拌種靈氨基酸衍生物的合成及其生物活性

胡奎　李俊凱　趙陽　張旭　杜鐵鋼　方祖凱

摘要：拌種靈四氫呋喃與乙醛酸乙酯或丙酮酸乙酯衍生合成出2個希夫堿化合物（Ⅰa和Ⅰb），經(jīng)硼氫化鈉還原合成2個拌種靈的氨基酸衍生物（Ⅱa和Ⅱb），并經(jīng)熔點測定、NMR和MS表征。以拌種靈為對照藥劑，測定了4個目標化合物對水稻紋枯病菌（Rhizoctonia solani）和水稻白葉枯病菌（Xanthomonas oryzae）的室內(nèi)抑菌活性。結(jié)果表明4個目標化合物對水稻紋枯病菌和水稻白葉枯病菌均有抑菌活性。

關(guān)鍵詞：拌種靈；氨基酸衍生物；生物活性

中圖分類號：S482.2+ 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）05-1061-03

內(nèi)吸性殺菌劑的成功研發(fā)，使對寄生于植物內(nèi)部的病原菌所導致病害的防治取得了極大的進

展[1]，但是由于大多數(shù)內(nèi)吸性殺菌劑進入植物體內(nèi)后都是在質(zhì)外體傳導，即從下而上單向傳導，而土壤施藥常常因環(huán)境因子復雜而影響藥效，且用藥量大，用藥成本高，環(huán)境污染嚴重。如果殺菌劑通過莖葉噴霧后，經(jīng)植物韌皮部向下傳導來防治維管束和根部病害，有望從根本上解決維管束病害難于通過噴霧法防治的問題。

要解決殺菌劑等外源化合物在植物韌皮部傳導的問題，必須了解植物韌皮部傳導化合物的組成及傳導特點。已有研究表明，蔗糖、氨基酸、植物激素等小分子化合物及某些蛋白質(zhì)、核酸、多肽等生物大分子都能在植物韌皮部中進行長距離傳導 [2-6]，且各種物質(zhì)的運轉(zhuǎn)有其特定的規(guī)律。其中，氨基酸在韌皮部流出液中的濃度為5～40 g/L，在植物韌皮部內(nèi)能夠雙向傳導，且這種傳導是由細胞膜上的載體系統(tǒng)參與完成的，在所有膜上都發(fā)現(xiàn)了多種類型的載體蛋白。酸性的、堿性的和中性的氨基酸是由原生質(zhì)膜上不同的載體蛋白來運輸?shù)模@些載體蛋白對于同一類型氨基酸有一定的廣譜性[7]，即一種氨基酸的載體蛋白可以運載結(jié)構(gòu)相近的多種氨基酸。如果將植物體內(nèi)氨基酸等容易傳導的化合物與殺菌劑有效結(jié)合，且結(jié)合部位沒有屏蔽氨基酸與載體蛋白的結(jié)合部位，可能使殺菌劑在氨基酸的介導下經(jīng)韌皮部傳導而提高藥效。李俊凱等[8-11]研究了氨基酸和植物生長調(diào)節(jié)劑與多種殺菌劑的耦合特性，并試驗了部分耦合物的殺菌活性和在植物體內(nèi)的傳導性。研究表明，許多外源化合物與植物本身存在的化合物耦合后能在內(nèi)源化合物的引導下向植物特定部位傳輸并積累[12]。

本研究以拌種靈（四氫呋喃）為有效成分，在其分子結(jié)構(gòu)中衍生出α-氨基酸官能團作為導向基團，并試驗了化合物的室內(nèi)殺菌活性，以期為進一步研究其傳導性，探求能經(jīng)共質(zhì)體傳導的殺菌劑分子結(jié)構(gòu)特點奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與儀器

1.1.1 供試菌種 水稻紋枯病菌（Rhizoctonia solani）和水稻白葉枯病菌（Xanthomonas oryzae），由華中農(nóng)業(yè)大學微生物學實驗室提供。

1.1.2 主要儀器及試劑 LABOROTA 4003型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，Bruker 600型核磁共振儀，Agilent質(zhì)譜儀，冷凍干燥機，生長培養(yǎng)箱，超凈工作臺，WRR熔點測定儀等。拌種靈，乙醛酸乙酯，丙酮酸乙酯，硼氫化鈉均為市售藥劑。

