寬脛夜蛾性信息素類似物的合成及其生物活性

李慧，尹士采，郭宗香，馬好運(yùn)，任梓齊,3，折冬梅，梅向東，寧君

寬脛夜蛾性信息素類似物的合成及其生物活性

李慧1，尹士采2，郭宗香2，馬好運(yùn)1，任梓齊1,3，折冬梅1，梅向東1，寧君1

1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所植物病蟲害生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，北京 100193；2高密市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東高密 261500；3東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150040

近年來，隨著新引種作物藜麥種植面積的顯著增長，取食藜屬植物的寬脛夜蛾（）逐漸增多并成為危害藜麥的主要害蟲，對我國農(nóng)作物生產(chǎn)構(gòu)成潛在威脅?！尽客ㄟ^對寬脛夜蛾性信息素組分母體結(jié)構(gòu)順-11-十六碳烯乙酸酯（11-16:Ac）極性基團(tuán)修飾，設(shè)計合成兩種不同類型的類似物，并對其生物活性進(jìn)行測定，為利用性信息素及類似物綠色防控寬脛夜蛾提供理論依據(jù)。以性信息素前體順-11-十六碳烯醇（11-16:OH）為原料，三乙胺作縛酸劑(與酸酐反應(yīng)時需加入催化劑4-二甲氨基吡啶)，分別與2-溴丙酰氯、2-氯乙酰氯、二氟乙酸酐、三氟乙酸酐、甲基丙烯酰氯、2-丁烯酰氯發(fā)生酯化反應(yīng)，經(jīng)過柱層析分離純化，合成鹵素原子修飾的性信息素類似物K1—K4和碳鏈末端雙鍵修飾的類似物K5—K6。采用梯度稀釋配制不同濃度（0.001、0.01、0.1、1、10、100 μg·μL-1）的類似物K1—K6溶液，利用不同濃度類似物直接刺激寬脛夜蛾雄蛾觸角，測定類似物K1—K6的觸角電生理（EAG）響應(yīng)值；在性信息素誘芯中添加不同劑量的類似物配制性信息素類似物誘芯，于2021年夏季在北京延慶地區(qū)進(jìn)行田間誘捕試驗，根據(jù)統(tǒng)計誘芯的雄蛾誘捕量對類似物活性進(jìn)行分析。類似物刺激濃度從0.001 μg·μL-1增至100 μg·μL-1，雄蛾觸角對類似物K1—K5的EAG響應(yīng)值呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。其中寬脛夜蛾雄蛾觸角對化合物順-11-十六碳烯-2-溴丙酸酯（K1）的響應(yīng)最強(qiáng)烈，在100 μg·μL-1下EAG響應(yīng)值為1.34 mV。而類似物K5、K6的EAG活性相對較低，其EAG響應(yīng)值在100 μg·μL-1下分別為0.67、0.57 mV。田間誘捕試驗表明合成的6種類似物均表現(xiàn)出較好的生物活性。其中類似物K5添加劑量為100 μg時，15 d平均誘捕量最高，為35.00頭，顯著高于性信息素對照。類似物K1添加劑量為10 μg時，15 d平均誘捕量為32.33頭，顯著高于性信息素對照。經(jīng)過EAG測定和田間試驗驗證，類似物K1和K5表現(xiàn)出顯著的增效活性，可作為寬脛夜蛾性信息素的增效劑；添加不同劑量的類似物K2、K3、K4、K6表現(xiàn)出了與性信息素相當(dāng)?shù)幕钚?。研究結(jié)果可為寬脛夜蛾的綠色防控提供科學(xué)依據(jù)。

