茶皂素的活性在农药中的应用研究进展

张远聪，刘 婷，王 玫，曾秀英，沈乐丞

（1.国家油茶产品质量检验检测中心（江西），江西 赣州 341000；2.赣州市综合检验检测院，江西 赣州 341000）

茶皂素，也称为油茶皂苷，是从山茶科山茶属中提取得到的一种五环三萜类植物皂苷总称［1］。1931年，日本学者青山新次郎首次通过分离得到茶皂素，并将其命名为Tea saponin［2］。1952年，日本东京大学的石馆守三和上田阳通过研究第一次确定了茶皂素的分子式为C57H90O26，其基本碳架为齐敦果烷，属于五环三萜类化合物，由苷元、糖体和有机酸三部分组成［3］。茶皂素结构与主体品种、生长环境及部位均有关联，不同皂苷元或相同皂苷元的糖体与有机酸连接顺序和方式不同，导致茶皂素的结构复杂多样［4］，因此，茶皂素是一类具有相似结构的混合物［1］。

茶皂素含有多个-OH、-COOH等亲水官能团，主体结构的配基由非极性的硫氢环链构成，在水溶液中呈疏水倾向［5］，其同时具有的亲水和疏水的双重特性，给予了茶皂素良好的生理活性。Sun等［6］研究表明，茶皂素能够显著降低溶液的表面张力，是一种性能优良的表面活性剂，除此之外，茶皂素还具有乳化、去污、抗菌消炎、杀灭病毒、抗氧化、驱虫等多种生理功能［7］。1979年，中国农业科学研究院茶叶研究所开发出了茶皂素的第一个工业产品［8］。目前，茶皂素已被广泛应用于轻工、日用化工、农药、饲料、食品、纺织等领域［9］，特别是在农药应用中，因茶皂素良好的分散性、渗透性、润湿效果［10］，以及来源的绿色性和对环境无害，其应用范围已经拓展到农药行业的各个领域并形成了相当规模［8］，是一种很有前途的生物农药。

根据目前的实际应用和研究进展，将茶皂素在农药上的应用分为两大类，一是利用茶皂素的生物活性功能，将其直接作为农药来使用，二是利用茶皂素的表面活性功能，将其作为农药助剂使用，以促进农药效果的发挥。本研究同时对茶皂素在这两个方面应用的作用机理进行叙述。

1 茶皂素直接作为农药使用

1.1 杀菌剂

我国于上世纪五十年代就曾用茶枯水（主要成分为茶皂素）作为一种“土农药”防治稻瘟病和稻纹枯病，取得了一定的防治效果［11］。黄继光等［12］在实验室条件下测定了茶皂素对稻瘟病菌、水稻纹枯病菌、番茄小核病菌、柑橘青霉病菌、黄瓜炭疽病菌、西瓜枯萎病菌、芒果炭疽病菌、香蕉炭疽病菌、黄瓜疫霉病菌、香蕉枯萎病菌、玉米小斑病菌、荔枝霜疫霉病菌等12种植物病原菌的抑菌活性，结果表明，茶皂素对植物病原菌室内活性的影响差异较大，当茶皂素浓度为1000 μg/mL时对稻瘟病菌、柑橘青霉病菌、黄瓜炭疽病菌、番茄小核病菌、玉米小斑病菌这5种病原菌菌丝生长有明显的抑制作用，抑菌率分别为100.00%、100.00%、89.12%、87.27%、83.14%。邹东霞等［13］采用菌丝生长速率法测定了茶皂素及茶多酚对八角炭疽病菌及桉树梢枯病菌的联合毒力，结果表明茶皂素对八角炭疽病菌及桉树梢枯病菌的EC50值分别为3.72、10.02 mg/mL，茶多酚对八角炭疽病菌及桉树梢枯病菌的EC50值分别为28.35、104.35 mg/mL，两种物质对两种病原菌均有一定的抑制作用，但是茶皂素的抑制作用明显比茶多酚的强。Nagata等［14］研究表明提取的皂苷可以抑制茶炭疽病或轮斑病菌分生孢子发芽。Tang等［15］研究了茶皂素对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌等的抗菌作用，结果显示，当茶皂素浓度在1 mg/mL时，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有抑制作用，当茶皂素浓度在10 mg/mL时，对白色念珠菌有抑制作用，其中茶皂素对金黄色葡萄球菌的抑菌作用最强。

