（化学工艺专业论文）杀虫活性成分苦皮素a的分离纯化与含量测定研究.pdf

中文摘要 市场上植物源杀虫剂1 苦皮藤素乳油的主要杀虫活性成分为苦皮素a ( a n g u l a t i n a ) ，企业标准中要求苦皮素a 的含量o 4 。由于苦皮素a 的含量测定方法还不完善， 文献中也未见报道，因而建立苦皮素a 的含量测定方法对于企业控制苦皮藤素乳油的 质量有着重要的意义。鉴于市场上并无苦皮素a 的标准品出售，本论文首先制备了苦 皮素a 的标准品，然后重点研究了苦皮素a 的含量测定方法。 1 苦皮素a 标准品的制备 ( 1 ) 实验以产于河南南阳县的苦皮藤根皮为原料，用9 5 乙醇在9 0 下回流提取， 过滤得到的乙醇提取液减压浓缩至无醇味后，用石油醚脱脂，加水分散后用乙醚萃取， 得到的乙醚萃取液再用5 n a 2 c 0 3 溶液萃取以除去鞣质等酸性物质，加蒸馏水洗至中 性，用活性炭脱色得苦皮藤素粗品：( 2 ) 苦皮藤素的粗品用常压硅胶吸附柱色谱梯度洗 脱，薄层色谱检测，合并含有苦皮素a 的洗脱液得苦皮素a 的粗品；( 3 ) 苦皮素a 的 粗品经高效制备液相色谱进一步分离纯化、核磁共振碳谱进行结构鉴定、反相高效液相 色谱法测定含量，最终确定并得到了纯度为9 8 5 0 的苦皮素a 产品。该产品符合标准 物质的质量要求，可作为分析用对照品。 2 苦皮素a 的含量测定 实验经反复探索确定了反相高效液相色谱的操作条件：流动相为甲醇水系统 ( 7 0 3 0 ，v 厂v ) ，流速为1 0m l m i n ，检测波长为2 3 2n m ，进样量为1 0 l ，柱温为2 5 。实验结果表明，在上述色谱条件下，苦皮素a 在0 9 8 5 2 2 7 9 9 m l 范围内，峰面 积和质量浓度呈良好的线性关系；仪器精密度良好，方法稳定性、重复性较好，加标回 收率相对标准偏差小，该方法可用于苦皮素a 的含量测定。 实验以纯度为9 8 5 0 的苦皮素a 标准品作为对照品，利用该方法测定了1 苦皮 藤素乳油、4 苦皮藤素乳油及8 苦皮藤素母液中苦皮素a 的含量；测定结果表明， 苦皮素a 在这三种苦皮藤素产品中的含量均高于其中苦皮藤素含量的4 0 ，符合工业 生产的要求。 实验还探讨了石油醚、苯、氯仿、乙酸乙酯、9 5 7 , 醇和甲醇6 种溶剂对苦皮素a 提取率的影响。实验结果表明，甲醇和9 5 乙醇为性能优良的提取溶剂。以甲醇和9 5 乙醇作为溶剂，实验对两个产地苦皮藤根皮中苦皮素a 的含量进行了测定。结果表明， 湖北郧县产地苦皮藤根皮中苦皮素a 的含量高于河南南阳县产地苦皮藤根皮中苦皮素 a 的的含量，该结果为苦皮藤原料的采集提供了一定的理论基础。 苦皮藤素乳油和苦皮藤原料中苦皮素a 的含量测定结果可证明本论文提出的反相 高效液相色谱测定方法简便、快速、重现性好，为深入研究及工业化生产提供了可靠的 检测方法。 关键词：苦皮素a ；苦皮藤素；高效制备液相色谱；反相高效液相色谱；核磁共振碳谱 i i a b s t r a c t t h em a i ni n s e c t i c i d a lc o m p o n e n to fb o t a n i c a lp e s t i c i d e1 c e l a n g u l i ne c h a v i n gb e e np l a c e di nt h em a r k e ti sa n g u l a t i n 氏t h ec o n t e n to fw h i c hi sr e q u i r e d h i g h e rt h a n0 4 i nt h ee n t e r p r i s es t a n d a r d t 1 l cd e t e r m i n a t i o nm e t h o do fa n g u l a t i na h a sn o tb e e np e r f e c ta n dr e p o r t e di nt h el i t e r a t u r e ，s oi ti si m p o r t a n tt oe s t a b l i s ha m e t h o df o rt h ed e t e r m i n a t i o no fa n g u l a t i nai no r d e rt of a c i l i t a t et h ee n t e r p r i s et o c o n t r o lt h eq u a l i t yo fc e l a n g u l i ne c w h e r e a sa n g u l a t i nas t a n d a r ds a m p l ei su n s o l d i nt h em a r k e t ，i nt h i st h e s i st h es t a n d a r ds a m p l eo fa n g u l a t i naw a sf n s t l yp r e p a r e d , a n dt h ed e t e r m i n a t i o nm e t h o do fa n g u l a t i naw