寬脛夜蛾；性信息素類似物；化學(xué)合成；生物活性；化學(xué)調(diào)控昆蟲行為

0 引言

【研究意義】寬脛夜蛾（） 隸屬鱗翅目（Lepidoptera）夜蛾科（Noctuidae），是一種重要的農(nóng)業(yè)害蟲，在我國主要分布于河北、山東、遼寧、內(nèi)蒙古和江蘇等地[1]。寬脛夜蛾通過幼蟲取食危害，寄主植物包括豆科植物、蒿屬和藜屬植物[2]。成蟲繁殖能力強(qiáng)，單頭產(chǎn)卵量可達(dá)上千粒，并且具有暴食性，對農(nóng)作物生產(chǎn)構(gòu)成潛在威脅[2]。在新疆北部，寬脛夜蛾的危害程度遠(yuǎn)超棉鈴蟲（）[3]。據(jù)報道，隨著藜麥種植面積的顯著增長，取食藜屬植物的寬脛夜蛾逐漸變成危害藜麥的主要害蟲，2017年在青海藜麥種植區(qū)寬脛夜蛾大面積發(fā)生，以幼蟲取食藜麥葉片及穂造成危害，形成嚴(yán)重受害地帶，對藜麥造成重大損失[4]。傳統(tǒng)化學(xué)藥劑因其一定的危害性在農(nóng)作物生產(chǎn)中受到嚴(yán)格控制[5]?；诶ハx性信息素及其類似物在蟲情監(jiān)測、干擾交配和大量誘捕等方面的應(yīng)用，進(jìn)行害蟲綜合防治，具有綠色無污染、高效專一等特點(diǎn)，滿足農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展需求[6-7]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】由天然性信息素結(jié)構(gòu)改造而成的類似物，比天然性信息素具有更好的物理、化學(xué)和毒理性，現(xiàn)已成為國內(nèi)外的研究焦點(diǎn)[8-9]。昆蟲性信息素與受體之間特異結(jié)合，決定了只有結(jié)構(gòu)與天然性信息素化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的類似物才能更好地與昆蟲性信息素受體結(jié)合[10-11]。根據(jù)修飾位點(diǎn)的不同，可分為烷基鏈修飾和極性基團(tuán)修飾兩種。其中極性基團(tuán)端修飾類型包括引入不飽和鍵、極性基團(tuán)端碳鏈延長、乙酸酯的鹵代烷酯、官能團(tuán)轉(zhuǎn)換等[12]。對天然性信息素分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同類型改造得到的類似物具有不同生物活性[13]。BENGTSSON等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在黃地老虎（）性信息素5-10:Ac烷基長鏈部分引入不飽和雙鍵后得到的二烯基型類似物，會降低雄蛾觸角對該化合物的電生理響應(yīng)，其生物活性的降低與不飽和雙鍵位置密切相關(guān)；張開心[15]研究發(fā)現(xiàn)，對小菜蛾（）性信息素組分11-16:Ac的酯基末端進(jìn)行雙鍵修飾的類似物能夠顯著抑制雄蛾對其組分11-16:Ald和11-16:Ac的觸角電生理（EAG）響應(yīng)。鹵素原子中的氟原子，從立體結(jié)構(gòu)上看，原子半徑與氫原子接近，將氟原子引入到性信息素分子中取代氫原子，會引起分子中電子分布的變化，使分子的偶極矩、溶解度、揮發(fā)性、滲透性以及穩(wěn)定性均發(fā)生改變[16-17]。以含鹵素基團(tuán)取代性信息素分子中極性基團(tuán)的鹵代烷酯類類似物對母體性信息素表現(xiàn)出引誘、增效、激活和拮抗等多樣性的作用[15,18]。Hoskovec等[19]研究發(fā)現(xiàn)，以梨小食心蟲（）性信息素8-12:Ac為母體結(jié)構(gòu)衍生的氯甲酸酯類似物可以降低成蟲近距離交配率；Svato?等[20]研究發(fā)現(xiàn)，苜蓿小卷蛾（）性信息素8,10-12:Ac的氟化類似物在田間試驗中表現(xiàn)出較好擬性信息素活性，該類似物引誘雄蛾數(shù)量大約是天然性信息素的55%；Prestwich等[21]系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，小菜蛾性信息素11-16:Ac單氟代、二氟代和三氟代類似物能夠引起較強(qiáng)EAG響應(yīng)，而相應(yīng)氯代、溴代類似物引起的響應(yīng)較弱?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】以昆蟲性信息素為基礎(chǔ)的害蟲預(yù)測預(yù)報和有效防治手段已廣泛應(yīng)用于大田作物、果園和林業(yè)中防治害蟲[22-23]。昆蟲性信息素類似物生物活性多樣，可以等同于天然性信息素，也可以協(xié)同增效或抑制性信息素活性，合理設(shè)計結(jié)構(gòu)新穎性信息素類似物，有助于開發(fā)新的綜合防治害蟲策略[13]。目前國內(nèi)外關(guān)于寬脛夜蛾性信息素及類似物的研究報道尚屬空白。【擬解決的關(guān)鍵問題】基于已有的對寬脛夜蛾性信息素的研究，以寬脛夜蛾雌蛾產(chǎn)生的性信息素順-11-十六碳烯乙酸酯（11-16:Ac）為母體結(jié)構(gòu)設(shè)計合成兩種類型的性信息素類似物。對新合成6種類似物進(jìn)行EAG和田間誘捕試驗測定生物活性，為利用性信息素及類似物綠色防控寬脛夜蛾提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料及儀器、試劑

