对斜纹夜蛾的环保控制方法：基于茄属维吉尼亚种提取物抑制幼虫激素酯酶作用的实验与计算证据

《Journal of Asia-Pacific Entomology》：The eco-friendly control of Spodoptera frugiperda: Larvicidal and computational evidence of juvenile hormone esterase inhibition by Solanum virginianum extracts

　　摘要
斜纹夜蛾（Spodoptera frugiperda，J.E. Smith）是一种危害严重的农业害虫，已对某些传统杀虫剂产生抗性。因此，亟需开发可持续的替代方案。本研究评估了弗吉尼亚茄（Solanum virginianum）的乙醇提取物和水提取物的杀幼虫活性，并通过抑制昆虫发育过程中的关键酶——幼虫激素酯酶（JHE），探究其作用机制。研究采用了多种分析方法，包括物理化学分析、高分辨率液相色谱-质谱/质谱分析、杀幼虫生物测定、吸收分布代谢排泄与毒性预测分析、分子对接以及分子动力学模拟。结果显示，乙醇提取物的提取率（32.33%）高于水提取物，且在5%浓度下处理96小时后，可使三龄斜纹夜蛾幼虫100%死亡。96小时时的致死浓度分别为乙醇提取物1.46%，水提取物1.52%。高分辨率液相色谱-质谱/质谱分析发现这些提取物中含有甾体糖苷生物碱和酚类化合物，如龙葵素、茄毒碱、绿原酸以及木犀草素-4′-O-葡萄糖苷。分子对接实验表明，木犀草素-4′-O-葡萄糖苷和N1-咖啡酰-N10-阿魏酰斯佩米丁与幼虫激素酯酶具有很强的结合亲和力，而分子动力学模拟则证实了这两种物质在100纳秒时间尺度上能与目标蛋白保持稳定结合。这些研究结果表明，弗吉尼亚茄有望成为开发环保型、针对昆虫内分泌系统的植物源杀虫剂的良好来源，有助于实现斜纹夜蛾的可持续防控。

引言
合成杀虫剂的广泛使用导致了害虫抗性的快速出现，同时造成了环境污染，并对土壤生态系统中的有益微生物产生毒性作用。鉴于这些问题，人们越来越重视寻找新的、环境友好型、具有选择性的、生态生理安全的害虫控制方法。来自植物和微生物的农药似乎是替代传统杀虫剂的最有希望的选择，它们代表了新一代的生物理性农药，可用于实现害虫的可持续管理（Ayilara等人，2023年）。

斜纹夜蛾属于鳞翅目夜蛾科，是全球最具破坏性和重要性的农业害虫之一。这是一种多食性物种，能够取食350多种植物，其中包括玉米、水稻、高粱和棉花等重要经济作物。作为美洲本土害虫，它凭借快速的生命周期、极高的繁殖能力以及强大的适应和入侵能力，已成为分布于世界多地的一种全球性害虫（WAN等人，2021年）。该害虫已对多种传统杀虫剂产生了抗性，因此迫切需要探索基于新型选择性作用机制的新害虫控制方法，以实现对该害虫的经济高效且可持续的防治。

针对昆虫内分泌系统进行干预，为害虫控制提供了一种极具前景且具有选择性的策略。在昆虫体内，生长、蜕皮和变态等重要的发育过程是由复杂的激素相互作用调控的，其中以幼虫激素和蜕皮激素为主（Koyama等人，2025年）。幼虫激素酯酶是这一调控系统中的关键酶，它通过将幼虫激素水解为无活性的代谢物来控制其浓度，从而维持正常的发育所需的激素平衡。若干扰该酶的活性，就会打破这种平衡，导致发育异常、生长受阻甚至死亡。因此，幼虫激素酯酶成为设计开发具有更高选择性和更低环境影响的激素靶向型生物理性杀虫剂的理想分子靶点（Luo等人，2025年）。

植物来源的次生代谢产物，如生物碱、黄酮类、酚酸、萜类和皂苷，因其能够干扰昆虫的生理和生化过程，包括酶的功能和激素调控，而被广泛研究。在各类植物科中，茄科尤其富含甾体糖苷生物碱。这类化合物具有强烈的杀虫、拒食、杀卵以及干扰昆虫生长的作用，其作用机制在于破坏细胞膜并干扰关键的酶和激素信号通路，进而损害昆虫的正常发育和存活（Lengai等人，2020年）。

弗吉尼亚茄（Solanum virginianum L.），俗称坎塔卡里，是茄属的一种药用植物。这种多年生植物广泛分布于热带和亚热带地区，尤其在印度较为常见。由于其具有显著的抗炎、抗菌和舒张支气管的作用，它被用作许多传统草药配方的重要成分，如达什穆尔。针对弗吉尼亚茄的研究表明，它含有多种植物化学物质，包括龙葵碱、茄毒碱、溶茄碱和溶马林等甾体糖苷生物碱，以及黄酮类、酚酸和皂苷（Sharma等人，2023年）。