a sm a i n l ys t u d i e d 1 1 1 l ep r e p a r a t i o no fa n g u l a t i nas t a n d a r ds a m p l e ( 1 ) i nt h ee x p e r i m e n t ，t h er o o tb a r ko fc d a a r u sa n g u l a t u sf r o mn a n y a n g c o u n t yi nh e n a nw a se x t r a c t e dw i t h9 5 e t h a n o la t9 0 t h ee t h a n o le x t r a c tw a s f i l t e r e da n dc o n d e n s e du n t i ln oe t h a n o lt a s t e ，d e f a t t e dw i t hp e t r o l e u me t h e ra n d e x t r a c t e dw i t he t h e ra f t e rb e i n gd i s p e r s e dw i t hw a t e r , t h ee t h e re x t r a c tw a se x t r a c t e d w i t h5 n a 2 c 0 3s o l u t i o nt or e m o v et a n n i n sa n do t h e ra c i d i cs u b s t a n c e s ，w a s h e dw i t h d i s t i l l e dw a t e rt ob el i t m u s l e s s ，d e c o l o r e dw i t ha c t i v ec a r b o n ，a n dc e l a n g u l i nc r u d e w a so b t a i n e d ；( 2 ) c e l a n g u l i nc r u d ew a sg r a d i e n t l ye l u t e du s i n ga t m o s p h e r i cs i l i c ag e l c o l u m nc h r o m a t o g r a p h ya n dd e t e c t e db yt h i nl a y e rc h r o m a t o g r a p h y , e l u a t ec o n t a i n i n g a n g u l a t i na w a sc o m b i n e da n da n g u l a t i na c r u d ew a so b t a i n e d ；( 3 ) a n g u l a t i na c r u d e w a sf u r t h e r p u r i f i e db yp r e p a r a t i v eh i g l lp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y , i d e n t i f i e db y1 3 c n m r ，a n dd e t e r m i n e db yr e v e r s e p h a s eh i g hp e r f o r m a n c el i q u i d c h r o m a t o g r a p h y , t h er e s u l to fw h i c hw a st h a tt h ep u r i t yo fa n g u l a t i nap r o d u c tw a s 9 8 5 0 t 1 l i sp r o d u c tm e tt h eq u a l i t yr e q u i r e m e n t so fs t a n d a r dm a t e r i a l s s oc a nb e u s e da sar e f e r e n c es u b s t a n c e 2 d e t e r m i n a t i o no fa n g u l a t i na n e o p e r a t i n gc o n d i t i o n so fr p h p l cw e r er e p e a t e d l ye x p l o r e da n dd e t e r m i n e d ： m e t h a n o l - w a t e r ( 7 0 3 0 ，v n ) a taf l o w r a t eo f1 0m l m i nw a sc h o s e na sm o b i l e p h a s ew i t hu vd e t e c t i o n a t2 3 2a m t h es a m p l ev o l u m ew a s1 0 z la n dt h e n i t e m p e r a t u r ew a s2 5 r e s u l t