1.1.1 供試材料 寬脛夜蛾成蟲采集于北京市延慶區(qū)舊縣鎮(zhèn)有機(jī)農(nóng)業(yè)示范區(qū)，采用10%蜂蜜水飼養(yǎng)，定期收集卵。卵置于室內(nèi)人工氣候箱內(nèi)（25±2）℃，相對濕度（60±10）%，光周期L﹕D=16 h﹕8 h進(jìn)行孵化。將孵化的寬脛夜蛾幼蟲放置于養(yǎng)蟲籠（長35 cm×寬35 cm×高35 cm）用野灰菜（藜科）飼養(yǎng)。待幼蟲化蛹后放到拇指管（直徑25 mm，長10 cm）內(nèi)單獨(dú)飼養(yǎng)，等待羽化。

1.1.2 主要試劑及儀器 順-11-十六碳烯-1-醇（深圳麗晶生化科技有限公司）、2-溴丙酰氯、2-氯乙酰氯、二氟乙酸酐、三氟乙酸酐、甲基丙烯酰氯、2-丁烯酰氯、三乙胺、二氯甲烷均為分析純。

Bruker DPX-300 MHz型核磁共振儀（TMS為內(nèi)標(biāo)）；Agilent 6500 Series Q-TOF型質(zhì)譜儀；Bruker solari型觸角電位儀；PRX450D型智能人工氣候箱。

1.2 性信息素類似物（K1—K6）的合成

1.2.1 在極性酯基端進(jìn)行鹵素原子取代性信息素類似物的合成 將1.00 g順-11-十六碳烯-1-醇（4.16 mmol）溶于15 mL二氯甲烷中，加入0.64 g（6.24 mmol）三乙胺，冰鹽浴攪拌10 min，緩慢滴加1.06 g 2-溴丙酰氯（6.24 mmol）的二氯甲烷（2 mL）溶液。反應(yīng)0.5 h，撤去冰鹽浴，室溫攪拌過夜，TLC監(jiān)測。用去離子水淬滅反應(yīng)，有機(jī)相依次用飽和食鹽水（25 mL×3）洗滌，無水硫酸鈉干燥（至少30 min），減壓蒸除溶劑，粗產(chǎn)物經(jīng)硅膠柱層析純化，洗脫劑V（乙酸乙酯）﹕V（石油醚）=1﹕50，純化得目標(biāo)產(chǎn)物順-11-十六碳烯-2-溴丙酸酯（K1）（圖1）。用類似方法合成順-11-十六碳烯-2-氯乙酸酯（K2）、順-11-十六碳烯-2, 2-二氟乙酸酯（K3）、順-11-十六碳烯-2, 2, 2-三氟乙酸酯（K4）。

圖1 類似物順-11-十六碳烯-2-溴丙酸酯（K1）的合成路線

1.2.2 在極性酯基端引入末端雙鍵的性信息素類似物的合成 將1.00 g順-11-十六碳烯-1-醇（4.16 mmol）溶于15 mL二氯甲烷中，加入0.64 g（6.24 mmol）三乙胺，冰鹽浴攪拌10 min，緩慢滴加0.66 g 2-丁烯酰氯（6.24 mmol）的二氯甲烷（2 mL）溶液。反應(yīng)0.5 h，撤去冰鹽浴，室溫攪拌過夜，TLC監(jiān)測。用去離子水淬滅反應(yīng)，有機(jī)相依次用飽和食鹽水（25 mL×3）洗滌，無水硫酸鈉干燥（至少30 min），減壓蒸除溶劑，粗產(chǎn)物經(jīng)硅膠柱層析純化，洗脫劑V（乙酸乙酯）﹕V（石油醚）=1﹕30，純化得目標(biāo)產(chǎn)物順-11-十六碳烯-2-丁烯酸酯（K5）（圖2）。用類似方法合成順-11-十六碳烯-2-甲基丙烯酸酯（K6）。

圖2 類似物順-11-十六碳烯-2-丁烯酸酯（K5）的合成路線

1.3 EAG活性測定

選取羽化3 d寬脛夜蛾雄蛾，試驗前黑暗處理2 h。用刀片在顯微鏡下切除處理后寬脛夜蛾雄蛾完整觸角，并將觸角端部一小部分（約1 mm）切除，用導(dǎo)電膠將觸角連接在叉型電極探頭上。觀察顯示屏，基線平穩(wěn)，說明觸角反應(yīng)良好，可以開始測定。每次刺激時間為0.5 s，每兩次刺激時間間隔不少于1 min以保證觸角感覺器感覺功能完全恢復(fù)。電位變化信號由IDAC4型信號采集控制器采集，用EAG Pro軟件系統(tǒng)記錄。

