黄花棘豆生物碱成分及化学衍生物对斜纹夜蛾防御作用研究

Oxytropis ochrocephala Bunge as major poisonous plant is distributed widely in the western grassland of my country. After consuming the plant, the livestock developed toxic diseases even death due to the poisonous alkaloids in plant. On the other hand, the alkaloids in the plant were regarded as defensive substance preventing the livestock from ingesting. The preliminary bioassay indicated that those faction showed contact toxic against the worm of Spodoptera litura. 14 alkaloids were obtained from the active faction and eight sophoridine derivatives were synthesized. Based on the previous research mentioned above, the alkaloid compounds will be isolated and identified by the modern techology methods from Oxytropis ochrocephala Bunge. Sophoridine derivatives will be synthesize and then the compound bank of alkaloids were established. The biogenetic pathway will be proposed, meanwhile the principles of pathway will be deduced. The following is focused on the structure-activity relationship (SAR) between alkaloids compounds with the feeding and contacting toxic against the worm of Spodoptera litura and exploite the active compounds. The connections between the principles of biogenetic pathway with the structures of natural active compounds will be evaluated, which investigate the biological significances of defensive substance-alkaloids from Oxytropis ochrocephala Bunge. The cytotoxicity of potential compounds will be evaluated and the mechanism will be researched. We hope the project will provide scientific keystone for new botanical pesticide against Spodoptera litura.

黄花棘豆是我国西部草原主要有毒植物，家畜采食后能引起中毒甚至死亡，其主要有毒成分是生物碱。对植物本身而言，生物碱是植物为防止动物采食而在长期进化过程中产生的化学防御物质。前期活性筛选实验表明，这一类防御物质对3龄斜纹夜蛾幼虫具有触杀毒性；从中已经分离得到14个生物碱成分，并制备8个槐定碱衍生物。本项目拟在前期研究的基础之上，结合活性筛选深入研究黄花棘豆抗斜纹夜蛾幼虫的生物碱成分，通过化学手段制备槐定碱衍生物，建立其化合物库；并在斜纹夜蛾胃毒和触杀毒生物模型上揭示化合物结构与活性之间的关系，寻找生物活性成分；然后探讨化合物在生物合成途径的规律与天然来源活性化合物之间的关系，研究植物黄花棘豆防御物质-生物碱产生的生物学意义；测试其细胞毒性并对作用机制进行研究，为新型防治斜纹夜蛾生物农药的研发提供科学依据。

黄花棘豆广泛分布于西部草场，马、牛、山羊等食草动物采食后发生中毒，其毒性成分为苦马豆素。从植物的角度，上述生物碱便是黄花棘豆与采食动物协同进化而产生的化学防御物质。在草原生态严酷的竞争环境中，黄花棘豆除了要面对食草动物，是否还要面对其它农业害虫如斜纹夜蛾的侵扰呢？黄花棘豆的生物碱成分是否具备对斜纹夜蛾的防御作用呢？鉴于此，本项目开展黄花棘豆生物碱成分、化学衍生物及其对斜纹夜蛾杀虫活性的研究，并探讨其构效关系，找到杀虫活性化合物，并研究其生物合成趋向性。结果从中分离、鉴定了28个生物碱成分，其中8个新化合物，2个为新骨架化合物，24个化合物均首次从该植物中得到。合成了槐定碱衍生物。在细胞毒模型评价了14个天然来源生物碱和槐定碱衍生物的安全性，结果表明所有天然来源的生物碱成分有着良好的安全性，具备成为安全生物农药的潜力。斜纹夜蛾幼虫杀虫模型上找到活性最强槐胺碱（LC50: 7.740mg/mL）。为便于后续应用开发，采用大孔树脂和高速逆流色谱（HSCCC）对其纯化工艺进行研究，得到纯化工艺1条。通过本研究，再结合文献资料，总结出黄花棘豆3类化学防御物质：吲哚里西啶生物碱，喹诺里西啶生物碱和紫檀烷类黄酮。研究表明：紫檀烷类黄酮对植物病原菌表现出抑制作用，而以苦马豆素为代表的吲哚里西啶生物碱着重防御食草牲畜。本项目所发现的喹诺里西啶生物碱用于对食草性昆虫的化学防御。进一步分析喹诺里西啶生物碱的化学类型，29个喹诺里西啶生物碱中，有17个为苦参碱类，化合物个数占绝大多数（58.6%）。更为值得关注的是，苦参碱类化合物含量普遍较高，从化合物分布数量及相对含量来考虑，喹诺里西啶中苦参碱类化合物应为对食植性昆虫防御的主要化合物。继续考察苦参碱类化合物的相互关系、生物合成途径、杀虫活性和相对含量，黄花棘豆可能趋向性合成槐胺碱，分布于组织中，用于对食草昆虫的化学防御。