so fe x p e r i m e n t si n d i c a t e dt h a ti na b o v ec o n d i t i o n s ，t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e np e a ka r e a sa n dc o n c e n t r a t i o n so fa n g u l a t i na i nt h er a n g ef r o m 0 9 8 5t o2 2 7 z g m kt h ee q u i p m e n th a dg o o dp r e c i s i o n , a n dt h em e t h o dh a dg o o d s t a b i l i t ya n dr e p e a t a b i l i t y , t h e r e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o no fs t a n d a r ds a m p l e r e c o v e r i e sw a ss m a l l ，s ot h i sm e t h o dc a l lb eu s e df o rd e t e r r n i n a t i n ga n g u l a t i na w i t ha n g u l a t i na h a v i n gt h ep u r i t yo f9 8 5 0 a sar e f e r e n c es u b s t a n c e ，c o n t e n t s o fa n g u l a t i nai n1 c e l a n g u l i ne c 4 c e l a n g u l i ne ca n d8 c e l a n g u l i nm o t h e r l i q u o rw e r ed e t e r m i n e du s i n gr p - h p l c ；r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec o n t e n to fa n g u l a t i n aw a sh i g h e rt h a n4 0 o fc e l a n g u l i nc o n t e n ti ne a c hc e l a n g u l i np r o d u c t , w h i c hm e t t h er e q u i r e m e n t so fi n d u s t r i a lp r o d u c t i o n e f f e c t so fp e t r o l e u me t h e r , b e n z e n e , c h l o r o f o r m ，e t h y la c e t a t e ，9 5 e t h a n o la n d m e t h a n o lt oe x t r a c t i o nr a t eo fa n g u l a t i naw e r ea l s od i s c u s s e d r e s u l t si n d i c a t e dt h a t m e t h a n o la n d9 5 e t h a n o lw e r ef i n ed i s t i l l i n gs o l v e n t s w i t hm e t h a n o la n d9 5 e t h a n o la ss o l v e n t s c o n t e n t so fa n g u l a t i nai nr o o tb a r ko fc e l a s t r u sa n g u l a t u sf r o m t w op r o d u c i n ga r e a sw e r ed e t e r m i n e d r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec o n t e n to fa n g u l a t i na i nr o o tb a r ko fc e l a s t r u sa n g u l a t u sf r o my u n x i a nc o u n t yi nh u b e iw a sh i g h e rt h a n t h a tf r o mn a n y a n gc o u n t yi nh e n a n ，w h i c hp r o v i d e dt h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h e c o l i c e t i o no fr a wm a t e r i a l s d e t e r m i n a t i o nr e s u l t so fa n g u l a t i nai nc e l a n g u l i ne