（动物学专业论文）石菖蒲根茎提取物有效杀虫成分分析.pdf

l l l l ts li ii ii lli l t l l l lt li il 华中农业大学学位论文独创性声明及使户y 18 1 2 6 8 0 善竺篓兰i 保密 l 如需保密，解密时间i 2 0 0 9 年6 月3 0 日 是否保密 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料，指导教师对此进行了审定。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意。 研究生张琢。】，幸时间：呻年6 月占日 学位论文使用授权书 本人完全了解“华中农业大学关于保存、使用学位论文的规定”，即学生必须 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印刷版 和电子版，并提供目录检索和阅览服务，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存、汇编学位论文。本人同意华中农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传 播学位论文的全部或部分内容。 注：保密学位论文在解密后适用于本授权书。 槲张孟甜事 签名怵叼年6 月了日 导师签名： 签名日期： 榴芗笋 吨每i 疑b 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之间 本研究得到国家十五科技攻关项目 “植物杀虫剂在储粮害虫防治中的应用与示范 ( 2 0 0 4 b a 5 2 3 8 0 3 2 ) 资助 目录 摘；要i 缩略语表x i i i 弓i 言1 1 研究背景1 1 1 粮食问题仍是2 1 世纪人类面临的主要问题之一1 1 2 化学农药的“利与弊 0 00 1 1 3 植物杀虫剂符合可持续农业发展的客观要求1 1 4 植物杀虫剂符合我国经济贸易发展的客观要求2 2 石菖蒲概况3 2 1 菖蒲属植物概况0 6 o oo oo oo ooo to doq000 0 0 3 2 2 石菖蒲的命名、分布与形态特征4 2 - 3 菖蒲、石菖蒲的化学成分研究概况5 2 4 石菖蒲的医学价值8 2 5 石菖蒲的环境保护价值9 2 6 石菖蒲的植保价值9 2 7 石菖蒲的毒性1 0 3 研究意义与创新点1 1 3 1 研究意义1 1 3 2 本研究的创新点1 2 4 立题依据与研究思路0 00 0 1 2 4 1 立题依据1 2 4 2 研究思路1 3 第一章利用植物源杀虫剂防治储粮害虫的研究进展1 5 1 植物源杀虫剂对储粮害虫作用方式的研究进展00 1 5 1 1 触杀作用g0 1 5 1 2 熏蒸作用1 6 1 3 驱( 忌) 避作用1 7 1 4 拒食作用o i 000 0 1 8 1 5 植物源杀虫剂作用方式的多样性1 8 2 植物源杀虫剂对储粮害虫防治效果的研究进展1 9 2 1 国内研究进展1 9 2 2 国外研究进展o l qa 2 1 2 3 商品化研究进展2 3 3 植物源杀虫剂有效杀虫成分分析的研究进展2 3 3 1 生物碱类2 4 3 2 萜烯类2 5 3 3 黄酮类2 7 3 4 苯丙素类2 7 3 5 其它化合物2 7 4 杀虫剂对害虫生理生化作用机制的研究进展2 8 4 1 杀虫剂作用机理2 8 4 2 植物源杀虫剂的作用机理3 2 5 植物源杀虫剂存在的问题3 3 5 1 药效评价的标准化3 4 5 2 市场化进程缓慢3 4 5 3 拒食剂和忌避剂的实际应用价值3 4 5 4 植物源农药的基础性研究有待加强3 5 第二章石菖蒲根茎提取物有效杀虫成分的分离与鉴定3 6 1 材料与方法3 6 1 1 材料3 6 1 2 方法3 7 2 结果与分析0 00 0 0 4 2 2 1 石菖蒲根茎提取物分离组分对试虫的初步毒效4 2 2 2 石菖蒲根茎提取优选组分有效成分初步分析4 8 2 3 石菖蒲根茎提取活性单体结构鉴定5 5 3 小结与讨论6 7 3 1 石菖蒲根茎提取物不同分离阶段组分得率6 7 3 2 石菖蒲根茎提取物不同分离阶段组分对试虫的初步毒效6 7 3 - 3 石菖蒲根茎提取优选组分有效成分初步分析6 8 3 4 石菖蒲根茎提取活性单体结构鉴定6 8 3 5 应进一步研究的问题 1 0 第三章石菖蒲根茎浸膏石油醚萃取物，b 一细辛醚和菖蒲烯酮对三种储粮害虫的生 物活性7 1 1 材料与方法7 1 1 1 材料00 7 1 1 2 生物活性测定方法o oqoo 7 1 1 3 统计方法7 3 2 结果与分析7 4 2 1 石菖蒲根茎浸膏石油醚萃取物对试虫的生物活性7 4 2 2 石菖蒲根茎提取1 3 一细辛醚对试虫的生物活性o o qo 7 9 2 3 石菖蒲根茎提取菖蒲烯酮对试虫的生物活性8 4 2 4 石菖蒲根茎提取1 3 一细辛醚和菖蒲烯酮对试虫的联合作用8 9 3 小结与讨论o g og oo go o oo o 9 1 3 1 小结9 1 3 2 讨论9 3 第四章石菖蒲根茎提取1 3 一细辛醚对玉米象和谷蠹的杀虫机理研究9 5 1 材料与方法9 5 1 1 材料9 5 1 2 测定方法9 6 2 结果与分析1 0 1 2 1b 一细辛醚对玉米象成虫杀虫机理的研究1 0 1 2 2b 一细辛醚对谷蠹成虫杀虫机理的研究1 0 6 3 小结与讨论00 0 0 1 1 1 3 1 j 、结1 1 1 3 2 讨 仑1 1 2 参考文献1 1 3 致谢”1 3 1 参加科研项目、参编著作与发表论文1 3 3 i l l 摘要 中文摘要 粮食仓储工作是我国粮食工作的重点，而如何有效地防治储粮害虫又是粮食仓 储工作的关键。