《Chemistry & Biodiversity》：Insecticidal Activity of Trichilia hirta L. (Sapindales: Meliaceae) Extracts Against Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) Larvae and the Identification of Bioactive Compounds
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本研究针对全球性重大农业害虫草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)日益严重的化学农药抗性问题，探索了从檫木科植物Trichilia hirta果实中寻找新型植物源杀虫剂的可行性。研究人员通过生物活性导向分离，系统评估了其甲醇粗提物及不同溶剂分区的杀虫活性，并利用色谱-质谱联用技术鉴定出四种潜在活性化合物。结果表明，乙酸乙酯分区表现出最强的致死和抑制生长作用，并首次在该属植物中发现去甲氧基丁香色原酮(Noreugenin)。该研究为开发基于檫木属植物次生代谢物的环境友好型害虫控制策略提供了重要科学依据。
在农业生产中，一种名为草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)的“超级害虫”正对全球粮食安全构成严重威胁。这种害虫食性极杂，可危害超过350种植物，包括玉米、水稻、棉花等重要经济作物。更棘手的是，由于长期以来过度依赖化学合成农药，草地贪夜蛾已对多种主流杀虫剂产生了抗性，迫使农民使用毒性更强、对环境危害更大的化学品，形成了“用药越多，抗性越强”的恶性循环。因此，寻找高效、低毒、环境友好的新型害虫控制方法，已成为农业可持续发展领域的紧迫课题。
在这一背景下，科学家们将目光投向了大自然这座“天然药库”。植物在漫长的进化过程中，为抵御昆虫取食，合成了种类繁多、结构独特的次生代谢物，其中许多具有显著的杀虫活性。从植物中寻找具有杀虫活性的先导化合物，进而开发新型植物源或仿生农药，是一条极具前景的路径。檫木科植物，尤其是印楝(Azadirachta indica)，因其富含具有强烈杀虫活性的柠檬苦素类似物(limonoids，如印楝素azadirachtin)而闻名于世，已成为植物源农药开发的典范。
本研究聚焦于檫木科下的另一个属——檫木属(Trichilia)。该属植物同样富含柠檬苦素等次生代谢物，并已有研究表明其提取物对多种害虫具有杀虫、拒食等活性，但其具体活性成分及对草地贪夜蛾的效果尚缺乏系统研究。其中，物种Trichilia hirta虽有初步的化学轮廓研究，但其杀虫潜力，特别是针对草地贪夜蛾的活性，远未得到充分探索。为了填补这一空白，并探寻可能替代或补充现有化学农药的新型植物源活性物质，一个由多国研究人员组成的团队开展了一项系统性的研究，相关成果发表在《Chemistry & Biodiversity》期刊上。
为了揭示T. hirta的杀虫潜力，研究人员采用了一套组合研究方法。首先，他们从巴西圣埃斯皮里图州的自然保护区采集了T. hirta的果实，并使用甲醇进行提取，获得粗提物。接着，他们以重要的农业害虫草地贪夜蛾幼虫为测试对象，进行了一系列生物测定。研究采用生物活性导向分离的策略：先测试粗提物的活性并计算其致死中量(LD50)，然后用不同极性的溶剂(二氯甲烷、乙酸乙酯、正丁醇)对粗提物进行液-液分配，得到不同分区，并在LD50剂量下比较各分区的活性。从活性最强的分区(乙酸乙酯分区)中，通过硅胶柱层析进一步分离得到12个流分，并评估了它们的杀虫效果。最后，对活性最高的乙酸乙酯分区，利用高效液相色谱-电喷雾电离-高分辨串联质谱技术(LC-ESI-HRMS/MS)进行了化学成分分析，鉴定了其中的主要化合物。
研究结果
2.1 Trichilia hirta甲醇提取物的杀虫活性
T. hirta果实的甲醇粗提物对草地贪夜蛾幼虫表现出强烈的毒性。在处理7天后，幼虫死亡率达到68%，并且存活幼虫的体重增长受到显著抑制。到第14天时，幼虫死亡率高达100%。通过剂量-效应曲线分析，计算出该粗提物对草地贪夜蛾幼虫的半数致死剂量(LD50)为785.2 mg/kg 饲料，90%致死剂量(LD90)为2594.7 mg/kg 饲料。
2.2 Trichilia hirta提取物各分区的生物活性
为了富集活性成分，研究人员将粗提物按溶剂极性进行分配。在LD50剂量下，测试了乙酸乙酯、二氯甲烷和正丁醇三个分区。结果表明，乙酸乙酯分区在7天和14天后均导致了最高的幼虫死亡率。同时，乙酸乙酯和二氯甲烷分区对幼虫体重增长的抑制效果也最为显著。在处理14天后，取食含乙酸乙酯分区饲料的幼虫平均体重仅为7.02 mg，远低于对照组幼虫的37.2 mg。因此，乙酸乙酯分区被选为后续深入研究的对象。
2.3 来自Trichilia hirta乙酸乙酯(AcOEt)分区的流分的生物活性**
对乙酸乙酯分区进行柱层析分离后，得到了12个流分。在相当于1/5 LD50的剂量下进行测试，发现所有流分均不同程度地影响了幼虫的体重增长。其中，流分5至9的活性最为突出：在处理7天后，它们导致了超过90%的死亡率；到第14天时，造成了100%的幼虫死亡，并且对体重增长的抑制也最为强烈。
2.4 乙酸乙酯分区的化学表征
通过LC-ESI-HRMS/MS分析，研究人员从活性最强的乙酸乙酯分区中成功鉴定出了四种化合物：
- 1.
