nèi)生物酶的活性，抑制菌體蛋白質(zhì)的合成，增強(qiáng)靶標(biāo)病原菌對(duì)殺菌劑的敏感性[40]。另外，唐紅楓等[53]認(rèn)為油茶皂甙對(duì)食品腐敗菌的致死作用可能與其表面活性作用有關(guān)，油茶皂甙會(huì)破壞病原菌的細(xì)胞膜或影響生物酶活性，從而影響細(xì)菌的正常能量代謝。也有研究發(fā)現(xiàn)，茶皂素可以改變茶樹輪斑菌體的細(xì)胞膜通透性，抑制菌絲生長和孢子萌發(fā)，增強(qiáng)菌體的堿性蛋白酶的活性，加速蛋白質(zhì)分解；茶皂素處理后，菌體內(nèi)還原性糖和幾丁質(zhì)會(huì)減少，影響菌體的正常代謝，破壞菌體的細(xì)胞壁，達(dá)到抑菌效果[42]。因此，茶皂素具有抑菌活性，可改變細(xì)菌細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)（圖3[20]），從而抑制細(xì)胞生長[20]；另外，還能加強(qiáng)藥劑對(duì)病原菌的抑菌效果，通過破壞菌體內(nèi)酶的活性，進(jìn)而影響菌體的新陳代謝，導(dǎo)致菌體菌絲和孢子不能正常生長、發(fā)育。

圖3 茶皂素處理細(xì)胞膜前后的掃描電鏡形態(tài)結(jié)構(gòu)

3 展望

茶樹是中國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，產(chǎn)量高，栽培面積大，其中山茶屬植物是茶皂素的主要來源，所以中國擁有豐富的茶皂素原料來源，為茶皂素的利用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。茶皂素不僅是良好的殺蟲殺螨劑、殺菌劑、殺螺劑及殺線劑，還可作為增效劑，其增效機(jī)制主要是通過降低原藥與靶標(biāo)生物的張力和接觸角，提高有效沉積量，達(dá)到殺蟲目的；對(duì)于有害菌類則是加速破壞菌種的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，抑制其生長、發(fā)育。另外，茶皂素對(duì)于其他生物也有很好的毒殺作用，在作用過程中也不會(huì)產(chǎn)生毒害作用，對(duì)人畜及環(huán)境健康，具有安全、高效的特點(diǎn)，能有效延緩有害生物的抗性問題，對(duì)于農(nóng)業(yè)增收有促進(jìn)作用，在生物農(nóng)藥方面具有巨大的潛力，因此中國茶皂素的開發(fā)具有廣闊的前景。然而，目前茶皂素的殺蟲作用所針對(duì)的有害生物比較有限，需拓展殺蟲的范圍；殺菌作用多局限于植物病害與人類皮膚病，對(duì)于禽畜養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)涉及甚少。此外，茶皂素在目前的研究應(yīng)用中還存在著一些問題，如對(duì)茶皂素的增效作用、活性機(jī)理等基礎(chǔ)理論缺乏細(xì)致研究，應(yīng)用領(lǐng)域尚需擴(kuò)展等。在這些方面進(jìn)一步深入研究，才能為茶皂素的綜合利用提供更多的理論依據(jù)，推動(dòng)茶皂素功能開發(fā)應(yīng)用的新局面。