茶皂素控害及其增效作用研究进展

宋应芳，洪黄熙，李卓丽，程志勇，张李香

（黑龙江大学现代农业与生态环境学院，哈尔滨 150080）

0 引言

茶皂素(tea saponin)，又称茶皂甙，是一类齐墩果烷型五环三萜类的皂苷的混合物，属于β-香树素(βamyrin)的衍生物[1]，由配基、糖体（亲水性）及有机酸（疏水性）组成，因其含有亲水基和疏水基，故茶皂素是一种性能良好的表面活性剂。临界胶束浓度(critical micelle concentration，CMC)、发泡能力、发泡稳定性和乳化性是茶皂素作为表面活性剂最重要的理化性质[2]。茶皂素具有皂素的溶血、鱼毒、抗菌、杀虫等生物活性，现已广泛地应用于农药、日化用品、医药、水产、建材等领域[3]。本研究对茶皂素在控制有害生物研究方面进行综述。

1 茶皂素直接作为生物农药应用

1979年，茶皂素工业产品在中国首次问世，经过多年的研究发展，应用十分广泛，特别是在农药领域已形成相当成熟的规模体系。

1.1 杀虫杀螨剂

早有民间记载，茶籽饼的主要成分茶皂素，可防治稻飞虱、蚂蟥、螟蛾等，其10倍水浸液溶液还可防治小麦叶锈病和条锈病[4]。茶皂素对害虫的作用方式体现在触杀、胃毒、拒食和忌避。茶皂素对茶尺蠖(Ectropis oblique)、小菜蛾 (Plutella xylostella)、菜青虫 (Pieris rapae)、小地老虎(Agrotis ipsilon)等害虫均具有良好的防效。30%茶皂素水溶液对茶尺蠖防治效果明显，对3龄幼虫有一定的毒杀作用，幼虫取食浸过药液的叶片后，活动量减弱，随后萎缩死亡；当处理96 h后，校正死亡率最高可达74.08%[5]。4000 mg/L的茶皂素对小菜蛾3龄幼虫的驱避作用较明显，驱避率为48.57%；用LC20和LC50剂量处理小菜蛾幼虫后，其生长速率减缓，蛹重量降低，化蛹率降低，成虫羽化率降低，产卵率降低，但幼虫和蛹期延长[6]。田间试验表明，30%茶皂素AS 3343.3 mL/hm2用药10天后对甘蓝菜青虫的毒杀效果达89.86%[7]。25%茶皂素7496.3 g/hm2对防治烟田小地老虎效果较好，用药3～10天后，其校正死亡率均在80%以上，且处理10天后没有出现染病植株[8]。茶皂素不仅对鳞翅目害虫有良好的毒杀作用，对鞘翅目、半翅目及直翅目害虫也表现出较强的防治效果。潘如军[9]研究表明，茶皂素对甘薯小象甲存在忌避拒食作用，处理1 h时，1 mg/mL及以下浓度的茶皂素忌避取食率均在30%以下，处理6 h后忌避取食率提高，最高为77.77%；20%茶皂素的忌避取食率最佳，当处理1 h时为86.67%，而处理6 h时忌避取食率达到了97.65%，说明处理时间较长且浓度较高的茶皂素对甘薯小象甲有显著的忌避和拒食作用。童军等[10]也通过试验证明，30%茶皂素水溶液对茶小绿叶蝉防治效果较好，喷药处理14天后，防治率达到81.31%，且防治期长，对天敌安全，是防治效果良好的绿色杀虫剂，适宜大面积推广。吴建国等[11]利用30%茶皂素防治草原蝗虫，研究结果表明，用量为1199.4 mL/hm2时防控效果最佳，对于草原防控蝗虫有借鉴意义。

早在20世纪90年代，中国研究人员就进行了茶皂素对螨类的防治效果试验，发现茶皂素对桔全爪螨的卵无效果[12]，对柑桔全爪螨有防治效果，死亡率为46.81%，但效果不明显，且持续时间较短[13]。

茶皂素对鳞翅目、鞘翅目、直翅目和同翅目等害虫也存在较佳的防治效果，为农业生产的无公害绿色可持续发展提供了保障；目前茶皂素虽在螨类防治中也有涉及，但是防治效果不佳，需进一步研究。

