本申请要求2013年5月6日提交的美国临时申请第61/819,713号的权益,在此通过引用的方式而全部并入。
专利背景
A.专利领域
本专利涉及生物学和化学领域。具体来说,本专利有关于利用隐毒素(endocide)控制入侵种(invasive species)的组合物(compositions)和方法(methods)。
B.
背景技术:
入侵种是农业、自然环境和公共健康重大威胁(Ascunce et al.2011)。入侵种每年在全球范围内造成的损失达14000亿美元,相当于全球经济总量的5%(The Nature Conservancy,2013)。目前入侵种的管理策略主要限于利用合成除草剂、生物控制和机械方法清除和消灭入侵种。这些控制方法不仅操作困难也通常成本较高(Beck et al.2008)。控制入侵种每年的费用和相关的经济和环境损失的花费高达1380亿美元(Pimentel et al.1999),其中每年用于住家入侵杂草控制的费用约为5亿美元,用于高尔夫球场杂草控制的费用达10亿美元(Pimentel et al.1999)。除了巨额花费的问题外,越来越多的入侵种开始产生抗性导致除草剂有效性下降,人们对化学和生物控制导致公共环境问题的关注不断增加,因此入侵种有效控制急需一种新的思路。
美国东南部严重的、侵害性最强的五个入侵种代表了不同类型的入侵种,这五个物种包括一种蕨类植物人厌槐叶萍(Salvinia molesta D.S.Mitchell)(植物界蕨类门槐叶苹科),两种有花植物即巴西胡椒(Schinus terebinthifolius Raddi)(无患子目漆树科)和乌桕(Triadica sebifera(L.)Small)(金虎尾目大戟科)(植物界有花植物门),两种昆虫即红火蚁(Solenopsis invicta Buren)(内翅总目蚁科)和栖北散白蚁(Reticulitermes flavipes(Kollar))(外翅总目鼻白蚁科)(动物界节肢动物门)。其中人厌槐叶萍为水生物种,其他为陆生物种。
槐叶萍属(Salvinia Seguier)植物是槐叶萍科的浮游蕨类植物,全世界有10~14个种,主要分布在热带。人厌槐叶萍原产巴西,也称作巨型槐叶萍、水蕨和卡里巴杂草。自1939年以来,人厌槐叶萍已经入侵了温带地区的河流和湖泊系统(Room et al.1990)。目前,该种已是世界上分布最广、造成环境、经济和社会危害最大的入侵种之一之一(Schooler et al.2011)。此外,人厌槐叶萍还是血吸虫(Schistosoma sp.)中间寄主螺类的栖息地,而血吸虫主要寄生于人类的肠道和尿道,血吸虫病是继疟疾之后第二大危害人类社会的寄生虫疾病。
在最适生长条件下,人厌槐叶萍的生物量可以在不足于三天的时间增长一倍(Barrett 1989)。在受到严重损伤和干旱条件下,人厌槐叶萍仍能繁殖再生(Finlayson 1984;Room and Thomas 1986),人厌槐叶萍的爆发性增长对入侵区域的自然生态系统会造成严重的负面影响,以及重大的经济损失和公共卫生问题。人厌槐叶萍在水面形成一道稠密的阻隔层,从而降低水域的溶氧水平,并阻碍阳光穿透受侵害的水面,食物链底层的水生植物和藻类将因此无法存活,以水生植物和藻类的为食的生物将陆续死亡,然后是食物链更上层的生物(Room et al.1990)。人厌槐叶萍对水生栽培作物构成威胁,还可能阻塞灌溉和饮水管道,对水电工程设施构成负面影响。受人厌槐叶萍入侵的水面不能行船及用于其他的休闲旅游用途(USDA 2000)。对入侵人厌槐叶萍所采取的生物控制、机械处理和施用除草剂的控制方法成本高,效果也不理想。1980年以来,槐叶萍象鼻虫(Cyrtobagous salviniae)(象甲科)被引入到大部分人厌槐叶萍的入侵区域(Julien et al.2009)。这种象鼻虫只吃槐叶萍的嫩芽,人厌槐叶萍对象鼻虫易感,因此,在一些区域有利用象鼻虫控制人厌槐叶萍的成功的例子,但是,最近发现,利用象鼻虫的生物控制方法并不完全成功,特别是断续的洪水导致生物控制的效果难以预测(Schooler et al.2011)。利用除草剂和机械方法控制和消灭槐叶萍的方法也不成功,并且由于在环境中大量使用化学和生物试剂导致了更严重环境问题(Abbasi and Nipaney 1986)。
巴西胡椒(Schinus terebinthifolius Raddi)(漆树科),是一种常绿灌木或树木(高度可达12米),原产南美,十九世纪作为观赏植物被引入北美。象同属漆树科的毒葛和漆树一样,巴西胡椒会对敏感皮肤人群导致接触性皮炎,巴西胡椒开花期甚至导致呼吸系统问题。在弗罗里达州和德克萨斯州,巴西胡椒大量入侵,茂密的巴西胡椒遮蔽了其他植物特别是当地植物。有研究报道,巴西胡椒的水提取物抑制弗罗里达本地植物的生长和种子萌发(Morgan and Overhlt 2005)。巴西胡椒的入侵原因,可归结为其种子产量高,种子萌发率高,鸟类和其他哺乳动物的传播。目前,巴西胡椒幼树的控制主要通过挖拔刨等方式移除,或施用除草剂。
乌桕(Triadica sebifera(L.)Small)(大戟科)原产中国,现已成为美国东南部严重的入侵植物。一棵乌桕每年可产生100,000颗种子,种子主要靠鸟类和流水传播(Jubinsky and Anderson 1996)。在母树附近,每平方米约有15棵幼苗,其密度仅次于枫香树(Liquidambar styraciflua L.)(枫香科)。控制乌桕的方法,包括手工或机械方式移除,环境/培育,化学或生物方法。
红火蚁(Solenopsis invicta Buren)(蚁科)原产南美,自二十世界三十年代被引入美国以来,在南部迅速蔓延。最近,红火蚁已经入侵到世界各地,包括加勒比地区,墨西哥,澳大利亚,新西兰,马来西亚,新加坡,中国(Chen et al.2009;Ascunce et al.2011)。和其他膜翅目昆虫不同,红火蚁的毒液中含少量蛋白,95%的生物碱(主要是2-甲基-6-烷基或烯基哌啶),这些生物碱导致在红火蚁叮咬部位立即产生小包,并进而发展成小脓包(Chen et al.2009;Hoffman 2010)。红火蚁对人类健康,牲畜,户外运动,农作物,机械和电气设备构成危害(Morrison et al.2004),每年美国用于控制红火蚁的费用,加上因为红火蚁产生的医疗费用,以及红火蚁导致的财产损失共达60亿美元(Ascunce et al.2011)。出于生态和经济的考虑,急需一种有效的控制手段来控制红火蚁。
栖北散白蚁(Reticulitermes flavipes(Kollar))(犀白蚁科Rhinotermitidae)是北美最常见的白蚁,这种白蚁每年造成价值数十亿美元的住宅破坏,是美国经济危害最大的损坏木材的害虫。目前,白蚁的控制方法主要通过预防和化学控制方法。
动物或植物利用化合物作为防御性武器的例子屡有报道。据报道,有些物种只所以成功入侵是由于其产生的有毒次生代谢产物对周边植物产生化感作用,或者保护自身免受微生物攻击、昆虫和动物的取食(Quintana et al.2008;Paudel 2009)。这些化合物的防御或化感作用主要是种间的作用。自毒(种内的化感抑制作用)从70年代曾被作为假设提出后没有得到充分的研究(McKey 1974;Fowden and Lea 1979;Li et al.2010)。这里的自毒是指某一物种向周围环境释放有毒物质从而对同种植物的萌发和生长产生抑制作用(Chou and Lin 1976;Singh et al.1999),曾有少量关于农作物和杂草自毒导致土壤贫瘠和补种问题的报道(Singh et al.1999),已报道的自毒化合物具有广谱性的化感作用,对不相关的属、科、目物种的抑制作用比对本种的抑制作用更有效(Abdul-Rahman and Habib 1989;Heisey 1999;Batish et al.2002)。但是,许多类似报道通常是化感作用而不是真正的自毒作用。例如,水稻(Oryza sativa L.)(禾本科)中的冷杉内酯A和B(momilactone)对水稻苗的有效抑制浓度是其他十字花科、菊科、豆科四种植物以及五种杂草的100~333倍(Kato-Noguchi and Ota 2013)。豆科银合欢(Leucaena leucocephala de Wit.)(豆科)叶子提取物对豆科及其他科的农作物和一些树种具有显着的毒性,而对银合欢苗没有毒性(Chouand Kuo 1986)。从银合欢中提取到的含羞草素(minosine)对十字花科、菊科、豆科、禾本科的五种植物幼苗显示很强的抑制活性,但在100mg/L的浓度下对银合欢没有任何抑制作用(Xuan et al.2006)。银胶菊(Parthenium hysterophorus L.)(菊科)的花叶提取物虽然对自身种子萌发显示抑制作用,但对十字花科、豆科、禾本科多种植物的种子萌发也显示抑制作用(Pieman and Pieman 1984;Javaid et al.2007)。紫苜蓿(Medicago sativa L.)(豆科)是研究最多、众所周知具有自毒作用的物种,据报道,苜蓿提取物以及其所含的酚类化合物和皂苷对苜蓿幼苗具有自毒作用,对其他豆科、禾本科、十字花科作物和杂草具有化感作用(Wyman-Simpson et al.1991;Chon et al.2002)。但是,苜蓿的对其他物种的化感作用比自毒作用要强的多(Hedge and Miller 1990)。已报道的自毒化合物对自身的非选择性或低毒性限制了将其开发成为有效控制入侵植物生物灭除剂。实际上,被广泛接受的观点是,物种可以避免内源有毒代谢产物的自毒性(Baldwin and Callahan 1993;Wang 1996;Gog et al.2005;Sirikantaramas et al.2008a,b)。因此,对自毒的研究主要限于避免自毒和去毒机制的研究。目前为止,还没有利用自毒化合物的任何方法或产品控制入侵种本身。
