茄科生物碱生物杀虫活性研究进展

魏亚玲

摘要：害虫对农业和森林作物造成重大损失，许多害虫是疾病的传播媒介。目前，许多科学家正致力于开发控制昆虫种群的新工具，包括生物碱、萜类和醇类等次生代谢物，有望用于植物保护。这些化合物可以影响昆虫所有层次的生物组织，但它们的作用通常会扰乱细胞和生理过程，茄科植物含有大量的经济和生态上重要的物种，它们产生的各种物质影响属于大多数目的昆虫，特别是食草昆虫和其他害虫。许多化合物具有杀虫性能，但它们也被分为杀软体动物、杀螨剂、杀线虫剂、杀真菌剂和杀细菌剂。本文报道了茄科植物纯代谢物和粗提物的亚致死和致死毒性。讨论了研究结果及其对植物保护和管理的意义。

关键词：害虫防治；糖苷生物碱；茄科

前言

破坏农作物的害虫是最困难的,尽管害虫只占一小部分的昆虫,它们导致重大损失的农业和森林作物,如导致20%的年度亏损的谷类作物^[1]。目前，最常见的防治害虫的方法是使用合成农药，但它们对自然环境有负面影响。这些问题迫使人类寻找这些化合物的替代品，而农业的需求包括对环境造成最少破坏的廉价杀虫剂。有没有人造杀虫剂的替代品?在其他候选者中，次生植物代谢物，如生物碱、糖生物碱、萜类、有机酸或醇，被认为是有前途的植物保护物质来源^[2]。这些化合物实际上是由各种植物的所有器官产生的，它们是植物抵御害虫的最重要的防线之一。它们在细胞、组织和有机体层面影响昆虫。这些现象可能会影响受影响种群的繁殖，或导致食草动物离开富含这些化合物的植物，从而减少特定地区的害虫数量。茄科植物是一种产生剧毒化合物的植物。在这个科中，可以发现一些毒性最强的植物^[3]，从这些植物中提取的物质和提取物也被广泛用于农药。因此，含有生物活性物质的未被利用的植物器官可以很容易地获得相对便宜的生物杀虫剂来源。本文综述了茄科植物纯生物碱及其提取物的抗虫活性;这些化合物具有应用于农业害虫防治的潜力。

1. 茄科植物次生代谢物

植物界广泛生产具有生物活性的代谢物，植物代谢产物被人类使用已久。茄科属于最重要的植物类群，特别是在食品生产(如西红柿和土豆)，其成员被用于医药(如曼森草)或作为药物(如烟草)。茄科植物具有巨大的潜力，可以提供新的作物保护化学品;越来越多的这种化合物，或这些化合物的混合物，被确定为害虫防治剂，特别是针对昆虫，真菌和螨虫。生物碱是茄科植物中最常见的生物活性化合物，在哺乳动物包括人类中具有强烈的生理活性。这些植物的作用范围从刺激性(即麻醉)到毒性不等，甚至在极低剂量下也能导致死亡。番茄和马铃薯是这类植物中应用最广泛的，它们可以合成低水平的糖生物碱。然而，在胁迫下糖生物碱增加了这些化合物的合成，在马铃薯中，糖生物碱作为天然防御物质抵御病原体和昆虫^[4]。马铃薯含有两种主要的毒性甾体糖生物碱，α -茄碱和α -卡茄碱，这两种生物碱是从胆固醇^[5]生物合成而来的，这两种生物碱通常在块茎中少量存在5mg/g。这些天然毒物(应激代谢物)具有杀虫和杀真菌的特性，通常在植物处于应激状态时合成，受伤的植物组织会促使这些化合物合成更高浓度。此外，在田间或贮藏期间暴露在光照下的土豆可能会由于叶绿素的积累而变绿，这可能只影响表面(果皮)或延伸到果肉。光照只是影响马铃薯块茎生长的胁迫因素之一;其他收获前或收获后的应激因素包括机械损伤、块茎或部分食物加工后的不当储存条件，以及发芽。由于这些应激源中的任何一种，α -茄碱和α -卡茄碱的浓度都会迅速增加，这使得土豆有一种苦味。

