第六章 植物中的动物激素及其类似物.ppt

第六章植物中的动物激素及其类似物 第一节植物中的雌激素及其类似物第二节植物中的昆虫保幼激素及其类似物第三节植物中的蜕皮激素及其类似物第四节蜕皮激素前体物的作用第五节植物中的昆虫信息素 前言 动物激素是由动物体内的特殊腺体或细胞分泌的微量化合物 通过循环系统运送到躯体的特定部位 能引起持定的激动效应 动物激素的从结构上可大体分为含氮类激素 如胰岛素和促性腺激素等 脂肪酸衍生物的激素 如前列腺激素和昆虫的保幼激素等 甾醇类激素 如性激素和昆虫蜕皮激素等 植物激素 植物生长调节物质 是由植物的许多细胞合成的 是能对植物自身的生长发育及代谢起调节和控制作用的微量物质 植物没有像动物那样的循环系统 植物激素是通过细胞之间的扩散来传送的 主要有5种植物激素 有结构简单的乙烯及植物生长素 细胞分裂素 脱落酸和赤霉素 第一节植物中的雌激素及其类似物 一 甾醇类性激素Butenadt等在1933年首次从植物油棕中分离和鉴定出人类性激素 从50kg油棕种子中分离出2 4kg的棕油 从中得到18mg的结晶物 其熔点 紫外吸收和生物活性等都和从尿中分离的雌酮相似 从菜豆中分离出雌二醇 松树花粉中分离出雄烯二酮 棕榈 石榴 植物中这些激素的含量非常少 分离和鉴定又相当困难 又加工作年代和材料的不同 因而结果就有很大差别 如石榴种子雌酮的含量Heftmann等 1966 测得的是17mg kg 而Dean 1871 测得的只有4 9ug 两者相若干倍 VanRompuy等 1979 声称 他们用气相色谱 质法谱对已有报道含有激素的苹果种子 棕榈种子 菜豆的茎等进行测定 但并没有鉴定出甾类激素物的存在 因而 在这方面的研究存在一些不同的结论和看法 二 激素类似物 某些植物次生物质有类似激素作用 能影响动物的生殖 研究比较多而深入的是豆科牧草植物车轴草 三叶草 和绵羊生殖的关系 Bennetts等 1946 报道 在西澳大利亚地区有以地下车轴草 三叶草 为主的牧场 放牧数月后 雌羊就出现难以怀孕 难产和子宫脱垂等症状 连没有成熟的母羊也会产生这种症状 症状被称为 车轴草病 cloverdisease 推测可能是由于这种牧草中含有雌激素或其前体物引起的 地下车轴草 苜蓿 绵羊取食地下车轴草后 在瘤胃里 5 7 4 三羟异黄酮和5 7 二羟 4 甲氧异黄酮转变成对 乙基酚和酚酸化合物 见下图 两者都没有雌激素活性 1 2 3 4 5 6 7 8 4 而7 羟 4 甲氧异黄酮先脱去甲基变为二羟异黄酮 再进一步变成雌马酚 并被吸入体内 雌马酚是真正的雌激素 从草摄入的80 以上的7 羟 4 甲氧异黄酮在胃中被吸收 并转变成雌马酚 在血浆中浓度可达300一500ug 100mL 可以认为 血浆中高含量的雌马酚是造成绵羊不育的原因 奶牛在取食了地下车轴草后 5 7 4 三羟异黄酮和5 7 二羟 4 甲氧异黄酮很快在血浆中消失 雌马酚则是主要代谢物成分 这表明奶牛和绵羊对异黄酮类化合物的降解是相类似的 但和绵羊不同的是奶牛对异黄酮类化合物并不敏感 说明奶牛对它们的脱毒和排泄更为有效 三 植物中性激素的作用 甾类物质是植物细胞和膜结构的重要成分 有重要的生理功能 但目前植物雌激素作用难以肯定 是推测性的 1 植物体内含有的有性激素活性的甾类物质 可能只是植物在合成和代谢自身的甾类物质时的副产物 