发明概述
本专利公开了通过施用源自一种入侵植物的天然农药(pesticide)从而控制另一种入侵植物生长的方法和组合物,在一些具体实施例中,入侵植物是以腺体(glands)为自毒化合物主要累积器官的入侵植物,用于提取天然农药的入侵植物和被控制的入侵植物可以是同种植物,也可以是不同种植物。
在某些实施例中所展示的是,通过施用一种来源于一种入侵种的天然农药的组合物,以控制入侵种的生长。这包含减少入侵种生长和繁殖的任何措施。在某些实施例中,入侵种的生长减缓或者停止。在某些实施例中,入侵种被彻底清除。在某些实施例中,入侵种的生长在1、2、3、4、5、6、7天内,1、2、3、4或5周内,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、或者12月内或者更长时间内开始停止。在某些实施例中,入侵种的生长在1周或1月内开始停止。在某些实施例中,入侵种的生长停止至少1,2,3,4,5周,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12月,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10年或更长时间。在某些实施例中,入侵种的生长停止至少1年。
在某些实施例中,这种天然农药可能是一种隐毒素。隐毒素(endocide)(内源生物灭除剂,endogenous biocide)是一种生物灭除剂,其来源为一种内源的生物活性物质(例如次生代谢产物),这种内源物质在来源物种内部正常条件下不导致对母体明显的毒性作用,但如在母体中被诱导产生时会毒害或抑制甚至杀灭母体。当外部施用时,隐毒素可以选择性地杀灭母体物种(或者相近物种)。由隐毒素导致死亡的该物种组织可以进一步提高隐毒素对该物种的毒性。隐毒素尤其对那些以腺体作为自毒化合物累积器官的物种效果显着。隐毒素对物种生长的各个阶段或某些阶段(初级,次级和三级阶段)产生效果,隐毒素对所有组织或者选择性对某些组织(营养或繁殖组织)起作用。
施用低浓度的隐毒素可用于控制隐毒素母体物种的特定部位的生长(如细胞,组织,器官)。施用低浓度的隐毒素可能产生异常形态变化。在某些实施例中,隐毒素可能诱发突变。在某些实施例中,诱导的突变可用于产生理想的基因型。在某些实施例中,通过有目的地刺激腺体发育以诱导内源自毒化合物生物合成可以用于产生异常形态变化、突变、和理想的基因型。
在某些实施例中,隐毒素是指从需要控制的入侵种得到的提取物,在某些实施例中,隐毒素为从需要控制的入侵种得到的提取物的一个组分,在某些实施例中,隐毒素为需要控制的入侵植物的干物质,在某些实施例中,隐毒素为需要控制的入侵植物的新鲜物质。天然农药隐毒素可以是来源某个物种的任何组合物或化合物,即使是通过一定的衍生或改变产生;同时也包括与来源于某些物种或经过衍生的化合物结构相同的合成化合物。
在某些实施例中,这种天然农药可以是来源于另一个入侵种,在某些实施例中,这种天然农药是一个从另一个入侵种分离得到的化合物。
这种天然农药可能存在很多种适合的形式。在某些实施例中,这种天然农药是干燥的或新鲜的植物材料。在某些实施例中,这种天然农药是植物的提取物或提取物的某个活性部位。在某些实施例中,这种有机农药是水或者有机溶剂提取物或活性部位。在某些实施例中,提取物是干燥状态或溶液状态。在某些实施例中,这种天然农药是干物质。在某些实施例中,完整的干植物可用于这种天然农药的生产,干燥的植物可以是粉碎或经过其他处理。在某些实施例中,这种天然农药可以是来源于干燥植物材料的浓缩的提取物或一个部分。在某些实施例中,这种天然农药是新鲜植物材料。在某些实施例中,完整的新鲜植物材料可以用于这种天然农药的生产。在某些实施例中,新鲜植物材料被切碎或绞碎。在某些实施例中,这种天然农药是直接来自于被切碎、绞碎、压榨的新鲜植物材料的提取汁。在某些实施例中,这种天然农药是直接来自于被切碎、绞碎、压榨的新鲜植物材料的提取汁的稀释液。在某些实施例中,这种天然农药是分离自需要被控制的入侵植物的化合物。在某些实施例中,这种天然农药是分离自除需要被控制的入侵植物之外的另一种入侵植物的化合物。
在某些实施例中,这种天然农药是装在水可穿透的袋子里的粉碎的干燥植物材料。在某些实施例中,袋子的材料可以是布、尼龙、塑料、或其他生物可降解材料。在某些实施例中,这种天然农药是没有袋装的干燥植物材料的压缩形式(例如类似压缩茶砖或茶饼(以下称作茶砖))。这种茶砖可在湿度7-15%、温度50-90℃、压力250-500kPa条件下压制而成,可以漂浮在入侵植物附近或植物表面上,可以在接触水面后几分钟内分散开或溶解在水里。也可以和土壤混合制备可沉水的茶砖,这样,茶砖迅速接触水,作用更有效。
在某些实施例中,从干燥材料到生产提取物的过程包括:新鲜材料的收集、干燥、粉碎、提取、过滤、浓缩、调配、喷洒。在某些实施例中,提取过程包括:水或有机溶剂提取、蒸馏、煎煮、渗滤。
在某些实施例中,从新鲜材料中生产提取物(汁)的过程包括:新鲜材料的收获、剪切或制浆、过滤、调配、喷洒。在某些实施例中,提取后压榨方法(例如液压压榨,螺旋压榨,推出式压榨,手工钉刺法压榨)。
这种天然农药对所要控制的入侵植物具有选择性,当这种天然农药是一种提取物形式时选择性最显着。在某些实施例中,这种天然农药可能对所需控制的入侵生物或相关种具有选择性。在某些实施例中,相关种指的是同属下的种。在某些实施例中,相关种指同科下的种。在某些实施例中,相关种指同目下的种。在某些实施例中,含有这种天然农药的组合物能抑制或消除入侵种。在某些实施例中,含有天然农药的组合物可以抑制或消除入侵种和相关物种(如同目下的物种)。在某些实施例中,含有天然农药的组合物不抑制或者只轻微抑制不同属或科或目下的当地物种。在某些实施例中,含有天然农药的组合物不抑制或者只轻微抑制不同属或科或目下的入侵种。
在某些实施例中,这种天然农药是以下结构的化合物:
在此,基团Rl、R2、R3、R4中的每一个独立地是–H、–OH、–卤素、–NH2、–COOH、–C(O)NH2、–SH、–S(O)NH2、–S(O)2NH2、–OCH2OR13、–OC(O)R13、–OC(O)OR13、–OC(O)NR13、–OP(O)(OR13)2、–SR13、–S(O)2NHR13、–OP(O)(OR13)2、–SOR13、–S(O)2R13、–NHC(O)R13、–NHSOR13、NHS(O)2R13、–OPO(OR14)2、–O-芳基PO(OR14)2、或–O-烷基芳基PO(OR14)2、–NHR13、–N(R13)2、–C(S)R13、–OR13,
在此,R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12中的每一个独立地是–H、–OH、–卤素、–CN、–NH2、–NO2、–COOH、–C(O)NH2、–SH、–S(O)NH2、–S(O)2NH2、–C1-C10(O)烷、–C1-C10烷、–C1-C10烷氧基、–C1-C10(OH)烷基、–C1-C10(氨基)烷基、–C1-C10(卤代)烷基、–C2-C10烯基、–C2-C10(芳基)烷基、–CH2OR13、–OCH2OR13、–OC(O)R13、–C(O)R13、–OC(O)OR13、–OC(O)NR13、–C(O)O R13、–C(O)NR13、–OP(O)(OR13)2、–SR13、–S(O)2NHR13、–C(O)NR13、–OP(O)(OR13)2、–SR13、–S(O2)NHR13、–SOR13、–S(O)2R13、–NHC(O)R13、–NHSOR13、NHS(O)2R13、–OPO(OR14)2、–O-芳基PO(OR14)2、或–O-烷基芳基PO(OR14)2、–异氰酸酯基、–叠氮基,和
R14是–H、–C1-C10烷基、C7-C13芳基烷基、C1-C10氨基烷基、C1-C10卤代烷基、C1-C10羟基取代烷基、C1-C10烷氧基、–异氰酸酯基、–叠氮基、–亚氨基、–硫代,R13是–H、–C1-C10烷基、–(C3-C7)环烷基、–C1-C10(卤代)烷基、–芳基、–C2-C10烯基、–C2-C10、–C2-C10炔基、–C1-C10(芳基)烷基、–C2-C10(芳基)烯基、–C2-C10(芳基)炔基、–C1-C10(羟基)烷基、–C1-C10烷氧基、–C1-C10(氨基)烷基、–异氰酸酯基、–叠氮基、–亚氨、–硫代、–烯氧基、–炔氧基、–芳香氧基、–芳烷氧基、–杂芳氧基、–酰氧基、–烷氧氨基、–烯氨基、–炔氨基、–芳氨基、–芳烷氨基、–杂芳氨基、–磺酰胺基、–杂环烷基、–杂芳基。
在某些实施例中,这种天然农药是以下结构的化合物:
在此,R1是OH或α-H;R2是β-H或OH。在某些实施例中,R1=OH,R2=β-H。在某些实施例中,R1=α-H,R2=OH。在某些实施例中,R1=OH,R2=OH。在某些实施例中,R1=α-H,R2=β-H。这些化合物可以通过提取分离从植物材料中得到,也可以通过化学合成得到。
