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园 艺 研 究 进 展
大蒜品种资源、功能成分及应用研究进展
Advances in Research on Chemical in Garlic and Mechanism
of Their Inhibitory Reaction with Pathogens in Plants
姓
学
班
学名 ： 张飞雪 号 ： 20115584 级 ： 园艺七班 院 ： 园艺科学与工程学院
相关专题 ： 大蒜品种资源、功能成分及应用进展
大蒜品种资源、功能成分及应用研究进展
摘要：大蒜（Allium sativum ）在药用成分中饭具有重要的作用，大蒜品种选育以及栽培技术等方面也有了新的研究进展，大蒜功能成分分析以及在药用领域的重要价值逐渐被深入研究。大蒜的研究也将逐渐深入到分子水平，从遗传育种以及功能成分的研究方面深入开展。
关键词：大蒜；化学成分；拮抗活性；病原菌；机理
Progress of garlic variety resources, functional components
and Application Research
Abstract ：Garlic (Allium sativum) plays an important role in medicinal components of garlic for lunch, breeding and cultivation technique also has new developments, analysis of garlic function composition and important value in medical field is gradually in-depth study. Garlic research will also gradually deep into molecular level, carry out in-depth from the aspects of research on genetic breeding and functional components.
Key words：Garlic ；Chemical components；Inhibitory reaction；Pathogens in plants；Mechanism
1引言
大蒜（Allium sativum L.）属于百合科葱属，原产于西亚和中亚一带，世界各国均有分布。大蒜富含大蒜素可以佐餐和调味并有抗菌作用，对各种微生物及寄生虫有较强的抑制或杀灭作用。被医务工作者称为植物性广谱抗生素，可以治疗痢疾肠炎等疾病，对某些癌症和心脏病也有预防作用 。大蒜产品中含有多种维生素、蛋白质、碳水合物和无机盐等。大蒜产品除鲜食炒食外还可进行加工，大蒜枸杞等大蒜属世界性蔬菜，广泛分布于世界各地。同时，大蒜被认为是日常最佳保健食品之一，常食之具有解毒抗癌的功效。大蒜的保健和药理功能与其中含有的特殊化学成分有关，因此，对于提高人体免疫力和预防心血管疾病具有重要的作用。现代医学研究表明大蒜的保健和药理功能与其中所含的特殊功能成分有关，这些功能成分具有抗菌消炎、提高机体免疫力、预防和治疗心血管疾病、防肿瘤等多方面的功能
今后有关的研究工作提供参考。 [1.2]。由于大蒜功能成分的广泛保健和药理作用，国内外对其研究十分重视，已成为近年的研究热点。本文综述主要总结了近几年有关大蒜的最新研究进展，以为
