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楝科植物中两种杀虫活性物质的研究概况

发布时间 2015-08-21

关键字:  楝科植物
  近代有机杀虫剂的问世,是人类同害虫斗争史上的一个里程碑。但由于不合理的使用和个别品种本质上存在的问题,导致害虫产生抗药性、环境污染、人畜中毒、破坏生态平衡等问题,从而引起了人们的普遍关注。近年来在开发研制新型生物合理性杀虫剂的工作中,从植物中发现的一些新的杀虫成分越来越受到人们的重视。 国际上对楝科植物中的印楝(Azadirachta indica Juss.)的研究较为深入,而且已有产品投入实际应用。我国学者在这方面也作了不少工作,成功地进行了引种(赵善欢等,1989)。但要大量繁殖和利用还存在一定的困难。同属楝科的植物,川楝(Melia toosendan Sieb. et Zucc.)和苦楝(Melia azedarach L.)为印楝的近缘种,在我国黄河以南广泛分布,此前在医用和防虫方面已有生产和使用经验;我国学者对其中一种提取物川楝素(Toosendanin)进行过较多的研究,发现川楝素具有广泛的药理作用和杀虫活性(刘桂德等,1958;李培忠等,1982;赵善欢等,1985)。本文就川楝素的研究现状作一概述,结合有关印楝的提取物――印楝素(Azadirachtin)的一些资料,对这一领域的研究概况尝试着进行一些追踪性的分析和了解。
  1 川楝素的发现、医用及化学研究
  川楝素是1955年四川中药研究所根据我国古代文献记载、传统医学及民间流行使用的情况,在寻找代替进口驱蛔药物山道年时从几种楝属植物中发现的。1975年钟炽昌等测定其结构为一呋喃三萜类化合物,并初步定出其分子式(C30H38O11)和结构式(图1)。后来四川省中药研究所顾月翠等发现,川楝素的层析图谱中始终存在有两个斑点,因而推测其有互变异构现象。1980年舒国欣等通过对川楝素层析特性的分析,结合用氚不定位标记法而测定其放化纯度,证实了川楝素有两个互变异构体,从而对川楝素的结构式进行了修正后正式定出了其化学结构(图2)。
  川楝素自问世后主要作为驱虫药物而一直用于临床。到70年代末,由于高效合成驱虫药剂的冲击及其它方面种种原因而基本停产。80年代初对其在生理及药理方面的特性,特别是神经突触传导的阻抑作用作了探讨,认为其在生理学研究方面很有价值。施玉梁等(1980)报道了川楝素对神经肌肉传导的阻抑作用;李培忠等(1983)报道川楝素主要阻断神经肌肉间的传递功能;黄世楷等(1980)报道川楝素在神经肌肉接头处可引起亚显微结构变化。
  李培忠等(1982)发现,川楝素能治愈致死剂量肉毒中毒的动物。另有文献报道,川楝素能作用于大鼠中枢神经系统的呼吸中枢,引起呼吸抑制;可改变离体蛙心的收缩节律;能使活体和离体兔肠肌肌张力及收缩力增加,在较高浓度时使肠肌呈痉挛性收缩(李培忠等,1982)。以上这些研究充分证明川楝素具有独特的生理作用,具有医药学的开发应用前景。
  2 川楝素杀虫作用研究
  关于楝树的杀虫作用,历史上有不少记载。《中国土农药志》(1959)中对楝树皮、叶、花和果实在防治农业和卫生害虫方面的应用有详细记载。根据这些文献记载及国外对印楝的研究,特别是我国科技人员对川楝素药理及药性的研究进展,启发了华南农业大学昆虫毒理研究室从1980年开始首先对川楝素的杀虫作用作了探讨,并且取得了一定的成果。
  2.1 杀虫作用的发现和研究
  华南农业大学昆虫毒理研究室从1980年开始研究川楝素的杀虫作用。首先在对三化螟(Scirpophaga incertulas)的实验中发现了川楝素有很强的内吸拒食及毒杀活性。后来又发现其对亚洲玉米螟(Ostrinia furnacaslis)、白脉粘虫(Leucania venalba)、小菜蛾(Plutella xylostrella)、斜纹夜蛾(Prodenia litura)、小水稻叶夜蛾(Spodoptera abyssinia)、桔蚜(Aphis citricidis)、桔二叉蚜(Toxoptera aurantii)、粘虫(Leucania separata)等害虫有较好的拒食和毒杀作用。特别对蔬菜上的一大主要害虫――菜青虫(Pieris rapae)的毒杀作用和防治效果研究得较为深入。通过一系列系统的室内生测、田间实验,初步明确了川楝素对菜青虫有很好的防治效果,并具有实际应用的价值和可能性(赵善欢,1985)。