采用梯度稀釋配置6個不同濃度含性信息素類似物待測溶液，分別為0.001、0.01、0.1、1、10、100 μg·μL-1。用移液槍吸取配好溶液10 μL依次添加到濾紙條（5 cm×1 cm）上，將濾紙條放入巴斯德管中，分別寫好編號。每個待測化合物重復(fù)測試3次，每次測試需更換雄蛾觸角。每個刺激處理前后設(shè)置正己烷處理（10 μL，空白對照），用相對響應(yīng)值大小表示雄蛾觸角對刺激物反應(yīng)強(qiáng)度，EAG相對響應(yīng)值=待測化合物絕對響應(yīng)值-正己烷絕對響應(yīng)值。

1.4 利用性信息素監(jiān)測寬脛夜蛾發(fā)生動態(tài)

2021年5月20日至7月7日，在北京市延慶區(qū)舊縣鎮(zhèn)有機(jī)農(nóng)業(yè)示范區(qū)內(nèi)，利用寬脛夜蛾性信息素誘捕寬脛夜蛾并監(jiān)測其發(fā)生動態(tài)。在園內(nèi)放置3個含有寬脛夜蛾性信息素誘芯的盒型誘捕器，3 d調(diào)查一次粘蟲板上寬脛夜蛾雄蛾數(shù)量，調(diào)查結(jié)束需及時更換粘板。

1.5 田間誘捕試驗

1.5.1 誘芯制備 為了驗證合成性信息素類似物的田間生物活性，選用綠色反口橡膠頭和色譜純正己烷作為緩釋材料組合，向含有寬脛夜蛾性信息素誘芯（SP）中依次添加0.1、1、10、100、1 000 μg的性信息素類似物，制備含不同劑量性信息素類似物誘芯。將制備好的誘芯寫好編號放置于5 mL離心管中，-20℃保存。含有不同劑量性信息素類似物誘芯編號如表1所示。

表1 不同劑量性信息素類似物誘芯編號

1.5.2 田間試驗設(shè)置 試驗地點(diǎn)位于北京市延慶區(qū)舊縣鎮(zhèn)有機(jī)農(nóng)業(yè)示范區(qū)，區(qū)內(nèi)種植有花椰菜、蘿卜、甘藍(lán)等十字花科蔬菜以及辣椒、茄子、馬鈴薯等茄科蔬菜，同時還種植有玉米、大豆、向日葵等經(jīng)濟(jì)作物。試驗時間為2021年5月20日至6月6日，6月18日至7月6日。將制備好含性信息素類似物的誘芯放置于盒形誘捕器中，懸掛在配套誘捕器架子上，相鄰誘捕器之間距離為15 m，誘捕器距地面高度為1 m。每個處理設(shè)立3個重復(fù)組，同時放置含性信息素誘芯（SP）的盒型誘捕器作為對照（CK）。所有誘捕器在田間進(jìn)行隨機(jī)區(qū)組排列。每隔3 d調(diào)查粘蟲板上寬脛夜蛾雄蛾數(shù)量，并更換粘蟲板，15 d為一個周期，15 d后更換誘芯，同時每隔5 d更換區(qū)組內(nèi)處理誘捕器位置，降低因邊際、風(fēng)力、蟲口密度分布不均等造成的誤差。

1.6 數(shù)據(jù)分析

對試驗所得數(shù)據(jù)先用Excel 2010軟件進(jìn)行整理，后采用 SPSS統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析，不同處理之間EAG相對響應(yīng)值和平均誘捕量的差異采用Turkey法進(jìn)行顯著性檢驗（＜0.05）。

2 結(jié)果

2.1 性信息素類似物的合成

順-11-十六碳烯-2-溴丙酸酯（K1），()-hexadec- 11-en-1-yl 2-bromopropanoate，淡黃色油狀液體，收率80%；1H NMR（300 MHz，CDCl3）：5.31（m，2H），4.55（m，1H），4.10（t，=13.20 Hz，2H），2.12（m，4H），1.81（d，=6.93 Hz，3H），1.63（m，2H），1.29（m，16H），0.90（t，=13.27 Hz，3H）；13CNMR（75 MHz，CDCl3）：168.7, 130.6, 64.5, 40.1, 32.1, 29.9, 29.7, 29.6, 29.3, 28.9, 27.7, 27.4, 25.8, 22.8, 21.4, 14.2；HRMS（ESI）：m/z calcd for C19H35BrO2[M + H]+，376.1826，found：376.1830（圖3）。

順-11-十六碳烯-2-氯乙酸酯（K2），()-hexadec- 11-en-1-yl 2-chloroacetate，無色油狀液體，收率71%；1H NMR（300 MHz，CDCl3）：5.35（m，2H），4.34（s，2H），4.12（t，=13.36 Hz，2H），2.13（m，4H），1.65（m，2H），1.30—1.33（m，20H），0.92（t，=13.35 Hz，3H）；13C NMR（75 MHz，CDCl3）：166.3, 130.6, 64.4, 40.4, 32.1, 29.9, 29.7, 29.6, 29.3, 28.9, 27.7, 27.4, 25.8, 22.8, 14.2；HRMS（ESI）：m/z calcd for C18H33ClO2[M + H]+，316.2169，found：316.2171（圖3）。