2 大蒜品种选育
世界大蒜品种繁多，育种向着优质，独特风味以及抗病虫，抗逆性等方向发展，育种形式多样化，目前育种手段以高新技术为主并且与传统育种方式相结合。重视遗传种质的搜集评价与鉴定。
目前研究人员以发现了可育大蒜植株，同时获得杂种一代，通过筛选，选育出控制大蒜育性的 DNA 分子标记 , 在可育大蒜中发现了抗洋葱黄矮病毒 (O Y - DV ) 和韭葱黄条病毒 (L YS V )的大蒜品系 ,还用组织培养法常年离体保存大蒜种质资源 ,并对其农艺学性状 、固形物含量 、 硫化物合量作过详细测定分析 。目前已育成无臭味大蒜品种 。
我国地跨热带、亚热带和北温带，各地海拔差异大，生态环境多样，形成了丰富的大蒜资源类型。由于长期无性繁殖和引种途径的不同导致品种退化和品种名称混乱。根据大蒜的形态变异类型，主要表现在蒜头大小，蒜头数目、蒜衣层数等方面，分类，也可根据纬高纬度型—越冬植株叶片开展，生长停滞，分布于北纬30~36度以北的地区。
目前大蒜以无性系选育为主，我国在系统选育和理化诱导等方面取得了显著进展。利用营养茎尖、生殖茎尖和根尖分生组织通过组织培养技术能够提高大蒜繁殖系数。大蒜属较难离体培养的植物，原生质体一般只进行1~2次细胞分裂，所以在进行大蒜的原生质体培养时需要关键的技术，对原生质体的融合奠定基础。
3 大蒜栽培技术
3.1 种植地选择
大蒜适于含有机质肥沃的疏松砂质壤土，砂土保肥保水力弱，但蒜头辣味浓厚。大蒜不喜黏土，怕碱黏土，蒜头小，而尖碱地易腐烂而导致蒜蛆秧苗黄弱。返碱时假茎倒伏。
3.2栽培方法
大蒜栽培形式，分畦作和垄作。种畦作栽培的优点是植株受光好，地温上升快，出苗早，表土疏松，有利蒜头膨大大蒜播种。沟深浅要一致，蒜瓣大小一致，覆土厚薄一致，底部的土壤应当疏松。掰蒜后需浸种，用多菌灵可湿性粉剂或甲基托布津可湿性粉剂 4倍液浸种。 捞出晾干立即播种，摆蒜时应确保蒜瓣背腹连线与播行的方向平行，以为出苗后植株叶片的分布方向与播行方向垂直，减少叶片重叠，接受更多阳光。增加光合产物的积累，以东西延长为好，秋播较春播要略深一些，播种前最好剥皮。去踵促进大蒜发芽长根，但碱地栽培的大蒜，为防止返碱对蒜种的腐蚀以不剥皮为佳。播后覆厚的细河沙，浇透底水。为使大蒜早熟优质丰产，可采用地膜覆盖栽培技术在畦面上覆地膜。地膜覆盖能减轻病虫害的发生，增强土壤保水保肥力，提高养分利用率，保持土壤疏松。防止浇水过多，发生的地面板结，有效地改善土壤环境条件，阻挡了种蝇向蒜根周围产卵，减少了根蛆为害，也抑制了杂草的发生和危害大蒜种植时前茬。以大麦、小麦、马铃薯、油菜、和非蒜葱类。蒜葱韭菜蔬菜为宜忌连作。对于施过氯磺隆和重茬的油菜地因胺苯磺隆残留较多应严禁种植大蒜。
3.3田间管理
3.31施肥
大蒜施肥时应以有机肥为主，化肥为辅基肥为主，追肥为辅。粗肥细施化肥，巧施基肥以有机肥为主，且应施足以确保大蒜蒜头的商品性和植株的越冬性能，有机肥通常指圈肥，鸡粪鸭粪厩肥
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堆肥饼肥等。一般施充分腐熟有机肥如粪尿肥厩肥等，并配施磷钾肥，耕地前将有机肥采取撒施的方式结合耕地将肥料翻入地下再将剩余的有机肥沟施，并使肥土相混，然后播种追肥以氮肥为主。必要时配施氮磷钾肥，且用小瓣蒜作种蒜时，应增加氮肥施用量，当蒜薹露尾时一般施大蒜专用肥。
3.32 矿质营养对大蒜的影响
硫浓度为2.25经研究表明大蒜在整个生育周期中吸收氮、钾较多，磷较少。且氮磷钾铜锌都可显著提高鳞茎质量。
