β-氨基丁酸-大黄酸耦合物的合成、生物活性及韧皮部传导性.pdf

研究论文doi:10.16801/j.issn.1008-7303.2023.0036-氨基丁酸-大黄酸耦合物的合成、生物活性及韧皮部传导性胡慈银#,1,王锦鹏#,1,肖永欣1,李俊凯*,1,2(1.长江大学农学院，湖北荆州434025；2.长江大学农药研究所，湖北荆州434025)摘 要：氨基酸-农药耦合物能够改善母体农药的内吸传导性，提高农药的使用效率，减少因没有到达靶标造成的浪费及对环境的污染。本研究以天然产物大黄酸为先导化合物、以-氨基丁酸为导向基团，设计、合成了 4 个目标化合物，并检测了其对 6 种植物病原菌的抑菌活性，以及对小麦植株苯丙氨酸解氨酶(PAL)和过氧化物酶(POD)活性的影响及在蓖麻幼苗中的韧皮部传导性。结果表明，化合物 4b(浓度 0.5mmol/L)不仅对水稻纹枯病菌 Rhizoctonia solaniKhn具有一定的抑制活性(菌丝生长抑制率为 53.5%)，而且具有诱导抗性(持效期近 7d)和韧皮部传导性(渗出液浓度为 15.1mol/L)。该研究为兼具内吸传导性和诱导抗性杀菌剂的开发提供了新思路。关键词:-氨基丁酸-大黄酸耦合物；抑菌活性；诱导抗性；韧皮部传导性中图分类号：O626.2；TQ455.4文献标志码：ASynthesis of-aminobutyric acid-Rhein conjugates and their bioactivity andphloem translocationHUCiyin#,1,WANGJinpeng#,1,XIAOYongxin1,LIJunkai*,1,2(1.School of Agriculture,Yangtze University,Jingzhou 434025,Hubei Province,China;2.Institute of pesticides,Yangtze University,Jingzhou 434025,Hubei Province,China)Abstract:Amino-pesticideconjugatesenabletoimprovethesystemicconductivityofparentingredients,increaseutilizationefficiency,anddecreasethewastethatwascausedbytheunreachedtargetandthuspollutiontotheenvironment.Inthisstudy,fourtargetcompoundsweredesignedandsynthesizedusingthenaturalproductRheinastheleadingcompoundand-aminobutyricacid(BABA)asthedirectinggroup,andtheirantifungalactivitiesagainstthesixplantpathogens,effectsonenzymaticactivitiesofthephenylalanineammonialyase(PAL)andperoxidase(POD)ofwheatleaves,whichweretreatedbythecompounds,andtheirphloemtranslocationinRicinusseedlingweremeasured.Theresultsshowedthatcompound4b(concentrationat0.5mmol/L)hadnotonlyaninhibitioneffectontheRhizoctonia solaniKhn(theinhibitionrateofmycelialgrowthwas53.5%),butalsoaninducibleresistance(durationwasnearly7d),andphloemtranslocation(sapconcentrationwas15.1mol/L).Thisstudyprovidesanewideafordevelopingsystemicandinduciblefungicides.收稿日期：2023-01-30；录用日期：2023-04-07；网络首发日期：2023-05-05.Received:January30,2023;Accepted:April7,2023;Published online:May5,2023.URL:https:/doi.org/10.16801/j.issn.1008-7303.2023.0036http:/ Journal of Pesticide ScienceE-mail:Keywords:BABA-rheinconjugates;antifungalactivities;inducibleresistance;phloemtranslocation农作物病虫草害是制约粮食安全生产的重要因素。化学防治是预防植物病虫草害发生并对其进行管控的有效手段，但农药不合理使用难免对粮食生产及质量造成不利影响1。因此，创制具有高活性、高选择性、低风险、无残留及清洁生产的绿色农药是未来中国农药发展的主要趋势。近年研究表明，天然产物在绿色农药研究领域潜力巨大，一些植物、微生物或海洋生物的提取物展现出良好的杀虫、杀菌及除草效果。例如：利用植物苦皮藤 Celastrus angulatusMaxim.制成的杀虫剂能够高效作用于鳞翅目昆虫靶标 Na+/K+-adenosinetriphosphatase(ATPase)2；从假单胞菌和链霉菌等微生物中提取的申嗪霉素(phenazine-1-carboxylicacid)已被登记为防治水稻纹枯病的高效杀菌剂3。此外，海洋天然产物芦竹碱(gramines)类似物和匹普利宁(pimprinine)生物碱等也具有良好的抗病毒活性4-5。