先前的研究表明，植物来源的化合物可通过与昆虫的神经生理靶点相互作用来有效控制斜纹夜蛾。Viguiera dentata中的萜类化合物因能抑制乙酰胆碱酯酶而具有杀虫活性（Arciniegas等人，2025年），而Lippia alba中的植物化学物质则能与乙酰胆碱酯酶、瑞安丁受体以及γ-氨基丁酸相关转运蛋白发生强烈相互作用（Biswas等人，2024年）。这些研究结果表明，目前针对斜纹夜蛾的植物源杀虫剂研究大多集中在神经信号传导途径上，而参与昆虫发育的内分泌靶点则几乎未被探索。幼虫激素酯酶作为调控幼虫激素水平的关键酶，是一个极具潜力的替代靶点，因为抑制该酶可干扰昆虫的生长发育和变态过程。尽管最近有研究报道了印楝中的具有幼虫激素酯酶抑制作用的植物化学物质（Gupta等人，2026b年），但尚无研究探讨茄科植物中的此类物质。因此，研究弗吉尼亚茄中的植物化学物质作为潜在的幼虫激素酯酶抑制剂，为斜纹夜蛾的可持续防控提供了一种新的内分泌靶向策略。

尽管弗吉尼亚茄含有丰富的植物化学物质，并具有重要的药用价值，但其作为内分泌靶向型生物农药前体的潜力至今尚未得到充分研究。据我们所知，尚无研究探讨该植物中的植物化学物质是否具有抑制斜纹夜蛾幼虫激素酯酶的活性。因此，本研究首次对弗吉尼亚茄中的植物化学物质进行了综合的实验与计算分析，评估其作为潜在幼虫激素酯酶抑制剂的可行性，为斜纹夜蛾的可持续防控提供了新的内分泌靶向策略，同时也为开发具有更高选择性和更低环境影响的植物源杀虫剂奠定了基础。

在确保对害虫有效防控的同时，保障非目标有益生物的生态安全也是可持续害虫管理的重要环节。土壤中的细菌，如枯草芽孢杆菌，在养分循环、促进植物生长以及维护土壤健康方面发挥着重要作用（Sarenkova等人，2026年）。因此，从环境安全和实际应用的角度出发，有必要评估植物源杀虫剂与有益微生物群的相容性。基于此，本研究还评估了弗吉尼亚茄的乙醇提取物和水提取物对枯草芽孢杆菌的影响，以此判断它们对土壤微生物健康的潜在影响。

章节节选
植物材料的准备
本研究从印度古吉拉特邦瓦多达拉的纳夫拉查纳大学附近的瓦斯纳路地区采集了新鲜的弗吉尼亚茄植株（大致位于北纬22.310度，东经73.180度）。通过与英国邱园标本馆的标本（编号为K001153104和K001152612）进行比对，确认了其分类学身份。一个凭证标本（KU1）已被保存在纳夫拉查纳大学。采集到的叶片经过分离后，用蒸馏水彻底清洗以去除灰尘，随后在阴凉处晾干至适宜状态。

提取率
弗吉尼亚茄叶片提取物的提取率因溶剂体系的不同而存在显著差异。乙醇提取物的提取率为32.33%，而水提取物的提取率则较低，为17.93%。

物理化学分析
为了评估提取物的pH值、溶解度和分散稳定性，对浓度为1–5%的弗吉尼亚茄提取物进行了物理化学分析。乙醇提取物的pH值在6.75–6.87之间，而水提取物的pH值则在6.22–6.55之间，说明两者均呈弱酸性至中性。

讨论
本研究表明，弗吉尼亚茄提取物对斜纹夜蛾具有显著的剂量和时间依赖性杀幼虫活性，其中乙醇提取物的效果优于水提取物。这种更强的活性很可能与高分辨率液相色谱-质谱/质谱分析所检测到的甾体糖苷生物碱和酚类化合物有关。我们的研究结果与以往关于植物源杀虫剂的研究结论一致。

结论
弗吉尼亚茄叶片具有杀幼虫活性，且乙醇提取物的效果更为显著。植物化学分析结合计算模拟结果表明，糖苷生物碱和酚类化合物通过抑制幼虫激素酯酶而发挥杀虫作用。随着时间推移，致死浓度的下降表明存在累积效应，而对枯草芽孢杆菌的轻微影响则反映了这些提取物在生态方面的安全性。

局限性
本研究仅是在实验室条件下，通过计算模拟方法探讨了弗吉尼亚茄提取物可能通过抑制幼虫激素酯酶来对斜纹夜蛾发挥杀幼虫作用。尽管这些提取物表现出良好的杀虫活性和内分泌干扰潜力，但所有生物测定都是在受控的实验室环境中进行的，其实际田间效果仍有待验证。此外，生态安全性评估也仅限于枯草芽孢杆菌，未来还需要开展更多研究。

作者贡献声明
Komal Gupta：论文撰写与修改、原始稿撰写、可视化处理、结果验证、软件应用、方法设计、实验实施、正式分析、数据整理、概念构思。Elizabeth Robin：论文撰写与修改、结果验证。

伦理审批
本研究无需经过任何研究伦理委员会的审批即可开展实验。

未引用参考文献
Kulandhaivel and H, 2018

利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢
作者衷心感谢印度班加罗尔的ICAR-国家农业昆虫资源局（NBAIR）为本研究提供斜纹夜蛾卵。同时，也感谢印度孟买印度理工学院的高级分析仪器设施中心（SAIF）为植物化学成分分析提供的高分辨率液相色谱-质谱/Q-TOF分析设备。此外，作者还要感谢瓦多达拉纳夫拉查纳大学在研究过程中给予的机构支持。

Komal Gupta | Elizabeth Robin
印度古吉拉特邦瓦多达拉瓦斯纳-巴伊利路，纳夫拉查纳大学生物医学与生命科学系，邮编391410