  2.2 杀虫作用方式和作用机理的研究
  赵善欢等在1980~1981年曾用滤纸接触法测定了川楝素对三化螟、米象(Sitophilus oryzae)、玉米象(Sitophilus zeamais)的触杀作用;用点滴法测定了对荔枝蝽蟓(Tesseratoma papillosa)、玉米螟、菜青虫的毒杀作用;用密闭容器法测定对玉米象、米象的熏杀作用。发现川楝素对供试昆虫没有触杀和熏杀作用,但表现出拒食、胃毒及一定的生长发育抑制作用。施玉梁等(1980,1986)用电生理的方法证明川楝素的拒食效应是由于药物作用于试虫与取食有关的化学感受器,使之丧失了对食物刺激的正常敏感性,从而抑制了取食冲动的形成;廖春燕、刘秀琼(1986)对粘虫(Mythimna separata)口器上的化学感受器作了扫描电镜观察,并通过实验初步推论,川楝素主要作用于粘虫幼虫下颚须腔锥感受器,对下颚瘤状体栓锥感受器也有抑制作用,这种抑制作用导致神经系统内导取食刺激的信息传递受到破坏而中断,使幼虫失去味觉功能而表现拒食反应。川楝素对粘虫、斜纹夜蛾、玉米螟、菜青虫等均表现出很强的拒食活性。在较低浓度或昆虫饥饿情况下而取食少量经川楝素处理的饲料后,又表现出胃毒作用。赵善欢等(1982)以三化螟为材料,进行内吸毒杀试验,发现川楝素对其具有强烈的内吸拒食和毒杀活性。在对菜青虫的试验中,发现中毒试虫表现为抽搐、麻痹、昏迷,于24~48h后才逐渐死亡;大多数取食了川楝素的试虫均有“腹泻”现象,直至“脱肛”(后肠拉出腹部末端);部分大龄幼虫取食川楝素后虽然可以成预蛹或化蛹,但蛹体畸形变小,幼虫旧表皮不能蜕出,或在着翅部位形成水泡液突起,但大多数试虫死于畸形预蛹(赵善欢等,1985)。
  通过症状学、组织学、酶学及多项生理指标的测试,初步认为川楝素为一多作用点物质:破坏中肠组织,阻断中枢神经传导而引致麻痹、昏迷、死亡,慢性中毒则抑制解毒酶系,影响消化吸收,干扰呼吸代谢,最后因正常的生理、生化活动受阻而引致生理病变,使生长发育受到抑制而逐渐死亡或于蜕皮、变态时形成畸形虫体(张兴等,1992)。
  我们把有关川楝素药理毒性研究与杀虫作用机理研究作一比较,发现有不少相似之处:川楝素可使试验动物胃肠粘膜发生水肿、发炎、溃疡而致“腹泻”甚至血便,在菜青虫试验中也观察到试虫取食川楝素后强烈“腹泻”,甚至排出水泡状物质;中毒动物肢体无力,活动减弱,头下垂而表现出肌体无力现象,菜青虫中毒后也出现麻痹、昏迷,持续几天后死亡;动物电生理研究证明川楝素为一突触前传导阻断剂,周培爱等(1987)以美洲大蠊(Periplaneta americana L.)为试虫,发现川楝素对其第Ⅵ腹神经节突触前传导具有阻抑作用;动物试验中发现川楝素对呼吸中枢具有抑制作用,对菜青虫的试验中也表现出对其呼吸中枢有明显抑制作用。川楝素可干扰蛔虫体内磷代谢,导致虫体能量供应不足,引起虫体麻痹、昏迷,从而被寄主排出体外(赵善欢等,1987)。以上这些研究结果都为我们探讨川楝素对昆虫的毒理作用提供了有益的线索。
  3 印楝素化学、杀虫特性的研究
  国外对印楝的研究较为深入,美国的一种印楝产品,Margosan-0,已作为杀虫剂正式注册。Schmutterer(1990)对印楝的有关研究成果进行了总结,详细报道了其有关提取物的特性、化学结构、杀虫活性等。
  印楝中的有效杀虫成份为印楝素,由Butterworth和 Morgan最先从其种核中提取出来(1968)。分子式为C32H42O10,是一个四环三萜类化合物,有一系列的同分异构体,分别命名为AZA-AZG,AZA是种核提取物的主要成分。众多研究表明,印楝素对昆虫具有拒食、内吸拒食、抑制生长发育和产卵、降低生殖力和适合度等作用(Mordue et al.,1993;Schmutterer'1990;Subrahmanyam'1990)。