大黄酸(Rhein，4,5-dihydroxyanthraquinone-2-carboxylicacid)属于单核蒽醌类衍生物，主要从药用植物大黄、虎杖及何首乌等多种传统中药材中分离提取6-7，具有抗炎、抑菌、抗肿瘤、抗病毒和抗氧化等活性8-11。以往对大黄酸的研究多集中在医药领域。大黄酸也是双醋瑞因(diacerein)的活性代谢物，Boileau 等12研究发现，双醋瑞因的作用机理是其代谢物大黄酸能够抑制胞外信号相关激酶 ERK1/2(extracellularsignal-regulatedkinase-1/2)和 p38 的活性，进而减少骨关节炎软骨组织中白细胞介素 1(interleukin-1-beta)诱导的金属蛋白(metalloprotease-13)和组织蛋白酶 K(cathepsinK)的合成，从而影响非正常软骨组织的代谢及破骨组织的分化。Yang 等13对大黄酸 3 号位上的羧基进行取代，分别合成了具有苯环结构和酰胺结构的两个系列衍生物。生物活性测定发现，这些衍生物对 Hela 和 Molt4 等肿瘤细胞具有较好疗效。王兴达等14在大黄酸羧基酰胺化的基础上继续对蒽醌母核 C7 位进行结构修饰，通过微孔板法检测发现，在大黄酸蒽醌母核 C7 位取代基上引入未取代杂环，可增强其对大肠杆菌的抑制作用。在农用活性研究方面，朱祥等15对大黄酸进行了结构改造，将其与氨基酸耦合，尝试从得到的系列衍生物中筛选到既具有良好的生物活性又具有韧皮部传导性的耦合物。生物活性测定发现，4,5-二甲氧基大黄酸氨基酸酯耦合物在离体条件下，对水稻纹枯病菌具有较好的杀菌活性，但其杀虫和除草效果不佳，且不具备韧皮部传导性。-氨基丁酸(-aminobutyricacid，BABA)是一种植物体内次生非蛋白质氨基酸，可激活植物自身免疫系统，从而诱导植物对多种生物和非生物胁迫做出防御反应来提高自身免疫能力16-18。作为一种极具潜力的广谱性植物诱抗剂，BABA 不仅能够提高不同植物对霜霉病、白粉病和软腐病等病害的抗病性，而且能诱导植物对烟草花叶病毒、细菌、卵菌和线虫等产生局部和系统抗性19。已有研究表明，以植物内源物质如糖或氨基酸等为导向基团，通过其与农药活性成分耦合，得到的衍生物具有韧皮部传导性20-21。本研究拟将 BABA作为导向基团，将其与先导化合物大黄酸耦合，设计、合成一系列衍生物，以期筛选到既保留大黄酸的生物活性和 BABA 的诱导抗性，又具有韧皮部传导性等性质的内吸传导型诱抗杀菌剂。目标化合物 3a、3b、4a 和 4b 的合成路线分别见图式 1 和图式 2。OHOOOHOHOSOCl2OHOOOHClONH2OOOHOOOHHNOOOOHOOOHHNOOHOLiOHCH2Cl2CH2Cl21,4-dioxane3a3b1大黄酸Rhein图式 1 目标化合物 3a 和 3b 的合成线路Scheme 1 Synthesis routes of target compounds 3a and 3bNo.4胡慈银等:-氨基丁酸-大黄酸耦合物的合成、生物活性及韧皮部传导性809 1 材料与方法 1.1 仪器与药剂BrukerAvanceDPX400型核磁共振仪(以TMS 作内标物，CDCl3或 DMSO-d6作溶剂，德国-瑞士布鲁克光谱公司)；ThermoScientificQ-Exactive型高分辨率质谱仪(ESI-MS，赛默飞世尔科技有限公司)；WRR 熔点测定仪(上海精密科学仪器有限公司)；K2025 高效液相色谱仪(山东悟空仪器有限公司)；SorvallLegendMicro21R型微量冷冻离心机(赛默飞世尔科技有限公司)；SENSE425-301型多功能酶标仪(芬兰 Hidex 公司)。大黄酸原药、-氨基丁酸乙酯盐酸盐和 DL-氨基丁酸(纯度均为 98%)，购自上海晶纯生化科技股份有限公司；过氧化物酶(POD)活性检测试剂盒和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性检测试剂盒，购自北京索莱宝科技有限公司。其他化学试剂均为市售国产分析纯。1.2 供试材料供试病原菌：水稻纹枯病菌 Rhizoctonie solaniKhn、小麦赤霉病菌 Fusarium graminearum、油菜菌核病菌 Sclerotinia sclerotiorum、玉米小斑病菌 Cochlibolus heterostrophus、小麦茎基腐病菌Fusarium psedograminearum 和辣椒疫霉Phytophthora capsici，均由长江大学农学院植物病理学实验室提供。供试植物：小麦 Triticum aestivum 品种为“京双 16”，由湖北省农业科学院植保土肥研究所提供。蓖麻 Ricinus communisL.，由山东省淄博市农业科学院提供。1.3 目标化合物的合成中间体-氨基丁酸乙酯溶液的制备：称取1.15g-氨基丁酸乙酯盐酸盐于 100mL 圆底烧瓶中，加入 30mL 二氯甲烷超声溶解，再加入 3.5g三乙胺常温搅拌，反应 3h 后即可获得-氨基丁酸乙酯溶液。1.3.1目标化合物 3a 和 3b 的合成参考文献的方法15合成。称取 1.31g 大黄酸于 150mL 圆底烧瓶中，加入 50mL 二氯甲烷，充分搅拌溶解后加入 1mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)，缓慢滴加1.26g 草酰氯，升温至 50 回流，反应 12h，用薄层色谱(TLC,V(石油醚):V(乙酸乙酯)=4:1)监测至反应完毕，旋转蒸发后得到中间体 1 用于下一步反应。向化合物 1 中加入 15mL 二氯甲烷，使其完全溶解。在冰浴条件下，将-氨基丁酸乙酯溶液转移至恒压滴液漏斗中，缓慢滴加到反应液中，室温反应 2h。减压浓缩，加入二氯甲烷 100mL 溶解并用饱和氯化钠水溶液洗涤 3 次，有机相用无水硫酸钠干燥后，抽滤，旋转蒸发除去溶剂，通过柱层析(V(石油醚):V(乙酸乙酯)=8:1)分离纯化，得到目标化合物 3a(4-乙氧羰基-2-丁基氨基大黄酸酰胺，简称-氨基丁酸-大黄酸乙酯)。称取