1.2 試驗方法

1.2.1 目標化合物的合成 目標化合物合成路線如圖1所示。稱取6.69 g拌種靈于100 mL的圓底燒瓶中，并置于磁力攪拌器上，加入30 mL四氫呋喃，待拌種靈充分溶解后加入3.06 g的乙醛酸乙酯或丙酮酸乙酯，60℃，反應(yīng)3～4 h。柱層析（乙酸乙酯和石油醚梯度洗脫）分離得目標化合物Ⅰa或Ⅰb，產(chǎn)率68%。稱取3.17 gⅠa或Ⅰb溶于30 mL四氫呋喃，加入0.56 g 硼氫化鈉，30℃，反應(yīng)4～5 h分離純化得目標化合物Ⅱa或Ⅱb，產(chǎn)率48.3%。

1.2.2 室內(nèi)生物活性的測定方法 采用菌絲生長速率抑制法[13]測定4個目標化合物對水稻紋枯病菌的室內(nèi)生物活性。以拌種靈為對照藥劑，將4個目標化合物配制成2.5、5.0、10.0、20.0、40.0、80.0、160.0 μmol/L的梯度濃度，設(shè)3次平行試驗，取平均值。計算供試藥劑對菌絲生長抑制率，并計算各目標化合物對水稻紋枯病菌的EC50。

菌絲生長抑制率=

■×100%

采用抑菌圈法[13]測定4個目標化合物在室內(nèi)對水稻白葉枯病菌的生物活性。以拌種靈為對照藥劑，將4個目標化合物配制成640、1 280、2 560、5 120、10 240、20 480 μmol/L的梯度濃度，設(shè)3次平行試驗，取平均值。測量抑菌圈直徑，并計算各目標化合物對水稻白葉枯病菌的EC50。

2 結(jié)果與分析

2.1 目標化合物表征

Ⅰa：白色粉末狀固體，熔點：201～202 ℃； 1HNMR（600 MHz，CDCl3）δ：1.40（t，3H，CH3 in CH2CH3），2.62（s，3H，CH3-thiazol），4.23（t，2H，CH2），6.95～7.35 （m， 5H， C6H5），8.06（s， 1H， CH=N）。

Ⅱa：白色粉末狀固體，熔點：151～153 ℃；1HNMR（600 MHz，CDCl3）δ：2.61（s，3H，CH3-thiazol），4.15（d，2H，CH2），6.93～7.61（m，5H，C6H5）；EI-MS：583[2M+1]+，291[M+1]+，246[C12H12N3OS]+，154[C6H6N2OS]+。

Ⅰb：白色粉末狀固體，熔點：173～174 ℃；1HNMR（600 MHz，CDCl3）δ：1.36（t， 3H， CH3 in CH2CH3）， 1.43（s， 3H， CH3-C=N）， 2.60（s， 3H-thiazol）， 4.22（t，2H， CH2）， 6.80～7.65（m， 5H， C6H5）。

Ⅱb：白色粉末狀固體，熔點：193～195 ℃；1HNMR（600 MHz，CDCl3）δ：1.42（t，3H，CH3），2.61（s，3H，CH3-thiazol）， 3.67（m， H， CH）， 6.95～7.60（m，5H， C6H5）；EI-MS：711[2M+1]+，306[M+1]+，260[C13H14N3OS]+，168[C7H8N2OS]+。

2.2 目標化合物生物活性測定結(jié)果

2.2.1 目標化合物對水稻紋枯病菌的室內(nèi)毒力測定結(jié)果 利用菌絲生長速率抑制法測定化合物Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb對水稻紋枯病菌的室內(nèi)毒力，結(jié)果見表1。由表1可知，目標化合物Ⅰa與Ⅱa的抑菌活性與拌種靈的抑菌活性相似，而目標化合物Ⅰb與Ⅱb的抑菌活性相對較差，且Ⅱa和Ⅱb的活性均分別低于Ⅰa和Ⅰb。

2.2.2 目標化合物對水稻白葉枯病菌的室內(nèi)毒力測定結(jié)果 利用抑菌圈法測定目標化合物Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb對水稻白葉枯病菌的室內(nèi)毒力，結(jié)果見表2。由表2可知，各供試藥劑對水稻白葉枯病菌的抑菌活性由大到小依次為拌種靈、Ⅱa 、Ⅰa 、Ⅰb 、Ⅱb。其中只有目標化合物Ⅱa的抑菌活性與拌種靈的相似，其他目標化合物的活性相對較差，且Ⅰb 、Ⅱb的活性均低于Ⅱa 、Ⅰa。

3 小結(jié)與討論

室內(nèi)的毒力測定試驗結(jié)果表明，經(jīng)過氨基酸修飾的拌種靈對水稻紋枯病菌和水稻白葉枯病菌均有抑菌活性。其中拌種靈的甘氨酸衍生物（Ⅰa、Ⅱa）的生物活性與拌種靈的相近，拌種靈的丙氨酸衍生物（Ⅰb，Ⅱb）的生物活性降低，但所有化合物與拌種靈的抑菌活性之間差異不明顯。當然，如果所合成的新化合物自身沒有活性或在離體條件下活性不佳，只要在植物體內(nèi)能傳導到特定部位并釋放出有效成分，同樣可以發(fā)揮較好的田間效果。