植物源农药属绿色无公害农药，对害虫不易产生抗药性，符合可持 续农业发展的客观要求。玉米象、谷蠹、赤拟谷盗是我国的三种主要储粮害虫，其 中玉米象已被国内粮食部门列为储粮头号害虫，谷蠹则为南方储藏谷物的重要害虫， 在我国已对磷化氢等化学杀虫剂产生了严重的抗药性。至此，本研究得到了国家十 五科技重点攻关项目“植物杀虫剂在储粮害虫防治中的应用与示范 ( 2 0 0 4 b a 5 2 3 8 0 3 2 ) 的有力资助。 1 石菖蒲根茎提取物有效杀虫成分的分离与鉴定 1 1 石菖蒲根茎提取物有效杀虫成分的分离 采用甲醇冷浸法和有机溶剂萃取法，对石菖蒲新鲜根茎干粉进行了提取和初步 分离。结果表明：甲醇对石菖蒲根茎干粉具有较高的提取率，浓缩后提取物得率为 1 9 2 。石油醚萃取物浓缩后得率为2 3 5 。 采用硅胶柱层析法，以碘蒸气为显色剂，对石油醚萃取物有效杀虫成分逐步进 行初分和细分，浓缩后得到三种活性组分。选取活性最好的两种组分用硅胶柱层析 法进行纯化，得到两种浅黄色油状活性单体。 1 2 石莒蒲根茎提取物各分离组分对试虫的初步毒效 采用药膜法，以玉米象、谷蠹、赤拟谷盗为试虫，研究了石菖蒲根茎提取物各 分离组分对试虫的初步毒效，结果表明： 石菖蒲根茎提取物四种溶剂萃取物以石油醚萃取层的生物活性最高。药膜法 3 1 4 4 0 , u g c m 2 密闭处理7 2h 后，石油醚萃取物对玉米象、谷蠹和赤拟谷盗的校正死 亡率均为1 0 0 0 0 。水萃取物也具有一定的毒杀活性，对谷蠹和赤拟谷盗以3 1 4 4 0 u g , c m 2 密闭处理7 2h 后的校正死亡率分别为8 8 5 1 和5 6 9 8 。 将初分馏分用1 5 7 2 0 9 9 c m 2 剂量进行生物测定，结果表明活性馏分为极性较低 的化合物。8 种洗脱馏分以6 1 7 2 号洗脱馏分的毒杀活性最高，处理7 2h 后对三种 试虫的校正死亡率均高于8 0 0 0 ，显著高于其余7 种洗脱馏分。将细分馏分用1 5 7 2 0 e , c m 2 剂量进行活性测定，结果表明组分i i 、i i i 和对试虫具有较高的毒杀活性， 处理7 2h 后对玉米象的校正死亡率依次为8 1 1 1 、9 7 7 8 、1 0 0 0 0 ，对谷蠹的校 正死亡率分别为5 7 7 8 、9 7 7 8 、9 7 7 8 。组分i i i 、用1 5 7 2 0 眺m 2 剂量处理 7 2h 后对赤拟谷盗的校正死亡率均为1 0 0 0 0 。 华中农业大学2 0 0 7 届博士研究生毕业论文 采用药膜法对三种优选组分进一步进行初步毒效测定，结果表明组分i 、对 试虫具有较好的毒杀效果。组分i 对试虫的毒杀效果比较缓慢，其毒效与处理时间 关系密切。组分对谷蠹和赤拟谷盗具有较好的生物活性，用3 9 3 0 g c m 2 剂量处 理7 2h 后的校正死亡率分别为6 4 4 4 和9 0 0 0 。组分对玉米象和谷蠹具有较高 的毒效，1 9 6 5 g c m 2 剂量处理7 2h 后的校正死亡率分别为5 4 4 4 和8 7 7 8 。 1 3 石菖蒲根茎提取优选组分有效成分初步分析 采用气相色谱一质谱联用法( g c m s ) ，对石菖蒲根茎提取三种优选活性组分的 有效成分进行了初步分析。 在组分i i 中，化合物1 2 的分子量均约为2 0 5 ，且互为同分异构体。化合物3 5 的分子量均约为2 2 0 ，也互为同分异构体。初步推断组分i i 主要由5 种倍半萜类化 合物组成。在组分中，化合物7 为主要活性成分，分子量为2 1 8 。在组分中， 初步推断化合物8 为榄香素( 1 ，2 ，3 一t r i m c t h o x y 一5 ( 2 - p r o p e n y l ) b e n z e n e ) ，化合物9 为b 一细辛醚 e i s 一1 ，2 ，4 一t r i m e t h o x y 5 一( 1 - p r o p c n y l ) b e n z e n e ) ，化合物9 为组分的 主要活性成分。 1 4 石菖蒲根茎提取活性单体结构鉴定 1 4 1 化合物7 结构鉴定 质谱鉴定结果表明：单体7 为愈创烷型倍半萜，分子量为2 1 8 ，可能含有c h 3 一， c h c h 2 一， c = o 片段。紫外吸收光谱鉴定结果表明：单体7 中含有共轭双 键( 一c = c c = c 一) 或类似键结构。红外吸收光谱鉴定结果表明，单体7 中含有 c = o 和不饱和的共轭酰基碳结构( 一c = c c = o ) 。1 h n m r 鉴定结果表明单体7 中含有2 个q 玉一c h c = o ，2 个 c = c 1 2 0 ) ，表现 为显著的增效作用。b 一细辛醚和菖蒲烯酮按1 ：1 ( w w ) 混用时，对玉米象表现 为显著的拮抗作用，其共毒系数为6 9 4 2 ( 1 1 3 3 3m g k g ) 的1 3 一细辛醚对谷胱甘肽s 转移酶具有抑制作用。