在此,入侵种可以是任何一种入侵种。在某些实施例中,入侵种可以是水生植物。在某些实施例中,入侵水生物种可以是速生槐叶萍(Salvinia adnata Desvaux)、美洲槐叶萍(S.auriculata Aublet)、二裂槐叶萍(S.biloba Raddi)、酒杯槐叶萍(S.cucullata Roxb.ex Bory)、杯形槐叶萍(S.cyathiformis Maxon)、箭叶槐叶萍(S.hastata Desvaux)、赫尔佐克槐叶萍(S.herzogiide la Sota)、马丁槐叶萍(S.martynii Kopp)、小槐叶萍(S.minima Baker)、人厌槐叶萍(S.molesta)、槐叶萍(S.natans L.)Allioni)、南美槐叶萍(S.nymphellula Desvaux)、椭圆槐叶萍(S.oblongifolia Martius)、齿舌槐叶萍(S.radula Baker)、圆叶槐叶萍(S.rotundifolia Willd.)、大圆杯槐叶萍(S.sprucei Kuhn)、美洲满江红(Azolla caroliniana Willd.)(满江红科,有时满江红属也被归属于槐叶萍科)、环状满江红(A.circinataOltz&Hall)、鸡冠满江红(A.cristataKaulf)、细叶满江红(A.filiculoidesLam.)、日本满江红(A.japonicaFranch.&Sav.)、墨西哥满江红(A.Mexicana C.Presl)、小叶满江红(A.microphylla Kaulf)、尼罗满江红(A.nilotica Decne.ex Mett.)、羽叶满江红(A.pinnata R.Br.)、大洋洲满江红(A.rubra R.Br.)、小浮萍(Lemna minuta Kunth)(天南星科)、空心莲子草(Alternanthera philoxeroides(Matt.)Griseb.)(苋科)、芋头(Colocasia esculenta(L.)Schott)(天南星科)、水葫芦(Eichhornia Crassipes(Martius)Solms)(雨久花科)、软水草(Hydrilla verticillata(L.f.)Royle)(水鳖科)、小狮子草(Hygrophila polysperma Anderson)(爵床科)、膜稃草(Hymenachne amplexicaulis(Rudge)Nees)(禾本科)、蕹菜(Ipomoea aquatica Forssk)(旋花科),穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)(小二仙草科)、铺地黍(Panicum repens L.)(禾本科)、象草(Pennisetum purpureum Schumach)(禾本科)、水浮莲(Pistia stratiotes L.)(天南星科)、或者尾稃草(Urochloa mutica(Forssk.)T.Q.Nguyen)(禾本科)。在某些特殊的实施例中,入侵植物可以是人厌槐叶萍、小槐叶萍、美洲满江红、小浮萍、水葫芦、或水浮莲。
这里,入侵种可以是任何一种入侵种。在某些实施例中,入侵种可以是陆生植物。在某些实施例中,入侵植物是黑荆树(Acacia mearnsiiDe Wild)(豆科)、苦蒿(Acroptilon repens(L.)DC.)(菊科)、臭椿(Ailanthus altissima(P.Mill.)Swingle)(苦木科)、木通(Akebia quinata(Houtt.)Decne.)(木通科)、合欢(Albizia julibrissin Durazz.)(豆科)、葱芥(Alliaria petiolata(M.Bieb.)Cavara&Grande)(十字花科)、蛇葡萄根(Ampelopsis brevipedunculata(Maxim.)Trautv.)(葡萄科)、朱砂根(Ardisia crenata Sims)(紫金牛科)、芦竹(Arundo donax L.)(禾本科)、日本小檗(Berberis thunbergii DC.)(小檗科)、旱雀麦(Bromus tectorum L.)(禾本科)、构树(Broussonetia papyrifera(L.)L’Hér.ex Vent.)(桑科)、毛群心菜(Cardaria pubescens(C.A.Mey.)Jarmolenko)(十字花科)、麝香蓟(Carduus nutans L.)(菊科)、南蛇藤(Celastrus orbiculatus Thunb.)(卫矛科)、斑点矢车菊(Centaurea stoebe L.spp.micranthos(Gugler)Hayek)(菊科)、黄矢车菊(C.solstitialis L.)、白矢车菊(C.diffusa Lam.)、星苞矢车菊(C.calcitrapa L.)(菊科)、号角树(Cecropia peltata L.)(荨麻科)、飞机草(Chromolaena odorata(L.)King&H.E.Robins)(菊科)、鸡纳树(Cinchona pubescens Vahl)(茜草科)、水葫芦(雨久花科)、樟树(Cinnamomum camphora(L.)J.Presl)(樟科)、丝路蓟(Cirsium arvense(L.)Scop.)(菊科)、毛野牡丹藤(Clidemia hirta(L.)D.Don(野牡丹科)、红花琉璃草(Cynoglossum officinale L.)(紫草科)、(Cytisus scoparius(L.)Link)(豆科)、参薯(Dioscorea alata L.、黄独(D.bulbifera L.)、或薯蓣(D.oppositifolia L.)(薯蓣科)、起绒草(Dipsacus fullonum L.)(川续断科)、沙枣(Elaeagnus angustifolia L.)、胡颓子(E.pungens Thunb.)、或小叶胡颓子(E.umbellata Thunb.)(胡颓子科)、匍匐披碱草(Elymus repens(L.)Gould)(禾本科)、弯叶画眉(Eragrostis curvula(Schrad.)Nees)(禾本科)、卫矛(Euonymus alatus(Thunb.)Sieb.)或扶芳藤(E.fortunei(Tursz.)Hand.-Maz.)(卫矛科)、乳浆大戟(Euphorbia esula L.)(大戟科)、梧桐(Firmiana simplex(L.)W.Wright)(梧桐科)、欧鼠李(Frangula alnus Mill.)(鼠李科)、常春藤(Hedera colchica(K.Koch)K.Koch、洋常春藤(H.helix L.H.hibernica(G.Kirchn.)Bean)(天南星科)、红丝姜花(Hedychium gardnerianumSheppard ex Ker Gawl)(姜科)、大叶牛防风(Heracleum mantegazzianum Sommier&Levier)(伞形科)、猿尾藤(Hiptage benghalensis(L.)Kurz)金虎尾科)、白茅(Imperata cykindrica(L.)P.Beauv.)(禾本科)、胡枝子(Lespedeza bicolor Turcz.L.cuneata(Dum.Cours.)G.Don、or.L.thunbergii(DC.)Nakai)(蝶形花科)、日本女贞(Ligustrum japonicum Thunb.、L.lucidum Ait.)、水蜡树(L.obtusifolium Sieb.&Zucc.)、卵叶女贞(L.ovalifolium Hassk.)、小蜡(L.sinense Lour.)、或欧洲女贞(L.vulgare L.)(木樨科)、柳穿鱼(Linaria dalmatica(L.)Mill.)、新疆柳穿鱼(L.vulgaris Mill.)(玄参科)、短葶山麦冬(Liriope muscari(Decne.)L.H.Bailey)(百合科)、贝拉忍冬(Lonicera x bella Zabel)、郁香忍冬(L.fragantissima Lindl.&Paxon)、日本忍冬(L.japonica Thunb.、L.maackii(Rupr.)Herder)、莫罗忍冬(L.morrowii A.Gray)、新疆忍冬(L.tatarica L.)(忍冬科),海金沙(Lygodium japonicum(Thunb.)Sw.)和小叶海金沙(L.microphyllum(Cav.)R.Br.)(海金沙科)、银合欢(Leucaena leucocephala(Lam.)de Wit.)(豆科)、千屈菜(Lythrum salicaria L.)(千屈菜科)、阔叶十大功劳(Mahonia bealei(Fortune)Carrière)(小檗科)、苦楝(Melia azedarach L.)(楝科)、柔枝莠竹(Microstegium vimineum(Trin.)A.Camus)(禾本科)、含羞草(Mimosa pigra L.)(豆科)、芒草(Miscanthus sinensis Andersson)(豆科)、火树(Morella faya Aiton)(杨梅科)、南天竹(Nandina domestica Thunb.)(小檗科)、大翅蓟(Onopordum acanthium L.)(菊科)、缩刺团扇(Opuntia stricta(Haw.)Haw)(仙人掌科)、毛泡桐(Paulownia tomentosa(Thnb.)Sieb.&Zucc.ex Zucc.)(泡桐科)、罗汉竹(Phyllostachys aurea Carr.ex A.&C.Rivière)(禾本科)、海岸松(Pinus pinaster Aiton)(松科)、虎杖(Polygonum cuspidatum Siebold&Zucc)(远志科)、枳(Poncirus trifoliata(L.)Raf)(芸香科)、腺牧豆树(Prosopis glandulosa Torr.)(豆科)、草莓番石榴(Psidium cattleianum Sabine)(桃金娘科)、山葛(Pueraria montana(Lour.)Merr.(synonyms:P.lobata(Willd.)Ohwi)、葛麻姆(P.montana var.lobata(Willd.)Maesen&S.Almeida)(豆科)、赤梨(Pyrus calleryana Decne.)