马铃薯糖苷生物碱的生物学作用及开发利用

马铃薯糖苷生物碱的生物学作用及开发利用摘要：由于马铃薯是茄科草本植物，其植株和块茎中通常存在着某种毒性、有特殊臭味的糖苷生物碱，直接影响着它的食味特性和安全食用性能。当浓度达到了某种阈值，人食用后即有中毒甚至畸胎的风险，中毒及伤亡事故在国外时有发生。对马铃薯糖苷生物碱的研究、开发及利用在国际上已经受到了关注，而中国在这方面的研究成果基本上还是一片空白。正基于此原因，本章专门介绍了马铃薯糖苷生物碱的生物学功能与利用，希望对研究马铃薯糖苷生物碱提供帮助。关键词：马铃薯；糖苷生物碱；生物学作用；开发利用马铃薯糖苷生物碱属于弱碱次生代谢产物，马铃薯茎叶中蕴含浓度较高的糖苷生物碱，因此在茎叶中大量堆积的糖苷生物碱可以有效抵消病虫害的影响，但是在地下成熟块茎中糖苷生物碱的浓度较低。过高浓度的糖苷生物碱会使马铃薯变苦，而过度使用则会引起食物中毒。该文综述了马铃薯糖苷生物碱的生物学意义，并对马铃薯糖苷生物碱的合理利用进行了研究。一、马铃薯糖苷生物碱类型及其含量目前，糖苷生物碱种类已高达上百种，1992年段光明教授等人研究后证实糖苷生物碱主要存在于茄科和百合科植物中。近年来，糖苷生物碱的新种类也不断地被发掘。例如，2004年FujiwArA等人在番茄中发现了糖苷生物碱皂甙，其结构复杂；2006年Ono等人在樱桃、番茄中发现了番茄皂甙C、番茄皂甙D等糖苷生物碱；2016年Li等人在龙葵中发现了全新的糖苷生物碱，即C27甾体糖苷生物碱螺旋糖苷a-C。根据目前的研究结果表明，马铃薯组织中糖苷生物碱含量不一致。2015年商婷婷等人研究发现，在马铃薯中，其茎叶部位的糖苷生物碱含量较低，其叶片和薯皮部位的糖苷生物碱含量较高，同时在同一部位α-茄碱的含量要明显低于α-卡茄碱；2016年Sinani等人研究发现，在马铃薯组织中，其叶片、芽、花等部位的糖苷生物碱含量较高，在根部和块茎部位的糖苷生物碱含量较低。虽说薯皮的体积不高，仅仅只占据块茎的20%，但是薯皮的糖苷生物碱含量占据块茎的一半及以上。马铃薯块茎在成熟的过程中，其糖苷生物碱含量也逐渐下降；2014年Valcarcel等人研究表明，薯皮的糖苷生物碱含量要明显高于薯肉的糖苷生物碱含量。另外薯肉距离薯皮越远，其α-茄碱含量越低。二、马铃薯糖苷生物碱的生物学作用2.1糖苷生物碱的毒性机理马铃薯糖苷生物碱中毒原因大多是由一种或两个以上完全不同的生物碱功能模式所致，第一种是通过糖苷生物碱控制乙酰胆碱酯酶的活力，通过乙酰胆碱酯酶协调中枢神经输电线路乙酰胆碱水解为胆碱和乙酸根，在中枢神经冲动传导过程中起着主要功能。酶活性被抑制后，它还引起乙酰胆碱的大量积聚，因此患者很快地就会产生葡萄糖苷类生物碱中毒的表现，包括身体虚弱、意志障碍和抑郁症，茄碱和卡茄碱也是潜在乙酰胆碱酯酶活性的主要抑制剂。糖苷生物碱的另一个主要生理功能是，它们可以分解含有甾醇的细胞膜。然而，由于糖苷生物碱的吸附和运输，这种功能会影响消化系统和其他组织或器官，如血液、肝脏等。但在此功能中，卡茄碱在各种组织与膜系中的活力却更强。由于茄碱和卡茄碱在每个系统中的作用不同，因此，糖苷类生物碱摄入的最终结果也决定了其在人体内的主要系统功能。然而，由于在人体内进行细菌中毒试验非常困难，这一结论目前尚不清楚。同时，这也是因为茄碱和卡茄碱在细胞膜破裂过程中具有交叉协同作用，致使糖苷类生物碱的总体毒性显著增加。