香樟(Cinnamomum camphora)叶提取物中杀螨活性物质的分离鉴定及作用机理研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:op0034
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朱砂叶螨Tetranychus cinnabarinus(Boisduval)(Acarina:Tetranychidae)是一种杂食性害螨,寄主植物超过100多种,被认为是最重要和最难防治的世界性农业害螨之一。目前该螨类的防治主要依靠化学合成农药,然而化学合成农药的长期使用带来的环境安全、食品安全以及抗药性等问题已引起人们的广泛关注,因此,从天然的植物资源中寻找具有杀螨活性的植物提取物或活性化合物用于植物源杀螨剂的开发逐渐成为研究热点。本研究通过对13种植物材料对朱砂叶螨杀螨活性的测定,筛选出具有显著杀螨活性的植物提取物-香樟叶提取物。对香樟叶提取物中活性成分进行了分离纯化,从中鉴定出活性化合物-2,4-二叔丁基苯酚和油酸乙酯。研究了两种活性化合物对朱砂叶螨的作用方式、作用机理和稳定性。利用解剖镜连续动态观察了两种活性化合物对朱砂叶螨形态学和行为的影响;研究了两种活性化合物对朱砂叶螨体内相关保护、代谢和靶标酶的影响以及对与靶标酶相关的生物胺类物质和游离氨基酸含量的影响。将2,4-二叔丁基苯酚和油酸乙酯分别配制成20%2,4-二叔丁基苯酚微乳剂和30%油酸乙酯乳油,并经过苗期盆栽试验以及三地的田间药效试验,验证了其对朱砂叶螨的防治效果。研究结果如下:1)采用浸叶法测定了13种植物不同部位的提取物对朱砂叶螨的杀螨活性,发现香樟叶提取物杀螨活性最高,分别采用玻片法、浸叶法和苗期盆栽法三种生物活性测定方法对香樟叶提取物的杀螨活性进行了验证。苗期盆栽结果显示香樟叶提取物处理7天后其防效可达78.3%。2)采用植物化学手段与生物活性示踪方法对香樟叶提取物中的活性成分进行一系列的分离和纯化,获得活性组分F112和F123,然后通过GC-MS以及与标准品比对鉴定出5种化合物,杀螨活性测定结果显示该5种化合物对朱砂叶螨都具有不同程度的杀螨活性,其中2,4-二叔丁基苯酚和油酸乙酯具有最高杀螨活性。分别采用玻片法、浸叶法和苗期盆栽法三种生物活性测定方法对两种活性化合物的杀螨活性进行了验证。苗期盆栽结果显示2,4-二叔丁基苯酚和油酸乙酯处理7天后对朱砂叶螨的致死中浓度LC50分别为1850.94和2481.65 mg kg-1。通过正交试验设计优化了2,4-二叔丁基苯酚和油酸乙酯的提取工艺,其最佳提取工艺为提取料液比1:75,提取时间30 min,提取3次。通过对我国九个地区、不同季节和不同部位香樟中两种活性化合物含量的测定发现,两种活性化合物在香樟各部位的叶中含量相对较高;秋季采集的香樟叶中含量最高;且广西香樟叶中2,4-二叔丁基苯酚的含量最高,为458.8 ng g-1叶片干重,而油酸乙酯的含量最高的产地为上海,含量为61.38 ng g-1叶片干重。3)针对2,4-二叔丁基苯酚和油酸乙酯的作用方式研究结果显示,两种活性化合物对朱砂叶螨成螨、幼螨和卵都具有显著的触杀效果,并且对朱砂叶螨若螨的触杀活性最高,其次是卵,而对朱砂叶螨成螨活性最低。