(蔷薇科)、榕叶毛茛(Ranunculus ficaria L.)(毛茛科)、药鼠李(Rhamnus cathartica L.)(鼠李科)、硕苞蔷薇(Rosa bracteata J.C.Wendl.)、金樱子(R.laevigata)、或蔷薇(R.multiflora Thunb.、ex Murr.)(蔷薇科)、椭圆悬钩子(Rubus ellipticus Sm.)(蔷薇科)、苇状羊茅(Schedonorus phoenix(Scop.)Holub.)(禾本科)、巴西胡椒(漆树科)、绣球小冠花(Securigera varia(L.)Lassen)(豆科)、毛茄(Solanium viarum Dunal)(茄科)、一枝黄花(Solidago canadensis L.)(菊科)、石茅(Sorhum halepense(L.)Pers.)(禾本科)、火焰树(Spathodea campanulataP.Beauv.)(紫葳科)、南洋蟛蜞菊(Sphagneticola trilobata L.)(菊科)、粉花绣线菊(Spiraea japonica L.f.)(蔷薇科)、多枝柽柳(Tamarix ramosissimaLedeb.)(柽柳科),独脚金(Striga asiatica(L.)Kuntze)(玄参科)、野麦(Taeniatherum caput-medusae(L.)Nevski)(禾本科)、乌桕(Triadica sebifera(L.)Small(synonym:Sepium sebiferum(L.)Roxb.)(大戟科)、款冬(Tussiliago farfara L.)(菊科)、油桐(Vernicia fordii(Hemsl.)Airy-Shaw)(大戟科),蔓长春花(Vinca major L.)或小长春花(V.minor L.)(夹竹桃科)、白埔姜(Vitex rotundifolia L.f.)(马鞭草科)、荆豆(Ulex europaeus L.)(豆科)、多花紫藤(Wisteria floribunda(Willd.)DC.)、或紫藤(W.sinensis(Sims)DC.)(豆科)。
入侵种可以是任何一种入侵种。在某些实施例中,入侵的昆虫是一种蚂蚁。在某些实施例中,入侵种是入侵种是葱邻菜蛾(Acrolepiopsis assectella)(伪菜蛾科)、白蜡窄吉丁(Agrilus planipennis)(吉丁虫科)、金龟子(Anomala orientalis)(金龟子科)、星天牛(Anoplophora chinensis)、光肩星天牛(A.glabripennis)(天牛科)、意大利蜜蜂(Apis mellifera)(蜜蜂科)、汉马夜蛾(Autographa gamma)(夜蛾科)、橄榄果蝇(Bactrocera oleae)(实蝇科)、熊蜂(Bombus terrestris)(蜜蜂科)、仙人掌螟(Cactoblastis cactorum)(螟蛾科)、地中海实蝇(Ceratitis capitate)(实蝇科)、柏蚜(Cinara cupressi)(蚜科)、台湾家白蚁(Coptotermes formosanus)、印缅乳白蚁(C.gestroi)(犀白蚁科)、象鼻虫(Curculio nucum)、榛象鼻虫(C.occidentis)(象甲科)、俄罗斯小麦蚜虫(Diuraphis noxia)(蚜科)、栗瘿蜂(Dryocosmus kuriphilus)(瘿蜂科)、苹浅褐卷蛾(Epiphyas postvittana)(卷蛾科)、长尾管食蚜蝇(Eristalis tenax)(食蚜蝇科)、茶翅蝽(Halyomorpha halys)(蝽科)、棉铃虫(Helicoverpa armigera)(夜蛾科)、琉璃叶蝉(Homalodisca vitripennis)(瓢虫科)、北美家天牛(Hylotrupes bajulus)(天牛科)、小木白蚁(Incisitermes minor)(木白蚁科)、毛蚁(Lasius neglectus)(蚁科)、科罗拉多金花虫(Leptinotarsa decemlineata)(金花虫科)、球果虫(Leptoglossus occidentalis)(缘蝽科)、阿根廷蚁(Linepithema humile)(蚁科)、舞毒蛾(Lymantria dispar)(裳蛾科)、甘蓝夜蛾(Mamestra brassicae)(夜蛾科)、细纹小家蚁(Monomorium destructor)(蚁科)、小黄家蚁(Monomorium pharaonic)(蚁科)、小红蚁(Myrmica rubra)(蚁科)、冬尺蛾(Operophtera brumata)(尺蛾科)、玉米螟(Ostrinia nubilalis)(草螟蛾科)、棉籽长蝽(Oxycarenus hyalinipennis)(长蝽科)、红铃虫(Pectinophora gossypiella)(麦蛾科)、欧洲粉蝶(Pieris brassicae)(粉蝶科)、造纸胡蜂(Polistes dominula)(胡蜂科)、欧洲金龟(Rhizotrogus majalis)(金龟子科)、椰子大象鼻虫(Rhynchophorus ferrugineus)(象鼻虫科)、美洲沙漠蝗(Schistocerca nitens)(蝗科)、茶黄蓟马(Scirtothrips dorsalis)(蓟马科)、松树蜂(Sirex noctilio)(树蜂科)、玉米象(Sitophilus zeamais)(象鼻虫科)、红火蚁(Solenopsis invicta)、火蚁(S.saevissima)(蚁科)、Tetrops praeustus(天牛科)、棕榈黄蓟马(Thrips palmi)(蓟马科)、烟扁角树蜂(Tremex fuscicornis)(树蜂科)、谷斑皮蠹(Trogoderma granarium)(皮蠹科)、墨胸胡蜂(Vespa velutina)(胡蜂科)、德国黄胡蜂(Vespula germanica)(胡蜂科)、小火蚁(Wasmannia auropunctata)(蚁科)、石果材小蠹(Xyleborus glabratus)(象鼻虫科)。
这种天然农药可以某种适当的方式施用。在某些实施例中,含有这种天然农药的组合物施用在侵染有槐叶萍的水体或者附近的湿地区域。在某些实施例中,含有这种天然农药的组合物被施用于某些装置(如船)以控制槐叶萍。在某些实施例中,含有这种天然农药的组合物被施用于某些物体或装置(如船)以防止槐叶萍侵染。在某些实施例中,含有这种天然农药的组合物被施用于表面。在某些实施例中,含有这种天然农药的组合物被施用于入侵植物表面。在某些实施例中,含有这种天然农药的组合物被施用于入侵植物上面。在某些实施例中,含有这种天然农药的组合物被施用于入侵植物周围。在某些实施例中,含有这种天然农药的组合物溶解于入侵植物周边的水中。
在某些实施例中,施用这种天然农药不增加任何外源的化学物质到入侵植物的生态系统中。在某些实施例中,制备含有这种天然农药的组合物可通过切、搅、混合、压榨目标入侵种的新鲜材料获得,不需要溶剂。在某些实施例中,制备含有这种天然农药的组合物可利用需要处理区域水体的或者周边的水来提取干燥的植物材料。在某些实施例中,含有这种天然农药的组合物中可以加入不具有生物活性的表面活性剂。
这种天然农药可以手动或或者使用设备施用。经过切、搅、混合、压榨步骤生产植物汁液提取物后的残渣中的植物已被灭活,可通过机械倾倒回水体。
在某些是实施例中,这种天然农药最好在生产之后立即使用。在某些实施例中,这种天然农药最好在生产之后立即或数小时之内使用。在某些实施例中,这种天然农药最好在生产之后1周之内使用。在某些实施例中,这种天然农药特别是在液体形式下在4℃冷藏条件下可放置数月,仍能有效抑制入侵种。在某些实施例中,这种天然农药特别是在固体形式下常温条件下可放置数月,仍能有效抑制入侵种。
在某些是实施例中,这种天然农药可以单独使用。在某些是实施例中,这种天然农药可与一种或多种试剂混合使用。在某些是实施例中,可混合使用的试剂包括甲酸、乙酸、敌草快、草甘膦、接触型除草剂、其他生物灭除剂、槐叶萍象鼻虫、或者其他生物控制试剂。
这种天然农药可在组合物中以任何适合的浓度形式存在。在某些实施例中,组合物含0.001、0.01、0.1、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、96、97、98、99、或100%(重量百分比)的天然农药。在某些实施例中,组合物含0.01%到0.5%(重量百分比)的天然农药。在某些实施例中,组合物含0.1%(重量百分比)的天然农药。
并且,所公开的还包括所述的组合物,以及包含有组合物的相关的形式。
当用于化合物上下文时,“氢”指-H;“羟基”指-OH;“酮基”指=O;“卤素”指独立的-F,-Cl,-Br或-I;“氨基”指-NH2;“羟氨基”指-NHOH;“硝基”指-NO2;亚氨基指=NH;“氰基”指-CN;“异氰酸酯”指-N=C=O;“叠氮”指-N3;单键状态下“磷酸基”指-OP(O)(OH)2或去质子状态;双键状态下“磷酸基”指-OP(O)(OH)O-或去质子状态;“硫基”指-SH;“硫代”指=S;“磺酰基”指-S(O)2-;“亚磺酰基”指-S(O)-。
在谈到化学结构式时,符号“-”指单键,“=”指双键;“≡”指三键。符号“----”代表如果该位置存在化学键的话是单键或双键。符号表示单键或双键。例如,结构包括这应在相关技术人员的理解范围以内。符号当画在垂直交叉于某化学键上时表示化学基团的连接点。需要指出的,这种连接方式通常用于连接比较大一些的基团,以便于读者能快速准确地辨别结合点。符号指连接在粗线端的单键是“朝向纸面外”。符号指连接在粗线端的单键是“朝向纸面内”。符号指单键所连接的形式的构型(可以是R或S)或构象(可以是E或Z)不定.