因此并不具有特别重要的意义 2 植物中的雌激素对植物自身的生长发育和繁殖有一定的调节作用 3 另一种观点认为 这类物质在植物和动物相互关系中有着一定的作用 即有防御取食者的功能 外源性激素大量涌入动物体内 打乱了原有的激素平衡 也能和激素受体竞争性结合 这就必然会引起各种生理机能的混乱 带来严重的后果 第二节植物中的昆虫保幼激素及其类似物 昆虫在发育过程中要经过变态 幼虫需经几次蜕皮再由蛹变为成虫 从幼虫到成虫生活史不同阶段的变态 都要有激素的调控 其中最主要的是保幼激素 JH 和蜕皮激素 MH 昆虫的蜕皮和变态就是在这两种激素的协同作用下进行的 昆虫的变态 指昆虫从卵里孵化到发育成熟 中间经过多次形态的变化 不完全变态 从卵里孵出的幼虫就很象他们的父母 不经蛹的阶段 只是经过几次蜕皮逐渐成熟 不完全变态昆虫的幼期 生活在陆地上的叫若虫 生活在水里的叫稚虫 一 昆虫保幼激素保幼激素结构鉴定之前 1961年已发现法尼醇和法尼醛有保幼激素活性 1966年 Roller等从天蚕蛾中提取的300ug金黄色油状物中 鉴定出了第一个保幼激素JH 它类似于法尼醇的结构 是18碳的倍半萜甲基酯化合物 1967年Meyer从天蚕蛾中提取JH 1973年Judy等从烟草天蛾体外培养的CA分离出JH 1981年 从烟草天蛾的卵中分离出两种保幼激素JHO和异 JHO 这5个倍半萜是目前已知的昆虫保幼激素 Borst等 1987 从一种的蜚蠊发育卵中鉴定出了甲基法尼酯 它是JHIII没有环氧化的前体物 可能是甲壳纲和某些昆虫的保幼激素 二 植物中的保幼激素类似物 1 保幼冷杉酮1966年Bowers等将造纸原料香脂冷杉粉碎匀浆 从中分离出一种有保幼激素活性的物质 并使其纯度达到99 以上 它是一种不饱和脂肪酸的甲酯 定名为保幼冷杉酮 还从中分离出一种酸 保幼冷杉酮就是这种酸的甲酯 美国和加拿大造纸都是以香脂冷杉做原料的 这种成分在造纸未遭到破坏 除冷杉外 加拿大铁杉 短叶紫杉 红豆杉 和美洲落叶松等也含有这种物质 在欧洲从不用冷杉作造纸的原料 1967年 Cerny等从捷克产的欧洲冷杉中分离出保幼冷杉酮 同时还分离出去氢保幼冷杉酮 它和保幼冷杉酮类似 也只对红蝽科昆虫有效 紫杉 落叶松 冷杉 2 保幼罗勒烯毛罗勒有芳香味 是一种香料植物 它还有杀菌作用 活性物质中含有两个组分 两者在结构中部含有一个肉桂基和单萜的罗勒烯 命名为保幼罗勒烯 和 的活性比 要大些 但两者的活性都比天然的保幼激素活性要大几个数量级 当 的浓度在10pg时就能诱导美洲脊胸长蝽出现若虫 成虫中间体 毛罗勒 3 保幼癸烯 Nishida等从芳香科的大胡椒的根里分离出一种无色油状物 有保幼激素活性 经鉴定为1 3 4 甲基环氧苯基 反 3 癸烯 命名为保幼癸烯 其双键有顺反体结构 两者比例为24 76 反体的活性比顺体的要大 保幼癸烯 大胡椒 将30ug的保幼癸烯丙酮溶液点在5龄美洲脊胸长蝽若虫的腹部 饲以马利筋种子和水 蜕皮后变为超龄若虫 而对照则蜕皮变为了正常的成虫 马利筋 4合成的保幼激素类似物 最有名的是methoprene ZR515 在美国已被用来防治水中的一种伊蚊幼虫 若牛日口服0 7mg的ZR515 就可完全控制角蝇在粪便中的滋生 ZR512能有效防止棕尾毒蛾 RO103108对蚜虫和某些鳞翅目有效 