实验表明钾浓度0~9.0mmol/L范围内，蒜薹粗度、蒜薹鲜质量、蒜薹横泾、头型指数及单头鲜质量随营养液钾浓度的升高而增加（刘世琦）。
硼可显著提高叶片酶活性及可溶性蛋白质的含量，同时硼可显著提高叶片光合色素的含量。土壤硼浓度对大蒜蒜薹及产量有显著的影响。
硒影响大蒜的生理特性及品质。叶面喷施亚希酸钠溶液，可以显著提高叶片光合性能可提高叶片中光合色素含量，可显著改善蒜薹和鳞茎品质。单蒜薹鲜质量和单头鲜质量分别提高68%和29%，并有效提高鳞茎中游离氨基酸的含量，降低蒜薹中游离氨基酸的含量。同时可降低蒜薹和鳞茎中大蒜素含量。蒜薹和鲜重硒含量随硒浓度的喷施次数而又显著差异。
硫处理大蒜的株高、叶长、及叶面积和茎粗均高于不施硫的对照，在0~2.25mmol/L硫浓度范围内，叶片光合速率和超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性和硝酸还原酶活性随营养液中硫浓度的升高而升高。硫浓度对磷和钾的吸收也有影响，以mmol ·L 时最高（刘中良； 刘世琦）。
3.32水分温度管理
大蒜耐旱性强，但根系入土浅吸收能力弱，所以大蒜播种后要保持较高的土壤湿度。抽薹期是大蒜需水临界期需水量占其全生育期总水量的40% 左右，1周浇1次水保持土壤湿润，采薹前5d 停水，以免蒜薹太脆，采收时易折断。幼苗期用水管理采取见干见湿的原则，幼苗期以后逐渐提高土壤水分，抽薹期和鳞茎膨大期，土壤需水达到高峰萌芽期。如土壤湿润最好不浇水，出苗后适当控制浇水以松土保墒为主，以免过早退母或徒长。促进根系向土壤深层发展，蒜头收获前5~7d 停止灌水防止土壤湿度过大引起蒜皮腐烂，蒜头松散不耐贮存。鳞茎发育后期应控制浇水，白天一般温度要求25度 阴天 15度夜间以20度 为好。
3.4大蒜主要病害及危害特点
灰霉病，主要危害叶片叶片，病斑为长椭圆形，首先表现出浅褐色后蜕变为灰白色。湿度大时，病斑上密生较厚的灰色绒霉层，同时叶片变褐，呈水渍状腐烂。贮藏期间，蒜头会继续发病蒜瓣干枯表面长出灰霉。
干腐病，大蒜干腐病在生育期以及贮藏运输期容易发生，在贮运输期发生严重。生育期发病初期，首先叶尖开始迅速枯黄，然后根部腐烂，切开鳞茎基部可见病斑向内向上蔓延呈现出半渍状腐烂，贮运输期发病常从蒜根部发病，并且蔓延至主鳞茎基部，蒜瓣变黄褐色。
干枯病，可产生橙红色霉层病毒病花叶病。 植株矮小，根系发育不良，叶片出现黄色条纹扭曲开裂，折叠叶尖干枯不抽薹或抽薹后蒜薹上有明显的黄色斑块。 贮藏期间可继续发病，表现为蒜瓣僵硬紫斑病。在田间主要危害叶片和蒜薹。贮运输期间，危害鳞茎，田间发病病斑多，从叶尖或花薹中部开始，发生初为白色小病斑稍凹陷，病斑微紫色扩大为椭圆形至纺锤形。病斑为黄褐色，湿度大时病斑上面产生黑色霉状物，形成同心轮纹易从病部折断，贮运期间鳞茎受害并且常从鳞茎颈部开始变软腐烂呈深黄色或红色。
大蒜还易发生叶枯病，其病斑常与霜霉病相似，主要危害叶片及花梗。病症蔓延较快，严重时不易抽薹。菌核病危害严重，会使病斑变暗色，并且腐烂发出酸臭味。
4大蒜活性成分提取工艺的研究进展
大蒜应用广泛，具有悠久的应用历史，被称为药用植物的黄金，随着国内外学者及研究人员对于大蒜活性成分及应用机制的研究，因此其在药用研发方面具有重要的价值，大蒜的功能成分不断被提取，研发的药用制剂成为许多药用工作者关注的热点。
