去氢骆驼蓬碱(Harmine)及其衍生物属于β-咔啉类生物碱,主要来源于骆驼蓬属植物,它具有广泛的农药活性,结构简单,易于修饰改造,因此,以Harmine为先导化合物进行新型绿色农药的合成开发具有很好的前景。水稻纹枯病是由植物病原真菌立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)感染引起,是全球重要的水稻病害之一。尽管现有的杀真菌剂可用于水稻纹枯病的防治,但不能全面有效的控制,仍然存在滥用和持续使用同一种杀菌剂的问题,这可能会增加病原体抗性发展的风险。因此,开发新型的抗水稻纹枯病的绿色杀菌剂是非常必要的。本文采用基团拼接法、类同合成法等策略将农药亚活性结构引入到Harmineβ-咔啉骨架中,以及对β-咔啉骨架进行优化改造,并系统研究了目标化合物对水稻纹枯病病菌和Sf9细胞的生物活性,筛选出抗水稻纹枯病菌的高活性化合物I-45、III-14和IV-43,并对其抑菌机制进行初步研究,结果如下:(1)采用基团拼接法和类同合成法分别得到Harmine噁唑啉类化合物I-1~I-66和Harmine酰胍类化合物II-1~II-8。抑菌结果表明所有的衍生物均表现出很好的抑菌活性,其EC50值范围在4.24~303.56μg/m L之间,明显高于先导化合物Harmine(EC50=520.23μg/m L)。部分化合物表现出优异的抑菌活性,比如化合物I-4、I-5、I-7、I-11、I-38、I-39、I-45、I-62和II-2,其EC50分别为18.09、13.02、15.33、10.53、13.54、14.35、4.24、18.16和13.71μg/m L,表现出比商业化的杀菌剂井冈霉素(Validamycin A)更加优异的抑菌活性(EC50=197.59μg/m L)。尤其是化合物I-45的抑菌活性比井冈霉素的活性提高近50倍。活体实验结果表明化合物I-45对于水稻纹枯病菌活体的保护和治疗作用优于井冈霉素。同时,细胞毒活性结果表明大部分化合物对Sf9细胞具有较强的细胞毒性,特别是化合物I-6、I-7、I-11、I-14、I-16、I-23和I-58的细胞毒性比Harmine和喜树碱更强。而且化合物I-6和I-58能够诱导Sf9细胞凋亡,引起细胞周期阻滞和刺激Sf-caspase-1的表达,并抑制斜纹夜蛾的生长发育。(2)对骆驼蓬碱的C环进行优化,筛选得到具有更高抑菌活性的骨架2,3,4,5-四氢噻喃[4,3-b]吲哚(III-7,EC50=38.58μg/m L),比Harmine的活性(EC50=318.56μg/m L)提高了近10倍。以III-7为先导化合物进行不同位点的结构修饰。抑菌结果表明大部分的衍生物均表现出良好的抑制水稻纹枯病菌活性,其EC50值范围在2.35~241.52μg/m L之间。特别是化合物III-13、III-14和III-15具有优异的抑菌活性,其EC50分别为2.94、2.35和3.79μg/m L,明显优于井冈霉素(EC50值为183.00μg/m L)。离体叶片试验和活体试验结果表明化合物III-13、III-14和III-15的对水稻纹枯病的防治作用与井冈霉素相当或更好。(3)进一步简化先导化合物的骨架,去掉β-咔啉的C后得到吲哚骨架,通过抑菌活性测试发现吲哚母核骨架具有良好的抑菌活性,其在高浓度下(100和50μg/m L)的抑制率分别达到100%和87.68%,在低浓度下(10、5和1μg/m L)的抑菌活性表现微弱(26.33%、17.63%和4.42%)。接着重点研究吲哚不同位置上取代对水稻纹枯病菌抑制活性的影响,结果发现大部分化合物的抑菌活性要高于吲哚,尤其是化合物IV-14、IV-15、IV-16、IV-41、IV-43、IV-44和IV-54具有很强的抑菌活性,其EC50分别为3.53、2.15、2.74、4.99、0.62、1.25和7.25μg/m L,明显优于井冈霉素(EC50值为183.00μg/m L)。表明1位邻氯苯甲酰基取代、4位氟或氯取代以及5位氯取代有利于提高抑菌活性。基于构效关系,我们合成了化合物IV-73~IV-74,结果表明1位取代后活性有所降低。另外,采用基团拼接法得到吲哚甲氧基丙烯酸酯类化合物V-1~V-22,结果表明大部分的化合物抑菌活性要高于吲哚。离体叶片和活体试验结果表明化合物IV-43、IV-44、IV-54、IV-73、V-7和V-17对水稻纹枯病具有很好防治作用,尤其是化合物IV-43的保护作用和治疗作用均优于井冈霉素。(4)将筛选出的抗水稻纹枯病菌的高活性化合物I-45、III-14和IV-43进行抑菌机制研究。结果表明其均对水稻纹枯病菌菌核形成有抑制作用,其中IV-43的抑制作用最强且能明显抑制菌核的萌发。扫描电镜结果表明化合物I-45、III-14和IV-43可使菌丝发生严重扭曲变形,并且出现干瘪和皱缩。透射电镜结果表明化合物I-45、III-14和IV-43可使菌丝细胞线粒体肿胀且嵴数量减少,液泡均出现空泡化;I-45处理后细胞壁增厚,并发生明显的质壁分离。Hoechst染色结果表明化合物I-45、III-14和IV-43可使菌丝单个细胞中细胞核平均数目显著减少。Rhodamine染色结果表明化合物I-45、III-14和IV-43均能破坏菌丝细胞的线粒体膜电位。电导率测定结果表明化合物I-45处理后细胞膜通透性增大,活性氧测定结果表明化合物III-14处理后菌丝体内活性氧自由基增多。以上结果表明化合物I-45、III-14和IV-43的抑菌机制均不同。