三种大戟属植物乳汁中的次生代谢产物及其防御功能研究

Plant latex is a sticky emulsion with defensive function exuded from laticifer once plant is damaged. Low molecule secondary metabolites are rich in latex, and are usually regarded as defensive substances. As common weed plants, Euphorbia peplus, E. helioscopia and E. nematocypha are widely distributed in China, and are rich in poisonous latex containing abundant secondary metabolites. However, so far no work has been done about the genuine defensive compounds as well as their mechanisms in the latex of these plants. Our preliminary study showed that the latex of the three Euphorbia plants exhibited significant antifeedant activity against plant-feeding insects, and the major responsible compounds in E. peplus have been found to be diterpenoids. In this project, further detailed phytochemical research will be done to investigate the defense compounds in the latex of the above three Euphorbia plants, and biological activities (including antifeedant, insecticidal and antifungal effects) of the major defense compounds will be assayed, thus the defense mechanisms of the secondary metabolites in the latex of these plants will be revealed. The results of this project will shed more light on the ecological function of plant latex, and are likely to discover lead compounds for biopesticide development, and finally provide a scientific basis for the utilization of these rich Euphorbia plant resources.

植物乳汁是当植物受到伤害时乳汁器迅速释放的具有防御功能的粘性汁液。很多植物乳汁中都含有丰富的小分子次生代谢产物，通常被认为是乳汁中的化学防御物质。大戟属植物南欧大戟、泽漆和大狼毒是几种常见的杂草，资源极其丰富，且均能分泌大量的有毒乳汁，但其中的化学防御物质尚不清楚。本项目前期研究首次发现，上述三种植物的乳汁对植食性昆虫均具有很强的拒食活性，且南欧大戟乳汁中主要活性物质为二萜类化合物。因此本项目拟对上述三种大戟属植物（南欧大戟、泽漆和大狼毒）的乳汁进行系统深入的化学研究，分离鉴定其中的次生代谢产物，并对主要次生代谢产物进行杀虫、拒食和抗植物病原真菌活性测试，揭示它们的防御功能和作用机制。研究结果将有助于进一步揭示植物乳汁的生态学功能，并可望发现创新生物农药活性先导化合物，为这三种大戟属植物资源的开发利用提供科学依据。

本项目对三种大戟属植物南欧大戟、泽漆和大狼毒乳汁中的次生代谢产物及其防御功能进行了系统深入的研究。从南欧大戟乳汁中发现链状三萜化合物1个，以及二萜化合物12个，结构类型为假白榄烷、巨大戟烷和pepluane型，其中新化合物2个。生物活性测试发现，二萜化合物均显示较强的植食性昆虫拒食活性，部分二萜还显示出较强的秀丽隐杆线虫毒杀活性，而链状三萜具有一定植物病原真菌生长抑制活性，表明南欧大戟乳汁中的次生代谢产物为该植物提供了防御植食性昆虫、线虫和植物病原真菌的功能。从泽漆乳汁中分离和鉴定1个续随子烷和4个假白榄烷二萜，其中新化合物1个。活性测试发现，泽漆乳汁中含量较高的续随子烷二萜具有秀丽隐杆线虫毒杀活性和体外抗炎活性，表明这些化合物在植物体内能够起到防御线虫的作用。从大狼毒乳汁中分离和鉴定三萜化合物9个，非蛋白氨基酸类化合物4个，以及糖苷类化合物4个，其中新化合物1个。高效液相色谱分析发现大狼毒乳汁中的主要次生代谢产物为非蛋白氨基酸类化合物—间羟基酪氨酸。生物活性测试显示，该化合物对拟南芥、水稻、玉米、油菜和苜蓿的幼苗生长具有显著的抑制活性，为该植物的化感活性物质，有助于该植物在环境中防御其它竞争性植物。但在大狼毒根际土壤中未检测到间羟基酪氨酸，而发现其类似物，因此该化感物质的作用机制还值得进一步研究。此外，还对三种植物全株的次生代谢产物开展了研究，共分离鉴定化合物66个，主要为大环二萜类次生代谢产物，其中新化合物11个。上述研究结果表明了大戟属植物乳汁中次生代谢产物具有化学防御功能，并发现具有生物农药应用前景的昆虫拒食活性化合物（Ep-6和Ep-7），线虫毒杀活性化合物（Ep-12和Eh-4）和化感活性物质（Ej-10），为这些植物的开发和利用提供了科学的依据。本项目发表论文2篇，其中SCI论文1篇；国际学术会议邀请报告1篇；获授权专利1项；协助培养硕士研究生2名；项目负责人在项目执行期间入选中国科学院“青年创新促进会”会员，获得2013年度中国科学院“优秀 博士学位论文”，并在2014年晋升为副研究员。