定量计算萜类蚊虫驱避化合物与羧酸缔合作用对其驱避活性的影响

【目的】驱避剂是防止蚊虫叮咬的良好个人防护用品,但其作用机理一直未被解释清楚。本研究利用化学计算手段对4种重要的人体引诱物（乙酸、丙酸、丁酸和戊酸）与22个萜类驱避化合物的缔合作用以及该作用对驱避活性的影响进行了研究,以期为蚊虫驱避机理研究提供新思路。【方法】利用GAUSS View软件构建引诱化合物分子、驱避化合物分子以及二者可能形成的缔合体结构,再利用GAUSSIAN软件优化所有结构,并计算它们的能量和各类参数;借助AMPAC和CODESSA软件计算出所有结构的描述符;以萜类驱避化合物对白纹伊蚊Aedes albopictus校正驱避率的对数值（logCRR）为活性数据,利用CODESSA软件建立描述符与驱避活性的定量构效关系模型。【结果】4种羧酸与萜类驱避化合物相互缔合的缔合能量大多在18~20 kJ/mol之间,缔合距离和角度分别在2.0~2.5 Å 和110°~180°内波动,符合氢键相互作用的特征。4个最优定量构效关系模型的R²值均大于0.9,模型中的参数都包含缔合体的描述符,表明引诱物 驱避物缔合作用与校正驱避率的对数值显著相关。【结论】4种羧酸与萜类驱避化合物之间存在中等强度的氢键缔合作用,该缔合作用对驱避活性具有重要影响。研究初步揭示了引诱物 驱避物缔合作用的存在,也为从新的角度研究蚊虫驱避机理提供了前期研究基础。     

定量计算萜类驱避化合物与二氧化碳缔合对其蚊虫驱避活性的影响

为验证萜类驱避化合物与嗅觉引诱物二氧化碳存在缔合作用, 并研究缔合作用对蚊虫驱避活性的影响。本研究借助计算化学的方法获得缔合体和缔合能量, 利用Gaussian View和Gaussian 03W软件分别构建和优化二氧化碳、 22个萜类蚊虫驱避化合物以及它们与二氧化碳缔合后的三维分子结构, 经Ampac 8.16转化后, 获得它们的缔合能量。借助定量构效关系计算方法研究缔合作用对驱避活性的影响, 利用Codessa 2.7.10计算获得驱避剂和缔合体的各类结构描述符, 从包括缔合体结构描述符及特征描述符在内的各类结构参数中筛选显著性参数, 以萜类驱避化合物对白纹伊蚊Aedes albopictus的校正驱避率的对数值为活性数据, 建立结构描述符与驱避活性的定量构效关系（quantitative structure-activity relationship, QSAR）模型。结果获得了22个萜类驱避化合物与二氧化碳缔合的缔合能量, 计算显示它们之间存在缔合作用并且可以形成缔合体; 获得1个R²为0.9643的4参数QSAR模型, 这4个参数所对应的结构描述符分别是COM-WNSA 3 Weighted PNSA (PNSA3*TMSA/1 000) ［Zefirov’s PC］, f-TerCO₂-Min e-n attraction for a C-O bond, M-Max 1-electron reaction index for an O atom, M-Min (>0.1) bond order of an H atom, 前2个参数分别为缔合体的整体结构描述符和碎片特征描述符。计算化学结果表明, 萜类驱避化合物与二氧化碳存在缔合作用, 该缔合作用对驱避活性的影响显著。     

酰胺类蚊虫驱避化合物与引诱物氨分子缔合作用的计算

【目的】为了探究驱避机理,此前选择萜类驱避化合物及与DEET(避蚊胺)具有类似结构的酰胺类驱避化合物,开展了驱避化合物与引诱气味组分(L-乳酸、羧酸等)缔合作用对驱避活性影响的研究。为了扩大驱避化合物的类型,本研究选择另外一组43个酰胺类驱避化合物,计算了它们与蚊虫引诱物氨之间的双分子缔合作用,以及该缔合作用对驱避活性的影响,从而为驱避机理研究提供帮助。【方法】用Gaussian 03软件优化驱避化合物单体和双分子缔合体的三维结构式;通过Ampac和Codessa软件建立结构与驱避活性之间的定量构效关系模型。【结果】驱避化合物与氨分子的缔合距离、角度和缔合能量分别是2.2~3.0,128~180°和14~25 k J/mol;最佳四参数模型中R2为0.8987,其中2个参数来自驱避化合物单体,分别是(1/6)X GAMMA polarizability(DIP)和ESPminimum net atomic charge for an H atom,另外2个参数来自双分子缔合体,分别是ESP-DPSA-2 difference in CPSAs(PPSA2-PNSA2)[Quantum-Chemical PC]和Minimum valency of a C atom。模型检验中训练集和测试集的相关系数平方的平均值分别为0.9013和0.8666。【结论】驱避化合物与氨分子之间存在弱氢键力缔合作用,驱避化合物分子的极化度及其与氨分子之间的极性相互作用、缔合体中分子间键相互作用及其电荷分布均对驱避活性产生显著影响,说明双分子缔合对驱避活性具有显著影响。模型检验表明最佳四参数模型具有良好的稳定性和预测能力。本研究可为寻找新型蚊虫驱避剂和揭示蚊虫驱避剂的作用机理提供参考。     