大蒜的提取工艺不断优化，现在已具备比较系统和标准化的提取工艺。陈坚等［8］通过多年对大蒜的生长环境资源生药学质量标准化学成分等方面的系统研究，成功地从新疆大蒜中提取出了蒜氨酸蒜酶，并在一定条件下，使得蒜氨酸、蒜酶裂解得到大蒜辣素。目前其成分已经达到中式生产规模。一些鉴别方法和测定方法也被不断应用于生产，在此基础上，加强对大蒜活性成分药理作用的研究，将为进一步研发以蒜氨酸蒜酶大蒜辣素为主要原料的临床新药提供理论指导。
5大蒜的功能成分
5.1大蒜中的主要活性成分
大蒜含有多种化学成分，切都具有重要的研究价值，目前大蒜素的研究较多。大蒜素具有蒜的辣味，是一种广谱抗菌物质，具有活化细胞能量增加抗菌及抗病毒能力，加快新陈代谢缓解疲劳等重要作用。大蒜中有机锗和有机硒含量丰富，硒对当今危害人类最大的疾病癌症糖尿病等具有重要的作用。在大蒜中可以提取较为丰富的超氧化物歧化酶。经进一步的研究，在完整的大蒜中不存在大蒜辣素，而是在被切开或碾碎后，细胞内含有的蒜氨酸与蒜酶相遇，发生催化裂解反应，而产生大蒜辣素性质不稳定，可进一步分解生成较稳定的二烯丙基二硫化物。采用低温萃取微波灭活层析分离超滤纯化喷雾干燥的方法制备大蒜高效新制剂。
5.1.1 挥发性化合物
大蒜的挥发性化合物，是主要的生物活性成分，包括脂溶性有机硫化物和硫代亚磺酸酯类等含硫化合物[4]。
脂溶性有机硫化物按含硫原子数目分为一硫化物、二硫化物、三硫化物、四硫化物
5.1.2 非挥发性化合物
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大蒜的非挥发性功能物质主要包括水溶性有机硫化物、类固醇皂苷、皂苷配基、类黄酮类、酚类[5]、以及有机硒、有机锗[6]、血凝素[8]、果聚糖、前列腺素以及各种氨基酸等。
大蒜的水溶性有机硫化物主要有S -烯丙基-L -半胱氨酸(SAMC)（ Ahmad M ）。
类固醇皂苷以其糖苷配基的分子结构为基础分为两大类：呋甾皂苷(furostanol saponin)和螺甾皂苷(spirostanol sapon)
类黄酮类物质主要有6种，有机硒化物包括以硒半胱氨酸为活性中心的硒蛋白和其他形态的含硒化合物，
6功能成分的生成途径
6.1 生成途径
大蒜中最初的含硫成分是γ - 谷氨酰胺 -S - 烯丙基 -L - 半胱氨酸，可通过两个途径合成功能成
[]分Rabinkov 。大蒜在自然完整状态下，蒜氨酸酶(allinase)和风味前体物质 CSOs 分别独立稳定地存在于细胞中的液泡和细胞质中， 因此完整大蒜不产生特殊刺激性气味。 但是当大蒜受到一些机械破碎后， 细胞膜就会破裂， 细胞质中的 CSOs(等物质主要是蒜氨酸) 被液泡中的蒜氨酸酶催化分解成2-烯丙基次磺酸和氨基丙酮酸， 2- 烯丙基次磺酸较不稳定， 易发生聚合反应生成具有强烈辛辣味的挥发性物质大蒜素 [Kuettner ]。 大蒜素也会快速分解为挥发性的含硫化合物 DAS ，DADS ， DATS ，Aj oene,Vinyl dithiins 。有些大蒜素结合产生2个分子的阿霍烯(ajoene)； 大蒜素分解成 2 种环状的同分异构化合物。
7药理作用
大蒜中含有的丰富有机硫化物，具有重要的医学功能。 例如大蒜对葡萄球菌、 化脓性链球菌、 肺炎双球菌、 痢疾杆菌、 大肠杆菌等均有杀灭作用， 并且可以降低降血压 、降胆固醇 、血脂 、对抗衰老 、抗血栓形成也有很重要的作用 、可以防治糖尿病等， 此外还有抗氧化、抗癌、抗突变、抗气喘、免疫调节等很多生物学活性。 近年来， 对大蒜抗肿瘤作用及其机理的研究倍受关注（许真，严永哲）。
7.1 大蒜商品制剂