1 3 一细辛醚对羧酸酯酶的活性多数 表现为诱导作用，提高1 3 一细辛醚的处理剂量可提高羧酸酯酶的活力。不同剂量的 1 3 一细辛醚处理对谷蠹酯酶同工酶均具有显著的诱导作用，但诱导效果与处理剂量关 系并不密切。 关键词 石菖蒲；储粮害虫；杀虫活性；成分分析；菖蒲烯酮；1 3 一细辛醚；杀虫机理 华中农业大学2 0 0 7 届博士研究生毕业论文 a b s t r a c t t h es t o r a g ew o r kw a st h ee m p h a s i so ff o o d s t u f fm a n a g e m e n ti nc h i n a , a n dh o wt o e f f e c t i v e l yc o n t r o lt h es t o r e dp r o d u c tp e s tw a st h ek e yt a s kf o rf o o ds t o r a g e t h eb o t a n i c a l p e s t i c i d eb e l o n g st ot h eb i o - r a t i o n a lp e s t i c i d e ，a n di ti sh a r df o rp e s t st od e v e l o pr e s i s t a n c e t ot h eb o t a n i c a lp e s t i c i d e a sar e s u l t ，t h eb o t a n i c a lp e s t i c i d ea n s w e r e df o rt h ei m p e r s o n a l d e m a n do fs u s t a i n a b l ea g r i c u l t u r e t h em a i z ew e e v i ls i t o p h i l u sz e a m a i sm o t s e h ，g r a i n b o r e rr h i z o p e r t h ad o m i n i c a ( f a b ) a n dr e df l u rb e e t l et r i b o l i u mc a s t a n e u m ( h e r b s t ) w e r e t h et h r e ek e ys t o r e dp r o d u c tp e s t si nc h i n a ，o fw h i c ht h em a i z ew e e v i lh a db e e nn a m e da s t h ef i r s tk e ys t o r e dp r o d u c tp e s tb yn a t i o n a lf o o d s t u f fd e p a r t m e n t ，a n dt h eg r a i nb o r e rw a s t h ep r i m a r yp e s to fs t o r e dg r a i ni ns o u t hc h i n a a tp r e s e n t ，t h eg r a i nb o r e rh a dd e v e l o p e d s e r i o u sr e s i s t a n c et os o m ec h e m i c a lp e s t i c i d e s ，s u c ha sp h o s p h i n e ，e t c t h u s ，t h i sr e s e a r c h w a se f f e c t i v e l yf i n a n c e db yt h ec h i n e s e1 5 t hk e yt a s kp r o j e c tt h r o u g ht h es c i e n c ea n d t e c h n o l o g ym i n i s t r yo fs t a t e ( a p p l i c a t i o na n dd e m o n s t r a t i o no fb o t a n i c a li n s e c t i c i d ei n c o n t r o l l i n gs t o r e dp r o d u c tp e s t ，s e r i a ln u m b e r ：2 0 0 4 b a 5 2 3 8 0 3 - 2 ) 1i s o l a t i o na n di d e n t i f i c a t i o no fe f f e c t i v ei n s e c t i c i d a li n g r e d i e n t si n a c o r u sg r a m i n e u ss o l a n dr h i z o m ee x t r a c t 1 1i s o l a t i o no fe f f e c t i v ei n s e c t i c i d a li n g r e d i e n t si na g r a m i n e u sr h i z o m e e x