病蟲害嚴(yán)重危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和可持續(xù)健康發(fā)展,造成巨大的經(jīng)濟損失。目前,化學(xué)藥物仍是控制農(nóng)業(yè)病蟲害的主要方式,但其帶來的藥物殘留、耐藥性和再猖獗等問題給生態(tài)環(huán)境保護(hù)、公共衛(wèi)生和食品安全造成潛在威脅。由于天然產(chǎn)物的高效、低毒和對環(huán)境友好等特點,從中發(fā)現(xiàn)天然源農(nóng)用藥物已成為新的研究熱點,具有廣闊的應(yīng)用前景。在前期研究的基礎(chǔ)上,本論文以立枯絲核菌、稻瘟病菌、小麥赤霉病菌、番茄灰霉病菌、油菜菌核病菌等植物常見病原真菌及褐飛虱、東方粘蟲等作物害蟲和兔癢螨等動物外寄生蟲為研究對象,對吲哚并喹啉類生物堿、簡單苯丙素類化合物、醌類及香豆素類化合物等天然產(chǎn)物的殺菌、殺蟲及殺螨生物活性進(jìn)行研究,探討其作用機理,以期發(fā)現(xiàn)安全、高效的先導(dǎo)化合物。1.吲哚并喹啉類生物堿殺菌活性評價及作用機理研究吲哚并喹啉類生物堿具有良好的抗菌和抗腫瘤活性,在前期對新白葉藤堿衍生物抗植物病原真菌活性研究基礎(chǔ)上,對其母核結(jié)構(gòu)的殺菌活性及作用機理進(jìn)行進(jìn)一步研究。以立枯絲核菌和稻瘟病菌為研究對象,對吲哚并喹啉類生物堿新白葉藤堿、白葉藤堿及異白葉藤堿的殺菌活性研究時發(fā)現(xiàn),新白葉藤堿的殺菌活性較好;進(jìn)一步研究表明,新白葉藤堿具有較廣的殺菌譜,對立枯絲核菌毒力最強;應(yīng)用蛋白組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)及基于表面等離子共振的分子捕捉技術(shù)和其它分子生物學(xué)技術(shù)對其殺菌作用機理研究表明,新白葉藤堿通過作用于線粒體復(fù)合酶III的Fe-S蛋白亞基顯著抑制其酶活性,阻斷電子傳遞鏈和能量代謝,進(jìn)而造成菌絲死亡。同時,新白葉藤堿的殺菌活性也可能與細(xì)胞核功能的抑制有關(guān)。2.簡單苯丙素類化合物生物活性評價及作用機理研究簡單苯丙素類在植物中分布較為廣泛,本文選取8種簡單苯丙素類化合物,對其殺菌、殺蟲、殺螨活性和作用機理進(jìn)行研究。殺菌活性研究發(fā)現(xiàn),簡單苯丙素類化合物對植物病原菌具有一定的生長抑制活性,其中,大部分苯丙素類化合物對立枯絲核菌的毒力較強,對小麥赤霉病菌的毒力較弱。所測化合物中,異丁香酚的殺菌活性最好且殺菌譜較寬,濃度為50μg/mL時對油菜菌核病菌、立枯絲核菌及番茄灰霉病菌的抑制率分別為86.05%、78.67%和53.89%。殺蟲活性研究發(fā)現(xiàn),丁香酚對褐飛虱的殺蟲活性最好,LC_(50)為89.22μg/mL;乙酸丁香酚酯對東方粘蟲的殺蟲活性較好,與陽性對照藥物川楝素相當(dāng)。殺螨活性及作用機理研究發(fā)現(xiàn),丁香酚具有良好的體外殺螨活性,且能有效治愈患螨病兔;應(yīng)用轉(zhuǎn)錄組學(xué)和分子捕捉等分子生物學(xué)技術(shù)研究首次發(fā)現(xiàn),丁香酚通過作用于螨蟲線粒體呼吸鏈復(fù)合酶I鏈2的Phe198、Glu211和Lys288氨基酸殘基抑制其酶活性,進(jìn)而阻斷電子傳遞鏈和能量產(chǎn)生,導(dǎo)致螨蟲死亡,其對復(fù)合酶I鏈2的結(jié)合具有種屬選擇性,對昆蟲更為敏感,毒性更大,但對哺乳動物較為安全。3.醌類化合物生物活性評價及作用機理初探醌類化合物是一類重要的植物次級代謝產(chǎn)物,本文中我們對其殺菌、殺蟲及殺螨生物活性及可能的作用機理進(jìn)行研究。