本专利中,任何在化学结构中的原子上未定义的价态代表一个氢原子连接在该原子上。基团“R”有时显示为环上“浮动基团”,如在下结构式中,
基团R可以取代任意氢原子连接在环上,包括已画出或未描绘的氢原子或其他明确定义的氢原子,只要形成的结构是稳定的。基团“R”有时显示为融合环上的“浮动基团”,如在下结构式中,
除非特别说明,基团R可以取代任意氢原子连接在任何一个融合环上。可取代的氢原子包括已经描绘出的氢原子(如上结构式中和氮原子连接的氢原子),隐藏的氢原子(如上结构式没有显示但理解上肯定存在的氢原子),明确定义的氢原子,以及根据环上原子的具体情况可变化的氢(如某个氢原子与X基团连接,其中X基团为-CH-),总之,只要形成的结构是稳定的。在以上的融合环的例子中,基团R可以在五元或六元环上。基团“R”的下标字母“y”代表一个数字变量。除非特别说明,这个变量可以是0、1、2,或者任何一个比2大的整数,这个整数仅受环上所取代的氢原子的最大个数限制。
在表示某类基团或结构类型时,括号内的下标的定义如下:“(Cn)”表示碳原子在基团或类型中具体个数;“(C≤n)”基团或类型中最大可能的碳原子数,其最少碳原子数数目是对该基团来说尽可能小的数字,如对于基团“烯基(C≤8)”或类型“烯烃(C≤8)”来说,最小的数字是2。例如,“烷氧基(C≤10)”表示具有1到10个碳原子的烷氧基团(如1、2、3、4、5、6、7、8、9、或10,或者任何一个可能的范围(如3到10个碳原子))。(Cn-n′)中,(n)表示最少可能碳原子,(n′)表示最多可能碳原子。同理,“炔基(C2-10)”表示具有2到10个碳原子的炔基(如2、3、4、5、6、7、8、9、或10,或者任何一个可能的范围(如3到10个碳原子))。
术语“饱和的”指化合物或基团不具有碳-碳双键和碳-碳三键,除非有特别备注。该术语不排除碳-杂多重键,例如碳氧双键或碳氮双键。此外,也不排除碳-碳双键可能会出现由于酮-烯醇互变异构或亚胺/烯胺互变异构。
术语“脂肪族”在没有“取代的”情况下,表示化合物/类型是无环或环状的,但非芳香环化合物或基团。在脂肪族化合物/基团中,碳原子可以连接成直链,支链,或非芳香环(脂环族)。脂族化合物/基团可以是饱和的,即通过单键(烷烃/烷基)连接,或不饱和连接,即一个或多个双键(链烯烃/链烯基)或被一个或多个三键(炔/炔基)。术语“脂肪族”在没有“取代的”情况下,说明仅有碳和氢原子存在。术语“脂肪族”在有“取代的”情形下,其中的一个或多个氢原子可分别被以下基团取代:-OH,-F,-Cl,-Br,-I,-NH2,-NO2,-CO2H,-CO2CH3,-CN,-SH,-OCH3,-OCH2CH3,–C(O)CH3,-N(CH3)2,–C(O)NH2,–OC(O)CH3,或–S(O)2NH2。
术语“烷基”在没有“取代的”情形下是指与一个碳原子连接的一价的饱和脂肪族基团,可以是直链或支链的,环状或无环结构,除碳和氢外没有其他原子。因此,如本文所用的环烷基包括在烷基的范围内。-CH3(Me),-CH2CH3(Et),-CH2CH2CH3(n-Pr),-CH(CH3)2(iso-Pr),-CH(CH2)2(环丙基),-CH2CH2CH2CH3(n-Bu),-CH(CH3)CH2CH3(sec-丁基),-CH2CH(CH3)2(iso-丁基),-C(CH3)3(tert-丁基),-CH2C(CH3)3(neo-戊基),环丁基,环戊基,环己基,环己基甲基是烷基基团非限制性的例子。在没有“取代的”情形下,术语“亚烷基”是指二价的饱和脂肪族基团与一个或两个饱和碳原子连接,可以是直链或支链的,环状或无环结构,没有碳-碳双键或三键,除碳和氢外没有其他原子。基团-CH2-(亚甲基),-CH2CH2-,-CH2C(CH3)2CH2-,-CH2CH2CH2-,是亚烷基基团非限制性的例子。在没有“取代的”情形下,术语“亚烷基”是指=CRR′,其中R和R′是独立的氢,或者烷基,或者R和R'一起代表具有至少两个碳原子的亚烷基。“亚烷基”非限制性的实例可以是:=CH2,=CH(CH2CH3),和=C(CH3)2.当这些术语在有“取代的”情形下,其中的一个或多个氢原子可分别被以下基团取代:-OH,-F,-Cl,-Br,-I,-NH2,-NO2,-CO2H,-CO2CH3,-CN,-SH,-OCH3,-OCH2CH3,–C(O)CH3,-N(CH3)2,–C(O)NH2,–OC(O)CH3,或者–S(O)2NH2。以下基团是烷基的非限制性实例:-CH2OH,-CH2Cl,-CF3,-CH2CN,-CH2C(O)OH,-CH2C(O)OCH3,-CH2C(O)NH2,-CH2C(O)CH3,-CH2OCH3,-CH2OC(O)CH3,-CH2NH2,-CH2N(CH3)2,以及-CH2CH2Cl。术语“卤代烷基”是取代的烷基的一个子集,其中一个或多个氢原子被卤素基团取代,除了碳、氢和卤素没有其他的原子存在。-CH2Cl是卤代烷基一个非限制性实例。一个“烷烃”指的是具有H-R结构的化合物,其中R是烷基。术语“氟烷基”是取代烷基的一个子集,其中一个或多个氢被氟取代,除了碳、氢和氟没有其他的原子存在。-CH2F,-CF3,-CH2CF3是卤代烷基非限制性实例。一个“烷烃”指的是化合物H-R,其中R是烷基。
术语“烯基”在没有“取代的”情形下是指与一个碳原子连接的一价的不饱和脂肪族基团,可以是直链或支链的,环状或无环结构,至少有一个非芳香碳-碳双键,没有碳-碳三键,除碳和氢外没有其他原子。烯基的非限制性实例包括:-CH=CH2(乙烯基),-CH=CHCH3,-CH=CHCH2CH3,-CH2CH=CH2(烯丙基),-CH2CH=CHCH3,和-CH=CH-C6H5。术语“亚烯基”在没有“取代的”情形下是指与两个碳原子连接的二价的不饱和脂肪族基团,可以是直链或支链的,环状或无环结构,至少有一个非芳香碳-碳双键,没有碳-碳三键,除碳和氢外没有其他原子。-CH=CH-,-CH=C(CH3)CH2-,-CH=CHCH2-,是亚烯基的非限制性实例。当术语在有“取代的”情形下,其中的一个或多个氢原子可分别被以下基团取代:-OH,-F,-Cl,-Br,-I,-NH2,-NO2,-CO2H,-CO2CH3,-CN,-SH,-OCH3,-OCH2CH3,–C(O)CH3,-N(CH3)2,–C(O)NH2,–OC(O)CH3,或–S(O)2NH2。基团-CH=CHF,-CH=CHCl和-CH=CHBr是取代烯基的非限制性实例。一个“烯烃”指的是化合物H-R,其中R是烯基。
术语“炔基”在没有“取代的”情形下是指与一个碳原子连接的一价的不饱和脂肪族基团,可以是直链或支链的,环状或无环结构,至少有一个碳-碳三键,除碳和氢外没有其他原子。炔基使用是不排除其他一个或多个非芳香双键的存在。-C≡CH,-C≡CCH3,-CH2C≡CCH3是炔基的非限制性实例。当炔基在有“取代的”情形下,其中的一个或多个氢原子可分别被以下基团取代:-OH,-F,-Cl,-Br,-I,-NH2,-NO2,-CO2H,-CO2CH3,-CN,-SH,-OCH3,-OCH2CH3,–C(O)CH3,-N(CH3)2,–C(O)NH2,–OC(O)CH3,或–S(O)2NH2。基团-CH=CHF,-CH=CHCl和-CH=CHBr是取代烯基的非限制性实例。一个“炔烃“指的是化合物H-R,其中R是炔基。
术语“芳基”在没有“取代的”情形下是指以芳香环上的一个碳原子为连接点的单价不饱和芳香基团,这个碳原子可以是一个或多个六元环上的部分,环上都是碳原子,整个基团除了碳和氢没有其他的原子。如果多于一个环的情形,这些环可以是稠和状态也可以是非稠和状态。并且,术语“芳基”不排除一个或多个烷基(碳原子数目允许的情形下)连接在第一个或另外的芳环上。芳环的非限制性实例包括,苯基(Ph),甲苯基,(二甲基)苯基,-C6H4CH2CH3(乙苯基),萘基和从联苯衍生的单价基团。没有“取代的”改性剂时,术语“芳二基”是指二价芳香基团,在没有“取代的”情形下是指以芳香环上的一个碳原子为连接点的二价不饱和芳香基团,这个碳原子可以是一个或多个六元环上的部分,环上都是碳原子,整个基团除了碳和氢没有其他的原子。具有两个芳族碳原子作为连接点,所述碳原子构成一个或一个以上六元芳环结构(多个)的一部分,其中环原子均为碳,并且其中单价基不包含除碳和氢之外的。该术语不排除不排除一个或多个烷基(碳原子数目允许的情形下)连接在第一个或另外的芳环上。如果多于一个环的情形,这些环可以是稠和状态也可以是非稠和状态。芳二基的非限制性实例包括:
当这些术语在有“取代的”情形下,其中的一个或多个氢原子可分别被以下基团取代:-OH,-F,-Cl,-Br,-I,-NH2,-NO2,-CO2H,-CO2CH3,-CN,-SH,-OCH3,-OCH2CH3,–C(O)CH3,-N(CH3)2,–C(O)NH2,–OC(O)CH3,或–S(O)2NH2。“芳烃”指化合物H-R,其中R是芳基。