順-11-十六碳烯-2, 2-二氟乙酸酯（K3），()-hexadec-11-en-1-yl 2, 2-difluoroacetatea，無色油狀液體，收率91%；1H NMR（300 MHz，CDCl3）：5.91（t，1H），5.34（m，2H），4.18（t，=13.44 Hz，2H），2.11（m，4H），1.62（m，2H），1.30（m，16H），0.90（t，=13.36 Hz，3H）；13C NMR（75 MHz，CDCl3）：171.0, 130.6, 128.6, 64.9, 32.1, 29.9, 29.7, 29.6, 29.3, 28.9, 27.7, 27.4, 25.8, 22.8, 14.2；HRMS（ESI）：m/z calcd for C18H32F2O2[M + H]+，318.2370，found：318.2366（圖3）。

順-11-十六碳烯-2, 2, 2-三氟乙酸酯（K4），()-hexadec-11-en-1-yl 2, 2, 2-trifluoroacetate，無色油狀液體，收率87%；1H NMR（300 MHz，CDCl3）：5.35（m，2H），4.21（t，=13.40 Hz，2H），2.07（m，4H），1.69（m，2H），1.31（m，16H），0.90（t，=13.35Hz，3H）；13C NMR（75 MHz，CDCl3）：158.0, 130.6, 114.9, 64.9, 32.1, 29.9, 29.7, 29.6, 29.3, 28.9, 27.7, 27.4, 25.8, 22.8, 14.2；HRMS（ESI）：m/z calcd for C18H31F3O2[M + H]+，336.2276，found：336.2279（圖3）。

順-11-十六碳烯-2-丁烯酸酯（K5），()-hexadec- 11-en-1-yl ()-but-2-enoate，黃色油狀液體，收率40%；1H NMR（300 MHz，CDCl3）：6.80（m，1H），5.71（d，=12.1 Hz，2H），5.24（m，2H），4.08（t，=6.3 Hz，2H），2.01（m，4H），1.87（d，=6.9 Hz，2H），1.60（m，2H），1.30（m，18H），0.91（t，=6.4Hz，3H）；13C NMR（75 MHz，CDCl3）：166.5, 146.2, 144.4, 130.6, 65.3, 32.1, 29.9, 29.7, 29.6, 29.3, 29.0, 27.7, 27.4, 25.8, 22.8, 18.6, 14.2；HRMS（ESI）：m/z calcd for [M + H]+C20H36O2，308.2706，found：308.2715（圖3）。

順-11-十六碳烯-2-甲基丙烯酸酯（K6），()- hexadec-11-en-1-yl methacrylate，無色油狀液體，收率56%；1H NMR（300 MHz，CDCl3）：6.47（s，1H），6.44（s，1H），5.34（m，2H），3.98（t，=6.2 Hz，2H），2.11（m，4H），1.99（s，3H），1.60（m，2H），1.31（m，18H），0.90（t，=6.5 Hz，3H）；13C NMR（75 MHz，CDCl3）：167.2, 136.0, 130.6, 125.2, 65.6, 32.1, 29.9, 29.7, 29.6, 29.3, 29.0, 27.7, 27.4, 25.8, 22.8, 17.9, 14.2；HRMS（ESI）：m/z calcd for [M + H]+C20H36O2，308.2706，found：308.2711（圖3）。

圖3 性信息素類似物K1—K6的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

2.2 EAG活性測定

6種類似物在不同濃度（0.001、0.01、0.1、1、10、100 μg·μL-1）處理下，寬脛夜蛾雄蛾觸角對化合物EAG響應(yīng)值如表2所示。結(jié)果表明，類似物K1—K5的EAG響應(yīng)值都具有較好的濃度-效應(yīng)關(guān)系。不同濃度性信息素類似物均能引起寬脛夜蛾雄蛾的電生理反應(yīng)。刺激化合物濃度從0.001 μg·μL-1增至100 μg·μL-1，類似物K1—K5的EAG響應(yīng)值呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。其中寬脛夜蛾雄蛾對化合物順-11-十六碳烯-2-溴丙酸酯（K1）的響應(yīng)最強(qiáng)烈，在100 μg·μL-1下響應(yīng)值為1.34 mV。其次是類似物順-11-十六碳烯-2, 2-二氟乙酸酯（K3）和順-11-十六碳烯-2, 2, 2-三氟乙酸酯（K4），在100 μg·μL-1下響應(yīng)值分別為0.75、0.75 mV。而極性基團(tuán)含不飽和鍵性信息素類似物K5、K6的EAG活性相對較低，其EAG響應(yīng)值在100 μg·μL-1下分別為0.67、0.57 mV。

