铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)SU8抑菌活性物质吩嗪-1-甲酰胺结构改造及增效作用研究

Pseudomonas aeruginosa strain SU8 (GenBank:HQ283487) has broad spectrum antifungus character, especially on Rhizoctonia solani, was separated from Rice-Duck Farming Ecosystem . Active substance Phenazine-1-formamide was then separated from its fermentation broth. Phenazine-1-formamide inhibited Rhizoctonia solani with efficacy of 89% on petri-dish and 70% in field experiment.To further enhance the biological activity and control effect of SU8,we will use Phenazine-1-formamide as lead compound to chemically modify its molecular structure. Substructures connection and CAD (computer-aided design) systems are employed to add isothiocyanate and alpha-amino alkyl phosphate. This research will provide theoretical and practical basis to the research and development of bionic pesticide.

本课题组前期从稻鸭共养生态系统中分离获得了1株对水稻纹枯病菌等多种植物病原真菌具有拮抗作用的铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa GenBank:HQ283487）SU8（以下简称SU8）。对SU8发酵滤液进行分离、纯化获得其活性物质，经鉴定为吩嗪-1-甲酰胺。SU8发酵滤液在室内对水稻纹枯病菌的抑制效果为89%，田间防效为70%。为进一步提高生防效果，本研究拟以吩嗪-1-甲酰胺为先导化合物，根据亚结构连接的思想和计算机辅助设计的方法，对吩嗪-1-甲酰胺进行化学修饰。即把具有抑菌活性的异硫氰酸酯基团和a-氨基烷基膦酸酯基团插入吩嗪-1-甲酰胺分子中。以期通过分子结构改造获得抑菌效果和田间防效更高更稳定的活性物质。旨在为研究开发生物农药及仿生农药提供理论依据和实践基础。

为进一步提高拮抗细菌SU8（Pseudomonas aeruginosa GenBank:HQ283487）活性成分吩嗪-1-甲酰胺对水稻纹枯病的防效，以吩嗪-1-甲酰胺为母体化合物进行了结构改造。主要进行改造物方案的设计、合成、纯化及结构鉴定，抑菌活性及盆栽防效研究，构效关系研究，新增了改造物18-1的生物学特性研究。通过3年的研究，获得以下几个方面的研究结果。① 设计了改造物18-1、18-3、11-2（19-1属于同种改造物不同的合成方法，下同）、15-1、26-1等5种物质6种合成方法和纯化途径，验证了改造物18-1、18-3、11-2、15-1、19-1等不同改造方法的可行性，其中改造物26-1的合成产率低而且纯度不高仍需要后续研究。② 明确了改造物18-1分子量为339.14，分子式C23H15N3O，呈淡黄色，针状结晶，沸点1083.39 [k]，熔点为846.26 [k]。改造物11-2 (19-1与该化合物相同) 分子量295.20，分子式C17H17N2O2，呈淡黄色，针状结晶，沸点917.89[k]，熔点为729.23[k]。改造物15-1分子量323.20，分子式C18H17N3O3，呈淡黄色，针状结晶，沸点1063.86 [k]，熔点为878.87 [k]。改造物18-3分子量295.20，分子式C23H21N3O，呈淡黄色，针状结晶，沸点1059.43 [k]，熔点为801.04 [k]。③ 改造物18-1、18-3、11-2（19-1）、15-1均对水稻纹枯病菌具有抑制作用，其中改造物18-1和18-3对水稻纹枯病菌的毒力较强，EC50分别为4.25 μg/mL和7.57 μg/mL，而改造物11-2、15-1对水稻纹枯病菌的毒力比母体化合物弱。改造物18-1对水稻纹枯病的防效达92.88%，18-3的防效次之，其他几种改造物防效均低于80%。④ 加入带苯环的官能团比未加苯环的改造物抑菌活性强，加多个苯环的改造物比加单个苯环的改造物活性高。⑤ 改造物18-1可使水稻纹枯病菌的致病力减弱。改造物18-1对防治水稻纹枯病的保护作用优于治疗作用，EC50值分别为 2.49 μg/mL和5.72 μg/mL。改造物18-1可在水稻体内传导，但传导性能弱。改造物18-1具有一定的粘着性，但耐冲刷能力差。改造物18-1的最佳持效期为7d。