除触杀活性外,两种活性化合物对朱砂叶螨也表现出显著的驱避和抑制产卵作用以及良好的残毒活性,而胃毒和內吸作用不明显。此外,稳定性试验结果显示2,4-二叔丁基苯酚和油酸乙酯相对稳定,且2,4-二叔丁基苯酚更加稳定。但是,高温、酸性、长时间的光照和紫外照射可明显影响油酸乙酯的杀螨活性,需在使用和储藏过程中应注意避光、低温储藏;碱性环境对2,4-二叔丁基苯酚的活性影响较大,最好在中性或酸性条件下使用和储藏。4)研究了2,4-二叔丁基苯酚和油酸乙酯对朱砂叶螨的作用机理。通过对经两种活性化合物处理后朱砂叶螨的连续动态观察,发现朱砂叶螨表现出一些典型的中毒症状,像如兴奋、抽搐、痉挛和麻痹。另外,2,4-二叔丁基苯酚和油酸乙酯对朱砂叶螨体内乙酰胆碱酯酶的抑制作用不明显,而对单胺氧化酶具有显著的抑制活性。与此同时,采用UPLC-3QMS测定朱砂叶螨体内七种生物胺含量结果显示,除苯乙胺(2,4-二叔丁基苯酚和油酸乙酯)和章鱼胺(油酸乙酯)之外,经2,4-二叔丁基苯酚和油酸乙酯处理后朱砂叶螨雌成螨体内生物胺的含量明显高于空白对照。因此,2,4-二叔丁基苯酚和油酸乙酯对朱砂叶螨显著的杀螨活性很可能是由于对单胺氧化酶或类似单胺氧化酶活性的酶的抑制作用或是作用于某个或某些生物胺偶联G蛋白受体,从而导致朱砂叶螨神经系统中生物胺含量的累积,进而引起螨虫表现出抽搐、痉挛等典型的神经毒害症状。除此之外,该两种活性化合物对朱砂叶螨体内ATP酶也表现出不同程度的抑制活性。其中2,4-二叔丁苯酚对Ca2+-Mg2+-ATP酶作用最为显著,油酸乙酯对Na+-K+-ATP酶的抑制活性最突出。因此,Ca2+-Mg2+-ATP酶和Na+-K+-ATP酶也有可能分别是2,4-二叔丁基苯酚和油酸乙酯的作用靶点。5)通过添加适当的助剂,分别配制出稳定的20%2,4-二叔丁基苯酚微乳剂和30%油酸乙酯乳油;确定了通过GC-MS对其有效成分进行含量检测和质量控制的方法。室内离体和苗期生测结果显示:这两种杀螨制剂对朱砂叶螨都具有显著的防治效果,并明显提高了2,4-二叔丁基苯酚和油酸乙酯的防治效果。在苗期盆栽试验中,用药处理7d后,2,4-二叔丁基苯酚微乳剂和油酸乙酯乳油对朱砂叶螨的LC50分别为497.22和770.30 mg kg-1,比单纯使用两种活性物质时防治效果显著提高。温室试验和三地田间试验结果显示:20%2,4-二叔丁基苯酚微乳剂和30%油酸乙酯乳油对各地区不同寄主上的朱砂叶螨都具有良好的控制效果;高浓度的2,4-二叔丁基苯酚微乳剂和油酸乙酯乳油在用药14d后防效在83.28-97.76%和81.63-98.86%,优于或等同当地常用化学对照药剂-联苯肼酯、哒螨灵和溴虫腈。急性毒理学测试结果显示20%2,4-二叔丁基苯酚微乳剂和30%油酸乙酯乳油经口、经皮、吸入毒性都属于微毒类,对家兔眼及家兔和豚鼠皮肤无刺激性,属弱致敏物。综上所述,本研究从发现活性植物提取物,分离纯化鉴定出活性化合物和提取工艺的优化,到活性化合物的作用方式和作用机理,再到安全、高效和稳定制剂的研制和田间药效试验,充分证实了香樟叶提取物及其活性化合物是具有潜在应用价值的植物源杀螨剂,为以城市绿化废弃物香樟叶为原料进行植物源生物杀螨剂的创制提供了科学依据。
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