t r a c t t h ed r yp o w d e ro fa g r a m i n e u sr h i z o m ew a sf i r s t l ys o a k e du s i n gm e t h a n o li nc o o l c o n d i t i o n ，a n dt h e nt h ee x t r a c tw a sp r e t r e a t e db ye x t r a c t i o nm e t h o du s i n go r g a n i cs o l v e n t c o r r e s p o n d i n g l y t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h em e t h a n o lh a d b e t t e re x t r a c t i o ne f f e c tt od r y p o w d e ro f a g r a m i n e u sr h i z o m ea s1 9 2 e x t r a c ty i e l da f t e rc o n c e n t r a t i o n a n dt h ey i e l d o fp e t r o l e u me t h e rf r a c t i o nw a su pt o2 3 5 a f t e rc o n c e n t r a t i o n a d o p t i n gt h es i l i c ag e lc o l u m nc h r o m a t o g r a p h y ( c c ) ，t h ee f f e c t i v ei n s e c t i c i d a l i n g r e d i e n t so fp e t r o l e u me t h e re x t r a c tw e r es e p a r a t e da s1 2v a p o ra c t e da sd i s p l a yr e a g e n t s t e pb ys t e p t h r e e a c t i v e i n g r e d i e n t sw e r eo b t a i n e d a f t e rc o n c e n t r a t i o n ，a n dt w o i n g r e d i e n t sw i t hb e t t e ra c t i v i t yw e r es e l e c t e df o rp u r i f i c a t i o ni ns i l i c ag e lc c a tl a s t ，t w o a c t i v em o n o m e r sw e r eo b t a i n e d ，a n dt h em o n o m e r sw e r ek i n do fy e l l o w i s ho i l yl i q u i d 1 2p r i m a r yi n s e c t i c i d a le f f e c t so fi n g r e d i e n t si s o l a t e df r o ma g r a m i n e u s r h i z o m ee x t r a c t t h ep r i m a r yt o x i c i t i e so fi n s e c t i c i d a li n g r e d i e n t si s o l a t e df r o ma g r a m i n e u sr h m o m e e x t r a c tt osz e a m a 厶，足d o m i n i c aa n dzc a s t a n e u ma d u l t sw e r et e s t e du s i n gd r u g - f i l m m e t h o d t h er e s u l t sw e r el i s t e da sf o l l o w s ： a sf o rf o u rs o l v e n t se x t r a c t so f a g r a m i n e u sr h i z o m ee x t r a c t ，t h ep e t r o l e u me t h e r e x t r a c th a dh i g h e s tb i o a c t i v i t i e st ot e s t e dp e s t s a t3 1 4 4 0 g c m 2d o s a g e ，t h ec o r r e c t e d m o r t a l i t i e so fp e t r o l e u me t h e re x t r a c ta g a i n s tt h r e et e s t e dp e s t sw e r e1 0 0 0 0 a t 7 2h p o s t - t r e a t m e n t f u r t h e r m o r e ，t h ew a t e re x t r a c th a ds o m et o x i c i t i e st o 足d o m i ，l i c aa n dz c a s t a n e u ma d u l t sw i t h8 8 5 1 a n d5 6 9 8 c o r r e c t e d m o r t a l i t i e sa c c o r d i n g l va t7 2h p o s t - t r e a t m e n t 。 