表2 類似物K1—K6不同濃度下直接刺激寬脛夜蛾雄蛾觸角電生理響應(yīng)值

表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著（＜0.05）。表3同

Date in the table are mean±SE. Different lowercases followed the data indicate significant difference (＜0.05). The same as Table 3

2.3 利用性信息素監(jiān)測寬脛夜蛾種群動態(tài)

從2021年5月20日至7月7日，利用性信息素監(jiān)測寬脛夜蛾種群動態(tài)結(jié)果可以看出，從5月20日田間監(jiān)測種群動態(tài)開始，隨著時間推移，單個誘捕器平均誘捕寬脛夜蛾雄蛾數(shù)量逐漸增多，在6月份數(shù)量最多。隨后誘捕數(shù)量下降（6月12日雷雨天氣導(dǎo)致13日誘捕數(shù)量降低，6月14日有雨和大風(fēng)導(dǎo)致16日誘捕數(shù)量降低），到6月末7月初，平均誘捕數(shù)量開始逐漸減少（圖4）。

圖4 利用性信息素監(jiān)測寬脛夜蛾種群動態(tài)

2.4 添加不同劑量性信息素類似物田間誘捕試驗

田間試驗結(jié)果（表3、圖5）顯示，合成的6種類似物在田間誘捕試驗中均表現(xiàn)出較好生物活性。不同劑量性信息素類似物表現(xiàn)出不同引誘活性。其中類似物K5在添加劑量為100 μg時，單個誘捕器平均誘捕量最高，達(dá)到35.00頭，顯著高于性信息素對照。類似物K5其他劑量下平均誘捕量與對照無顯著差異。類似物K1在添加劑量為10 μg時，平均誘捕量為32.33頭，顯著高于性信息素對照。類似物K2、K3、K4、K6不同添加劑量與單獨(dú)性信息素對照相比，田間平均誘捕量無顯著差異。

表3 寬脛夜蛾性信息素及其類似物田間誘捕效果

圖5 性信息素SP和添加類似物處理A3、E4田間誘捕效果

3 討論

3.1 寬脛夜蛾性信息素結(jié)構(gòu)與活性關(guān)系

鱗翅目是昆蟲綱的第二大目，包含超過15萬種昆蟲。其中鱗翅目物種性信息素在昆蟲化學(xué)通訊中的研究最為廣泛，迄今為止已有700種蛾類的雌性性信息素得以研究鑒定，并通過田間試驗評估了合成性信息素及其相關(guān)化合物對雄性的吸引力[24]。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)將鱗翅目性信息素分類，夜蛾科性信息素屬于Type I，為不飽和C10—C18脂肪醇及其衍生物如乙酸酯和醛[24]。在昆蟲感知性信息素過程中，性信息素分子與觸角樹突膜上的受體細(xì)胞之間的相互識別具有高度選擇性，受體細(xì)胞對底物分子的性質(zhì)有非常嚴(yán)格的要求[25]。如Liljefors等[26]研究表明，黃地老虎的性信息素組分7-12:Ac的受體在識別類似物時對乙酸酯基團(tuán)相互作用的部分顯示出高度選擇性，通過單細(xì)胞技術(shù)測定，發(fā)現(xiàn)性信息素分子含乙酸酯基團(tuán)部分對完整的生物活性非常重要。因此，本研究在保留寬脛夜蛾性信息素組分11-16:Ac的C-11處雙鍵和主要官能團(tuán)酯基的基礎(chǔ)上，對關(guān)鍵乙酸酯部分進(jìn)行兩種不同類型的結(jié)構(gòu)修飾，以溴、氯和氟原子分別取代亞甲基、末端甲基上的氫原子和在酯基末端引入不飽和雙鍵。本試驗選擇性信息素前體醇11-16:OH為原料，與含鹵素原子的酸酐和酰氯發(fā)生酯化反應(yīng)合成不同基團(tuán)取代的類似物。選用二氯甲烷作溶劑時需要經(jīng)過無水硫酸鈉干燥除水。為確保反應(yīng)在-20℃下進(jìn)行，在滴加酰氯之前，應(yīng)先將醇和縛酸劑在冰鹽浴上放置10 min。在鹵代烷酯類性信息素類似物合成試驗中，由于受電負(fù)性和空間位阻影響，含氟類似物的氟原子空間結(jié)構(gòu)小且電負(fù)性強(qiáng)，產(chǎn)率較高，高于含溴和氯原子的類似物。在合成酯基末端含雙鍵性信息素類似物試驗中，過柱分離雜質(zhì)和目標(biāo)產(chǎn)物較難分開，采用不同極性洗脫劑進(jìn)行梯度洗脫，可有效分離雜質(zhì)和目標(biāo)產(chǎn)物。對極性乙酸酯基團(tuán)的修飾不僅可能導(dǎo)致分子構(gòu)型的改變，而且可能使電子分布發(fā)生變化。明確性信息素分子結(jié)構(gòu)對理解昆蟲感知信息物質(zhì)過程和建立結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系至關(guān)重要，有助于設(shè)計新的增效劑或抑制劑。