萜类驱避化合物与引诱物三分子缔合的计算研究

【目的】目前驱避剂的作用机理研究还不理想,本研究从单个萜类驱避化合物分子与不同种类引诱气味分子同时相互缔合的角度入手,通过理论计算探究该缔合与蚊虫驱避作用的关系,从而为驱避作用机理研究提供新认识。【方法】利用Gaussian View 4.1和Gaussian 03W软件构建和优化萜类驱避化合物单体、单体与引诱物L-乳酸及氨分子同时缔合后三分子缔合体的结构,获得其最低能量结构和缔合能;通过程序Ampac 8.16将前述结构导入到程序Codessa 2.7.10,计算各类结构描述符;再利用Codessa 2.7.10的启发式方法得到一系列缔合体结构描述符与驱避活性之间的定量关系模型,并通过转折点确定、模型验证后确定最佳定量关系计算模型。【结果】三分子缔合的缔合能基本上在20~50 kJ/mol的范围,所得最佳三参数定量计算模型的R²值为0.9098,包含的3个结构描述符分别是三分子缔合体的maximum nucleophilic reactivity index for a C atom,topographic electronic index (all bonds) ［Zefirov’s PC］和exchange energy + e-e repulsion for a H-O bond。【结论】萜类驱避化合物分子可同时与2个不同种类的引诱物分子发生缔合作用,该缔合作用符合氢键的能量基本特征;缔合体的碳原子最大原子核反应指数、所有键的拓扑电子指数、氢氧键电子间交换互斥能对驱避活性影响显著。这些结果初步说明萜类驱避化合物与引诱物三分子缔合作用确实存在,且该缔合作用对驱避活性具有显著影响,这为驱避机理的研究提供了新的理论依据。     

香茅醛缩醛类化合物的合成及其对小黄家蚁的驱避活性

【目的】香茅醛类化合物具有较好的蚂蚁驱避活性,本研究旨在筛选具有良好驱避活性的新的萜类蚂蚁驱避剂。【方法】以香茅醛为原料合成了香茅醛二甲缩醛、香茅醛二乙缩醛、香茅醛二正丙缩醛、香茅醛二异丁缩醛、香茅醛乙二缩醛、香茅醛1,2-丙二缩醛和香茅醛1,3-丙二缩醛等化合物。所得产品经纯化后,用IR, MS, ¹H NMR及¹³C NMR进行结构表征,并在不同浓度下对小黄家蚁Monomorium pharaonis进行驱避活性测试。【结果】各化合物对小黄家蚁具有一定的驱避活性：在10 mg/mL的浓度下,除香茅醛二甲缩醛以外,其他化合物的驱避率均达到70%以上,其中香茅醛二乙缩醛、香茅醛乙二缩醛和香茅醛1,3-丙二缩醛对小黄家蚁的驱避率分别为87.47%,100%和97.53%。浓度为2.5 mg/mL时,其中5个化合物的驱避效果明显下降,但香茅醛乙二缩醛和香茅醛1,3-丙二缩醛仍然表现出很好的驱避活性,驱避率分别为85.33%和97.10%。方差分析也表明,香茅醛1,3-丙二缩醛在同一浓度下驱避效果最佳,其次是香茅醛乙二缩醛。【结论】结果说明,香茅醛二乙缩醛、香茅醛乙二缩醛和香茅醛1,3 丙二缩醛可以用作小黄家蚁驱避剂,而香茅醛乙二缩醛和香茅醛1,3-丙二缩醛可以达到更好的驱避效果,使用浓度为2.5 mg/mL即可。本研究为良好萜类蚂蚁驱避剂的筛选提供了参考依据。     