t h er e s u l t so fb i o a s s a yf o rp r i m a r yf r a c t i o n sa t 1 5 7 2 0 g c r n 2d o s a g ei n d i c a t e dt h e a c t i v ei n g r e d i e n t sb e l o n g e dt ot h ec o m p o u n dw i t hl o w p o l a r i t y 。t h ec ( n u m b e r61 。7 2 ) f r a c t i o no f8e l u t e df r a c t i o n sh a dh i g h e s tt o x i c i t i e s a g a i n s tt h r e et e s t e dp e s t s 勰t h e c o r r e c t e dm o r t a l i t i e sa t7 2hp o s t t r e a t m e n tw e r em o r et h a n 8 0 0 0 ，t h e s em o n a l i t i e s w e r es i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h a to fo t h e r7e l u t e df r a c t i o n s t h e b i o a s s a yr e s u i t sf o r s u b s e p a r a t e df r a c t i o n sa t1 5 7 2 0 z g c m 2d o s a g ei n d i c a t e di n g r e d i e n t si i ，i i ia i l d h a d b e t t e rt o x i c i t i e sa st h ec o r r e c t e dm o r t a l i t i e st o & z e a m a i sa t7 2h p o s t t r e a t m e n tw e r e 8 1 1 1 ，9 7 7 8 a n d1 0 0 0 0 c o r r e s p o n d i n g l y ，a n dt h ec o r r e c t e dm o r t a l i t j e s t o 兄 d o m i n i c aa t7 2hp o s t - t r e a t m e n tw e r e5 7 7 8 ，9 7 7 8 a n d9 7 7 8 c o r r e s p o n d i n g l v a t 1 5 7 2 0 肛g c r n 2d o s a g e ，t h ec o r r e c t e dm o r t a l i t i e so fi n g r e d i e n ti l la n dv it oz c 口s 胁，l e “垅 a t7 2hp o s t - t r e a t m e n tw e r e1 0 0 0 0 f u r t h e rp r i m a r yb i o a s s a yf o rt h r e es e l e c t e di n g r e d i e n t sd e m o n s t r a t e dt h e i n g r e d i e n t i i ia n dv ih a db e t t e ri n s e c t i c i d a le f f e c t sa g a i n s tp e s t s t h ei n s e c t i c i d a le f f e c to fi n g r e d i e n t 1 1 1w a ss l o wr e l a t i v e l y , a n dt h et o x i c i t ye f f e c th a dc l o s er e l a t i o n s h i pw i t he x d o s u r et i m e i n g r e d i e n th ih a db e t t e rb i o a c t i v i t i e st or d o m i n i c aa n dz c a s t a 刀绑册a d u l t sw i t h6 4 4 4 a n d9 0 0 0 c o r r e c t e dm o r t a l i t i e s ( 7 2h ) a c c o r d i n g l y a t3 9 3 0a g c m 2 d o s a g e ，a n d i n