1.2 杀虫剂

郑竞成［16］在早期利用茶饼与砒灰配制茶砒合剂，用于防治麦蚜、二十八星瓢虫、菜青虫、玉米螟等，杀虫率达100%。Wickremasinghe等［17］研究了茶树病害与茶皂素的关系，发现茶皂素含量高的茶树更耐小蠹虫的危害，茶皂素含量低的茶树中部茎杆容易受侵害。雷攀登等［18］测定了茶皂素对茶尺蠖卵及幼虫的毒性作用，发现分别施用浓度为0.1、0.2、0.4、0.8、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/mL茶皂素后，卵孵化率分别为21.9%、16.2%、18.2%、11.7%、7.7%、6.2%、5.4%、5.9%，随着茶皂素浓度的提高，杀卵作用逐渐增强。茶皂素对茶尺蠖的直接毒杀活性较弱，但使其有一定的拒食作用。白艳［19］研究了亚致死剂量茶皂素对取食不同寄主植物小菜蛾的生长发育指标、繁殖率指标、营养效应指标、体内保护酶系、消化酶、保幼激素、蜕皮激素等生理学的作用效应，发现小菜蛾的相对生长率显著下降，超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性上升，对激素有明显的干扰效应。潘如军等［20］研究发现茶皂素对甘薯小象甲既没有嗅觉忌避作用，也没有嗅觉引诱作用，但是有明显的取食忌避作用和强烈的拒食作用，同时还能够使甘薯小象甲的幼体发育历期缩短，致其死亡。

1.3 杀螨剂

国内外对茶皂素用于杀螨的研究较少，早期王小艺等［21］将茶皂素与鱼藤酮、托尔克复配对柑桔全爪螨进行了室内独立测定和田间试验，结果显示茶皂素单剂对柑桔全爪螨有一定的防效，田间试验显示，两种农药加入茶皂素与未加的相比，它们防治效果存在显著差异。同一时间调查，复配比单剂防治效果要提高20%左右。胡绍海等［22］开展了茶皂素室内杀螨试验，其LC50为452.2 μg/mL，毒性指数为0.0815。

1.4 杀害其他动物

除用于杀菌、杀虫、杀螨外，茶皂素还经常用于田间福寿螺、蜗牛、蚂蟥等动物的毒杀。麻程军等［23］研究表明，茶皂素对幼螺、中螺和成螺的LC50分别为2.68、2.39、2.61 mg/L，具有良好的室内毒杀效果，而对大型溞和斑马鱼分别存在低毒和中毒，LC50分 别 为17.77 mg/L和1.76 mg/L。Zhang等［24］研究发现皂素含量为4%的螺威对钉螺、亚历山大双脐螺和截形小泡螺有良好的毒杀效果，对日本鹌鹑的LD50为60 mg/kg，对淡水虾的LC50为6.28 mg/L，毒性较低，因此，其可以用于淡水虾等水产养殖的清塘剂。吴建国等［25］用30%茶皂素在草原对蝗虫进行了生物防控试验，结果表明，茶皂素最佳效用剂量为80 mL/667 m2，第10天防控效果达到了88%，可替代化学农药用于蝗虫的防控。国外也有研究［26-27］表明，茶皂素对危害蔬菜及球场等地草坪的蚯蚓有较好的毒杀效果。

2 茶皂素作为农药助剂

茶皂素是一种天然的表面活性剂，在农药中主要应用范围包括：在乳油型农药中作为展着剂、乳化剂和增效剂；在固体型农药中作为湿润剂与悬浮剂；在除草剂等农药或稍溶于水的农药中作为助溶剂［28］。不论是作为湿润剂、增效剂还是助溶剂、悬浮剂，最终体现的都是茶皂素的增效作用。

董道青等［29］研究了茶皂素对雷公腾乳油防治茶尺蠖幼虫的增效作用，结果显示加入2 mg/mL茶皂素对茶尺蠖的2龄和4龄幼虫分别增效5.68～11.10倍和1.00～6.91倍，可分别减少雷公藤用量85%以上及50%以上。郝卫宁等［30］研究表明茶皂素与甲霜灵有效成分质量比为4∶6和3∶7时对黄瓜疫病菌的增效分别达到2.53和1.76，具有较强的抑制作用和显著的增效作用，防治效果优于两种单剂。潘任桃等［31］研究了茶皂素分别与庆大霉素、氟苯尼考、恩诺沙星、氨苄青霉素等联合使用对大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌的抑菌效果，结果显示茶皂素均表现为相加作用。王娜等［32］研究结果表明茶皂素除了对黄瓜根结线虫有很好的防效，还对黄瓜的茎叶干质量、单果质量、果数和总果质量均有促进生长的作用，增长率分别为13.04%、10.96%、33.33%、47.94%。盛书强［33］研究发现茶皂素对茶树轮斑病菌的菌丝生长和孢子萌发有明显的抑制作用，而且能明显增强代森锰锌、多菌灵的杀菌作用。除了增效作用外，龙家英等［34］还单独研究了茶皂素作为稳定剂对纳米混悬剂体系的稳定作用，其研究发现低浓度下的茶皂素可以显著降低纳米混悬剂的粒径，从而产生静电对体系的稳定性产生影响。Zhu等［35］比较了茶皂素、皂素皂苷和吐温80这3种乳化剂的性能，结果表明茶皂素能够产生纳米级液滴，含茶皂素的乳液在温度30～90 ℃、盐浓度NaCl 0～200 mmol/L、pH值在3～9范围内均能够保持液滴聚集的稳定，是一种有效的植物性乳化剂。

