α-蒎烯衍生抗菌化合物:设计合成、对果生刺盘孢菌抗菌活性评价与初步作用机理研究

α-蒎烯自然来源丰富且具有广谱的生物活性,一直被当做理想的原料用于医药和农药的开发。以 α-蒎烯为原料开发农用抗菌剂的研究一直备受关注。本研究在前人研究基础上,以 α-蒎烯为原料,设计合成了 32 个同时含酰基硫脲和缩氨基硫脲基团的蒎酮酸衍生物,以及 20 个含缩氨基硫脲的樟脑衍生物;测试了这些化合物对果生刺盘孢菌(Colletotrichum fructicola,梨、油茶等作物的炭疽病主要病原)的离体和活体抗菌活性,并进行了初步构效关系分析;评价了高抗菌活性衍生物的细胞毒性和蜜蜂经口毒性;研究了高抗菌活性衍生物的初步作用机理。结果表明,多数衍生物对C.fructicola表现出抗菌活性;其中,化合物 3a(EC50= 9.22 mg/L)、3d(EC50= 12.51 mg/L)和 4a(EC50=3.76 mg/L)体现出较强的抗菌活性,优于或接近于广谱抗真菌剂醚菌酯(EC50= 9.69 mg/L)。对梨的活体抗菌活性测试结果表明,当浓度为 200 mg/L时,化合物 3a和 4a的防治效果(48.68%和 57.24%)略低于醚菌酯(71.71%)对人体细胞的毒性分析结果表明,在浓度为 10 mg/L时,对C.fructicola具有良好抗菌活性的化合物对L O2 和HEK293 细胞株表现出低毒或无细胞毒性;蜜蜂经口毒性结果表明,化合物 3a对意大利蜜蜂表现出无毒性。初步构效关系分析显示,结构中引入F原子、Cl原子、酰基硫脲和氨基硫脲基团可以显著提高衍生物的抗真菌活性。初步抗真菌作用机理研究表明,化合物 3a和 4a可以破坏菌丝细胞形态、增加菌丝细胞膜通透性、使菌丝体内可溶性蛋白外泄。分子对接研究表明,化合物 3a和 4a可以通过氢键、疏水作用力等相互作用和细胞膜上的磷脂酶 C、细胞壁上的几丁质合成酶等蛋白形成稳定的结合体。基于以上结果可推测,化合物 3a和 4a可能通过抑制细胞膜上磷脂的代谢过程、破坏细胞壁上几丁质合成等方式,起到抑制C.fructicola生长的作用。综上所述,3a和 4a有望作为先导化合物进一步用于开发新型农用抗菌剂。本研究对于α-蒎烯的创新深加工利用具有积极的参考意义。