g r e d i e n t h a db e t t e rb i o a c t i v i t i e st o & z e a m a i sa n d 足d o m i n i c 口w i t h5 4 4 4 柚d 8 7 7 8 c o r r e c t e dm o r t a l i t i e s ( 7 2h ) a c c o r d i n g l ya t1 9 6 5 g c m 2d o s a g e 1 3 p r i m a r ya n a l y s i so fe f f e c t i v ei n s e c t i c i d a lc o m p o n e n t sf o rs e l e c t e d i n g r e d i e n t si s o l a t e df r o ma g r a m i n e u sr h i z o m e a c t i v ec o m p o n e n t sf o r t h r e es e l e c t e d i n g r e d i e n t si s o l a t e df r o ma g ，口m i 以e “s r h i z o m ew e r e p r i m a r i l ya n a l y z e du s i n gg a sc h r o m a t o g r a p h y m a s s s p e c t r o m e t r y ( g c - m s ) i ni n g r e d i e n t i i ，t h em o l e c u l a rw e i g h to fc o m p o u n d1 - 2w e r e2 0 5 ，w h i c hw e r e i s o m e r i cc o m p o u n d s t h em o l e c u l a rw e i g h to f c o m p o u n d3 - 5w e r e2 2 0 ，a n dw e r e 1 s o m e r l cc o m p o u n d sa sw e l l i tw a s p r i m a r i l yc o n c l u d e dt h a ti n g r e d i e n t1 1w a st o m p o s e d o f5 s e s q u i t e r p e n o i d s a sf o ri n g r e d i e n t i i i ，c o m p o u n d7w a st h el e a d i n ga c t i v e v l l 华中农业大学2 0 0 7 届博士研究生毕业论文 c o m p o n e n tw i t h2 1 8m o l e c u l a rw e i g h t i ni n g r e d i e n tv i ，i tw a sp r i m a r i l yc o n c l u d e dt h a t c o m p o u n d8w a se l e m i n e 【1 , 2 ，3 一t r i m e t h o x y - 5 一( 2 - p r o p e n y l ) b e n z e n e ，a n dc o m p o u n d9 w a s1 3 a s a r o n e 【c i s - 1 ，2 ，4 t r i m e t h o x y - 5 - ( 1 - p r o p e n y l ) b e n z e n e 】a c t e da sal e a d i n ga c t i v e c o m p o n e n ti ni n g r e d i e n tv i 1 4s t r u c t u r ei d e n t i f i c a t i o no fa c t i v em o n o m e ri s o l a t e df r o ma g r a m m e u sr h i z o m e 1 4 1s t r u c t u r ei d e n t i f i c a t i o nf o rc o m p o u n d7 m a s ss p e c t r u m ( m s ) d a t ai n d i c a t e dt h em o n o m e r7w a sak i n do fg u a i a n e t y p e s e s q u i t e r p e n e ，a n di t sm o l e c u l a rw e i g h tw a s2 1 8 t h em o n o m e rm i g h tc o n t a i nm e t h y l ( c h 3 ) ，s e c o n d a r y c a r b o nl i n k e dw i t ht e r t i a r yc a r b o n ( c h c h 2 ) a n dk e t o n i cb o n d ( 一c - 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