3 茶皂素在农药中的作用机理

3.1 茶皂素的生物活性作用机理

茶皂素直接作为农药使用主要是其在生物活性方面的特殊功能，现有研究大部分认为，茶皂素能够破坏菌体或害虫的细胞结构和功能，干扰体内关键物质的合成，进而影响生物体正常的新陈代谢。Zhao等［36］通过研究茶皂素对细菌的抑制作用发现茶皂素可以改变细胞膜的通透性，破坏细胞膜结构，从而抑制细菌的生长。张文婷［37］认为，茶皂素具有溶血作用，可与红细胞上的胆固醇结合，通过改变细胞膜的流动性，从而改变膜的通透性，因细胞质外渗使红细胞分解。盛书强［33］的研究表明，茶皂素能明显抑制稻瘟菌蛋白质的合成，其与三环唑的混剂还能明显提高稻瘟菌超氧化物歧化酶的活性，降低过氧化物酶的活性，造成菌体细胞内有害物质的过量积累，从而对细胞造成伤害。张慧勤［28］的研究表明茶皂素能使茶树轮斑病菌菌丝体细胞膜的相对电导率升高，细胞膜渗透性增加，导致碱性磷酸酶的外渗增加，从而诱导菌丝体碱性蛋白酶和几丁质酶活性增强，影响菌丝体可溶性蛋白和还原糖的含量。而对于茶皂素对虫类的作用机理，王小艺等［38］认为茶皂素对菜青虫的拒食作用可能是茶皂素首先作用于试虫口腔壁细胞上的化学感受器，再进而传递信息到中枢神经系统，从而引起一系列生理反应，抑制进食，而不是直接作用于神经系统。Cui等［10］认为茶皂素能破坏斜纹伊蚊幼虫的表皮蜡质层，导致水分严重流失，并能渗透肠内。食用茶皂素后，肠绒毛缩短，肠壁空洞被破坏，导致幼虫死亡。

3.2 茶皂素的表面活性作用机理

茶皂素作为很好的农药助剂，主要是因为茶皂素良好的表面活性。王小艺等［39-40］测定了茶皂素的临界胶束浓度约为4000 mg/mL，对水的表面张力可最高降低33.85%，水剂、乳油和可湿性粉剂农药的表面张力均有不同程度的降低，表面张力的降低可以提高农药溶液在靶标生物和植物体表的附着能力、湿润展布能力和有效沉积量，从而提高农药的使用效果，延长持效期。其还测定了药液在靶标体表面的接触角，接触角越小，药液在生物体表的施展性越好，结果发现，茶皂素水溶液在柑桔叶正面和背面的接触角降低率分别为13.0%～28.0%和50.0%～63.2%。茶皂素在昆虫体表的接触角也有一定程度的降低，茶皂素作为助剂可以很好地改善农药的施用效果。Jian等［41］测定了茶皂素的临界胶束浓度为2.242 mmol/L，最小表面张力为43.5 mN/m，而且茶皂素在发泡效率中表现为协同作用，但是泡沫稳定性和表面活性之间没有显著的相关性。茶皂素单独作为助剂在制剂过程中发挥的作用是多方面的，Zhu等［35］认为茶皂素在制备乳油过程中可以作为良好的乳化剂，主要是因为茶皂素附着在油滴表面的速率快，抑制界面张力的能力强，对界面流变性能产生影响，在液滴间产生有效性强排斥作用。

4 结论

茶皂素作为一种天然的活性物质，在农药中的应用已经非常广泛。良好的表面活性使其作为增效剂、展着剂、湿润剂等与其他农药复配使用，以增强农药的施用效果。而其优越的生物活性则使其能作为生物农药用于杀菌、杀虫、杀螨及杀其他动物等，从而减少化学农药的使用。虽然目前关于茶皂素的研究较多，也均显示茶皂素具有非常好的应用效果，但是对于茶皂素的应用机理研究还不够深入，茶皂素在市面上的产品较真正将茶皂素的研究成果转化成实际应用还有待拓宽。我国茶皂素来源充足，其价格低廉、性能优越、对环境友好，进一步推动茶皂素在农药中的应用具有广阔的前景。