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马缨丹Lantana camara L.又名五色梅、如意草,是马鞭草科Verbenaceae植物。该植物原产于美洲的热带和亚热带地区,其繁殖、适应能力强,侵占大面积的牧场和耕地,被视为世界10种最有害的杂草之一。大量研究表明,马缨丹在害虫防治方面有着良好的应用前景。本研究旨为马缨丹在植物保护剂方面的开发利用和马缨丹的“以害治害,变害为用”提供科学依据。
本文着重研究马缨丹五环三萜对小菜蛾和黄曲条跳甲的生物活性、作用方式以及该类化合物的定量构效关系,对马缨丹提取物进行制剂化加工,测定制剂的施用效果。并对马缨丹五环三萜的作用机制、化合物结构中各个基团对活性的贡献以及提取物制剂的应用前景进行讨论.
本研究主要研究结果如下:
一、马缨丹提取物对供试蔬菜害虫的生物活性
本研究供试的提取物为,马缨丹叶片的甲醇提取物、甲醇提取物的氯仿萃取物、氯仿萃取物在甲醇中的结晶(总岩茨烯)以及氯仿萃取物结晶后的剩余物(剩余物)。
供试的马缨丹提取物对小菜蛾Plutella xylostella成虫均有产卵抑制作用。与印楝素相比,马缨丹提取物的产卵抑制作用较强。浓度为2000μg·ml-1的提取物减少小菜蛾成虫在其寄主上60.4%-87.5%的着卵量。但提取物对黄曲条跳甲成虫Phyllotreta striolata产卵和小菜蛾卵孵化无明显影响。
供试的马缨丹提取物对黄曲条跳甲成虫和小菜蛾幼虫均有拒食作用。浓度为2000μg·ml-1的提取物可减少黄曲条跳甲成虫38.2%-69.0%的取食面积,减少小菜蛾幼虫23.8%-50.3%的取面积。但提取物对黄曲条跳甲成虫和小菜蛾幼虫的存活无明显影响,对斜纹夜蛾和甜菜夜蛾的生物活性不明显。
二、马缨丹五环三萜的提取分离
从甲醇提取物中分离出5个五环三萜化合物,岩茨烯A、黄疸配基、乌苏酮酸、岩茨烯B和24-羟基-乌苏酮酸。其中,黄疸配基的提取率最高,为2.2%;其次为岩茨烯A(0.88%)、岩茨烯B(0.38%);最低为乌苏酮酸(0.11%)和24-羟基-乌苏酮酸(0.11%)。
本文所用马缨丹变种为红花马缨丹,从该变种中分离出黄疸配基,且提取率之高属首次报道。从马缨丹植株中分离出24-羟基-乌苏酮酸,属首次报道。
三、马缨丹五环三萜对蔬菜害虫的生物活性
岩茨烯A、岩茨烯B、黄疸配基和乌苏酮酸对小菜蛾成虫有显著的产卵抑制作用。浓度为1000μg·ml-1的上述化合物,分别减少小菜蛾在其寄主上62.4%、58.5%、75.3%和67.1%的着卵量。根据产卵抑制中浓度(OD50),岩茨烯A的产卵抑制作用最强,其次是乌苏酮酸,岩茨烯B和黄疸配基的产卵抑制作用较前2个化合物弱。而24-羟基-乌苏酮酸的对小菜蛾产卵抑制作用不明显。
甲醇提取物、岩茨烯A、岩茨烯B、黄疸配基和乌苏酮酸显著抑制小菜蛾种群的增长,分别使小菜蛾下一代种群数量减少74%、60%、59%、69%和69%。但甲醇提取物和供试的五环三萜化合物对小菜蛾的生长发育无明显影响。
供试的5个五环三萜化合物均对小菜蛾幼虫有拒食作甩。根据拒食中浓度(AFC50),岩茨烯A和黄疸配基的拒食作用最强,乌苏酸和岩茨烯B次之,24-羟基-乌苏酮酸的拒食作用较弱。在供试的5个五环三萜化合物中,只有岩茨烯A和黄疸配基对黄曲条跳甲成虫有显著的拒食作用。浓度为1000 μg·ml-1的上述2个化合物在处理48 h后,分别减少黄曲条跳甲成虫81.7%和70.0%的取食面积。
乌苏酮酸和24-圣基-乌苏酮酸对昆虫的生物活性属首次报道。
四、马缨丹五环三萜化合物结构与活性的关系
马缨丹五环三萜对小菜蛾成虫产卵抑制作用的大小存在差异。黄疸配基的产卵抑制作用较岩茨烯A弱,而24-羟基-乌苏酮酸较乌苏酮酸弱。黄疸配基和24-羟基-乌苏酮酸分别为岩茨烯A和乌苏酮酸的C24位羟基衍生物。C24位含羟基会致使产卵抑制作用减弱。
通过衍生化反应获得马缨丹齐墩果烷型五环三萜的系列化合物,并使用Free-Wilson模型对该类化合物进行定量构效关系分析。结果表明,C22位的当归酰氧基对拒食作用贡献最大,而C3和C4位的羟基对拒食作用的贡献为负值,导致活性下降。当C22位含当归酰氧基时,齐墩果烷型五环三萜的拒食作用最强;当C22位无当归酰氧基存在时,该类化合物几乎没有拒食作用。与其他基团相比,在决定该类化合物对黄曲条跳甲成虫有无拒食作用的过程中,C22位的当归酰氧基是最重要的因素。C22位的当归酰氧基是马缨丹齐墩果烷型五环三萜及其衍生物对黄曲条跳甲成虫拒食作用所必须的基团。
五、马缨丹提取物制剂对蔬菜害虫的控制作用
本文对马缨丹提取物进行制剂化加工,将其制成可供直接使用的制剂(水悬液)(图片见附录B)。该制剂加工过程简单,使用方便。经测定,对小菜蛾和黄曲条跳甲成虫有较好的控制作用。在施用后的第1天,马缨丹提取物制剂可减少小菜蛾在其寄主上63.5%-78.2%的着卵量,减少黄曲条跳甲成虫70.6%-84.9%的取食面积。在有效成分含量相同的情况下,以氯仿萃取物为有效成分的制剂的控制作用最强,且该类制剂的控制作用随氯仿萃取物含量的增加而增强,当萃取物浓度为250μg·ml-1时,控制效果较差。马缨丹提取物制剂对上述2种蔬菜害虫的持效性较好,施用6天后仍然保持较好的控制作用,减少小菜蛾在其寄主上48.4%-62.8%的着卵量,减少黄曲条跳甲成虫75.6%-76.8%的取食面积。