1.2 杀菌剂

研究表明茶皂素对农作物及经济作物的多种植物病原菌具有良好的抑制作用[14]。当茶皂素浓度为1 mg/mL时，对稻瘟病菌表现出100%抑制效果，对番茄小核病菌和黄瓜炭疽病菌的抑菌率均在85%以上；当茶皂素浓度为0.1 mg/mL时，对稻瘟病菌的抑制率仍然保持不变，可见茶皂素对稻瘟病菌的抑菌效果稳定且高效，对实际生产防治有重大意义[15]。Nagaat等[16]的研究表明，山茶叶中含有的抗菌皂甙CamellidinsⅠⅡ，可使水稻胡麻斑病菌和苹果轮斑病菌的孢子发芽异常。此外，茶皂素对枯萎病原菌有选择抑制性，对黄瓜、香蕉及番茄有明显的抑制作用，三者的抑制圈均为10 mm；对甜瓜、西瓜抑制性较弱，其抑制圈均低于4 mm[17]。除此之外，茶皂素对茶园病害也表现出良好的效果，当茶皂素浓度为100 mg/mL时，对茶轮斑病菌和茶白星病菌的防治效果分别为74.58%和88.06%[18]。茶皂素对于人体皮肤病菌也具有很强的抑制效果。研究发现，从油茶籽中分离提取的油茶皂甙与茶皂素结构类似，对于白色念珠菌、石膏样癣菌、断发癣菌、黄色癣菌、紫色癣菌及絮状表皮癣菌有较强的抑菌作用，其中对白色念珠菌抑菌作用最强[19]。茶皂素对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑菌效果较强，MIC值分别为1 mg/mL和0.5 mg/mL，能改变其细胞膜透性，破坏细胞膜结构，抑制细菌生长[20]。也有研究证实茶皂素也可防治某些皮肤病，起到抗菌作用，对于临床试用皮肤病有借鉴意义[21]。

1.3 灭螺剂

近年来对于茶皂素防治螺类生物也有报道。相关试验表明，采用浓度为25 mg/L的茶皂素溶液处理1～3天，钉螺的校正死亡率在90%以上，可见茶皂素灭杀钉螺效果显著，对水产防治钉螺有借鉴意义[22]。茶皂素对稻田福寿螺也表现出良好的防治效果。室内试验中，当茶皂素浓度为50 mg/L时，在处理48 h后防治效果达到了100%；在大田试验中，当茶皂素浓度为6 g/m2，处理至第4天时，其防治效果也达到了100%，说明可将茶皂素代替化学杀螺剂使用，效果极强[23]。叶雄方[24]利用茶皂素防治铁皮石斛蜗牛，研究发现，茶皂素稀释50倍液对铁皮石斛蜗牛防治效果最佳，3天后防治效果可达94.51%。张楚霜等[25]用茶皂素对钉螺的不同发育历期进行灭杀，试验结果表明，茶皂素Ⅰ2.5 mg/L对于螺卵、幼螺及成螺均有较强的浸杀效果，可达100%。

1.4 杀线剂

茶皂素中有较强的杀线活性，可以抑制植物寄生线虫，效果显著。吴慧平等[26]测定了茶皂素对南方根结线虫(Meloidogyne incognita)的活性，结果表明，线虫在处理16 h后开始出现死亡，处理76 h后线虫的死亡率达75.0%，灭杀效果明显。王娜等[27]的研究表明，随着茶皂素浓度的升高，黄瓜根结线虫的死亡率提高，其中在茶皂素浓度为15%且处理24 h后，死亡率达到100%；另外，茶皂素在抑制线虫的同时对黄瓜本身不会产生毒害作用，反而会促进其植株及根茎的生长。栗少卿[28]的盆栽试验发现，茶皂素复配剂与颗粒剂对黄瓜、番茄、空心菜根结线虫均有较好的防治效果，其中茶皂素复配剂WV5高剂量对番茄接爪哇根结线虫(Meloidogyne javanica)处理效果最佳，其根结降低率最高可达77.78%，高于5%茶皂素颗粒剂处理结果。王龙平[29]为测定茶皂素杀线活性差异，对南方根结线虫(Meloidogyne incognita)和小麦孢囊线虫(Heterodera avenae)进行活性测定，其中，精制茶皂素浓度为10mg/mL且处理48 h后，根结线虫的校正死亡率为59.32%，杀线效果较明显；茶皂素制剂对防治孢囊线虫卵密度增殖抑制率为41.4%。甄浩洋[30]研究发现10%茶皂素49.5 kg/hm2对大豆孢囊线虫防治效果为75.2%，且对大豆的生长有一定的促进作用。

