新型D/L-樟脑肟酯衍生物的设计合成及其抗植物病原真菌活性与作用机制研究

为解决传统农药环境残留及抗药性问题，南京农业大学团队以天然樟脑为先导化合物，设计合成40种D/L-构型樟脑肟酯衍生物。研究发现化合物B1-17对水稻纹枯病菌(R. solani)抑制活性显著(EC50=4.64 μg/mL)，通过SEM/TEM证实其可破坏菌丝形态、诱导ROS积累和线粒体膜电位(MMP)紊乱，为绿色农药开发提供新思路。

　　

全球粮食安全正面临植物病原真菌的严峻威胁，而传统化学农药带来的环境持久性、生态毒性及抗药性问题日益凸显。在这一背景下，开发基于天然产物的绿色农药成为国际研究热点。樟脑作为一种具有独特双环结构的天然化合物，其衍生物在抗菌领域展现出巨大潜力，但如何通过结构修饰提升其抗真菌活性仍是未解难题。

南京农业大学植物保护学院的研究团队在《Advanced Agrochem》发表重要成果，以天然樟脑为分子骨架，创新性地引入肟酯基团，设计合成40种D/L-构型樟脑肟酯衍生物。通过系统的结构优化和机制解析，不仅发现多个高效抗真菌候选化合物，更首次阐明了该类化合物通过破坏线粒体功能发挥活性的分子机制，为新一代绿色农药研发提供了理论和实践基础。

研究采用密度泛函理论(DFT)计算最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占分子轨道(LUMO)能量，结合离体抗真菌实验评估化合物对6种植物病原真菌的抑制活性。通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察菌丝超微结构变化，并采用荧光探针技术检测活性氧(ROS)水平和线粒体膜电位(MMP)变化。实验所用真菌菌株包括水稻纹枯病菌(R. solani)等，均来自南京农业大学植物病害控制实验室保藏菌种。

在"3.1 合成化学"部分，研究人员通过多步反应成功构建目标化合物，经核磁共振(¹H/¹³C NMR)和高分辨质谱(HRMS)确证结构。"3.2 杀菌活性"数据显示，化合物B1-6、B1-17和B2-6对R. solani表现出突出抑制活性，其中B1-17的EC₅₀值(4.64 μg/mL)接近商品化药剂boscalid(1.67 μg/mL)。

"3.3 SAR分析"揭示重要构效规律：苯环对位取代活性优于邻位，单取代优于双取代，卤素取代基活性顺序为OCF₃ > CF₃ > Br > Cl > F。DFT计算("3.4 密度泛函理论计算")表明，三氟甲基等强吸电子基可显著调节分子轨道分布，其中化合物B2-6因氟原子对电子分布的调控作用而表现出最优活性。

机制研究发现("3.5 化合物B2-17对细胞膜的影响")，活性化合物可导致菌丝断裂、扭曲和细胞壁降解。TEM观察显示处理组菌丝出现细胞器减少、核固缩等凋亡特征。"3.6 化合物B1-17对ROS和MMP的影响"证实，该化合物可诱导ROS爆发性积累，使线粒体膜电位下降56%，通过氧化应激途径破坏能量代谢。

这项研究开创性地将樟脑骨架与肟酯基团结合，不仅获得多个EC₅₀值低于10 μg/mL的先导化合物，更通过多维度机制研究阐明其通过破坏线粒体功能发挥活性的新机制。特别值得注意的是，活性化合物在100 μg/mL浓度下对水稻生长无显著影响，显示出良好的作物安全性。该成果为应对农药抗性及环境污染挑战提供了创新解决方案，对推动农业可持续发展具有重要实践价值。