Methyl zealactonoate：玉米产生的根寄生杂草发芽刺激物

2018-01-02摘译

世界农药 2017年6期

关键词：刺激物渗出物丁烯

叶萱摘译

(上海市农药研究所，上海 200032)

Methyl zealactonoate：玉米产生的根寄生杂草发芽刺激物

叶萱摘译

(上海市农药研究所，上海 200032)

玉米是根寄生杂草独脚金Striga hermonthica和Striga asiatica的主要寄主，已报道其能产生数种独脚金内酯。在已知的独脚金内酯中，独脚金醇是从玉米根渗出液中分离得到的主要独脚金属杂草种子萌发刺激物。此外，从玉米根渗出液中也发现了sorgomol和5-deoxystrigol。最近，Jamil等人报道通过LC-MS/MS分析检测到玉米根渗出液中的新颖萌发刺激物，暂时称为SL1和SL2。SL1和SL2的分子量分别为348和276。本文介绍了SL2即methyl zealactonoate的分离和结构测定，以及对S. hermonthica、Phelipanche ramosa和Orobanche minor种子萌发刺激活性。

1 玉米的培养和根渗出物的收集

在塑料盆中装满用高压蒸汽处理的沙子，把玉米种子种植其中，在25～29 ℃，自然光条件的生长室培养7 d。按需浇自来水。然后把苗转移到含有20 L自来水和10 mM Ca(NO3)2的塑料容器(53.5×33.5×14 cm，W×L×H)中，每个容器中80株苗，将10个容器置于25～29 ℃自然光条件的生长室。根渗出物释放到培养液中，经2个循环水泵使渗出物被活性碳(20 L中有4 g×2)吸附。培养植物5周，每3 d更换1次培养液和活性碳。用丙酮(1 500 mL)洗提吸附根渗出物的木炭(共约 80 g)。真空蒸发掉丙酮，用乙酸乙酯(3×200 mL)萃取残留的水溶液(约200 mL)。合并乙酸乙酯萃取物，用0.2 M K2HPO4(300 mL，pH 8.3)冲洗，用无水MgSO4干燥，真空浓缩，在4 ℃保存。

2 Methyl zealactonoate的分离纯化和测定

将乙酸乙酯粗提物(350.7 mg)过硅胶柱(85 g)，用正己烷和乙酸乙酯梯度洗脱(100∶0～0∶100，v/v，10%梯度)得到11份洗脱液。第4和第5部分(分别为30%和40%的乙酸乙酯)含有新颖的SL，合并(87.6 mg)，过硅胶柱(30 g)，用正己烷-乙酸乙酯(75∶25，v/v)洗脱。每10 mL收集为1份。LC-MS/MS和GC-MS分析发现第17－25份含有新颖发芽刺激物1。合并第17－25份(20.17)，过ODS柱进行HPLC(Mightysil RP-18，10×250 mm，10 μm，日本Kanto Chemicals)纯化，用MeCN/H2O 梯度洗脱(40∶60～100∶0，60 min)，流速3 mL/min，柱温：30 ℃。收集具有单峰的在23.4 min洗脱出的活性部分，进一步过Develosil ODS-CN柱进行HPLC(4.6×250 mm，5 μm；日本Nomura Chemicals)纯化，以70% MeCN/H2O洗脱，流速0.8 mL/min，得到无固定形状的methyl zealactonoate(化合物1，7.83 mg，Rt27.7 min，检测波长254 nm)。

Methyl zealactonoate(1) CD (c 0.000 5，MeCN)λmax△(ε)nm：273 (40.96)，255 (－0.70)； GC-MS，70 eV,m/z (rel.int): 376 (30),279(10),223 (31),153 (100),111(87),97(27)。HR-TOF-MS m/z: 377.1604[M+H]+(计算得C20H25O7，m/z: 377.159 5)。1H和13C NMR数据列于表1，图1B。

图1 methyl zealactonoate的化学结构(A)和主要NOESY相关性(B)

表1 化合物1的NMR谱数据(C6D6)

用HR-ESI-TOF-MS测得化合物1的分子式为C20H24O7，其不饱和度为9，GC-MS测得的m/z 376[M]+也支持此分子式。

化合物1的1H NMR谱显示在0.73、0.99 ppm处分别有1个甲基质子单峰；在1.25、1.64 ppm处2个甲基质子耦合弱(＜2 Hz)；3.35 ppm处有1个氧化甲基质子峰；在1.90、2.25 ppm处有2个成对耦合亚甲基质子，在4.71、4.94、5.20、5.53、7.45 ppm处分别有一烯质子；2个耦合(16.75 Hz)的烯质子，表明为反式烯(表1)。13C NMR谱表明有20个碳原子，其中3个酯羰基碳、4个甲基碳、1个甲氧基碳、6个烯碳、1个亚甲基碳和5个季碳(表1)。此外，HMQC谱表明2个烯烃质子(4.71、5.20 ppm)为外亚甲基质子(exo-methylene proton)(表1)。1H-1H COSY谱中，H-4/H-18、H-15/H-11和H-15/H-12的交叉峰表明C-4和C-15为烯丙基甲基。H-15与C-12、C-13，以及C-14、H-12与C-11间的HMBC相关性表明C-13为含有甲基的丁烯羟酸内酯(表1)。C-11的质子和碳的化学位移表明丁烯羟酸内酯基团与醚桥相连。LC-MS/MS和GC-MS所得到的m/z 97片段离子也表明与醚桥相连的丁烯羟酸内酯的存在，这在SL化合物中也发现。H-2与C-1、C-3、C-6、C-16、C-17的HMBC的相关性，以及H-16与C-6、C-17的HMBC相关性，H-17与C-6、C-16的HMBC相关性表明C-1为含有2个甲基的γ-内酯基团(表1)。由H-10和C-8、C-9的HMBC相关性建立了由C-7、C-8、C-9和C-10组成的共轭二烯基团。H-8、H-10、H-20和C-19的HMBC相关性表明C-9连接甲氧甲酰基团。H-10质子的化学位移表明C-9的构型为Z型。H-7、H-8和C-6的HMBC相关性表明C-6和C-7相连。此外，H-10和C-11间，H-11和C-10间的HMBC相关性(表1)说明C-10和C-11间为醚桥。HMBC相关性表明与C-6连接的还有异丙烯基。图1B为化合物1的主要NOESY相关性。因此化合物1的化学结构确定为(2E,3E)-4-((R,S)-3,3-二甲基-2-(3-甲基-2-丁烯基)-5-氧代四氢呋喃-2-基)-2-((((R)-4-甲基-5-氧代-2,5-二氢呋喃-2-基)氧代)亚甲基)-3-丁烯酸甲酯，命名为methyl zealactonoate。虽然化合物1含有典型SL的D环，但被分类为非典型SL。用13C-CL的饲喂试验证实化合物1在玉米体内是从CL合成。这也表明化合物1为11R构型，因为天然CL仅为11R异构体。然而，需要进一步研究证实其立体化学结构。

化合物1对S. hermonthica和P.ramosa种子的发芽有很强的刺激作用，但 O.minor种子对其很不敏感(图2)。