植物寄生线虫通过危害植物的根、茎、叶等部位，进而造成植物的生理病变。茶皂素作为植物源制剂，相较于化学杀线剂的高毒、高残留，更加绿色环保、低残留，对多种植物寄生线虫有显著的杀线作用，是目前颇具潜力的杀线剂。

1.5 杀其他有害生物

茶皂素对多种水生生物均有一定的毒杀效果。韩金多等[31]通过急性毒性法研究发现，茶皂素浓度为4～12 mg/L且处理泥鳅24 h后，泥鳅的死亡率可达100%，由此可见茶皂素可在较短时间内达到较强的毒性，毒杀效果极为显著。此外，茶皂素对黄鳝有较强的忌避作用，当茶皂素浓度为60 mg/mL时，处理黄鳝72 h后，其死亡率达到100%；并且茶皂素会减少黄鳝的血红蛋白含量及红细胞数量[32]。麻程军等[33]测定了茶皂素对斑马鱼、羊角月牙藻和大型溞的毒性，斑马鱼表现为中等毒性；对羊角月牙藻和大型溞均为低毒，说明茶皂素可以影响鱼类的活动，产生鱼毒效果，而对后两者为微毒药物。茶皂素也具有杀除玻璃海鞘的潜力，当茶皂素浓度为30 mg/L及以上时，杀除率接近100%；同时茶皂素对于玻璃海鞘的宿主刺参基本上无毒害作用，在浓度为50～60 mg/L的药液中，刺参会出现轻度化皮现象，但进入正常生存环境便可恢复，符合茶皂素绿色生物农药的特点[34]。

2 茶皂素的增效作用

2.1 茶皂素作为增效剂

茶皂素作为天然表面活性剂，有良好的生物活性，将其与农药混配，可明显增加农药的毒杀效果，改善药液的理化性质，减少农药的使用量，也可有效对抗有害生物的抗性问题。

由表1可知，在不同种类的杀虫、杀螨剂中加入茶皂素，可增强其药效，形成增效作用。茶皂素不仅对可湿性粉剂、乳油型药剂有增效作用，而且对植物源药剂也具有同样的效果。茶皂素与杀虫单、联苯菊酯、雷公藤乳油及哒螨灵以不同比例混配均为显著增效；与马拉磷硫和鱼藤酮为增效；茶皂素在提高原药药效、起到防治的效果的同时，还可以减少其药量使用，符合绿色农药的特点，值得推广。

表1 茶皂素与不同药剂混配杀虫杀螨的增效作用

表2表明，茶皂素对噻菌灵、代森锰锌和多菌灵都表现为显著增效作用，对三环唑、苯霜灵、山苍籽油及代森锰锌为增效效果，由于防治对象的不同，代森锰锌与茶皂素混配表现出来的增效效果也有所不同。茶皂素主要是与杀菌剂混配，从而加强抑制菌丝生长和孢子萌发，达到防治效果。由此可知，茶皂素对农作物与经济作物的各类有害菌类具有良好的防治潜力，且对作物本身的生长也不会产生毒害作用，是环境友好型的植物源药剂。

表2 茶皂素与不同药剂混配杀菌的增效作用

2.2 增效机制

2.2.1 茶皂素对杀虫剂的增效机制 茶皂素不同于一般的化学药剂，可利用本身的活性物质对有害生物进行触杀和胃毒作用。作为一种非离子表面活性剂，在农药药液中加入茶皂素能够明显改变药液的理化性质，提高农药的乳化、湿润、悬浮和分散效果，从而降低药液表面张力和接触角，更有利于药膜的形成，使有效附着量增加，达到更好的防治效果[45]。王小艺等[46-48]通过在草甘膦、杀虫双、乐果等药剂中加入不同浓度的茶皂素，即表面活性剂，发现明显地降低了药液的表面张力、药液在靶标体表的接触角及增加了药剂在靶体上的有效沉积量。说明茶皂素（表面活性剂）的加入有助于药液的润湿沉积，提高药液在靶标上的有效附着量。以此来增强药液在靶标生物及植物体表的附着力、润湿力及有效沉积量，从而将农药的有效成分渗透、传递，发挥防治效果，延长药效期（图1[49]）。