二、茄科糖生物碱对昆虫的生理作用

茄科生物碱是植物对抗食草动物的化学武器，具有广泛的生物活性，对不同种类的植物有不同的毒理学作用。茄科生物碱具有致死和亚致死作用，其毒性在生物组织的各个层次都表现出来。各种茄属植物提取物已被证明对食叶昆虫、储藏物害虫、以动物组织为食的蚊子、白蚁或苍蝇、以粪便和垃圾为食的蟑螂和其他掠食性物种具有毒性。在农业经济中，能够迅速和彻底地消灭田间害虫是杀虫物质最重要的特征，但从生态学的观点来看，使用剧毒农药可能不是最好的解决办法。因此，它们可以显著限制暴露的农业生态系统内的害虫数量，根据目前的综合防治策略，这类药剂应优先于剧毒化学杀虫剂。次生植物代谢物是植物对抗食草动物的主要化学武器之一，它们阻止它们以树叶或未成熟的果实为食。茄科植物对昆虫生殖系统的破坏性毒性作用已得到证实;在非宿主植物上饲养的昆虫发现，卵母细胞的产生减少，形成的卵母细胞的再吸收增加，这抑制了卵的成熟^[6]。有报道称番茄素可以协同提高20-羟蜕皮酮的活性^[7]，苷元的化学结构与20-羟蜕皮酮的结构高度相似，20-羟蜕皮酮是一种调节昆虫蜕皮和变态的激素。糖基生物碱、昆虫激素氢蜕皮酮等化合物都是从甾醇中提取出来的，所以它们的化学结构非常相似。因此，糖基生物碱通过它们与固醇的相似性，可能影响昆虫的蜕皮和发育过程，而蜕皮激素等甾体激素调节了蜕皮和发育过程。植物通常会产生类似昆虫激素的物质，因此，它们会干扰昆虫的蜕皮和发育，以限制害虫对植物器官造成的损失。

三、茄科次生代谢物作为生物杀虫剂的研究方向

茄科植物生长在世界各地，无论是自然的还是人工栽培的，所以人们通常可以从当地环境中获得感兴趣的植物，而不需要花很多钱购买或储存。因此，人们对提取物活性的特性越来越感兴趣，特别是在发展中国家，那里的原生植物富含次生代谢物。尽管植物中次生代谢物的数量可能不同，提取物的致死率可能比商业合成杀虫剂低，但天然产品可能更经常被使用。此外，人们不能低估亚致死效应的重要性。由于威慑作用，摄食减少或产卵减少导致作物产量增加，而亚致死效应对非目标昆虫的威胁更小，因此与合成杀虫剂的急性致死毒性相比，限制了对环境的影响。此外，两种杀虫剂在一起使用时极有可能产生增效作用，这一策略可用于减少化学品释放到环境中的量。综上所述，有必要对植物源物质和植物提取物对各种无脊椎动物的杀虫活性进行更详细的研究，包括经济上重要的害虫、其他模式生物、有益物种和可能意外接触的非目标动物，例如土壤动物或水生生物。谨慎使用植物源性物质可能成为一种非常重要的作物保护策略。此外，茄科植物中含有大量的物质，这些物质可能是商业合成农药的来源，因此提取物研究是寻找新农药的关键一步。在这些测试中，烟草属、茄属、番茄属和辣椒属似乎是最有希望的属，它们的致死和各种亚致死效应已被描述。

参考文献

1. 王东、张晓、李传霞、辛正. 烟碱乙酰胆碱受体作用剂在卫生害虫防治领域的应用及展望[J]. 中国媒介生物学及控制杂志, 2020, 31(06):117-121.

2. 黄璐琦, 郭兰萍. 环境胁迫下次生代谢产物的积累及道地药材的形成[J]. 中国中药杂志, 2007, 32(4):277-280.

3. 李洪. 印度魔鬼椒果实转录组测序及分析[D]. 吉林大学, 2020.

4. 廖昕玥. 茉莉酸甲酯诱导苦蘵活性物质合成的调控机制研究[D]. 2019.

5. 朱张生, 孙彬妹, 蔡文,等. MYB31转录因子的天然变异导致极辣辣椒的形成[J]. 辣椒杂志, 2019(4):33-50.

6. 严黎, 张建红, 姜丹,等. 植物次生代谢物转运蛋白研究进展[J]. 中草药, 2020(19).

7. 张俊英. 多巴胺/蜕皮激素受体通过结合20-羟基蜕皮酮调节昆虫的变态发育[D]. 山东大学, 2019.