3.2 寬脛夜蛾性信息素類似物的生物活性

嗅覺是最原始的感覺，因為“氣味比聲音或視覺更可靠”[27]。昆蟲觸角所扮演的嗅覺功能系統(tǒng)可以感受特定性信息素組分，在其遠(yuǎn)距離定位尋找配偶交配，實(shí)現(xiàn)種內(nèi)信息交流和種間生殖隔離方面發(fā)揮重要作用[28]。觸角電位試驗表明，6種性信息素類似物均能引起寬脛夜蛾雄蛾產(chǎn)生觸角電位反應(yīng)。雄蛾對100 μg·μL-1順-11-十六碳烯-2-溴丙酸酯（K1）的電生理響應(yīng)值最高，對100 μg·μL-1順-11-十六碳烯-2-甲基丙烯酸酯（K6）的觸角電位反應(yīng)最弱。與Prestwich等[21]研究結(jié)果不同，本研究發(fā)現(xiàn)寬脛夜蛾雄蛾觸角對溴代類似物的電生理響應(yīng)值高于二氟代和三氟代類似物，推測原因可能是雄蛾觸角上溴代類似物活化的感受器受體數(shù)目較多。有研究證明性信息素受體的激活與氣味分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，Zhang等[29]研究表明，豌豆蚜（）氣味受體ApisOR5能被蚜蟲報警信息素組分（反式）--法尼烯及與其結(jié)構(gòu)類似的化合物乙酸香葉酯激活。類似物順-11-十六碳烯-2-丁烯酸酯（K5）和順-11-十六碳烯-2-甲基丙烯酸酯（K6）的電生理響應(yīng)值較低，可能表明在寬脛夜蛾雄蛾觸角上存在特異性受體細(xì)胞，對類似物K5和K6親和力較低。但在田間誘捕試驗中與性信息素混用后，類似物K5表現(xiàn)出協(xié)同作用。

EAG反應(yīng)測定的是觸角上許多氣味受體細(xì)胞產(chǎn)生電位總和[30]，并不能以此斷定該化合物行為活性大小[31-32]。生物活性可能是正向吸引也可能是負(fù)向驅(qū)避作用，要確定性信息素類似物的真正行為活性，還要結(jié)合最直接有效的田間試驗進(jìn)行驗證。田間試驗結(jié)果表明添加不同劑量類似物均能引誘到一定數(shù)量寬脛夜蛾雄蛾。類似物K1和K5分別在添加劑量為10和100 μg時表現(xiàn)出增效活性，可作為性信息素增效劑。類似物K1在低劑量時，表現(xiàn)出輕微的抑制活性，當(dāng)劑量增加到10 μg時，表現(xiàn)出增效活性，劑量繼續(xù)增加到1 000 μg時，又表現(xiàn)出輕微的抑制活性。一般來說當(dāng)性信息素類似物與性信息素成分混合時，根據(jù)混合物中組成的相對比例，協(xié)同作用和抑制作用可以相互逆轉(zhuǎn)。CAMPS等對松異舟蛾（）性信息素氟化類似物的室外活性測定發(fā)現(xiàn)，氟化類似物與天然性信息素混合物比例不同，誘捕的松異舟蛾雄蛾數(shù)量不同，當(dāng)比例為3﹕1時，天然性信息素活性受到約50%的抑制效應(yīng)，而當(dāng)比例為1﹕1時，未觀察到抑制效應(yīng)[25]。在田間試驗開展過程中，會遇到雷雨、冰雹極端天氣和天敵覓食等不可抗力因素影響，建議在今后的田間誘捕試驗中設(shè)置多個平行試驗并增加調(diào)查次數(shù)。

在實(shí)際應(yīng)用中，昆蟲性信息素及其類似物常用于干擾交配[33]。在田間低密度高劑量釋放性信息素類似物，使害蟲長時間暴露在高濃度的合成信息素混合物中，雄性對雌性產(chǎn)生的信息素氣流不敏感，擾亂雄性對雌性的定向，從而抑制交配過程[34-35]。然而迷向產(chǎn)品卻相對性誘劑產(chǎn)品較少，其中原因之一就是成本過高。如何大量生產(chǎn)昆蟲性信息素及類似物并降低其成本可能成為未來性信息素的重要研究方向。

