茶氨酸和谷氨酸介导溴代吡咯腈的前体化及其生物活性

The design of pro-pesticide for improved uptake and transport of pesticide in plants is an important method of pesticide bioavailability manipulation. This project is designed to improve uptake and transport of a pesticide active ingredient in tea plants by new latentiation of bromination pyrrole nitrile - the main active molecule moiety of a commercialized pro-pesticide chlorfenapyr which could be applied in tea plantation. The moiety of theanine and glutamic acid are to be introduced into bromination pyrrole nitrile to synthesize some new pro-insecticide conjugates via click chemistry and some other synthetic methods. The caster bean seedlings are employed to study the uptake and phloem mobility of conjugates, and their distribution and metabolism are investigated in adult plants of caster bean and tea plants. Activity assay is to be performed by using the target insect, Empoasca vitis Gothe, Dendrothrips minowai Priesner and Toxoptera aurantii Fonscolombe, as an indicator. Based on the relationship between structure and activity as well as structure and translocation, the conjugates with high transport property, high activity and high safety are to be found out. The successful project execution is expected to develop the novel pro-pesticides, which have advantages of higher bioavailability, lower dosage, better effect, less pesticide residue and better applicability in tea plantation. Thus not only provides a new way to quality control of tea pesticide residue, but also enrichs the theories of plant pharmacology.

以改善农药活性分子在植物体的吸收和输导性为目的的前体农药设计是实现农药生物利用度控制的重要方法。本项目拟对茶园适用的已商品化前体农药溴虫腈的活性结构溴代吡咯腈进行新型前体化设计，提高此活性分子在茶树上吸收和输导的生物利用度特性。采用点击化学和相关合成方法，将茶树内源茶氨酸和谷氨酸结构片断分别引入溴代吡咯腈而构建新型前体偶合物。采用蓖麻幼苗体系研究所构建偶合物的吸收和韧皮部输导性，研究偶合物在成年蓖麻植株和茶树体内的分布、代谢以及其与植物的相容性，将假眼小绿叶蝉、茶棍蓟马和茶蚜等茶树害虫接种于涂有偶合物的茶树上而进行活性研究。分析偶合物结构与输导性和活性关系，筛选出具良好输导性、活性和对植物安全的偶合物。项目的成功实施，可为生物利用度高、用药量少、药效好和残留低的茶园适用新型前体杀虫剂的研制奠定基础，为茶叶农药残留的质量安全控制提供新思路。丰富农药植物药理学理论。

以改善农药输导性为目的的前体农药设计是实现农药生物利用度控制的重要方法。具优异杀虫活性的溴代吡咯腈是二恶吡咯霉素结构优化的产物，但是溴代吡咯腈对植物的药害严重。为了克服溴代吡咯腈对植物的药害以及改善其韧皮部输导性，本研究项目采用点击化学，合成出了系列茶氨酸—溴代吡咯腈偶合物、谷氨酸—溴代吡咯腈偶合物、葡萄糖—溴代吡咯腈偶合物、葡萄糖醛酸甲酯—溴代吡咯腈偶合物和葡萄糖醛酸—溴代吡咯腈偶合物。开展了所合成偶合物对植物的药害毒性、韧皮部输导性研究和杀虫活性研究，分析了结构与输导性和结构与杀虫活性关系。. 对植物的药害毒性评价结果表明，茶树施用2 mM所合成偶合物后，并未观察到药害现象。第3h的韧皮部渗出液均可检测到所合成的偶合物。当蓖麻子叶浸入含200µM氨基酸偶合物17、18、19 和20中时，第3h的韧皮部渗出液中均可检出，其浓度分别约为150、120、60、和 55 µM。但是浸入200µM溴虫腈的蓖麻子叶的韧皮部渗出液中并为检出溴虫腈。结果表明，向溴代吡咯腈引入茶氨酸和谷氨酸结构片断，均可克服溴代吡咯腈对植物的药害以及韧皮部输导性改善。. 偶合物对小菜蛾表现毒杀活性结果表明，所合成的氨基酸偶合物中，仅偶合物20 对小菜蛾表现毒杀活性，其LC50值为 0.5882±0.0504 mM。分布与代谢结果表明，偶合物20可经茶树根系吸收后，向上运输分布至上部幼嫩芽叶；在实验时间内，偶合物20在幼嫩芽叶不会代谢为溴代吡咯腈。根据结构与韧皮部输性关系分析，吡咯1-位N上含甲氧甲基结构导致了较高的log Kow而产生了结构与输导性的差异。根据偶合物结构与杀虫活性关系分析，引入茶氨酸结构的偶合物对小菜蛾不表现活性；而引入谷氨酸结构的偶合物中仅只有吡咯1-位N上含甲氧甲基结构的偶合物20表现活性。由此表明，引入的氨基酸种类和吡咯1-位N上甲氧甲基结构均是决定其对小菜蛾活性的关键。本研究筛选出了一种韧皮部输导性前体杀虫剂先导物，为以改善杀虫剂输导性为目的的前体化结构修饰提供了思路和切实可行策略。