馬鈴薯糖苷生物堿的生物學(xué)作用及開(kāi)發(fā)利用

馬鈴薯糖苷生物堿的生物學(xué)作用及開(kāi)發(fā)利用摘要：由于馬鈴薯是茄科草本植物，其植株和塊莖中通常存在著某種毒性、有特殊臭味的糖苷生物堿，直接影響著它的食味特性和安全食用性能。當(dāng)濃度達(dá)到了某種閾值，人食用后即有中毒甚至畸胎的風(fēng)險(xiǎn)，中毒及傷亡事故在國(guó)外時(shí)有發(fā)生。對(duì)馬鈴薯糖苷生物堿的研究、開(kāi)發(fā)及利用在國(guó)際上已經(jīng)受到了關(guān)注，而中國(guó)在這方面的研究成果基本上還是一片空白。正基于此原因，本章專門介紹了馬鈴薯糖苷生物堿的生物學(xué)功能與利用，希望對(duì)研究馬鈴薯糖苷生物堿提供幫助。關(guān)鍵詞：馬鈴薯；糖苷生物堿；生物學(xué)作用；開(kāi)發(fā)利用馬鈴薯糖苷生物堿屬于弱堿次生代謝產(chǎn)物，馬鈴薯莖葉中蘊(yùn)含濃度較高的糖苷生物堿，因此在莖葉中大量堆積的糖苷生物堿可以有效抵消病蟲(chóng)害的影響，但是在地下成熟塊莖中糖苷生物堿的濃度較低。過(guò)高濃度的糖苷生物堿會(huì)使馬鈴薯變苦，而過(guò)度使用則會(huì)引起食物中毒。該文綜述了馬鈴薯糖苷生物堿的生物學(xué)意義，并對(duì)馬鈴薯糖苷生物堿的合理利用進(jìn)行了研究。一、馬鈴薯糖苷生物堿類型及其含量目前，糖苷生物堿種類已高達(dá)上百種，1992年段光明教授等人研究后證實(shí)糖苷生物堿主要存在于茄科和百合科植物中。近年來(lái)，糖苷生物堿的新種類也不斷地被發(fā)掘。例如，2004年FujiwArA等人在番茄中發(fā)現(xiàn)了糖苷生物堿皂甙，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜；2006年Ono等人在櫻桃、番茄中發(fā)現(xiàn)了番茄皂甙C、番茄皂甙D等糖苷生物堿；2016年Li等人在龍葵中發(fā)現(xiàn)了全新的糖苷生物堿，即C27甾體糖苷生物堿螺旋糖苷a-C。根據(jù)目前的研究結(jié)果表明，馬鈴薯組織中糖苷生物堿含量不一致。2015年商婷婷等人研究發(fā)現(xiàn)，在馬鈴薯中，其莖葉部位的糖苷生物堿含量較低，其葉片和薯皮部位的糖苷生物堿含量較高，同時(shí)在同一部位α-茄堿的含量要明顯低于α-卡茄堿；2016年Sinani等人研究發(fā)現(xiàn)，在馬鈴薯組織中，其葉片、芽、花等部位的糖苷生物堿含量較高，在根部和塊莖部位的糖苷生物堿含量較低。雖說(shuō)薯皮的體積不高，僅僅只占據(jù)塊莖的20%，但是薯皮的糖苷生物堿含量占據(jù)塊莖的一半及以上。馬鈴薯塊莖在成熟的過(guò)程中，其糖苷生物堿含量也逐漸下降；2014年Valcarcel等人研究表明，薯皮的糖苷生物堿含量要明顯高于薯肉的糖苷生物堿含量。另外薯肉距離薯皮越遠(yuǎn)，其α-茄堿含量越低。二、馬鈴薯糖苷生物堿的生物學(xué)作用2.1糖苷生物堿的毒性機(jī)理馬鈴薯糖苷生物堿中毒原因大多是由一種或兩個(gè)以上完全不同的生物堿功能模式所致，第一種是通過(guò)糖苷生物堿控制乙酰膽堿酯酶的活力，通過(guò)乙酰膽堿酯酶協(xié)調(diào)中樞神經(jīng)輸電線路乙酰膽堿水解為膽堿和乙酸根，在中樞神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)過(guò)程中起著主要功能。酶活性被抑制后，它還引起乙酰膽堿的大量積聚，因此患者很快地就會(huì)產(chǎn)生葡萄糖苷類生物堿中毒的表現(xiàn)，包括身體虛弱、意志障礙和抑郁癥，茄堿和卡茄堿也是潛在乙酰膽堿酯酶活性的主要抑制劑。糖苷生物堿的另一個(gè)主要生理功能是，它們可以分解含有甾醇的細(xì)胞膜。然而，由于糖苷生物堿的吸附和運(yùn)輸，這種功能會(huì)影響消化系統(tǒng)和其他組織或器官，如血液、肝臟等。但在此功能中，卡茄堿在各種組織與膜系中的活力卻更強(qiáng)。由于茄堿和卡茄堿在每個(gè)系統(tǒng)中的作用不同，因此，糖苷類生物堿攝入的最終結(jié)果也決定了其在人體內(nèi)的主要系統(tǒng)功能。然而，由于在人體內(nèi)進(jìn)行細(xì)菌中毒試驗(yàn)非常困難，這一結(jié)論目前尚不清楚。同時(shí)，這也是因?yàn)榍褖A和卡茄堿在細(xì)胞膜破裂過(guò)程中具有交叉協(xié)同作用，致使糖苷類生物堿的總體毒性顯著增加。