在没有“取代的”情形下,术语“芳烷基”是指单价基团-亚烷基-芳基,亚烷基和芳香基如前所述。芳烷基的非限制性实例包括:甲苯基,2-苯基-乙基。当该术语在有“取代的”情形下,芳香环或亚烷基上的一个或多个氢原子可分别被以下基团取代:-OH,-F,-Cl,-Br,-I,-NH2,-NO2,-CO2H,-CO2CH3,-CN,-SH,-OCH3,-OCH2CH3,–C(O)CH3,-N(CH3)2,–C(O)NH2,–OC(O)CH3,或–S(O)2NH2。取代的芳烷基的非限制性实例是:(3-氯苯基)-甲基和2-氯-2-乙苯基-1-基。
术语“杂芳基”在没有“取代的”情形下,是指一个通过芳香环上的碳原子或者氮原子连接的单价的芳香基团,这里所说的碳原子或氮原子归属于一个或多个芳香环,环上至少有一个氮原子、氧原子或者硫原子,“杂芳基”中包括碳原子、氢原子、芳香氮原子、芳香氧原子、芳香硫原子。本术语不排除一个或多个烷基、芳香基、和/或烷芳基连接在芳香环上的情形。如果一个以上的环存在时,环可以是稠合的或不稠合的。非限制性的杂芳基的实例包括:呋喃基,咪唑基,吲哚基,吲唑基,异恶唑基,甲基吡啶基,恶唑基,苯基砒啶基,吡啶基,吡咯基,嘧啶基,吡嗪基,喹啉基,喹唑啉基,喹喔啉基,三嗪基,四唑基,噻唑基,噻吩基和三唑基。术语“亚杂芳基”在没有“取代的”情形下,指一个通过芳香环上的两个芳香碳原子、两个芳香氮原子,或者一个芳香碳原子一个芳香氮原子连接的二价的芳香基团,这里所说的原子可以在一个环上或归属于多个环,但至少环上的一个原子是氮,氧或硫,这个二价基团包括碳原子、氢原子、芳香氮原子、芳香氧原子、芳香硫原子。该术语不排除一个或多个烷基,芳基和/或芳烷基连接于芳环或芳环体系上(碳原子数的限制允许的情况下)。如果一个以上的环存在时,环可以是稠合的或不稠合。非限制性的亚杂芳基基团的实例包括:
当这些术语在有“取代的”情形下,其中的一个或多个氢原子可分别被以下基团取代:-OH,-F,-Cl,-Br,-I,-NH2,-NO2,-CO2H,-CO2CH3,-CN,-SH,-OCH3,-OCH2CH3,–C(O)CH3,-N(CH3)2,–C(O)NH2,–OC(O)CH3,或–S(O)2NH2。
在没有“取代的”情形下,术语“杂环烷基”是指以碳原子或氮原子为连接点的单价非芳香基团,这里所说的碳原子或氮原子是一个或更多非芳香环上的原子,环上至少有一个原子是氮、氧或硫,“杂环烷基”中除碳原子、氢原子、氮原子、氧原子、硫原子外无其他原子。本术语不排除一个或多个烷基连接在环上的情形(只要碳原子数目允许)。如果一个以上的环存在时,环可以是稠合的或不稠合的。杂环烷基的非限制性实例包括吖丙啶基,氮杂环丁烷基,吡咯烷基,哌啶基,哌嗪基,吗啉基,硫代吗啉基,四氢呋喃基,四氢噻吩基,四氢吡喃基,和吡喃基。当术语“杂环烷基”在有“取代的”情形下,其中的一个或多个氢原子可分别被以下基团取代:-OH,-F,-Cl,-Br,-I,-NH2,-NO2,-CO2H,-CO2CH3,-CN,-SH,-OCH3,-OCH2CH3,–C(O)CH3,-N(CH3)2,–C(O)NH2,–OC(O)CH3,或–S(O)2NH2。
术语“酰基”在没有“取代的”情形下,是指基团-C(O)R,其中R是氢,烷基,芳基,芳烷基或杂芳基(如前所述)。酰基的非限制性实例有:-CHO,-C(O)CH3(乙酰基,Ac),-C(O)CH2CH3,-C(O)CH2CH2CH3,-C(O)CH(CH3)2,-C(O)CH(CH2)2,-C(O)C6H5,-C(O)C6H4CH3,-C(O)CH2C6H5,-C(O)(咪唑基)。“硫代酰基”以类似的方式定义,所不同的是基团-C(O)R的氧原子被置换为硫原子,变成-C(S)R。当这些术语在有“取代的”情形下,其中的一个或多个氢原子(包括与羰基或硫代羰基直接相连的氢原子)可分别被以下基团取代:OH,-F,-Cl,-Br,-I,-NH2,-NO2,-CO2H,-CO2CH3,-CN,-SH,-OCH3,-OCH2CH3,–C(O)CH3,-N(CH3)2,–C(O)NH2,–OC(O)CH3,或–S(O)2NH2。取代酰基的非限制性实例有:-C(O)CH2CF3,-CO2H(羧基),-CO2CH3(甲基羧基),-CO2CH2CH3,-C(O)NH2(氨基甲酰基),以及-CON(CH3)2。
术语“烷氧基”在没有“取代的”情形下,是指基团-OR,其中R是如前所述的烷基。烷氧基的非限制性实例包括::-OCH3(甲氧基),-OCH2CH3(乙氧基),-OCH2CH2CH3,-OCH(CH3)2(异丙氧基),-OCH(CH2)2,-O-环戊基,-O-环己基。术语“烯氧基”,“炔氧基”,“芳氧基”,“芳烷氧基”,“杂芳氧基”和“酰氧基”,在没有“取代的”情形下,是指基团-OR,其中R分别是链烯基,炔基,芳基,芳烷基,杂芳基和酰基。术语“亚烷氧基”是指二价基团-O-亚烷-,-O-亚烷-O-,或-亚烷-O-亚烷-。没有“取代的”情形下,术语“烷硫基”和“酰硫基”是指基团-SR,其中R分别是烷基和酰基。当这些术语在有“取代的”情形下,其中的一个或多个氢原子可分别被以下基团取代:-OH,-F,-Cl,-Br,-I,-NH2,-NO2,-CO2H,-CO2CH3,-CN,-SH,-OCH3,-OCH2CH3,–C(O)CH3,-N(CH3)2,–C(O)NH2,–OC(O)CH3,或–S(O)2NH2。术语“醇”对应以上定义的烷基中,至少一个氢原子被羟基取代。
术语“烷氨基”在用于没有“取代”基团时是指基团-NHR,其中R是如上所定义的烷基。“烷氨基”的例子包括但不局限于-NHCH3和-NHCH2CH3。在没有“取代”基团的情形下,术语“亚烷基氨基”是指基团-NRR',其中R和R'可以是相同或不同的烷基,或R和R'可以一起代表一个亚烷基。“亚烷基氨基”的例子包括但不局限于:-N(CH3)2,-N(CH3)(CH2CH3),和N-亚烷基吡咯。术语“烷氧基氨基”,“链烯基”,“炔氨基”,“芳氨基”,“芳烷基”,“杂芳基氨基”和“烷基磺酰基”在没有“取代”基团的情形下,是指基团-NHR,其中R分别是烷氧基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、杂芳基和烷基磺酰基。芳氨基的的例子包括但不局限于-NHC6H5。术语“酰氨基”,在没有“取代”基团的情形下,指基团-NHR,其中R是酰基,“酰氨基”的例子包括但不局限于NHC(O)CH3。术语“烷基亚氨基”在没有“取代”基团的情形下是指二价基团=NR,其中R是如上所定义的烷基。术语“亚烷基氨基”是指二价基团-NH-亚烷基-,-NH-亚烷基-NH-或–亚烷基-NH-亚烷基-。当任何这些术语在没有“取代”基团的情形下,一个或多个氢原子可单独被以下基团取代-OH,-F,-Cl,-Br,-I,-NH2,-NO2,-CO2H,-CO2CH3,-CN,-SH,-OCH3,-OCH2CH3,–C(O)CH3,-N(CH3)2,–C(O)NH2,–OC(O)CH3,-S(O)2NH2。基团-NHC(O)OCH3和-NHC(O)NHCH3是取代的酰氨基的非限制性实例。
术语“烷基磺酰基”,没有“取代”基团的情形下是指基团-S(O)2R或-S(O)R。在其中R是如前所定义的烷基。术语“烯基磺酰基”,“炔基磺酰基”,“芳基磺酰基”,“芳烷基”和“杂芳”,都以类似的方式定义。当任何这些术语在有“取代”基团的情形下,一个或多个氢原子可以被以下基团取代:-OH,-F,-Cl,-Br,-I,-NH2,-NO2,-CO2H,-CO2CH3,-CN,-SH,-OCH3,-OCH2CH3,–C(O)CH3,-N(CH3)2,–C(O)NH2,–OC(O)CH3,–S(O)2NH2。
在这里,“手性助剂”指反应中影响手性选择的具有手性并方便去除的基团。本领域技术人员熟悉这类化合物,很多手性助剂可以从市场上购买得到。
“入侵种”是指生态系统中本地或外来物种(例如植物,动物包括昆虫),由于它的存在或者引入某生态系统后导致经济损失或环境危害,或者危害人身健康。
“入侵植物物种”或“入侵植物”可以指本地或非本地(外来)入侵植物物种。
“入侵水生物种”或“水生入侵种”指那些生长在水里、水上或者水边的入侵种。
“入侵水生植物”指那些适应于生长在水里、水上或者水边,可以在水下或者部分在水下的入侵植物物种。
“水体”是指地球表面具有显着积水的区域,包括但不仅限于湖泊,池塘,河流,运河,小河,溪流,小溪,沟渠,海湾,河口,沼泽,泥潭,沼泽,湿地,港口,泻湖,水坑,水库,海峡,泉水,游泳池,或者任何有永久积水或者季节性积水的容器或结构。
“槐叶萍”指槐叶萍目(Salviniales)下水生或半水生蕨类,包括以下科:槐叶萍科(Salviniaceae Reichenbach)(槐叶萍属Salvinia Séguier),满江红科(Azollaceae Wettstein)(满江红属Azolla Lamarck)(有时满江红属被置于槐叶萍科下),以及苹科(Marsileaceae Mirbel)(苹属Marsilea L.,线叶苹属Pilularia L.和乳汁苹属Regnellidium Lindm)。
人厌槐叶萍“初生阶段”或“初级生长阶段”是指人厌槐叶萍入侵后的早期阶段,叶面小而平,椭圆形,宽度小于15mm。
人厌槐叶萍“次级阶段”或者“次级生长阶段”是指人厌槐叶萍入侵后的次级阶段,浮叶稍显杯状并且宽度在15mm和50mm之间。