ca n dc e l a s t r u sa n g u l a t u s s h o w e dt h a tr p - h p l cb r o u g h tf o r w a r di nt h i st h e s i sw a ss i m p l e ，r a p i d ，r e p r o d u c i b l e ， a n dp r o v i d e dar e l i a b l ed e t e c t i o nm e t h o df o ri n - d e p t hs t u d ya n di n d u s t r i a lp r o d u c t i o n k e yw o r d s ：a n g u l a t i na ；c e l a n g u l i n ；p r e p a r a t i v eh i g i ip e r f o r m a n c el i q u i d c h r o m a t o g r a p h y ；r p h p l c ；1 3 c n m r 郑州大学硕上学位论文 1 1 植物源杀虫剂 1 1 1 发展简史 1 前言 植物源杀虫剂是一类利用具有杀虫活性植物的某些部位或提取其有效成分 制成的杀虫剂1 1 , 2 1 。据文献资料记载，我国应用植物源杀虫剂防治害虫至少已有 两千年以上的历史。周礼上有“剪氏掌除蠢物，以攻萦攻之，以莽草熏之” 的记载；东汉末年的神农本草经收载药物3 6 5 种；明代李时珍著本草纲目 中收录药物1 8 9 2 种，其中记载有杀虫作用的植物有百部、狼毒、楝树、芜花鱼 藤根等；中国土农药志记载分布于8 6 科中有2 2 0 种植物源农药；在中国 有毒植物一书中列入有毒植物1 3 0 0 余种，其中许多被人们当作植物源农药应 用。在国外，印度人很早就使用印楝防治储物害虫；公元5 世纪，地中海居民就 利用藜芦的提取液处理植物种子防虫；1 7 6 3 年，法国人开始使用烟草和石灰混 合防治蚜虫，这是世界上首次报道的杀虫剂；1 8 0 0 年美国人j i m t i k o f f 发现高加 索部族用除虫菊粉灭虱蚤，他于1 8 2 8 年将除虫菊j 日- r 成防治卫生害虫的杀虫粉 出售；1 8 4 8 年t o x l e y 制造了鱼藤根粉【3 】。在此时期，除虫菊的贸易维持了中亚 一些地区的经济1 4 1 。此外，雷公藤、苦参、乌桕、龙葵、闹羊花、马桑等的杀虫 性也相继被发现和利用。 但自2 0 世纪4 0 年代以来，化学合成农药纷纷替代了植物源农药而雄居市场， 使得植物源农药的研究一度陷入低谷【5 1 。毫无疑问，1 9 3 9 年p a u lm u l l e r 首次发 现滴滴涕，从此开创了害虫防治史上有机合成杀虫剂时代，众多的有机合成杀虫 剂在保证农作物丰产丰收等方面发挥了不可磨灭的作用。可是有机合成杀虫剂在 使用中产生的“三r ”问题即残留( r e s i d u e ) ，抗性( r e s i s t a n c e ) 及害虫再猖 獗( r e s u r g e n c e ) 引起了人们对其高度的重视和重新评价1 6 1 ，特别是在一些非政 府组织与一些舆论的压力下，化学合成农药受到了严重挑战。 1 9 9 0 年，美国环保局首先宣布对5 9 种化学农药撤销登记，欧共体和经互会 组织也分别提出了减少化学农药用量的战略计划，联合国有关组织还发行了禁用 和限制使用5 0 0 种化学农药的手册。2 0 0 4 年2 月联合国环境规划总署和世界粮 郑州大学硕上学位论文 农组织联合世界1 5 0 多个国家和地区代表参加制定了p i c 公约( 对某些危险化 学品及农药在国际贸易中采用事先知情同意程序的简称) ，对包括高毒有机磷 农药甲胺磷、久效磷、对硫磷等在内的2 0 多种农药进口做出严格限制。根据农 业部第3 2 2 号公告，我国政府自2 0 0 4 年6 月3 0 日起禁止在国内销售和使用甲胺 磷、对硫磷、甲基对硫磷、久效磷和磷胺5 种高毒有机磷农药的复配产品；自 2 0 0 5 年1 月1 日起，原药生产企业保留的这5 种农药的制剂产品的使用范围缩 减为：棉花、水稻、玉米和小麦4 种作物；自2 0 0 7 年1 月1 日起全面禁止这5 种农药在农业上使用，只保留部分生产能力用于出口。 随着“可持续发展战略”的实施、人民环保意识的加强和化学农药弊病的日 益突出，人们一方面寻找用于害虫防治的其他策略与途径( 如生物防治) ，另一 方面积极进行有机杀虫剂的自我改造与完善，如发展高效、低毒、低残留、安全 杀虫品种取代那些高毒高残留品种。经过多年的努力，禁用了一些高残留杀虫剂 品种如滴滴涕和六六六，但害虫抗药性问题尚未得到彻底解决【_ ”。在这种情况下， 人们重新将眼光投向了原材料易得、不易产生抗药性、对天敌昆虫危害较小【8 l 的植物源杀虫剂的研究与开发。 1 1 2 杀虫植物资源研究 植物是生物活性化合物的天然宝库，它在生长、发育过程中，特别是在长期 与昆虫协同进化的过程中，产生的防御昆虫的次生代谢产物如生物碱、黄酮类、 萜烯类、酚类、甾类、木质素类、糖苷类、噻吩类和特异性氨基酸类等超过4 0 万种i 虬1 1 i ，其中大多数具有杀虫活性。