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本文根据鱼藤酮光学异构体存在不同作用靶标的研究结果重点探讨了植物杀虫剂多作用靶标是属一物多靶还是多物多靶的问题,提出植物杀虫剂多作用靶标是不同结构或构型化合物作用结果的观点。
从现有的文献看,鱼藤酮主要分布在豆科11个属的50多种植物中。对豆科鱼藤属的毛鱼藤(Derris elliptica Benth.)、白花鱼藤(Derris albo-rubra Hemsl)、边荚鱼藤(Derris marginata (Roxb.) Benth.)、马来鱼藤(Derris malacinsis Brain)、粉叶鱼藤(Derris glauca Merr.et Chun),灰叶属的非洲山毛豆(Tephrosia vogeliiHook.f.)、灰毛豆(Tephrosia purpurea(Linn.)Pers),豆薯属的豆薯(Pachyizuserosus(Linn.))、鸡血藤属厚果鸡血藤(Millettia pachycarpa Benth.)和紫穗槐属紫穗槐(Amorpha fruticosa Linn.),共5属10种植物中所含鱼藤酮进行分离鉴定,并测定其光学活性及杀虫活性。结果发现,毛鱼藤、白花鱼藤、边荚鱼藤、非洲山毛豆、豆薯合成的鱼藤酮的旋光性与鱼藤酮标样一致,均为左旋,表明这些植物中的鱼藤酮是同一光学异构体。而对马来鱼藤、粉叶鱼藤、灰毛豆、厚果鸡血藤、紫穗槐等鱼藤酮含量少的植物的鱼藤酮组份对家蚕幼虫的触杀活性测定结果显示,马来鱼藤和粉叶鱼藤组份的毒力与鱼藤酮标样没有显著差异,初步推断其含有的鱼藤酮与标样是同一光学异构体。本研究结果表明,植物合成的鱼藤酮以6aS,12aS,5’R左旋异构体为优势异构体。
通过化学转化方法获得了鱼藤酮的2个光学异构体5α-表鱼藤酮(6aS, 12aS, 5S)和5’β-表鱼藤酮(6aR,12aR,5’R),它们是一对手性对映体。5’α-表鱼藤酮与鱼藤酮的旋光性一致,同为左旋,但旋光度明显降低;5’β-表鱼藤酮与鱼藤酮的旋光性相反,为右旋,旋光度明显降低。结果表明当C-6a,C-12a绝对构型由6aS, 12aS转变为6aR,12aR后,鱼藤酮的光学活性发生变化。
鱼藤酮的2个光学异构体的杀虫毒力测定结果表明,5α-表鱼藤酮对家蚕幼虫的触杀毒力与鱼藤酮没有显著差异,其LC<,50>分别是12.31±2.76 mg/L和933±114mg/L,但5’β-表鱼藤酮的毒力则显著下降,其LC<,50>为22570±2609 mg/L;而二者对红火蚁工蚁的触杀活性则均显著低于鱼藤酮。鱼藤酮的2个光学异构体对家蚕幼虫的胃毒毒力测定结果表明,5α-表鱼藤酮的毒力显著高于鱼藤酮,其LC<,50>分别是42.73±3.59 mg/L和70.08±6.83 mg/L,而5’β-表鱼藤酮的毒力与鱼藤酮的没有显著差异,其LC<,50>为61.55±6.22 mg/L。本研究结果显示,鱼藤酮光学异构体的胃毒杀虫作用值得关注。毒理试验发现,5α-表鱼藤酮处理家蚕幼虫后其中毒和死亡症状明显不同于鱼藤酮处理,而5’β-表鱼藤酮则与鱼藤酮相同。经5α-表鱼藤酮处理过的试虫大量呕吐体液、身体极度扭曲,死亡后呈现腹部皱缩、尸体不发黑等症状。虫体中毒和死亡症状的差异表明鱼藤酮不同光学异构体可能存在不同的作用靶标。
石蜡切片研究发现,与对照相比,5α-表鱼藤酮和鱼藤酮处理家蚕幼虫的中肠肠壁组织均受到不同程度损伤,但前者处理引起的肠壁变薄和破损现象更严重,表明5α-表鱼藤酮胃毒毒力的提高与中肠受损有关,并可能是导致试虫大量呕吐体液、最后干皱死亡的原因。
鱼藤酮光学异构体对昆虫的生理生化研究结果表明,5α-表鱼藤酮和5β-表鱼藤酮对线粒体呼吸酶复合体I的抑制活性均显著低于鱼藤酮,其抑制中浓度IC<,50>分别为7.81 mg/L、54.14 mg/L和1.32 mg/L:对家蚕头部Na<+>,K<+>-ATP酶活性的影响,3者均为抑制作用;对中肠Na<+>,K<+>-ATP酶活性的影响,5α-表鱼藤酮显著高于鱼藤酮和5β-表鱼藤酮,并表现为激活作用;对琥珀酸脱氢酶活性的影响,5α-表鱼藤酮表现为激活作用;对乙酰胆碱酯酶活性和血淋巴蛋白含量的影响,3者没有显著差异。本研究结果显示,5α-表鱼藤酮杀虫胃毒活性提高、中毒和死亡症状不同主要与中肠Na<+>,K<+>-ATP酶有关。
通过对异鱼藤酮和6a,12a-双脱氢鱼藤酮与鱼藤酮的光学活性和杀虫活性的比较分析,研究了鱼藤酮分子结构中手性碳原子数对光学活性和杀虫活性的影响。结果表明,C-6a、C-12a同时失去手性后其旋光性与鱼藤酮一致,但旋光度下降,杀虫毒力也明显下降;而仅是C-5’失去手性后,其旋光性与鱼藤酮一致,旋光度变小,但杀虫毒力则大幅度下降。本研究结果显示,鱼藤酮的杀虫活性与手性碳C-5’的关系较大。
通过对鱼藤酮的氧化产物12a-羟基鱼藤酮、鱼藤双酮和还原产物12-羟基鱼藤醇、6,7’-双氢鱼藤酮的比较分析,研究了氧化还原反应对鱼藤酮的光学活性和杀虫活性的影响。结果表明,鱼藤酮氧化还原产物旋光方向都未发生改变,与鱼藤酮一致,都为左旋。鱼藤酮氧化是在手性碳C-6a和C-12a上的加氧脱氢反应,分子构型发生变化,导致杀虫活性的明显降低,对家蚕幼虫的触杀毒力LC<,50>分别为1029.09±163.24mg/L、5490.01±1359.15 mg/L。还原试验结果则表明,鱼藤酮还原在C-12位羰基变羟基后,对C-12a上的氢存在影响,杀虫活性相比鱼藤酮降低,而在C-6’和C-7’加氢后,对手性碳C-5’没有影响,杀虫活性与鱼藤酮差异不显著。本研究结果显示,通过对鱼藤酮C-6’和C-7’加氢还原可以获得高活性化合物。对鱼藤酮的2个光学异构体的光稳定性研究结果表明,在365nm紫外光照射下,5’α-表鱼藤酮和5’β-表鱼藤酮均比鱼藤酮稳定,其5 h的光解率分别为58.58%、25.40%、84.35%。其降解均属指数型降解模式,动力学方程分别为Ct=13.003e<-0.1748>、Ct=57.066e<-0.0537>和Ct=9.085e<-0.3008t>,半衰期分别4.0 h、12.9 h和2.3 h。