人厌槐叶萍“三级阶段”或者“三级生长阶段”是指人厌槐叶萍入侵后的成熟阶段,浮叶呈多层形式且宽度打开后大于50mm。三级阶段的植物在入侵水面可形成多层厚垫。
“腺体”是指产生分泌物的细胞或者一组细胞或者器官。外分泌型腺体是指即通过管道分泌其产物到上皮表面的腺体。
“毛状体”或“腺毛”是指不同植物器官表面不同植物器官表面单细胞或多细胞的附属物。
“有效”量或浓度是指适当的浓度,当施用于控制入侵种时,足以影响入侵种的生长,繁殖,或者蔓延。
“控制”是指抑制入侵种的生长,繁殖,或者蔓延。在这里,“抑制”某些物种也指延缓,阻断,停止某些物种,不一定要达到彻底消除这些物种。
本专利的一些简写包括:1H-NMR核磁共振氢谱,13C-核磁共振碳谱,ADEQUATE充足敏感双量子谱,Al为铝,Ag为银,B为硼,Ba是钡,Ca是钙,As是砷,Cd是镉,HCOOH是甲酸,CHCl3是氯仿,CH2Cl2是二氯甲烷,CH3COOH是乙酸,CH3CN是乙腈,Co是钴,COSY是相关光谱,Cr是铬,Cu是铜,DMSO是二甲亚砜,EC50指半数最大有效浓度,EtOH是乙醇,FAB MS是快速原子轰击质谱,Fe为铁,g指克,gal是加仑,Glc是葡萄糖,h是小时,H2O是水,Hg是汞,HMBC是异核多键相关谱,HPLC是高效液相色谱,HRESIMS是高分辨率电喷雾电离质谱,HSQC是异核单量子相干光谱,K为钾,kg是公斤,Pa是千帕斯卡,ICP为感应耦合等离子体光谱,L为升,LD50被定义为杀死半数红火蚁的所需剂量,LD90被定义为杀死90%的所需剂量,m为米,MeOH是甲醇,mg是毫克,min是分钟,Mg是镁,mL是毫升,mm为毫米,Mn是锰,Mo是钼,Na是钠,NCPC是美国得克萨斯州纳科多奇斯斯蒂芬奥斯汀州立大学的亚瑟特姆普林业和农业学院国家制药作物中心,NMR是核磁共振,P是磷,Pb是铅,pH值是酸性或水溶液碱度的量度,psi的是磅每平方英寸,ppt是千分之一,s是秒,S是硫,Se是硒,RT是室温(约20℃),“茶包”是指装有干燥粉碎植物样品的袋子,“茶包”是经压缩的没有包装袋的茶包或茶饼,Zn是锌,μg是微克,μL是微升,μM是微摩尔。
“大约”或“大致”定义与相关技术人员的理解接近,在某些没有具体限定的实施例中,“大约”或“大致”定义为10%以内,进一步5%以内,更进一步为1%以内,或者最接近的0.5%以内。
当与“组成”这个词一起使用时,量词“一”指“数量一”,或者“一个或更多”,或者“至少一个”,或者“一个或多于一个”。
“组成”,“具有”,“包括”,“包含”是指包含,但不排除例外或未陈述的要素或步骤。
组合物和方法可由所公开的要素或步骤为主要要素或步骤组成。以基本组成或步骤的构成的组合物和方法是指和本专利要求没有实质性影响和变化的组成和步骤。
可以设想,本专利说明书所讨论的任何实施例可以本发明的任何组合物或方法来实现,反之亦然。此外,本发明的组合物可用于实现本发明的方法。
通过以下本发明的详细描述,其他对象、特征或者优势将显而易见。应有共识的是,以下具体实施例的详细描述只是解说本发明的一种形式。通过本发明的具体描述,在发明的主旨上和范围内进行变化和修改,对于相关技术人员来说,已经显而易见。
下面结合附图,用本发明的实施例来进一步说明本发明的实质性内容。结合图例和图表说明可以更好的理解本发明的内容。
图1,从入侵种人厌槐叶萍(Salvinia molesta)中发现和开发隐毒素及其相关的实验过程。(无效:完全不能控制人厌槐叶萍的生长;有效:在高浓度下可以完全抑制人厌槐叶萍的生长;非常有效:低浓度下就可以完全抑制人厌槐叶萍的生长)。
图2,槐叶萍属(Salvinia)植物为无根,浮动的水生蕨类植物。具有强烈的疏水性浮游叶是其显着特征。在人厌槐叶萍叶子的上表面,有由四个具有它们的根尖细胞连接的多细胞腺毛(称为“毛状体”)以形成蛋搅拌器结构。三个箭头所指的位置为被刀片切除的搅蛋器结构的腺体所在位置。根状沉水叶具有高度分支和多毛的腺体。
图3,温室实验,人厌槐叶萍(Salvinia molesta)干燥样品(简称茶包)对生长在容器中的人厌槐叶萍的影响(误差线代表标准差)。
图4为“茶包”(低排)和对照(上排)实验结果。在温室条件下,将放有400g干重人厌槐叶萍(Salvinia molesta)材料的尼龙袋放在水桶底部,在2周之后,所有的人厌槐叶萍均死亡,在随后的6个月里没有出现新的生长。
图5,用“茶包”处理以后,人厌槐叶萍(Salvinia molesta)的根状沉水叶在水面的叶子变为棕色和死亡之前就受到完全的损伤。
图6,和正常生长坏境下人厌槐叶萍(Salvinia molesta)相比,受到“茶包”水提取物影响的人厌槐叶萍,其上表皮毛状体变得枯萎。枯萎的毛状体能够释放自身的隐毒素,从而增强了“茶包”的生物活性。
图7,照片显示干燥人厌槐叶萍(Salvinia molesta)的水提取物能够在13周里完全消灭其自身。最上排植物没有做任何处理,设置为对照,可以看到其有明显的新的生长。第2排是用0.01%人厌槐叶萍水提取处理的植物,该组植物也有一些新的生长。最底排是用0.1%水提取物处理的植物,所有的植物均死亡,并且在随后的8个月里没有出现新的生长。三个竖排代表三组平行实验。
图8显示的是干燥人厌槐叶萍(Salvinia molesta)的水提取物及其三个分离组分和对照实验对人厌槐叶萍生长的影响。顶排:没有任何处理(对照),第二排:0.1%甲醇洗脱组分处理的植物(所有植物均死亡),第三排:0.1%甲醇/二氯甲烷(1:1)洗脱组分处理的植物,第四排:0.1%水洗脱组分处理的植物,第后排:0.1%干燥人厌槐叶萍的水提取物处理的植物。三个竖排代表三组平行实验。
图9,从人厌槐叶萍(Salvinia molesta)中分离得到的具有生物活性的隐毒素salviniside II结构。
表10,Salviniside II的氢谱和碳谱数据。
图11,用化合物Salviniside II处理过的人厌槐叶萍(Salvinia molesta),在2周里完全死亡。
图12,干燥人厌槐叶萍(Salvinia molesta)水提取物不同保存时间的HPLC谱图。上图为处理当天的谱图,下图为提取物的粉末在室温下保存26周的谱图。高效液相的检测条件为:1100安捷伦高效液相(Eclipse XDB-C18柱:4.6x150mm,3.5μΜ),流速0.6mL/min,检测波长254nm,检测浓度为24kg/L鲜重,进样体积为:3μL。室温保存26周后其总峰面积约为新鲜制备的提取物的70%。
图13,干燥人厌槐叶萍(Salvinia molesta)水提取物的水洗脱组分在制备当天(上图)和冰箱(4℃)保存26周(下图)后的HPLC谱图。高效液相的检测条件为:1100安捷伦高效液相,Eclipse XDB-C18柱(4.6x150mm,3.5μΜ),流速0.6mL/min,检测波长254nm,检测浓度为16kg/L鲜重,进样体积为:50μL。保存26周后其检测总峰面积约为新鲜制备的样品的总峰面积的90%。
图14,添加或者不添加表面活性剂的人厌槐叶萍(Salvinia molesta)的隐毒素均能完全控制其自身的生长。到第3周,用干燥植物制作的“茶包”、添加表面活性剂的干燥植物水提取物和添加表面活性剂的干燥植物水提取物的水洗脱组分处理的植物均死亡,并且在随后的四个月里没有发现新的生长。到第4周,水提取物和该提取物的水洗脱组分处理的植物分别有超过90%和95%的植物死亡(误差线代表标准差)。
图15,和对照实验(左)相比,干燥人厌槐叶萍(Salvinia molesta)做成的“茶包”在3周里面可以完全杀死其自身(右)。
图16,液压压榨的新鲜人厌槐叶萍(Salvinia molesta)汁能够完全控制其自身的生长。添加表面活性剂的液压压榨汁经过两次处理之后能够在4周里完全消灭其自身,并且在这之后没有新的生长。
图17,和对照相比,利用液压压榨出来的新鲜人厌槐叶萍(Salvinia molesta)汁在4周里能够完全消灭其自身。
图18,和对照(左)相比,用液压压榨出来的新鲜人厌槐叶萍(Salvinia molesta)汁对其上表皮毛状体具有明显的损伤(右)。枯萎的毛状体能够释放自身的隐毒素,从而进一步增强了压榨汁的生物活性。
图19,用液压压榨过的新鲜人厌槐叶萍(Salvinia molesta)残渣没有植物能够存活或者在6周里有新的植物生长。(白点为活的小浮萍(Lemna minuta)).
图20,两次处理以后,干燥人厌槐叶萍(Salvinia molesta)的水提取物和液压压榨的新鲜人厌槐叶萍汁均能有效控制其自身的生长(误差线代表标准差)。
图21,干燥人厌槐叶萍(Salvinia molesta)水提取物(上图)和液压压榨的新鲜人厌槐叶萍汁(下图)的HPLC谱图。高效液相的检测条件为:1100安捷伦高效液相,Eclipse XDB-C18柱(4.6x150mm,3.5μΜ),流速0.6mL/min,检测波长254nm,柱温为23℃,水(A)和乙氰(B)梯度洗脱。在前22min,乙氰浓度从2%升到98%,然后保持8min。检测浓度为2kg/L鲜重,进样体积为:50μL.