据调查统计，我国作为农药的植物主要集 中于楝科、菊科、豆科、卫矛科、杜鹃科、瑞香科、柏科和大戟科等3 0 多科 1 2 , 1 3 】。 1 1 2 1 楝科植物 楝科植物约5 2 属1 4 0 0 种，中国约有1 5 属6 4 种。楝科植物杀虫剂应用较早， 其中印楝( a z a d i r a c h t ai n d i c a ) 、川楝( m e l i at o o s e n d a n ) 和苦楝( m e l i aa z e d a c a c h ) 是该科中主要的杀虫植物。目前印楝是世界上公认的理想杀虫植物，其活性成分 主要分布在种核和叶中。1 9 6 8 年b u t t e r w o r t h 和m o r g a n 分离得到其中最主要的 活性成分印楝素( a z a d i r a c h t i n ) 1 1 4 1 。印楝素对昆虫具有多种生物活性，其中 郑州人学硕上学位论文 最重要的是拒食作用和生长调节作用，其作用机制主要是扰乱昆虫内分泌系统， 影响促前胸腺激素( p t l h ) 的合成与释放，减低前胸腺对p 1 1 h 的感应而造成 2 0 羟基蜕皮酮合成、分泌的不足，致使昆虫变态、发育受阻1 1 5 , 1 6 | 。自美国v i k w o o d 公司最早开发出以印楝种核为原料的杀虫剂马格乐后，至今全世界已有近2 0 个 国家建立了印楝农药生产厂，并已有十几个产品投放市场，用于防治8 目4 0 0 余种害虫1 1 7 1 及细菌、真菌和病毒等。在对药剂的速效性进行了深入研究后，发 现印楝素乳油在环境保护和降低农药残留方面，具有化学合成农药无法代替的作 用1 1 s l 。苦楝和川楝中的川楝素是杀虫的主要成分，属于四环三萜类化合物。经 毒理学研究，川楝素对昆虫主要为胃毒活性，并能降低神经组织乙酰胆碱的含量， 可作为神经传导阻塞剂【1 5 】。1 9 9 3 年，张兴等用工厂化生产原粉所配制的“0 5 川楝素杀虫乳油”，以菜青虫为对象作f 日问试验。试验结果表明：杀虫乳油8 0 0 1 0 0 0 倍液喷雾，对菜青虫有很高的防治效果，达9 0 以上1 1 9 l 。目前，川楝素杀 虫剂的开发已经逐步进入了商业化的轨道。川楝素加上少量化学杀虫剂配制成的 川楝素乳油，商品名为“蔬果净”，对菜青虫的防治优于乙酰甲胺磷。这种以植 物源杀虫剂为主的混剂，杀虫效果好，对害虫天敌影响小，无污染，是防治蔬菜 害虫理想的杀虫剂。另外，研究表明川楝种子抽提物对初孵夜蛾有明显的拒食作 用【2 0 l 。 1 i 2 2 菊科植物 除虫菊是种多年生草本菊科植物，是目前世界上唯一大规模集约化种植的 杀虫植物，是一种不污染环境、对人畜安全无害、能迅速杀灭害虫而不易产生抗 药性、在植物和土壤中无残留的高效天然杀虫剂【2 1 1 。用其提取的天然菊酯油是 生产高效低毒无公害生物农药和卫生杀虫剂的主要原剃矧。 1 i 2 3 豆科鱼藤属植物 豆科鱼藤属植物鱼藤( d e r r i st r i f o l i a t a ) 的主要杀虫成份是鱼藤酮( r o t e n o n e ) 。 鱼藤酮有8 0 多个变种，在d d t 出现以前是使用较广泛的杀虫剂i 矧。鱼藤酮通 过抑制昆虫体内还原型辅酶i 、脱氢酶( n a d + 辅酶i ) 与辅酶q 之问的生化过 程来杀灭害虫，故害虫不易产生抗性。黄瑞伦等综合大量有关杀虫试验得出“鱼 郑州人学硕上学位论文 藤酮对蚜虫的防治效能，比任何已知药剂大”的结论1 2 4 j 。此外，还有一些研究 报道，鱼藤根有效成份对植物的生长有刺激作用l 拥。鱼藤酮对烟蚜、小地老虎、 烟盲蝽、烟蓟马等多种害虫有强力的触杀作用，对日本甲虫有拒食作用，对某些 鳞翅日害虫有生长发育抑制作用。其作用机制主要是影响昆虫的呼吸作用，即作 用于n a d h 脱氢酶与辅酶q 之问的某一成分。鱼藤酮也可使害虫细胞的电子传 递受到抑制，从而降低生物体内的a t p 水平，最终使害虫得不到能量供应，然 后行动迟滞、麻痹而缓慢死亡【捌。另外，研究还发现鱼藤酮提取物能抑制某些 病菌孢子的萌发和生长，或阻止病菌侵入植株【2 t 删。目前我国已经生产出了多种 鱼藤制剂，同时国外的鱼藤产品也开始在我国进行登记试验。鱼藤制剂在防治抗 性害虫如我国南方的小菜蛾，北方的棉铃虫方面起到了一定的作用，正越来越受 到人们的重视。 1 1 2 4 卫矛科植物 卫矛科植物约有3 0 属4 5 0 种，中国有1 2 属2 0 0 种以上。苦皮藤和雷公藤是 该科中最主要的杀虫植物。苦皮藤的杀虫活性物质都具有相同的6 二氢沉香呋喃 骨架，主要分布于根皮中，其次分布于叶中。苦皮藤对昆虫具有麻醉、拒食、毒 杀以及杀卵等多种生物活性。苦皮藤对小菜蛾、粘虫、黄守瓜等多种害虫具有较 好的防效1 1 7 1 。雷公藤( t r i p t e r y i u mw f 目匆r d i i ) 的杀虫有效成分主要为雷公藤碱 似i l f o r d i n e ) 、雷公藤精( w i t f o r g i n e ) 、雷公藤春碱( w i l f o r t r i n e ) 、雷公藤嗪( w i f o r z i n e ) 及雷公藤次碱( w i f o r i n e ) ，多存在于根皮之中。