ZR515 ZR512 RO103108 四 抗保幼激素 anti JH 1 早熟素Bowers等从普通种植的花卉菊科植物熊耳草分离出了早熟素 他们以72g的熊耳草用乙二醚和丙酮匀浆提取 得到了1g油状产物 再经柱层析和薄层层析分离提纯 最后得到两个产物 鉴定后定名为早熟素 和 孔垂华等从我国南方的杂草胜红蓟中也分离出早熟素 和 胜红蓟 熊耳草 2 其他合成的抗保幼激素 第三节植物中的蜕皮激素及其类似物 1植物蜕皮素的分布和含量Nakanishi等 1966 首次报道在植物中发现了昆虫蜕皮素的类似物 他们从台湾采集裸子植物百日青叶 从干叶的甲醇粗提取物中 用氯仿提取 用乙酸乙酯分离 硅胶层析方法得到A B C D 做生物测定 这4种化合物和 蜕皮素的活性相近 经结构鉴定 都是25 脱氧 蜕皮素类化合物 名为百日青蜕皮素A B C和D Camps 1991 报道 已有111科的植物 已鉴定出结构的有102种植物蜕皮素 百日青 2 植物蜕皮素的结构和分类关系大多数植物蜕皮素含有27 30个碳原子 从102个植物蜕皮素比较研究和生物测定结果来看 它们的蜕皮活性和下列结构有关 1 A和B环是顺式拼合 2 具有6 酮 7 烯结构 3 侧链的22 羟基 4 3 羟基 5 14 2 和侧链的20 25 有附加的羟基 植物中蜕皮素的作用对蜕皮素的作用和意义的看法 至今是推想性的 有些认为 植物蜕皮素只在某些植物类群中大量存在 而另一些则没有 因而不大可能是植物的一个生长调节者 有的认为 甾类化合物影响了植物的发芽 生长和开花 有的认为它们可能参与甾醇类物质的储存 转移和代谢 或可能在一些类群 如蕨类植物 的发育中有特殊的作用 首先 虽然昆虫有能力将一些内源的或外源的蜕皮素吸收 脱毒和排泄掉 但有些植物蜕皮素在昆虫体内不易被降解 而能转变成有活性的物质 其次 植物蜕皮素也是一种非毒性的取食驱拒剂 在饲料中加入蜕皮素5mg kg鲜重 大菜粉蝶就拒绝取食 在柞蚕饲料中要加入50一70mg kg鲜重时柞蚕才拒食 而这个浓度对灰翅夜娥也没有作用 可见不同昆虫对植物蜕皮索的敏感性有很大的差别 柞蚕 第四节蜕皮激素前体物的作用 植物蜕皮素除对昆虫生长发育有影响外 某些植物体内的蜕皮激素前体物对昆虫的生命活动也有微妙的影响 仙人掌和果蝇间的相互关系就是一个例证 KIrcher等研究了西尼他仙人掌和D pachea果蝇的相互关系 D pachea果蝇是那个地区的优势种 并且只在西尼他仙人掌的腐烂茎上生活 果蝇 仙人掌 经鉴定西尼他仙人掌含有两种特殊的甾醇化合物 已分别按属种命名为西尼他甾醇和斯古替甾醇 果蝇和其他昆虫一样 自身不能合成甾类物质 只能从食物中获得 所以甾醇也是昆虫的维生素 通常昆虫将摄入的谷甾醇等植物甾醇转变成蜕皮素 在昆虫体内 谷甾醇一般经过3个步骤才能改变为蜕皮素 如下图 7 5 1 将双链的位置由 5变为 7 2 移走C24的乙基 3 通过各种氧化作用 引入5个羟基和1个氧基 24 第五节植物中的昆虫信息素 昆虫能利用植物的次生物质作为信息素的来源 对此研究比较多的是松树和小蠹的相互关系 世界各地小蠹对松树的危害都很严重 在北美 松树自然死亡的54 是由的小蠹危害造成的 黄松是北美松林的主要树种 危害它的主要是西松大小蠹和齿小蠹属等 云杉八齿小蠹 云杉八齿小蠹 松树不断地挥发出松脂气味中含有丰富的萜