目前大蒜的商品制剂 一般可分为 4 类：大蒜精油、大蒜浸油、大蒜粉和老蒜提取物(AGE)。由于成分的差异，大蒜不同制品的主要生物学活性也各有侧重。这些提取物在药用价值及作用机理方面得到了深入的研究。
7.2 预防癌症和抗癌作用
大蒜是20世纪50年代应用于医学的抗癌药物，其中硫代亚磺酸酯能够抑制一些肿瘤细胞生长，目前主要研究成果有大蒜可以减少各种组织患恶性肿瘤的风险，allic in、D AS 、D AD S 、D ATS 、S AC 可以在癌变早期和晚期阶段起到抑制作用，其他硫化物，如SAC 、SAMC [34]、ajoene [35]、S- 甲基 - 半胱氨酸亚砜(methiin)与 DADS 和 DATS 结合发挥作用，大蒜中的有机硫化合物具有广泛性，（Krost I,Keusgen M）不同分子中的不同成分对肿瘤的抑制效率不同，有一定的器官专一性。
7.3 大蒜油中的化合物及其抗生活性作用机理
德国化学家Theodor Wertheim(1844)用水蒸气蒸馏法蒸馏大蒜得到有刺激性气味的大蒜精油，称之为大蒜油(garic oil, GO)。其颜色为淡黄色至棕红色液体，并且有浓烈的大蒜气味，他们溶于大多数非挥发性油，微溶于乙醇，不溶于水等，强酸环境可形成硫盐沉淀，在强氧化剂作用下形成亚砜结构，紫外线可诱发变质。
大蒜油中含有29种含硫化学物质。我国化工部饲料添加剂技术开发服务中心用TSQ-70B 色谱-质谱联用仪在大蒜油中的部分成分中测定出16种含硫化合物，人工合成的大蒜油主要成分是二烯丙基三硫醚(50%-80%)、二烯丙基二硫醚(20%-50%)、少量的二烯丙基硫醚(DAS)和四硫化二丙烯。二烯丙基三硫醚被称为大蒜新素(allitridi)，我国已有合成。
大蒜油的提取方法目前也有较多研究，目前常用的方法包括高液相色谱法，分光光度法，定硫法，生物检测法。硫酸汞沉淀法等。（梁丽军2013 ）
大蒜油中的上述各成分对3个念珠菌专化小种和3个芽孢杆菌专化小种都有抑制活性，抑制活性的作用大小有差异：DADS 抑制谷胱甘肽氧化酶活性，这两种成分均可加强谷胱甘肽降解酶活性，具有稳定的非酶类催化的抗氧化活性(pH2.5-10)，但当温度高于60度时活性丧失。
8目前国内大蒜研究中存在的问题
中国药典重新载入大蒜，将大蒜素(三硫二丙烯) 作为大蒜药材的指标成分，同时美国药典收载的大蒜及相关产品质量标准均以蒜氨酸及大蒜辣素为质控指标，大蒜素被中国药典划为抗菌药。目前国内学者主要以大蒜素为研究对象，侧重于对其抗病原微生物、抗炎及抗肿瘤作用的研究，因此对其在心血管药理作用方面的研究较少，很多学者主要对大蒜提取物的天然活性成分蒜氨酸蒜酶及大蒜辣素进行研究，并从整体及细胞分子水平上证实了其在降血脂保护血管内皮细胞及心肌细胞抗氧化抗肿瘤，抗病原微生物等多方面的药理作用大蒜与大蒜素的误区 。
9 结束语
由于大蒜有广泛的食用、药用价值，安全无毒，相信随着食品及生物工程技术的不断发展，定会有越来越多的大蒜功能性保健食品出现。由于大蒜活性硫和硒成分的低或无毒性，使它们具备了优于许多目前用于预防和治疗多种疾病的药物的独特优势，今后应加强人体实验，提供更直接的科学依据。
尽管食用大蒜对人类健康有利，但服用大蒜的有效剂量，大蒜中未知的生物活性化合物的种类以及生物学特性等仍需要研究。今后应加强研究大蒜产品的制作过程和功能成分的提取方法，尽可能保存大蒜及其制剂的高质量和其特殊的生物活性。
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