雷公藤对多种害虫具有胃毒、 拒食、抑制生长发育和忌避产卵等杀虫活性，且药效快，为其它一般植物性杀虫 剂所不及1 1 7 1 。 1 1 2 5 杜鹃花科植物 杜鹃花科植物约5 0 属1 3 0 0 余种，中国有1 4 属7 0 0 种。该科植物黄杜鹃( 又 称闹羊花) 在中国作为杀虫植物使用的历史较早。黄杜鹃( r h o d e n d r o nm o l l e ) 中有3 种活性较高的物质：闹羊花素i i ( 简称r 1 1 1 ) 、g r a y a n o t o x i n i i i 和k a l m a n o l ， 其中以r - i i i 为主要杀虫有效成分。r 属于四环三萜类化合物，在黄杜鹃的花、 嫩叶、根、茎不同部位的含量各异，以花中含量最高( o 2 0 ) 1 2 9 1 。闹羊花毒素 4 郑州大学颅上学位论文 对昆虫有触杀、胃毒和熏蒸作用。用黄杜鹃加工制作的黄杜鹃粉荆和黄杜鹃水剂 两种植物农药，可用于防治叶蝉、稻飞虱、蓟马、蚜虫、黄守瓜、盲蝽象、地老 虎等害虫【捌。 i i 2 6 瑞香科植物 瑞香科植物约有5 0 属5 0 0 余种，我国有9 属7 0 余种。瑞香狼毒( s t e l l e r a c h a m a e j a s m e ) 为该科多年生草本植物，有较高的杀虫活性。张国洲等发现， 瑞香狼毒根的乙醇提取物( 简称s c e e ) 对菜粉蝶幼虫、亚洲玉米螟幼虫和桃蚜 有很强的生物活性。采用活性跟踪方法，从s c e e 中已分离鉴定出4 种活性成分 ( 伞形花内酯、瑞香亭、狼毒色原酮和b 谷甾醇) 1 3 1 】。研究表明，瑞香亭、狼毒 色原酮和b 谷甾醇能破坏昆虫体内环境，干扰昆虫正常代谢1 3 2 1 。唐古特瑞香 ( d a p h n et a n g u t i c a ) 为该科常绿灌木，其毒性成分主要是二萜内酯类和香豆素 类化合物。生物活性测定表明，唐古特瑞香除对害虫有较高的拒食作用外，还有 一定的触杀、胃毒和抑制生长发育等作用1 3 3 州。 1 - 1 2 7 柏科植物 柏科植物约2 0 属1 4 5 种，我国约有8 属近4 0 种。该科植物砂地柏( s a b i n a v u l g a r i s ) 是一种杀虫作用特殊、活性高而稳定的植物，具有很高的研究丌发价 值【3 5 1 。砂地柏对多种害虫具有胃毒、拒食、熏杀等作用。据研究，砂地柏提取 物对棉铃虫的生长发育也有一定程度的影响，其中以其果实提取物对棉铃虫的影 响最大【3 6 捌。张兴等【3 8 1 在对其杀虫活性成分的研究中，分离出的一种活性成分一 一脱氧鬼臼毒素对害虫具有很高的拒食和毒杀活性。研究表明，砂地柏提取物对 羟酸酯酶、蛋白酶及酯酶的活性有不同程度的激活作用，而对主要解毒酶系多功 能氧化酶的环氧化作用具有强烈的抑制作用1 3 9 1 。 除上述植物外，近1 0 多年来国内工作者还对紫背金盘1 4 0 l 、辣蓼【4 1 l 、苦豆子 【4 2 j 、骆驼蓬【4 3 1 、紫穗槐1 4 4 1 、大火草 4 5 1 、红果米仔兰i 拍】、羊角扭1 4 7 1 、非洲山毛豆 【删、夹竹杉1 , 1 4 9 1 、豆薯( 地瓜、凉薯) 1 - 5 0 1 、黄花蒿【5 n 、竹f 5 2 】等植物的杀虫活性进 行了相关的研究和报道。 郑州人学硕t 学位论文 1 1 3 植物源杀虫剂的特点 1 1 3 1 作用方式多样性 ( 1 ) 胃毒作用 大多数植物源杀虫剂都具有胃毒作用。对昆虫有胃毒作用活性的植物源杀虫 剂可以破坏昆虫的中肠组织，阻断中枢神经而导致麻痹、昏迷、死亡。川楝素对 菜青虫和粘虫幼虫表现为胃毒活性【5 3 1 。 ( 2 ) 触杀作用 具有触杀作用的植物源杀虫植物不多，主要有除虫菊、鱼藤、烟草等。此类 杀虫剂一接触到害虫，即麻痹神经中枢，继而使虫体蛋白质凝固，堵死虫体的气 孔，使害虫窒息而死。 ( 3 ) 熏杀作用 植物次生代谢产物中的挥发性精油大多都对昆虫具有熏杀作用。毒理学研究 表明，砂地柏精油可使粘虫表皮蜡纸层颗粒排列发生变化、破坏中肠组织和抑制 中枢神经电位自发放。 ( 4 ) 内吸毒杀作用 内吸作用是一种特殊的胃毒方式，在生产上一般用于土壤、种子处理或涂茎、 滴心等。这些方式相对于喷雾来说对环境污染小，不易杀伤天敌。许多植物源杀 虫物质都具有典型的内吸毒杀活性。苦楝、川楝、苦皮藤、黄杜鹃等植物的提取 物都对水稻三化螟具有较强的内吸毒杀活性。 ( 5 ) 忌避和拒食作用 忌避主要是利用某些药剂( 如葡蒿精油、菊蒿精油) 在使用后散发出的特殊 气味，使昆虫感觉器官难以忍受而离去。拒食产生的主要原因是某些药剂( 如印 楝素1 5 4 1 、川楝素、脱氧鬼臼毒素等) 直接或间接地抑制了昆虫口器的化学感受 器，从而阻断了神经传导，使其取食刺激信息的传递受阻，导致昆虫失去味觉功 能而表现出拒食反应，同时还能对生长产生抑制作用【5 5 j 6 1 。 ( 6 ) 麻醉作用 由于植物源杀虫剂中的麻醉成分作用于神经一肌肉接头处，抑制了兴奋性接 点电位，使兴奋传导阻断，导致昆虫肌肉松弛、瘫软以及神经一肌肉控制的运动 郑州人学硕上学位论文 ( 如呼吸、心脏搏动等) 受到影响。