小菜蛾成虫对健康和机械损伤薄荷的嗅觉反应

【目的】比较健康和机械损伤的薄荷Mentha spicata对小菜蛾Plutella xylostella成虫嗅觉反应的影响,为筛选小菜蛾植物源驱避剂提供科学依据。【方法】利用触角电位(EAG)仪和Y型嗅觉仪分别测定小菜蛾雌、雄成虫对健康和机械损伤薄荷的触角电位和嗅觉行为反应,通过田间试验测定雌蛾产卵选择的忌避反应。【结果】健康薄荷和机械损伤薄荷均能引起小菜蛾雌、雄成虫触角电位反应,但损伤薄荷引起的触角电位反应值显著高于健康薄荷(P0.05);室内行为选择试验结果显示,损伤薄荷对小菜蛾雄性成虫有显著驱避作用(P0.05),驱避指数为53.33%,对雌性成虫有极显著驱避作用(P0.01),驱避指数达到80%;田间产卵选择试验发现,损伤薄荷对小菜蛾雌成虫产卵有极显著驱避作用(P0.01),产卵忌避指数达到71.32%。但是健康薄荷对小菜蛾雌、雄成虫的行为选择和雌性成虫的产卵选择均无显著驱避作用(P0.05)。【结论】机械损伤薄荷对小菜蛾成虫有较强的驱避效果,可以对其进行驱避活性挥发物质的筛选或作为驱避源来防治小菜蛾的危害。     

几种弱选择性寄主蔬菜对烟粉虱的驱避作用

【目的】烟粉虱是茄果类蔬菜上的重要害虫,已对常用的化学农药产生了较强的抗药性。目前,利用非嗜好植物对烟粉虱的驱避作用和嗜好植物的诱集作用控制烟粉虱则受到越来越多的关注。【方法】选择芹菜、韭菜、茼蒿、香菜、葱、蒜等6种烟粉虱弱选择性寄主蔬菜,测定烟粉虱对供试蔬菜的嗅觉和视觉反应。在此基础上,筛选出非嗜性相对更强的3种蔬菜进行田间烟粉虱驱虫性测定。【结果】在室内寄主选择性测定中,烟粉虱对供试6种蔬菜的选择性均较小,其中对芹菜的选择率最低,韭菜次之,其余4种蔬菜的选择率为茼蒿香菜葱蒜;采用嗅觉选择性测定的方法测定烟粉虱对供试蔬菜的相对选择性,发现烟粉虱对芹菜的选择率最低(13.0%),韭菜次之(25.5%),其余各蔬菜的选择率大小为茼蒿(47.8%)香菜(40.2%)葱(38.5%)蒜(37.0%);烟粉虱对6种供试蔬菜颜色的选择性也存在明显的差异,其中,烟粉虱对芹菜和韭菜的选择率相对较低。在室内筛选的基础上,选择芹菜、韭菜、葱等3种蔬菜在辣椒田里进行间作驱虫实验,发现芹菜对田间辣椒上烟粉虱的驱避效果最好,驱避率达90.6%,韭菜次之(86.5%),葱的驱避效果一般。【结论】芹菜和韭菜对烟粉虱的驱避效果较好,该结论为烟粉虱的绿色防控提供了理论依据和技术支持。     

香芹酮和薄荷醇手性异构体对淡色库蚊熏蒸及驱避活性

【目的】比较香芹酮和薄荷醇各手性异构体对淡色库蚊Culex pipiens pallens成蚊的熏蒸及驱避活性,为其应用提供理论依据。【方法】以3日龄淡色库蚊雌成蚊为供试昆虫,采用三角瓶熏蒸法比较测定香芹酮和薄荷醇的5种手性异构体的击倒与熏蒸致死活性;用Y-型嗅觉仪法比较测定驱避作用;将活性较好单体制成电热蚊香片,用方箱法进一步评价药效。【结果】5种异构体对淡色库蚊均具有一定的击倒和致死作用,其中L-香芹酮的击倒速度最快,KT50为9.75 min;D-香芹酮的致死作用最强,LC50为0.26μL/L。L-香芹酮和D-香芹酮对淡色库蚊均具较好的驱避作用,在0.5μL剂量下,处理30 min后的驱避率仍达100%。方箱法实验表明,以200μL的L-香芹酮和D-香芹酮为有效成分的电热蚊香片加热1 h后,对淡色库蚊雌成蚊的KT50分别为13.70和17.90 min。【结论】香芹酮对淡色库蚊雌成蚊的熏杀活性优于薄荷醇,且不同异构体的活性存在显著差异,L-香芹酮具备被开发为植物源卫生害虫防控剂的潜力。     