殺菌活性及作用機理研究表明,大部分醌類化合物對植物病原菌具有較強毒力,其中藍(lán)雪醌的殺菌活性最好且殺菌譜較廣,對8種植物病原菌的EC_(50)值為2.84-10.53μg/mL,優(yōu)于陽性對照藥物嘧菌酯;藍(lán)雪醌處理立枯絲核菌后導(dǎo)致菌絲形態(tài)發(fā)生變化,細(xì)胞膜滲透性增加而引起內(nèi)容物外流,線粒體腫脹且膜電位降低和活性氧簇發(fā)生富集,細(xì)胞核被破壞;藍(lán)雪醌通過作用于立枯絲核菌的多個靶點而發(fā)揮其殺菌活性,對線粒體和細(xì)胞核的影響較為顯著。殺蟲及酶抑制活性研究發(fā)現(xiàn),醌類化合物對褐飛虱的殺蟲活性優(yōu)于東方粘蟲,其中,大黃素對褐飛虱和東方粘蟲的殺蟲活性最好,LC_(50)分別為84.30μg/mL和548.74μg/mL;通過酶活性抑制實驗對其殺蟲機理研究初步發(fā)現(xiàn),大黃素顯著抑制乙酰膽堿酯酶(AChE)和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GST)的活性,且激活細(xì)胞色素P450s的活性,殺蟲機理可能與通過誘導(dǎo)激活P450s而增加昆蟲對藥物的敏感性、以及通過抑制GST活性阻斷II相代謝系統(tǒng)有關(guān),神經(jīng)系統(tǒng)和運動功能障礙也是導(dǎo)致昆蟲死亡的重要原因。殺螨及酶抑制活性研究發(fā)現(xiàn),胡桃醌和藍(lán)雪醌的體外殺螨活性最好,能有效治愈患螨病兔,且無皮膚刺激性;兩個化合物的殺螨活性可能與螨蟲的神經(jīng)傳導(dǎo)和運動功能的破壞等有關(guān)。細(xì)胞毒性研究表明,藍(lán)雪醌和大黃素對人正常肝細(xì)胞具有潛在的毒性,且前者對角質(zhì)形成細(xì)胞的毒性較大,其臨床使用仍需進(jìn)一步研究;胡桃醌的細(xì)胞毒性較弱。4.香豆素化合物生物活性評價及作用機理初探香豆素類化合物具有良好的抗腫瘤、抗炎、抗病毒和抗細(xì)菌等活性,本文中對香豆素類化合物的殺菌、殺蟲及殺螨活性進(jìn)行研究。殺菌活性及作用機理研究表明,在所測試的香豆素類化合物中,4-甲氧基香豆素對立枯絲核菌的殺菌活性最好,優(yōu)于陽性對照藥物嘧菌酯,其能引起立枯絲核菌細(xì)胞膜破壞和滲透性增加,導(dǎo)致內(nèi)容物的外泄,同時降低線粒體膜電位并富集活性氧簇,引起菌絲死亡。4-甲氧基香豆素可能通過細(xì)胞膜和線粒體發(fā)揮作用而導(dǎo)致菌絲死亡。殺蟲及酶抑制活性研究發(fā)現(xiàn),6-甲氧基當(dāng)歸素的殺褐飛虱活性最好,LC_(50)為122.7μg/mL,顯著抑制AChE、GST活性和激活P450s活性,可作為I相代謝中P450誘導(dǎo)劑促使蟲體對藥物敏感,隨后通過抑制蟲體的解毒作用導(dǎo)致褐飛虱死亡;4-甲氧基香豆素對東方粘蟲毒力較強。殺螨及細(xì)胞毒性研究發(fā)現(xiàn),4-甲氧基香豆素的殺螨活性最好;4-甲氧基香豆素和6-甲氧基當(dāng)歸素對人正常肝細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞的毒性較弱或無毒性,IC_(50)均大于100μg/mL。本研究中首次發(fā)現(xiàn)新白葉藤堿的殺菌活性,闡明了其殺菌作用機制;明確了簡單苯丙素類、醌類及香豆素類化合物對植物病原菌、作物害蟲及兔癢螨的毒力,發(fā)現(xiàn)丁香酚、大黃素、胡桃醌、藍(lán)雪醌、6-甲氧基當(dāng)歸素、4-甲氧基香豆素等具有良好殺菌、殺蟲和殺螨活性的化合物;初步研究了藍(lán)雪醌、4-甲氧基香豆素的殺菌作用機理,探討了大黃素、胡桃醌、藍(lán)雪醌、6-甲氧基當(dāng)歸素和4-甲氧基香豆素的殺蟲、殺螨作用方式,闡明了丁香酚殺螨作用靶點,為后續(xù)四類天然產(chǎn)物的研究利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S481
【部分圖文】：

