三类壳寡糖衍生物的制备及对南方根结线虫杀灭活性初步研究

发布时间：2020-07-30 18:55

【摘要】：根结线虫是一类重要的土传性植物病原线虫,广泛分布于世界各地。根结线虫寄主范围十分广泛,其二龄幼虫能进入植物根部形成根结,破坏根系功能,导致植物对水分和养分的吸收困难,严重影响植物的正常生长和发育,危害的植物种类超过3000多种,每年造成农产品的产量损失为10%-30%,严重时甚至绝收,已经成为我国农业生产的重要威胁之一。根结线虫病害发生于隐蔽的地下,易通过水土、植物残体等传播,难以根除,且易与其他细菌、真菌、病毒等形成复合侵染,导致防治难度大。现有的杀线虫剂品种少且大多数存在毒性高、对非靶标生物和环境危害严重等缺点。因此,研制开发新型高效低毒的环保型杀线虫剂是当务之急。我国海洋生物资源十分丰富,海洋生物中含有许多陆地生物所没有的、具有特殊功能的活性物质,以海洋活性物质开发新型绿色农药,具有十分广阔的应用前景。本课题以海洋源活性物质壳寡糖为原料,通过亚结构拼接原理,接枝不同活性基团,设计、合成了氨基脲类壳寡糖衍生物、胍类壳寡糖衍生物和马来酰化类壳寡糖衍生物。通过红外光谱、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱和元素分析等表征手段对这些衍生物进行了结构表征。并以南方根结线虫为受试对象,对这三类壳寡糖衍生物的体外杀线活性进行了测试和评价。得到的主要结果如下:1.壳寡糖与1,2-二溴乙烷、水合肼通过两步反应制备了肼乙基壳寡糖衍生物,再以其为底物,借助碳酸二甲酯通过两次氨解反应,将肼乙基壳寡糖与三种二胺类物质相结合,得到了三种氨基脲类壳寡糖衍生物。对其进行的体外杀线活性测试的结果表明,氨基脲类壳寡糖衍生物对于根结线虫二龄幼虫的杀灭活性相对于壳寡糖有一定程度的提高。其中邻氨苯基脲胺乙基壳寡糖衍生物在浓度为4mg/mL时对二龄幼虫的72 h校正致死率为27.13%,其72 h半数致死浓度(LC_(50))为6.888 mg/mL,而壳寡糖的LC_(50)(72 h)为13.821 mg/mL。2.通过尿素与硫酸二甲酯的反应制备了甲基化尿素,将其与壳寡糖以及壳寡糖的两种多氨基衍生物进行反应,制备了三种胍类壳寡糖衍生物。对其进行的体外杀线活性测试的结果表明:胍类壳寡糖衍生物对二龄幼虫的杀灭活性相对于壳寡糖也有所提高。其中胍基化肼乙基壳寡糖衍生物在浓度为4 mg/mL时对二龄线虫的72 h校正致死率为58.34%,其LC_(50)(72 h)为3.421 mg/mL。3.壳寡糖与马来酸酐直接反应,得到壳寡糖的马来酰化产物,并通过增加壳寡糖分子中的氨基接枝位点,进一步得到了两种多马来酰基的壳寡糖衍生物。对这三种壳寡糖衍生物进行体外杀线活性测试,结果表明马来酰化类壳寡糖衍生物相对于壳寡糖的体外杀线活性有了显著提高。其中马来酰化聚胺乙基壳寡糖衍生物在浓度为1 mg/mL时对二龄幼虫的杀灭活性达到100%,其LC_(50)(72 h)为0.072 mg/mL,明显低于壳寡糖,并且接近阳性对照噻唑磷。同时,马来酰化类壳寡糖衍生物对南方根结线虫卵的孵化也有很强的抑制作用,其中马来酰化聚胺乙基壳寡糖衍生物在浓度为0.2 mg/mL时即能完全抑制南方根结线虫卵的孵化。本论文通过不同接枝方法制备了三类新型壳寡糖衍生物,所得衍生物相对于壳寡糖的杀线活性有不同程度的提高,并以马来酰化类壳寡糖衍生物的活性最强,具有较好的应用潜力。以壳寡糖为原料进行修饰改性制备杀线虫活性衍生物,不仅拓宽了壳寡糖的应用领域,也对新型杀线虫剂的开发具有一定的借鉴意义。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S432.45
【图文】：

壳寡糖,壳聚糖,几丁质,化学结构

图 1.1 几丁质、壳聚糖和壳寡糖的化学结构Figure 1.1 Chemical structure of chitin, chitosan and chitooligosaccharide壳聚糖和壳寡糖及其衍生物在农业上的应用聚糖和壳寡糖本身具有抑菌、抗虫、抗病等生物活性，因此可以用增效剂协助植物抵抗病害，同时壳聚糖和壳寡糖对植物根系生长、好的促进作用，因而可以作为生长调节剂或种子包衣剂，壳聚糖及有改良土壤的功能，可以增加土壤中氮的含量，增加土壤肥力。并作为涂膜用于果蔬等的保鲜。由于壳聚糖和壳寡糖来源天然，本身合绿色发展的需要，因此壳聚糖和壳寡糖及其衍生物在农业领域有景。为植物生长调节剂和种子包衣剂：壳聚糖和壳寡糖可以显著提高多

红外谱图,壳寡糖,衍生物,红外谱图

图 2.3 氨基脲类壳寡糖衍生物的红外谱图Fig. 2.3 The FTIR spectra of the aminourea chitooligosaccharide derivatives.3.2 核磁氢谱分析氨基脲类壳寡糖衍生物的核磁氢谱如图 2.4 所示，首先在壳寡糖的氢谱，壳寡糖 H2 位于 2.96 ppm 处，H1 位于 4.42 ppm 处，而 3.5-3.8 ppm 处的则对应着壳寡糖单元环上的 H3，H4，H5 和 H6。而在溴乙基壳寡糖衍生物 3.17 ppm 处出现了新的吸收峰，对应着在氨基上引入的溴乙基中的亚甲子。在肼乙基壳寡糖衍生物中，3.47 ppm 和 3.48 ppm 处的化学位移对应基相连的亚甲基上质子，而在甲氧甲酰化肼乙基壳寡糖衍生物的氢谱中，吸收峰减弱，并于 3.62 ppm 处出现了一个强的单吸收峰，可归因于甲氧的-OCH3上的氢，在三种氨基脲类衍生物的氢谱中，又与 MCHECOS 表

谱图,壳寡糖,核磁,氢谱

图 2.4 氨基脲类壳寡糖衍生物的核磁氢谱Fig. 2.4 The1H NMR spectra of the aminourea chitooligosaccharide derivatives.3.3 核磁碳谱分析氨基脲类壳寡糖衍生物的核磁碳谱结果如图 2.5 所示，壳寡糖单元环上碳原子的化学位移分别位于 55.87 ppm（C2）, 59.97 ppm（C6）, 70.38 ppm（.69 ppm（C5）, 76.48 ppm（C4）和 99.18 ppm（C1）处。在 53.15 ppm 处新的化学位移信号归因于溴乙基壳寡糖中的-NH-CH2-结构，而在肼乙基的碳谱中，-CH2NHNH2的化学位移信号出现在 57.32 ppm 处。在甲氧甲乙基壳寡糖的谱图中，又在 55.11 ppm 处出现了新的信号峰，可归OOCH3结构中的甲基碳，而在三种氨基脲类壳寡糖衍生物中，55.11 ppm 学信号减弱，证明甲氧基被取代，在 AUCOS2 的谱图中，还出现了-CH2

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