四种植物精油成分对枸杞棉蚜的生物活性

【目的】研究植物精油4种成分丁香酚(eugenol)、α-松油醇(α-terpineol)、肉桂油(cinnamon oil)和香茅油(citronella oil)对枸杞棉蚜Aphis gossypii的生物活性以及马来酸二乙酯和水杨酸乙酯对这些化合物对枸杞棉蚜毒力的影响,为无公害防治枸杞(Lycium spp.)害虫奠定科学基础。【方法】采用二项选择法测定上述4种精油成分(1%)对枸杞棉蚜无翅成蚜的驱避作用;玻璃管药膜法进行生物测定,评估这4种化合物及其与马来酸二乙酯或水杨酸乙酯的混合液对枸杞棉蚜成蚜的毒力;采用生物化学方法分析这些化合物处理后枸杞棉蚜成蚜乙酰胆碱酯酶(AChE)和三磷酸腺苷酶(ATPase)的离体活性。【结果】α-松油醇(1%)对枸杞棉蚜无翅成蚜的驱避作用明显,1, 2和3 h的驱避率分别为58.1%, 58.6%和55.7%; 3 h时测试的4种化合物对枸杞棉蚜成蚜的驱避率由大到小依次为α-松油醇>香茅油>肉桂油>丁香酚。丁香酚对枸杞棉蚜成蚜的毒杀作用最强,处理4 h时的LC₅₀值为0.48 mL/L,肉桂油、α-松油醇、香茅油对枸杞棉蚜成蚜的LC₅₀值分别为1.23, 6.24和11.97 mL/L。对枸杞棉蚜成蚜的生物测定结果表明,马来酸二乙酯对香茅油、肉桂油、丁香酚和α-松油醇的增效比分别为2.75, 2.86, 1.78和1.56;水杨酸乙酯对香茅油、肉桂油、丁香酚和α-松油醇的增效比分别为3.41, 2.67, 2.00和1.89。毒力比结果表明,所测定的4种化合物对枸杞棉蚜的毒力相差49.9倍,丁香酚与马来酸二乙酯或水杨酸乙酯的混合液对枸杞棉蚜的触杀毒力最高。4种精油成分对枸杞棉蚜成蚜AChE和ATPase活性有不同的作用,丁香酚对AChE活性的抑制作用最强,但对ATPase活性表现为低浓度促进,高浓度抑制。【结论】α-松油醇对枸杞棉蚜驱避作用最好;丁香酚、α-松油醇、肉桂油和香茅油这4种精油成分对枸杞棉蚜的毒力相差很大;丁香酚与马来酸二乙酯或水杨酸乙酯混合后对枸杞棉蚜的毒力提高,具有进一步开发应用的潜力;所测精油成分对枸杞棉蚜离体AChE和ATPase活性有一定抑制作用。     

烟蓟马成虫对不同植物挥发物的行为选择

【目的】评价不同植物挥发物对烟蓟马Thrips tabaci雌性成虫的行为调控作用,解析烟蓟马成虫嗅觉识别行为,为研发成虫引诱剂或驱避剂提供科学依据。【方法】利用嗅觉行为测定装置测试烟蓟马雌性成虫对不同种类、不同浓度植物挥发物的室内选择行为,筛选出具有高引诱或驱避活性的挥发物。【结果】与溶剂正己烷相比,烟蓟马雌性成虫对浓度为1μg/μL的γ-癸酸内酯、(+)α-蒎烯、芳樟醇、2-乙酸苯乙酯、(-)α-蒎烯没有显著的行为选择（P>0.05）,而壬醛、马鞭草烯酮、香茅醛、橙花醇和桉树脑对烟蓟马表现出显著的吸引作用（P<0.05）,4-乙酰吡啶、邻茴香醛、δ-癸酸内酯、顺-3-己烯醇、香叶醇和1-辛烯-3-醇的吸引作用极显著（P<0.001）;但水杨醛、香芹酚、顺茉莉醛、丁香酚和对烯丙基苯甲醚对烟蓟马表现出显著的驱避作用（P<0.05）,水杨酸甲酯、茉莉酸甲酯、百里酚和异戊醛4种挥发物具有极显著的驱避作用（P<0.001）。同时,随着测试浓度的增加,大部分挥发物对烟蓟马雌性成虫的吸引或驱避作用明显增强。【结论】δ-癸酸内酯、香叶醇、1-辛烯-3-醇、邻茴香醛和4-乙酰吡啶对烟蓟马雌性成虫具有强烈吸引作用,水杨酸甲酯、茉莉酸甲酯和百里酚则具有明显驱避效应,为开发烟蓟马行为调控剂奠定了重要基础。     

头孢菌素类抗生素的定量构效关系研究

目的:建立一种预测精度较高的定量构效关系(QSAR)模型,为设计和合成活性更高的头孢菌素类抗生素提供理论依据。方法:发展了一种基于支持向量回归(SVR)和k-最近邻(KNN)的非线性组合预测方法(SVR-KNN),系统研究了48种抗流感嗜血杆菌头孢菌素衍生物的QSAR。结果:留一法预测结果表明,非线性筛选描述符和子模型能明显提高预测精度,汰选子模型后的组合预测精度优于单一子模型,SVR-KNN的MSE、MAPE分别为0.019、1.81%;独立样本预测结果显示,SVR-KNN在所有参比模型中具有最优的预测精度及稳定性,其MSE、MAPE分别为0.010、1.33%。结论:SVR-KNN模型具有较强的预测能力和优异的泛化推广能力,在抗生素及其他药物的QSAR研究中有广泛应用前景。