2.2糖苷生物碱对病原菌的抑制作用糖苷生物碱还对部分真菌、细菌等病原微生物具有一定的抑制和毒害功能，其致病菌还包含了小孢霉属、发癣菌属、火镰菌属、长蠕孢属、晚疫病菌、早疫病菌以及部分细菌等。糖苷生物碱对病原菌的毒性，也是按照其大分子特点、垂茄碱、糖苷生物碱、茄解胺等四糖苷体的毒性，大于茄碱、卡茄碱、莱普亭等三糖苷。块茎伤口表面糖苷类生物碱的愈伤组织果皮，并在邻近的重组分生组织中堆积，其所伴随的酚类化合物(绿原酸、咖啡酸等)亦是一类保护性愈伤组织反应，对控制病原菌自伤口进入和再侵染，具有一定的防治效果。例如，在块茎切割后6～13小时内，可以清楚地看到茄碱的积累，感染晚疫霉和软腐真菌后，茄碱的浓度随着酚类化合物的积累而增加，绿色块状茎中糖苷生物碱含量的增加，还大大提高了种用材料的抗病性，因此，种植前干燥种子（块茎）也是最合理的农业保护措施之一。三、马铃薯糖苷生物碱的开发利用生物碱是古老的药物，早在古希腊时代，人们就知道用其来治疗疾病和医治创伤。甾类生物碱的药理学活性决定了他们的重要用途，如甾类激素用于治疗内分泌失调所引起的疾病，皮质甾醇类是有效的抗变应性病制剂，心脏糖苷是著名的心脏病治疗剂，“口服避孕药”的使用对甾类生物碱的需要量日益增加。然而，这些制剂的禁忌性和危害性限制了它们的应用，所以要设法寻找既保证治疗效果又没有副作用的“天然”新药剂。3.1抗真菌、病毒等病原微生物在马铃薯皮中常见的糖苷生物碱有α-卡茄碱、α-茄碱，它们能够为马铃薯形成天然的保护屏障，阻挡有害物质的侵袭，例如黑曲霉、根霉、青霉、灰霉葡萄孢病原微生物，同时也能起到防治病虫害的效果。根据研究结果表明，α-卡茄碱的抗疟活性要明显优于α-茄碱，因此α-卡茄碱的抗疟功能要优于α-茄碱，同时α-卡茄碱对于抵抗单纯疱疹病毒也具备有效性。3.2降低胆固醇马铃薯糖苷生物碱中的α-卡茄碱和α-茄碱具有溶血的效果，同时存在高度协同的特征，如若将两者增加或切除一个后，其对脂质体膜的穿透功能也就基本失效，由此可见，对减少胆固醇有很大的作用。据有关科学研究证实，在大鼠日粮中加入α-茄碱可以有效减少血浆中的胆固醇。同时经过Micich等人的研究发现，α-卡茄碱和α-茄碱能够有效降低胆固醇在人体内的蓄积。另外，由于中国同时也是全球最主要马铃薯的生产国，所以作为糖苷生物碱原料的资源也就十分宝贵了。而糖苷生物碱则大多是根据我国传统马铃薯种植的打顶、抹芽掐花、摘果等生产措旖，从新枝(包括块茎萌发芽)、花、幼果和茎叶等中获得，而进行块根加工的副产品薯皮、薯渣等，也是获得糖苷生物碱的主要原材料。这样，既可使马铃薯大量生产增加了产能，又可为马铃薯的资源化综合利用开辟了新途径。同时，也可以运用组织培养和细胞工程学的方式，工厂化地生产糖苷生物碱。四、结束语简而言之，糖苷生物碱是马铃薯植物的"天然产物"，而这个天然产物对植株本身并不是必须的。尽管马铃薯糖苷生物碱对人和动物都有一定的毒副作用，但因为其强烈的生理功能和医药活性，仍然有着潜在的利用价值。参考文献：[1]陈铭，彭亚丽，熊兴耀，王万兴，秦玉芝，胡新喜.马铃薯糖苷生物碱研究进展[J].中国蔬菜，2020(02):13-19.[2]黄程程，王楠.马铃薯糖苷生物碱对蔗糖铁引起输液性静脉炎的预防作用[J].中国社区医师，2019，35(28):11-12.[3]陈伟，何静，王斌，王秀娟，罗天泽，刘姣姣.马铃薯糖苷生物碱对枸杞镰孢菌果腐病的诱导抗性及相关防御酶活