王小艺[50]研究发现茶皂素会加速氰戊菊酯穿透菜青虫体壁，进而影响菜青虫的消化系统，血淋巴和中肠蛋白质会减少，抑制肠液蛋白酶的活性。此外，茶皂素可引起中肠上皮细胞的生理和形态学损伤。茶皂素被虫体吸收后，细胞会出现空泡化和囊泡释放，并且会消耗一定量的酯酶用于解毒；而过量的茶皂素毒性会导致中肠的微绒毛变小并导致细胞死亡[51]。茶皂素作用于昆虫体表时，会破坏昆虫的体壁，如图2[52]所示，茶皂素作用于茶尺蠖幼虫时，其体壁表面的蜡质层会出现大面积消融，导致幼虫体内的水分平衡失调，茶皂素渗透入茶尺蠖体内发生作用，导致虫体死亡[52]。

图1 表面活性剂对药液在植物叶片吸附机理示意图

图2 经茶皂素处理过的茶尺蠖幼虫蜡层表面

2.2.2 茶皂素对杀菌剂的增效机制 研究发现茶皂素能够改善杀菌剂的理化性质，抑制菌丝的生长，抑制孢子的萌发，改变靶标病原菌体内生物酶的活性，抑制菌体蛋白质的合成，增强靶标病原菌对杀菌剂的敏感性[40]。另外，唐红枫等[53]认为油茶皂甙对食品腐败菌的致死作用可能与其表面活性作用有关，油茶皂甙会破坏病原菌的细胞膜或影响生物酶活性，从而影响细菌的正常能量代谢。也有研究发现，茶皂素可以改变茶树轮斑菌体的细胞膜通透性，抑制菌丝生长和孢子萌发，增强菌体的碱性蛋白酶的活性，加速蛋白质分解；茶皂素处理后，菌体内还原性糖和几丁质会减少，影响菌体的正常代谢，破坏菌体的细胞壁，达到抑菌效果[42]。因此，茶皂素具有抑菌活性，可改变细菌细胞膜结构（图3[20]），从而抑制细胞生长[20]；另外，还能加强药剂对病原菌的抑菌效果，通过破坏菌体内酶的活性，进而影响菌体的新陈代谢，导致菌体菌丝和孢子不能正常生长、发育。

图3 茶皂素处理细胞膜前后的扫描电镜形态结构

3 展望

茶树是中国重要的经济作物之一，产量高，栽培面积大，其中山茶属植物是茶皂素的主要来源，所以中国拥有丰富的茶皂素原料来源，为茶皂素的利用提供了物质基础。茶皂素不仅是良好的杀虫杀螨剂、杀菌剂、杀螺剂及杀线剂，还可作为增效剂，其增效机制主要是通过降低原药与靶标生物的张力和接触角，提高有效沉积量，达到杀虫目的；对于有害菌类则是加速破坏菌种的细胞膜结构，抑制其生长、发育。另外，茶皂素对于其他生物也有很好的毒杀作用，在作用过程中也不会产生毒害作用，对人畜及环境健康，具有安全、高效的特点，能有效延缓有害生物的抗性问题，对于农业增收有促进作用，在生物农药方面具有巨大的潜力，因此中国茶皂素的开发具有广阔的前景。然而，目前茶皂素的杀虫作用所针对的有害生物比较有限，需拓展杀虫的范围；杀菌作用多局限于植物病害与人类皮肤病，对于禽畜养殖产业涉及甚少。此外，茶皂素在目前的研究应用中还存在着一些问题，如对茶皂素的增效作用、活性机理等基础理论缺乏细致研究，应用领域尚需扩展等。在这些方面进一步深入研究，才能为茶皂素的综合利用提供更多的理论依据，推动茶皂素功能开发应用的新局面。