4 結(jié)論

對寬脛夜蛾性信息素組分的關(guān)鍵乙酸酯部分進(jìn)行選定的結(jié)構(gòu)修飾，合成了類似物K1—K6，這些類似物在室內(nèi)外生物測定中表現(xiàn)出不同的作用，其中類似物K1和K5表現(xiàn)出增效活性，可作為性信息素增效劑；添加不同劑量類似物K2、K3、K4、K6表現(xiàn)出與性信息素相當(dāng)?shù)幕钚浴㈩愃莆锱c性信息素結(jié)合，制成高效的性引誘劑或者迷向產(chǎn)品，對寬脛夜蛾種群監(jiān)測、規(guī)模誘殺和干擾交配等綠色防控技術(shù)體系的建立具有重要指導(dǎo)意義。

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Synthesis and Bioactivity of Sex Pheromone analogues of

LI Hui1, Yin ShiCai2, Guo ZongXiang2, MA HaoYun1, Ren ZiQi1,3, She DongMei1, Mei XiangDong1, Ning Jun1

1State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests, Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193;2Gaomi Municipal Bureau of Agriculture and Rural Affairs, Gaomi 261500, shandong;3College of Life Science, Northeast Forestry University, Harbin 150040

【】In recent years, with the significant increase in the area planted with the newly introduced crop quinoa,, which prefers quinoa, has gradually increased and become a major pest of quinoa, posing a potential threat to the production of agriculture in China.【】The objective of this study is to synthesize two different types of analogues modified with the polar group of the sex pheromone ()-hexadec-11-en-1-yl acetate (11-16:Ac), as the parent structure, and determine the biological activity, providing a theoretical basis for using sex pheromones and analogues for the green control of.【】The sex pheromone precursor ()-hexadec-11-en-1-ol (11-16:OH) was used as the raw material, and triethylamine was used as the acid-binding agent (4-dimethylaminopyridine was added as the catalyst for the reaction with the anhydride), and the esterification reactions with 2-bromopropionyl chloride, 2-chloroacetyl chloride, difluoroacetic anhydride, trifluoroacetic anhydride, methacryloyl chloride, and 2-butenoyl chloride were carried out respectively, the halogen atom modified analogues (K1-K4) and carbon chain end double bond modified analogues (K5-K6) were synthesized, separated and purified by column chromatography. Different concentrations (0.001, 0.01, 0.1, 1, 10, 100 μg·μL-1) of sex pheromone analogues (K1-K6) were prepared by gradient dilution. The EAG response values of analogues K1-K6 were measured by direct stimulation on the male tentacles ofusing different concentrations of analogues. Sex pheromone analogue trap lures were prepared by adding different doses of analogues to the sex pheromone. The field trapping trials were conducted in the summer of 2021 in Yanqing, Beijing, and the analogue activity was analyzed by counting the male moth in the traps.【】As the stimulation concentration increased from 0.001 to 100 μg·μL-1, the electrophysiological response values of male tentacles to analogues K1 to K5 showed a gradual increase trend. Male tentacles responded most strongly to the compound ()-hexadec-11-en-1-yl 2-bromopropanoate (K1), with a response value of 1.34 mV at 100 μg·μL-1. The EAG activities of analogues K5 and K6 were relatively poor, with EAG response values of 0.67 and 0.57 mV at 100 μg·μL-1, respectively. All the six analogues synthesized showed good biological activity in field trapping experiments. K5 had the highest average trapped number of 35.00 heads at an additive level of 100 μg, which was significantly higher than the sex pheromone control. The average number of trapped adults of analogue K1 was 32.33 heads at an additive level of 10 μg during the whole period (15 d) of field trapping tests, which was significantly higher than the sex pheromone control.【】The analogues K1 and K5 showed potentiation activity and can be used as potentiators of sex pheromones as verified by EAG and field trials. The addition of different doses of analogues K2, K3, K4 and K6 exhibited comparable activity to sex pheromones. This study provides a scientific and theoretical basis for the green control of.

; sex pheromone analogue; chemical synthesis; bioactivity; chemical control of insect behavior

10.3864/j.issn.0578-1752.2022.09.008

2021-11-09；

2021-12-02

國家自然科學(xué)基金（31772175）、中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項（Y2020PT04）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程重大科研任務(wù)“跨境作物重大病蟲害監(jiān)測與控制”（CAAS-ZDRW202108）

李慧，E-mail：13470007293@163.com。通信作者梅向東，E-mail：xdmei@ippcaas.cn。通信作者寧君，E-mail：jning@ippcaas.cn

（責(zé)任編輯 岳梅）