第一章 文獻(xiàn)綜述危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和健康發(fā)展, 造成嚴(yán)重的經(jīng)計，全世界農(nóng)業(yè)因有害生物每年造成的經(jīng)濟損食生產(chǎn)每年因病害損失 10%、蟲害達(dá) 14%，帶物病蟲害總體處于比較嚴(yán)重的發(fā)生狀態(tài)，導(dǎo)致重威脅糧食安全。2006-2015 年間每年病蟲次，占糧食總產(chǎn)量的 3.53%，其中玉米、水稻和、33.67%及 23.31%（圖 1-1）[5]。畜牧業(yè)作為農(nóng)害同樣嚴(yán)重威脅農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖業(yè)正常生產(chǎn)，以動物動物生產(chǎn)性能及畜產(chǎn)品質(zhì)量下降，甚至死亡[6]，

前者對玉米小斑病菌活性最好，EC50為 29.3 μg/mL；后者對核盤菌較為敏感[35]；quinolactacide 和 yaequinlone（圖1-2）對馬鈴薯晚疫病菌和冬棗銹病菌也具有較好的抑制活性，MIC 分別為 8 和4 μg/mL[36,37]。Teichert 等 從 蘑 菇 狀 真 菌 Cortinarius subtortus 中 分 離 出 的6-hydroxyquinoline-8-carboxylic acid（圖 1-2）喹啉生物堿顯著抑制馬鈴薯炭疽病菌菌絲生長，濃度為 18.9 μg/mL 時抑制率為 71%[38]；夾竹桃（Nerium indicum）內(nèi)生真菌 Penicillium sp. R22 發(fā)酵液中喹啉酮 3-O-methylviridicatin 和青霉醇對白菜黑斑病菌和蘋果腐爛病菌具有較強毒力[39]；目前，以喹啉環(huán)為母核設(shè)計、合成

[43]。1999年，Sarma等研究發(fā)現(xiàn)延胡索（Fumaria indica）中碘化小檗堿（圖1-3）能顯著抑制新月彎孢菌、白粉病菌、鐮刀菌和青霉屬病菌的孢子萌發(fā)[44]；石蒜科植物中二氫水仙克拉辛-4-O-α-L-阿拉伯糖苷也具有良好的抗菌活性，濃度為10 μg/mL時對稻瘟病菌和黃萎病菌的生長抑制率均超過60 %[45]。圖 1-3 具有抗農(nóng)業(yè)病菌活性的異喹啉類生物堿Figure 1-3. The chemical structure of isoquinoline alkaloids with the anti-phytopathogen activity1.1.1.3 吲哚類生物堿吲哚生物堿是另外一類較為重要的生物堿。Singh 等研究了吲哚生物堿venenatin（e圖 1-4）對幾種植物病原菌的抑菌活性，結(jié)果顯示其對 Fusarium udum、黑斑病菌、Ustilago cynodontis、黃曲霉具有高敏感性，濃度為 2000 μg/mL 時能顯著抑制孢子萌發(fā)，且對豌豆白粉病有良好的防效[46]。從 Zanthoxylumusambarense 中分離出的鐵屎米酮（圖 1-4）顯著抑制球毛殼菌、出芽短梗霉、島青霉、樹脂枝孢霉、黑曲霉和黃曲霉等霉菌的生長，MIC 均為 5.5 μg/mL[47]；來自 Streptomyces sp.的吲哚生物堿 chloroindole 和 streptochlorin（圖 1-4）也具有一定的殺菌活性[48, 49]。圖 1-4 具有抗農(nóng)業(yè)病菌活性的吲哚類生物堿Figure 1-4. The chemical structure of indole alkaloids with the anti-phytopathogen activity1.1.1.4 β-咔啉及甾體類生物堿Olmedo 等研究了六個β-咔啉（β-carbolines）類生物堿抗綠霉病菌和灰霉病菌的生物活性，為蔬菜水果的采后保鮮提供理論支持。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：哈爾明堿、哈爾醇、去甲哈爾滿和哈爾滿堿（圖 1-5）抑制了分生孢子的萌發(fā), 其中哈爾醇的抗菌活性均最好

本文編號：2862496