  印楝素对昆虫有强烈的拒食作用,但不同的昆虫,其拒食作用的敏感度不同。鳞翅目昆虫对印楝素最敏感,低于1~50μg/g就有很高的拒食效果,鞘翅目、半翅目、同翅目相对的不敏感,要达到100%的拒食效果,浓度需要100~600μg/g,而直翅目昆虫的敏感度差异较大,从最敏感的沙漠蝗(S.greguria) (EC50=0.05μg/g),中度敏感的飞蝗(L.migratoria) (EC50=100μg/g),到最不敏感的血黑蝗(Melancoplus sanguinipes)(EC50>100μg/g)(吴文君,1998)。印楝素通过不同的作用方式引起昆虫拒食,可作用于嗅觉,达到驱避的作用;能降低昆虫肠的蠕动性,影响消化吸收,也表现出一定的拒食活性;但印楝素通过对抑食细胞的刺激,对味觉化学感受器产生抑制作用而引起昆虫拒食,是其拒食作用的主要方式。
  就生长调节作用而言,印楝素影响昆虫的离皮和蜕皮(apolysis and cedysis),调节生长发育。印楝素的主要作用是通过阻断变态类激素(如促前胸腺激素、促咽侧体激素),从而影响了蜕皮激素和保幼激素的滴度。印楝素可明显地降低昆虫血淋巴中蜕皮激素的滴度,昆虫在蜕皮前即死亡,或延迟蜕皮,乃至形成永久性幼虫(Dorn'1986)。印楝素的靶标在心侧体,心侧体中释放促前胸腺素的位点,阻断了促前胸腺素进入咽侧体,从而影响了保幼激素的合成和释放,导致昆虫体内保幼激素滴度的迅速降低(Mordue'1993;Rembold et al.,1987)。Mordue 等(1993)的研究结果说明,印楝素通过干扰昆虫内分泌和神经内分泌系统,使之功能紊乱,发生生理病变,抑制昆虫的生长发育。印楝素的直接杀虫作用还不能完全用影响昆虫内分泌系统去解释,事实上,印楝素对多种组织和器官都有直接的作用,但具体的机理有的尚不清楚。
  印楝质杀虫剂能使直翅目、半翅目、同翅目、膜翅目、鞘翅目、鳞翅目、双翅目中的多种昆虫产卵量降低甚至绝育,但对卵的不育没有影响(陈中孝等,1992)。有关印楝素干扰昆虫产卵的毒理机制,近年来取得一定的进展。 Rembold和Sieber(1981)报道,AZA抑制飞蝗(Locusta migratoria)的卵黄发生和卵巢类蜕皮甾酮的合成;Feder 等 (1988)发现AZA能使长红猎蝽(Rhodnius prolixus)的卵巢发育不全,血液类蜕皮甾酮减少;Subrahmanyam(1990)报道AZA抑制多种昆虫的卵黄发生和产卵;Sayah 等(1996)的研究工作表明AZA的注入能引起昆虫卵巢滤泡亚显微结构的破坏;他们又以蠼螋(Labidura riparia)雌性成虫为试虫,体内注入AZA后,试虫可产生显著的生理异常,除观察到以前所见现象外,还可见咽侧体细胞活动减弱并逐渐萎缩,从而推断卵黄发生的抑制是由于AZA其直接的细胞毒作用,使得内分泌和神经内分泌细胞受到破坏而引起的功能紊乱(Sayah et al.,1998)。
  4 结语
  我国学者在应用川楝素防治农业害虫方面做了较多的研究,西北农业大学的“复合楝素刹虫剂”已获国家专利。但将川楝素应用于卫生害虫的防治尚未见报道。北京大学周培爱等(1987)的研究工作表明,川楝素对美洲大蠊尾须传入神经――巨神经纤维的突触传递有较显著的阻断作用,肯定了川楝素对昆虫中枢神经系统具有毒性作用。另外由以上川楝素和印楝素的比较及汪文陆等(1993)的研究工作表明,从楝科植物中提取的杀虫活性物质均为四环三萜类化合物,其它结构的物质均无杀虫活性。国际上对印楝在卫生害虫防治方面的应用也有深入的研究,其种核提取物对一些蚊虫(Aedes spp.'Anopheles spp.)的幼虫表现拒食活性和生长抑制作用(Attri et al.,1980;Zebitz'1984);印楝素可以杀灭某些蝇类(角蝇'厩蝇'家蝇)的幼虫(Miller et al.,1989);2%的印楝油与椰子油混合作涂抹剂,可以完全防止按蚊叮咬(Sharma et al.,1993)。我国学者应用印楝中的提取物进行亚洲玉米螟(Ostrinia furnacalis)和稻瘿蚊(Orscolia oryzae)的防治,也取得了一定的成效(赵善欢等,1985,1986)。我国川楝素资源丰富,大有潜力可挖,我们可以根据以往的研究成果,借鉴国内外对川楝及印楝的研究思路,进一步开发川楝在卫生害虫防治上的作用,把这一来源于自然界的天然产品应用到卫生防制上,寻求一种对人畜、环境较安全的新型杀虫药剂。

 

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