去甲氧基丁香色原酮 (Noreugenin)：一种色原酮类化合物，这是首次在檫木属植物中报告该化合物的存在。
- 2.
甲基 6,11β-二羟基-12α-(2-甲基丙酰氧基)-3,7-二氧代-14β,15β-环氧-1,5-楝二烯-29-酸酯 (Methyl 6,11β-dihydroxy-12α-(2-methylpropanoyloxy)-3,7-dioxo-14β,15β-epoxy-1,5-meliacadien-29-oate)：一种柠檬苦素类似物，具有Cedrelone类型的骨架。
- 3.
Hirtinol A：另一种柠檬苦素类似物。
- 4.
5α-雄甾烷-3β,17β-二醇 (5α-androstane-3β,17β-diol)：一种甾体类化合物。
研究结论与讨论
本研究系统地评估了Trichilia hirta果实提取物对草地贪夜蛾的杀虫潜力，并初步鉴定了其活性成分。主要结论如下：
- 1.
显著的杀虫效果：T. hirta甲醇粗提物对草地贪夜蛾幼虫具有强烈的致死和生长抑制作用，14天内可实现100%死亡率。
- 2.
活性成分的富集与导向：采用生物活性导向分离策略，成功将活性富集到乙酸乙酯分区，该分区在致死和抑制生长两方面均表现最佳。进一步分离得到的流分5-9是活性最强的部分。
- 3.
潜在活性化合物的鉴定：从乙酸乙酯分区中鉴定出四种结构各异的化合物，包括色原酮、柠檬苦素和甾体。其中，去甲氧基丁香色原酮是首次在该属植物中发现。
在讨论中，研究人员将本研究结果与现有知识进行了联系。他们指出，檫木科植物的杀虫活性通常与柠檬苦素有关，例如众所周知的印楝素。本研究发现的两个柠檬苦素(化合物2和3)都具有Cedrelone类型的骨架，而文献报道具有相同骨架的柠檬苦素(如Cedrelone本身)对多种鳞翅目害虫表现出良好的杀虫和拒食活性。因此，这两种柠檬苦素很可能是T. hirta提取物杀虫活性的重要贡献者。同时，研究也提到植物粗提物的活性往往是多种化合物协同作用的结果，这也解释了为什么有时粗提物的效果优于单一纯化物。
本研究的意义在于，它首次报告了T. hirta提取物对草地贪夜蛾的致死和亚致死(抑制生长)效应，并初步揭示了其可能的物质基础。这为将T. hirta开发成为一种新型植物源杀虫剂的原料提供了直接证据。在全球面临害虫抗药性严峻挑战的背景下，从檫木属等植物中持续发掘结构新颖、作用机制独特的活性天然产物，对于丰富绿色农药的候选化合物库，减少对传统化学农药的依赖，推动农业的绿色和可持续发展具有重要的科学价值和实际应用前景。未来的研究可以聚焦于从活性流分中分离纯化出更多的单体化合物，并逐一验证其杀虫活性和作用机制，从而为新型环境友好型农药的创制奠定更坚实的基础。