此外，麻醉成分还能使昆虫体内解毒酶系统 受抑制，致使外源毒物在体内不能及时解除，从而使昆虫中毒。如雷公藤总碱对 5 龄莱青虫有很强的麻醉作用( 麻醉中量n d s o 为2 2 9 p g g ) 。 ( 7 ) 抑制生长发育作用 许多植物源杀虫剂可以干扰害虫的生长发育，如使昆虫生长发育延缓、卵不 能正常孵化，幼虫不能正常化蛹羽化、或化为畸形蛹，有的试虫虽可化蛹，但不 能正常脱壳、羽化而成为畸形虫【5 3 1 ，从而降低昆虫群体数量。如紫背金盘氯仿 提取物可导致小菜蛾幼虫化为畸形蛹或出现成虫器官症状1 5 刀。 ( 8 ) 光活化毒杀作用 光活化毒杀作用是植物源农药的活性物质借助于光敏化剂发挥作用，光敏化 剂是光活化毒杀作用的关键。目前被普遍接受的机制是光动力作用和光诱导毒 性，即光敏化剂接受一定波长的光子，产生自由基或诱发单线态氧的产生而攻击 生物大分子，如脂蛋白、酶和核算等，从而导致生物有机体的死亡或损伤1 5 8 l 。 现已发现的植物源光活化毒素主要有：呋喃香豆素、2 噻吩和聚乙炔类、鲲类以 及由色氨酸和酪氨酸衍生出来的生物碱如异喹啉碱等【5 9 1 。 ( 9 ) 其它作用 除上述几种作用方式外，植物源杀虫剂还有其它生物活性。如印楝油对褐飞 虱的求偶鸣声和交配行为具有一定的影响；露水草中含有大量的蜕皮激素；从喜 树中分离出来的喜树碱具有极强的不育作用；还有一些植物精油对害虫具有引诱 作用。 1 1 3 2 作用机理多样性 ( 1 ) 影响昆虫激素的代谢 印楝素阻断了促前胸腺激素从心侧体的释放，可明显地降低昆虫血淋巴中蜕 皮激素的滴度，影响昆虫的离皮和蜕皮；印楝素也阻断了促咽侧体激素进入咽侧 体，从而影响了保幼激素的合成与释放，致使昆虫产生形态上的缺陷【砷i 。另外 印楝素还可影响昆虫的交配及卵子的发育。 ( 2 ) 影响昆虫的消化系统 雷公藤甲素、闹羊角花素i i l 均可影响昆虫中肠酯酶活性，致使中肠细胞变 郑州大学顾j 二学位论文 厚且混乱变形：肠壁细胞排列不规则、柱状细胞与杯状细胞排列不整齐并有纵肌 和微绒毛脱落现象，最终导致昆虫消化系统破坏1 6 1 , 6 2 1 。 ( 3 ) 影响昆虫的神经系统 除虫菊的杀虫有效成分除虫菊素作用于昆虫神经膜的钠离子通道，直接干扰 神经信号的传递，使昆虫麻痹、死亡；毒扁豆碱是一种很好的胆碱脂酶抑制剂， 从而使突触间隙间乙酰胆碱异常增高，阻断神经传导；阿拉伯茶酮能使中枢神经 系统和周围神经系统中突触前储存器释放去甲肾上腺素，造成去甲肾上腺素的过 量释放，从而对动物心血管和食欲产生抑制作用嗍。 ( 4 ) 影响昆虫的呼吸系统 鱼藤酮是呼吸作用电子传递链中的i 位点抑制剂，进入虫体后导致呼吸减弱、 行为迟滞、麻痹，最终缓慢死亡【6 4 l ；丁布是能量传递的抑制剂，在高浓度下可 作用于呼吸链，抑制电子从n a d h 、琥珀酸和抗坏血酸+ t m p p 到0 2 的传递，具 体部位在细胞色谱a 和0 2 之间；在低浓度下，可作用于a t p 酶复合体，从而抑 制a t p 合成唧l 。 ( 5 ) 影响离子通道 鱼尼丁能与肌质网上的钙离子通道结合，使钙离子进入肌细胞，很快引起细 胞死亡，对特定种类昆虫的防治确实有效；除虫菊酯可与细胞膜上的钠离子通道 结合，延长其开放时问，引起昆虫休克死亡；其他影响钠离子通道的尚有西藜芦 生物碱、阿素宁、墙草碱、胡椒素等。 1 1 3 3 环境相容性 植物源杀虫剂的主要成分是天然的化合物，这些活性物质主要由c 、h 、o 元素组成，在长期的进化过程中己形成了固定的参与能量与物质循环代谢的途 径，源于自然用于自然，容易自然分解，不产生残留，不会引起生物富集现象， 因此相对来说，应用植物源杀虫剂对环境是非常安全的。 1 1 3 4 对非靶标生物的相对安全性 植物中的杀虫成分是植物在进化过程中为了抵御昆虫侵袭逐渐形成的，针对 性较强；另外，从植物源农药的作用方式来看，其一般对害虫是胃毒作用或特异 郑州大学顾l 二学位论文 性作用，少为触杀作用，因此对非靶标生物也是相对安全的。研究表明，印楝素 对黑肩盲蝽，菲岛长体茧蜂等多种天敌安全；对蜜蜂、蚯蚓等有益生物安全；对 大白鼠、虹鳟等低毒，无致畸作用【吲。 1 1 3 5 不易诱发害虫抗药性 植物源杀虫物质是植物与昆虫协同进化中产生的，是自然界长期选择的结 果，其往往是多种组分协同作用，作用位点多样，故昆虫不易对其产生抗性，这 是有机农药无法比拟的。 1 1 4 存在的问题及前景展望 植物源杀虫剂既然有那么多好处，为何未得到很快发展? 这主要是植物源杀 虫剂固有的缺点限制了它的研发进程。众所周知，植物源杀虫剂的活性成分是植 物的一类或几类次生代谢物，易受外界环境条件( 如温度、湿度、光照、土壤 p h 值、土壤营养成分和周围生物群落等) 的影响，因此稳定性不高；且其活性 成分含量低，作用效果缓慢，给生产带来了困难。目前，中国植物源杀虫剂的开 发利用主要从两个方面进行：一是直接利用，即对植物中的活性物质进行粗提后， 直接加工成可利用的制剂，这种利用方式的主要优点是能够发挥粗提物中各种成 分的协同作用，其投资少，丌发周期短；二是问接利用，即研究活性物质的结构、 作用机制、结构与活性的关系，进而人工模拟合成筛选，从中开发新型植物源农 药制剂m j 。 