本試驗主要研究了拌種靈氨基酸衍生物在離體條件下的生物活性，沒有研究其在植物體內(nèi)的傳導活性以及在植物體內(nèi)的殺菌活性。如果將新合成的化合物作葉面噴施試驗，并證明新合成化合物能定向傳導到植物的特定部位，這將能有效提高拌種靈等農(nóng)藥的田間藥效，并很好地解決土壤施藥帶來的一系列問題。

參考文獻：

[1] MARSH R W.內(nèi)吸性殺菌劑[M].鄭 仲，李宗成（譯）.北京：化學工業(yè)出版社，1983：152-157.

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[8] 李俊凱.氨基酸和生長素介導的殺菌劑定向積累[D].廣州：華南農(nóng)業(yè)大學，2006.

[9] 李俊凱，徐漢虹，江定心，等.吲哚乙酸引導下三唑醇在大豆植株中的傳導與積累研究初報[J].農(nóng)藥學學報，2005，7（3）：259-263.

[10] 李俊凱，徐漢虹，譚堂峰，等.乙酰水楊酸與殺菌劑的耦合物合成及生物活性[J].農(nóng)藥學學報，2008，10（2）：196-199.

[11] 李俊凱，徐漢虹，譚堂峰，等.生長素與殺菌劑耦合物合成及初步的生物活性[J].湖北農(nóng)業(yè)科學，2008，49（12）：18-22.

[12] 李俊凱，徐漢虹，王 勇.殺菌劑在韌皮部的傳導性研究進

展[J].世界農(nóng)藥，2009，32（1）：35-39.

[13] 孫家隆，慕 衛(wèi). 農(nóng)藥學實驗技術(shù)與指導[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.

Ⅱb：白色粉末狀固體，熔點：193～195 ℃；1HNMR（600 MHz，CDCl3）δ：1.42（t，3H，CH3），2.61（s，3H，CH3-thiazol）， 3.67（m， H， CH）， 6.95～7.60（m，5H， C6H5）；EI-MS：711[2M+1]+，306[M+1]+，260[C13H14N3OS]+，168[C7H8N2OS]+。

2.2 目標化合物生物活性測定結(jié)果

2.2.1 目標化合物對水稻紋枯病菌的室內(nèi)毒力測定結(jié)果 利用菌絲生長速率抑制法測定化合物Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb對水稻紋枯病菌的室內(nèi)毒力，結(jié)果見表1。由表1可知，目標化合物Ⅰa與Ⅱa的抑菌活性與拌種靈的抑菌活性相似，而目標化合物Ⅰb與Ⅱb的抑菌活性相對較差，且Ⅱa和Ⅱb的活性均分別低于Ⅰa和Ⅰb。

2.2.2 目標化合物對水稻白葉枯病菌的室內(nèi)毒力測定結(jié)果 利用抑菌圈法測定目標化合物Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb對水稻白葉枯病菌的室內(nèi)毒力，結(jié)果見表2。由表2可知，各供試藥劑對水稻白葉枯病菌的抑菌活性由大到小依次為拌種靈、Ⅱa 、Ⅰa 、Ⅰb 、Ⅱb。其中只有目標化合物Ⅱa的抑菌活性與拌種靈的相似，其他目標化合物的活性相對較差，且Ⅰb 、Ⅱb的活性均低于Ⅱa 、Ⅰa。

3 小結(jié)與討論

室內(nèi)的毒力測定試驗結(jié)果表明，經(jīng)過氨基酸修飾的拌種靈對水稻紋枯病菌和水稻白葉枯病菌均有抑菌活性。其中拌種靈的甘氨酸衍生物（Ⅰa、Ⅱa）的生物活性與拌種靈的相近，拌種靈的丙氨酸衍生物（Ⅰb，Ⅱb）的生物活性降低，但所有化合物與拌種靈的抑菌活性之間差異不明顯。當然，如果所合成的新化合物自身沒有活性或在離體條件下活性不佳，只要在植物體內(nèi)能傳導到特定部位并釋放出有效成分，同樣可以發(fā)揮較好的田間效果。

本試驗主要研究了拌種靈氨基酸衍生物在離體條件下的生物活性，沒有研究其在植物體內(nèi)的傳導活性以及在植物體內(nèi)的殺菌活性。如果將新合成的化合物作葉面噴施試驗，并證明新合成化合物能定向傳導到植物的特定部位，這將能有效提高拌種靈等農(nóng)藥的田間藥效，并很好地解決土壤施藥帶來的一系列問題。

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[10] 李俊凱，徐漢虹，譚堂峰，等.乙酰水楊酸與殺菌劑的耦合物合成及生物活性[J].農(nóng)藥學學報，2008，10（2）：196-199.