2.2糖苷生物堿對(duì)病原菌的抑制作用糖苷生物堿還對(duì)部分真菌、細(xì)菌等病原微生物具有一定的抑制和毒害功能，其致病菌還包含了小孢霉屬、發(fā)癬菌屬、火鐮菌屬、長(zhǎng)蠕孢屬、晚疫病菌、早疫病菌以及部分細(xì)菌等。糖苷生物堿對(duì)病原菌的毒性，也是按照其大分子特點(diǎn)、垂茄堿、糖苷生物堿、茄解胺等四糖苷體的毒性，大于茄堿、卡茄堿、萊普亭等三糖苷。塊莖傷口表面糖苷類生物堿的愈傷組織果皮，并在鄰近的重組分生組織中堆積，其所伴隨的酚類化合物(綠原酸、咖啡酸等)亦是一類保護(hù)性愈傷組織反應(yīng)，對(duì)控制病原菌自傷口進(jìn)入和再侵染，具有一定的防治效果。例如，在塊莖切割后6～13小時(shí)內(nèi)，可以清楚地看到茄堿的積累，感染晚疫霉和軟腐真菌后，茄堿的濃度隨著酚類化合物的積累而增加，綠色塊狀莖中糖苷生物堿含量的增加，還大大提高了種用材料的抗病性，因此，種植前干燥種子（塊莖）也是最合理的農(nóng)業(yè)保護(hù)措施之一。三、馬鈴薯糖苷生物堿的開(kāi)發(fā)利用生物堿是古老的藥物，早在古希臘時(shí)代，人們就知道用其來(lái)治療疾病和醫(yī)治創(chuàng)傷。甾類生物堿的藥理學(xué)活性決定了他們的重要用途，如甾類激素用于治療內(nèi)分泌失調(diào)所引起的疾病，皮質(zhì)甾醇類是有效的抗變應(yīng)性病制劑，心臟糖苷是著名的心臟病治療劑，“口服避孕藥”的使用對(duì)甾類生物堿的需要量日益增加。然而，這些制劑的禁忌性和危害性限制了它們的應(yīng)用，所以要設(shè)法尋找既保證治療效果又沒(méi)有副作用的“天然”新藥劑。3.1抗真菌、病毒等病原微生物在馬鈴薯皮中常見(jiàn)的糖苷生物堿有α-卡茄堿、α-茄堿，它們能夠?yàn)轳R鈴薯形成天然的保護(hù)屏障，阻擋有害物質(zhì)的侵襲，例如黑曲霉、根霉、青霉、灰霉葡萄孢病原微生物，同時(shí)也能起到防治病蟲(chóng)害的效果。根據(jù)研究結(jié)果表明，α-卡茄堿的抗瘧活性要明顯優(yōu)于α-茄堿，因此α-卡茄堿的抗瘧功能要優(yōu)于α-茄堿，同時(shí)α-卡茄堿對(duì)于抵抗單純皰疹病毒也具備有效性。3.2降低膽固醇馬鈴薯糖苷生物堿中的α-卡茄堿和α-茄堿具有溶血的效果，同時(shí)存在高度協(xié)同的特征，如若將兩者增加或切除一個(gè)后，其對(duì)脂質(zhì)體膜的穿透功能也就基本失效，由此可見(jiàn)，對(duì)減少膽固醇有很大的作用。據(jù)有關(guān)科學(xué)研究證實(shí)，在大鼠日糧中加入α-茄堿可以有效減少血漿中的膽固醇。同時(shí)經(jīng)過(guò)Micich等人的研究發(fā)現(xiàn)，α-卡茄堿和α-茄堿能夠有效降低膽固醇在人體內(nèi)的蓄積。另外，由于中國(guó)同時(shí)也是全球最主要馬鈴薯的生產(chǎn)國(guó)，所以作為糖苷生物堿原料的資源也就十分寶貴了。而糖苷生物堿則大多是根據(jù)我國(guó)傳統(tǒng)馬鈴薯種植的打頂、抹芽掐花、摘果等生產(chǎn)措旖，從新枝(包括塊莖萌發(fā)芽)、花、幼果和莖葉等中獲得，而進(jìn)行塊根加工的副產(chǎn)品薯皮、薯渣等，也是獲得糖苷生物堿的主要原材料。這樣，既可使馬鈴薯大量生產(chǎn)增加了產(chǎn)能，又可為馬鈴薯的資源化綜合利用開(kāi)辟了新途徑。同時(shí)，也可以運(yùn)用組織培養(yǎng)和細(xì)胞工程學(xué)的方式，工廠化地生產(chǎn)糖苷生物堿。四、結(jié)束語(yǔ)簡(jiǎn)而言之，糖苷生物堿是馬鈴薯植物的"天然產(chǎn)物"，而這個(gè)天然產(chǎn)物對(duì)植株本身并不是必須的。盡管馬鈴薯糖苷生物堿對(duì)人和動(dòng)物都有一定的毒副作用，但因?yàn)槠鋸?qiáng)烈的生理功能和醫(yī)藥活性，仍然有著潛在的利用價(jià)值。參考文獻(xiàn)：[1]陳銘，彭亞麗，熊興耀，王萬(wàn)興，秦玉芝，胡新喜.馬鈴薯糖苷生物堿研究進(jìn)展[J].中國(guó)蔬菜，2020(02):13-19.[2]黃程程，王楠.馬鈴薯糖苷生物堿對(duì)蔗糖鐵引起輸液性靜脈炎的預(yù)防作用[J].中國(guó)社區(qū)醫(yī)師，2019，35(28):11-12.[3]陳偉，何靜，王斌，王秀娟，羅天澤，劉姣姣.馬鈴薯糖苷生物堿對(duì)枸杞鐮孢菌果腐病的誘導(dǎo)抗性及相關(guān)防御酶活