现使用的最多、最成功的是制成乳油，但乳油的加工需要大量的有机溶剂， 易污染环境，因此还须加大科研力度，研究开发无毒的剂型。为解决药效慢的问 题，如今大量采用复配的办法，制成多种复配剂使用。随着生物技术的发展，侯 学文等提出将生物技术与植物源杀虫剂相结合的一些设想。但是植物源杀虫剂大 多是结构复杂、在生物体内合成步骤繁多的有机化合物，从现阶段的基因工程技 术来看，要想将它们的合成酶系全部转移至目标作物中让它们自己拥有合成植物 源杀虫剂的能力，至少目前是不太现实的。现阶段转移少数基因的技术已相当成 熟，因此目前应集中研究蛋白质类的植物性杀虫剂，如蓖麻毒素、胰蛋白酶抑制 剂及淀粉酶抑制剂，阐明它们的基因结构，以便人工合成或从杀虫植物中克隆这 9 郑州人学顾l ：学位论文 些基因，然后再将这些基因转入需保护的作物中，这样就可以用自然界自己的方 式解决自身的问题。用昆虫细胞培养可以研究植物源杀虫剂的作用机理，探讨其 作用于细胞代谢的哪一个位点，利用生物分子相互作用分析( b l a ) 系统，可以 查出植物源杀虫剂的受体，这样对设计混配及仿生合成新农药有极大的帮助。利 用昆虫细胞培养尚可预测对植物源杀虫剂的抗性发展以及研究其抗性产生原因， 从而在应用前采取相应措施，以延缓害虫抗药性的发生【6 7 】。 由于技术和经济等原因，在今后的几年甚至几十年里，植物源农药完全代替 化学农药的可能性较小。但是，毋庸置疑，在环境越来越受人们关注的2 1 世纪， 植物源农药的研究和应用必将具有更广阔的前景i 鲫。 1 2 苦皮藤 1 2 i 研究简况 苦皮藤( c e l a s t r u sa n g u 肠t u sm a x i m ) 是卫矛科( c e l a s t r a c e a e ) 南蛇藤属 ( c e l a s t r u sl ) 的一种多年生木质藤本植物，俗名马断肠、苦树皮、菜药、落霜 红、麻蛇蔓、老虎麻等，广泛分布于我国长江和黄河流域的丘陵浅山区旧, 7 0 l ，是 我国具有开发潜力的杀虫植物之一。苦皮藤的根、茎、叶、果实和种子既是重要 的中草药资源又是天然的杀虫剂，含有丰富的皂素、树胶、红色素、纤维等物质。 苦皮藤作为中药有清热解毒、舒筋活络、调透疹之功效；作为杀虫剂，民问用其 根皮、茎皮、叶子防治各种作物的虫害已有相当长的历史1 1 “】。 2 0 世纪3 0 年代，我国的植物学家刘鹤昌、陈嵘发现了苦皮藤的杀虫作用1 2 。 4 0 年代，赵善欢、黄瑞伦等就苦皮藤杀虫活性进行了试验研究，明确了苦皮藤 根皮粉对天幕毛虫有胃毒和忌避作用，对蝗虫、大小猿叶虫有胃毒作用，对美洲 蜚蠊和杂拟谷盗作用甚微，对棉蚜无效；石油醚提取液的重结晶对天幕毛虫有强 烈的忌避和触杀作用，丙酮提取液对黄守瓜起昏迷作用1 7 3 1 。1 9 5 8 年j a c o b s o n 对 苦皮藤的研究进行了较全面的综述 7 4 1 。1 9 5 9 年北京农业大学农药教研组开展了 苦皮滕根皮化学成分的探讨，认为生物碱为胃毒作用的主要成分，产生忌避作用 的化合物为树脂和香精油，乙醇可提出苦皮藤的全部杀虫有效成分，不能皂化的 油脂无杀虫作用【7 5 1 。六十至七十年代国内外几乎无人报道苦皮藤研究论文。8 0 1 0 郑州人学硕l 二学位论文 年代吴文君，刘吉开、王国亮等先后从苦皮藤中分离得到了一些结构新颖、立体 结构复杂、具有独特生物活性的b 二氢沉香呋喃多元醇酯类化合物( 即苦皮藤 素) ，掀起了对该植物的研究热潮，从利用根皮粉杀虫剂到开发种子油杀虫剂， 由野生资源的调查到人工栽培1 7 6 】，从溶剂抽提到研究其化学结构【7 7 1 。近十余年 来，我国科技工作者对苦皮藤的化学成分、杀虫机理及应用开发等方面进行了深 入的研究，取得了许多新进展。 1 2 2 化学成分及其生物活性研究 1 2 2 1 杀虫化学成分 苦皮藤中已发现的b 二氢沉香呋喃多元醇酯化合物对昆虫主要有三种活性， 即拒食、麻醉和毒杀活性【7 8 1 ，其杀虫活性成分主要分布在根皮中，其次是叶子 中，果实和木质部含量极少【删。吴文君等【似明从苦皮藤根皮中先后分离得到苦 皮藤素i 苦皮藤素x ，其中苦皮藤素i 为拒食有效成分，苦皮藤素、苦 皮藤素苦皮藤素x 为麻醉有效成分，苦皮藤素i i 、i i i 、v x 为毒杀有 效成分；秦海林等i 黯，鼬i 从其根皮中分离出a n g u l a t i na 、b 、c ，均具有毒杀活性； 刘吉开等1 9 0 - 9 3 l 从其根皮中分离出1 4 个该类化合物，其中化合物l 4 、9 、1 0 具 有拒食和毒杀两种活性，化合物5 8 、i i 、1 3 、1 4 具有拒食作用，化合物1 2 具有麻醉作用。王国亮等【7 7 , 9 4 l 报道了从苦皮藤种子中分离出的苦皮藤酯1 4 的 拒食活性；刘吉丌等1 9 5 i 报道了a n g u l a t u e o i dg 的拒食活性：涂永强等【9 每舯l 报道了 来自种子的1 2 个该类化合物的拒食活性。赵天增等1 1 0 0 i 从苦皮藤的叶子中分离出 一个该类化合物，其具有毒杀活性；吴文君等从其叶子中分离出两个该类化合物， 分别具有拒食和麻醉作用。杨征敏等1 1 0 i , 1 0 2 1 还从其假种皮中分离得到一种具有拒 食和毒杀两种活性的该类化合物。 1 2 2 2 杀菌化