[11] 李俊凱，徐漢虹，譚堂峰，等.生長素與殺菌劑耦合物合成及初步的生物活性[J].湖北農(nóng)業(yè)科學，2008，49（12）：18-22.

[12] 李俊凱，徐漢虹，王 勇.殺菌劑在韌皮部的傳導性研究進

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[13] 孫家隆，慕 衛(wèi). 農(nóng)藥學實驗技術(shù)與指導[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.

Ⅱb：白色粉末狀固體，熔點：193～195 ℃；1HNMR（600 MHz，CDCl3）δ：1.42（t，3H，CH3），2.61（s，3H，CH3-thiazol）， 3.67（m， H， CH）， 6.95～7.60（m，5H， C6H5）；EI-MS：711[2M+1]+，306[M+1]+，260[C13H14N3OS]+，168[C7H8N2OS]+。

2.2 目標化合物生物活性測定結(jié)果

2.2.1 目標化合物對水稻紋枯病菌的室內(nèi)毒力測定結(jié)果 利用菌絲生長速率抑制法測定化合物Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb對水稻紋枯病菌的室內(nèi)毒力，結(jié)果見表1。由表1可知，目標化合物Ⅰa與Ⅱa的抑菌活性與拌種靈的抑菌活性相似，而目標化合物Ⅰb與Ⅱb的抑菌活性相對較差，且Ⅱa和Ⅱb的活性均分別低于Ⅰa和Ⅰb。

2.2.2 目標化合物對水稻白葉枯病菌的室內(nèi)毒力測定結(jié)果 利用抑菌圈法測定目標化合物Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb對水稻白葉枯病菌的室內(nèi)毒力，結(jié)果見表2。由表2可知，各供試藥劑對水稻白葉枯病菌的抑菌活性由大到小依次為拌種靈、Ⅱa 、Ⅰa 、Ⅰb 、Ⅱb。其中只有目標化合物Ⅱa的抑菌活性與拌種靈的相似，其他目標化合物的活性相對較差，且Ⅰb 、Ⅱb的活性均低于Ⅱa 、Ⅰa。

3 小結(jié)與討論

室內(nèi)的毒力測定試驗結(jié)果表明，經(jīng)過氨基酸修飾的拌種靈對水稻紋枯病菌和水稻白葉枯病菌均有抑菌活性。其中拌種靈的甘氨酸衍生物（Ⅰa、Ⅱa）的生物活性與拌種靈的相近，拌種靈的丙氨酸衍生物（Ⅰb，Ⅱb）的生物活性降低，但所有化合物與拌種靈的抑菌活性之間差異不明顯。當然，如果所合成的新化合物自身沒有活性或在離體條件下活性不佳，只要在植物體內(nèi)能傳導到特定部位并釋放出有效成分，同樣可以發(fā)揮較好的田間效果。

本試驗主要研究了拌種靈氨基酸衍生物在離體條件下的生物活性，沒有研究其在植物體內(nèi)的傳導活性以及在植物體內(nèi)的殺菌活性。如果將新合成的化合物作葉面噴施試驗，并證明新合成化合物能定向傳導到植物的特定部位，這將能有效提高拌種靈等農(nóng)藥的田間藥效，并很好地解決土壤施藥帶來的一系列問題。

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[8] 李俊凱.氨基酸和生長素介導的殺菌劑定向積累[D].廣州：華南農(nóng)業(yè)大學，2006.

[9] 李俊凱，徐漢虹，江定心，等.吲哚乙酸引導下三唑醇在大豆植株中的傳導與積累研究初報[J].農(nóng)藥學學報，2005，7（3）：259-263.

[10] 李俊凱，徐漢虹，譚堂峰，等.乙酰水楊酸與殺菌劑的耦合物合成及生物活性[J].農(nóng)藥學學報，2008，10（2）：196-199.

[11] 李俊凱，徐漢虹，譚堂峰，等.生長素與殺菌劑耦合物合成及初步的生物活性[J].湖北農(nóng)業(yè)科學，2008，49（12）：18-22.

[12] 李俊凱，徐漢虹，王 勇.殺菌劑在韌皮部的傳導性研究進

展[J].世界農(nóng)藥，2009，32（1）：35-39.

[13] 孫家隆，慕 衛(wèi). 農(nóng)藥學實驗技術(shù)與指導[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.