图22,干燥人厌槐叶萍(Salvinia molesta)水提取物(上图)和液压压榨新鲜人厌槐叶萍汁(下图)的高效液相谱图。检测条件为:带有1260双通道探头的1260安捷伦高效液相,Acclaim HILIC-10柱(4.6x150mm,3.0μΜ),流速0.6mL/min,检测波长230nm,柱温23℃,洗脱条件为乙氰:水(65:35,v/v)。检测浓度40kg/L鲜重,进样体积:20μL。
图23,HPLC谱图显示新鲜人厌槐叶萍(Salvinia molesta)的液压压榨汁在4℃冰箱中放置比在常温下更稳定。保存在4℃冰箱中1、2、和14周后的峰面积分别占新鲜压榨汁的峰面积的70%,66%和60%(误差线代表标准差)。
图24,新鲜人厌槐叶萍(Salvinia molesta)液压压榨汁(上图)和在4℃冰箱中保存14周(下图)的HPLC谱图。高效液相的检测条件为:1100安捷伦高效液相,Eclipse XDB-C18柱(4.6x150mm,3.5μΜ),流速0.6mL/min,检测波长254nm,检测浓度2kg/L鲜重,进样体积:50μL。
图25,Thermo Scientific(ICAP 7200ICP-OES)仪器分析干燥人厌槐叶萍植物和其水提取物中沉淀盐中的金属成分。
图26,干燥人厌槐叶萍(Salvinia molesta)的水提取物能够在6周里完全控制小槐叶萍(Salvinia minima)的生长。
图27,用2.5%或者更高浓度的干燥人厌槐叶萍(Salvinia molesta)水提取物能够抑制美洲满江红(Azolla caroliana)的生长。
图28,干燥小浮萍的水提取物在13周里能够完全消灭人厌槐叶萍。顶排植物为对照,有明显的生长。中间为0.01%小浮萍提取物处理的植物,也有少量的生长。底部是用0.1%小浮萍提取物处理的植物,已经完全死亡并且在随后的8个月里没有新的生长。三个竖排代表三组平行实验。
图29,用干燥小浮萍的水和乙醇提取物处理的人厌槐叶萍与对照组在第13周里每个植物新的生长情况。
图30,在第13周用干燥小浮萍的乙醇提取物处理的人厌槐叶萍完全死亡。顶排植物为对照,有明显的生长。中间为0.01%小浮萍乙醇提取物处理的植物,有少量新的生长。底部为0.1%小浮萍乙醇提取物处理的植物,12个植物已经死亡,3个存活。到第15周,所有用0.1%小浮萍乙醇提取物处理的植物均死亡并且在随后的8个月里没有新的生长。三个竖排代表三组平行实验。
图31,照片显示用干燥小浮萍的水提取物处理的小槐叶萍在第13周完全死亡。顶排植物为对照,中间为0.01%小浮萍提取物处理,最下面为0.1%提取物处理。三个竖排代表三组平行实验。
图32,干燥小浮萍的水或者乙醇提取物以及对照组对小槐叶萍植物的生长影响情况。
图33,图片显示在第13周用0.1%干燥小浮萍的乙醇提取物处理的小槐叶萍完全死亡。顶排植物为对照,有明显的生长。中间的是用0.01%小浮萍乙醇提取物处理的植物,可以发现有新的生长。最下面的是用0.1%小浮萍乙醇提取物处理的植物,大部分均死亡,但是还有小部分存活。三个竖排代表三组平行实验。
图34,用10%的巴西胡椒(Schinus terebinthifolius)提取物和添加表面活性剂的10%的巴西胡椒提取物处理3周大的植物幼苗,均有明显的损伤。而对照组和单独表面活性剂处理的植物均无此现象。到第4周,所以用添加表面活性剂的10%的巴西胡椒提取物处理的6棵幼苗均死亡,而单独用10%的巴西胡椒提取物处理的幼苗中,5棵死亡,1棵顶芽死亡和新叶子枯萎。
图35,用10%乌桕(Triadica sebifera)提取物处理3周大的该植物幼苗和中国女贞(Ligustrum sinense Lour)(木犀科)(右上排),均有明显的损伤。和对照相比(左上排),用10%乌桕果实提取物处理的6棵乌桕幼苗有明显的损伤。但是,乌桕果实提取物对中国女贞没有损伤,同样,中国女贞提取物对乌桕幼苗也没有损伤。
图36,红火蚁(Solenopsis invicta)的丙酮和乙醇提取物对该工蚁的毒性影响实验。结果显示乙醇提取物比丙酮提取物的毒性更明显。在7小时的接触毒性试验中,用1%,5%,和10%浓度的乙醇提取物处理的50只蚂蚁中分别有60%,70%,和80%的蚂蚁死亡。
图37,红火蚁(Solenopsis invicta)的乙醇提取物和甲酸对红火蚁中工蚁的毒性影响。在90min的接触毒性试验中,红火蚁的乙醇提取物和甲酸的混合物比单独提取物或者甲酸对红火蚁具有更好的毒性(误差线代表标准差)。
图38,红火蚁(Solenopsis invicta)的乙醇提取物和甲酸对损伤红火蚁的影响。在90min的接触毒性试验中,联合使用红火蚁的乙醇提取物和甲酸比单独使用对损伤的红火蚁具有更强的毒性(误差线代表标准差)。
图.39,栖北散白蚁(Reticulitermes flavipes)氯仿提取物中化合物甲酸的NMR谱图。实验仪器:JEOL ECS 400核磁。根据文献报告,标准甲酸质子的核磁信号在氢谱中的位置为δ8.02.
图40,甲酸对栖北散白蚁(Reticulitermes flavipes)的影响。1个小时的接触毒性试验,甲酸在较高的浓度(5%或者10%)可以杀死所有的白蚁。7个小时的接触毒性试验,1%甲酸可以杀死40%以上的白蚁。但是,0.1%浓度的甲酸对栖北散白蚁未显示毒性作用。
示例实施方案的详细描述
目前还没有利用入侵种自身的内源代谢产物对其自己进行控制的设想或者应用。
发明者从一些相关试验中发现某些水生植物、树、红火蚁和栖北散白蚁具有自毒现象。这种自毒现象是通过自身或者同种别的物体释放到环境中的毒素引起的。一些有生物活性的次生代谢产物产物通常累积在腺体中(植物的表皮腺毛或昆虫的外分泌腺)。由于这些次生代谢产物存储在腺体里,对母体的正常生长一般不会产生影响。但是,当这些次生代谢产物释放到体外,或者在母体的外部使用这些次生代谢产物时,能够抑制甚至消灭其自身。而且,和其它物种相比,母体对自身的内源毒性产物更为敏感。
作为该规律的证据之一,发明者发现从人厌槐叶萍和小浮萍提取物中分离到的隐毒素能够快速消灭其母体,并且在随后的6个月里没有新的生长。实验材料可以是粉碎的干燥槐叶萍属植物,也可以是新鲜的植物。切碎的新鲜槐叶萍属植物有助于提取有效生物活性物质,也可以直接用于控制其母体。没有粉碎的干燥材料也可以用来控制其自身。这种处理方法对入侵的外来水生物种的控制是有效的,对陆生的植物和内生真菌也有潜在的效果。特别是对那些把毛状体作为主要活性物质的累积器官的植物具有很好的效果。
槐叶萍植物是无根,浮游水生植物。该植物的叶子具有很强的疏水性。叶面密生细毛,有四根白毛,但是毛尖端相连,连接形成打蛋器般的突起。
以前的实验表明,人厌槐叶萍活性物质主要储存在封闭的毛状体里,这些化合物对植物的正常生长不会产生毒性(Li et al,unpublished data)。但是,由于在叶子的表面布满了搅蛋器般的毛状体(Barthlott et al.2009),具有很强的疏水性。底部的根状沉水叶也有很密的多细胞毛状体结构。同时人厌槐叶萍的毛状体被蜡质层覆盖(Barthlott et al.2009)。由于具有这种特殊的疏水性结构,储存在活体植物腺体中的活性化合物并不会释放到水中。如果去掉或者破坏了腺体的上表皮细胞,储存在腺体里的化合物就是进入到水中,同时水也会进入毛状体里,从而把毛状体里的化合物洗脱出来。本发明强调只有破会人厌槐叶萍的腺体(比如:研磨、搅拌、挤压等机械手段)才能有效萃取出里面的活性物质。
水和有机溶剂(比如乙醇)均能用来萃取腺体里的有效成分。最有效地溶解、提取和分离的溶剂是水。但是有机溶剂在操作时也可以起到很好的作用。活性成分对植物起作用和温度有很大的关系,高温比低温(比如室温)反应时间短。
这种内源毒性功能不仅在门蕨类植物的蕨类植物中起作用,同时在巴西胡椒和中国的乌桕这两种有花植物,也有作用。10%巴西胡椒果实的乙醇提取物对该植物幼苗处理一次就有明显的损伤作用。4周以后,添加10%的乙醇提取物处理的6颗幼苗全部死亡,单独用提取物处理的有5颗死亡,一颗明显受到损伤。巴西胡椒的乙醇提取物对枫香(枫香科),橡树(Quercus shumardii Buckland)(壳斗科),及其同科的毒漆藤(Toxicodendron radicans(L.)Kuntze or Rhus toxicodendron L.)幼苗均没有受到损伤。而且,单表面活性剂或者10%的乌桕果实乙醇提取物的对巴西胡椒的幼苗没有影响。
乌桕果实乙醇提取物能够抑制甚至杀死母体幼苗。但是,该提取物对漆树没有影响。同样,漆树提取物对乌桕也没有影响。
蚁酸通常存在于在蚂蚁(蚁族),白蚁(等翅目),以及其他一些昆虫中。蚁酸存在于昆虫的外分泌腺体,作为防卫武器。根据Morgan 2008年报道,甲酸在腺体中的浓度可以高达60%,每只工蚁的酸含量可达2mg。甲酸是一种天然的杀虫剂。在外部涂抹和熏蒸实验中,红火蚁和栖北散白蚁均出现自毒现象。
本发明发现入侵的红火蚁能够被自身的去除甲酸的提取物毒杀,特别是乙醇提取物。乙醇提取物,主要为哌啶生物碱具有对蚂蚁具有选择性毒性,其对白蚁无毒性。红火蚁和栖北散白蚁属于两个不同的超目,分别为内翅总目和外翅总目。
甲酸和乙酸均被用作除草剂去控制杂草。本发明发现在控制人厌槐叶萍上甲酸比乙酸更为有效。在24小时里,浓度0.05%甲酸杀死大约50%的人厌槐叶萍。甲酸比人厌槐叶萍提取物对人厌槐叶萍的控制更为有效。
本发明报道人厌槐叶萍中的活性物质主要累计在植物叶子表明的腺体里。巴西花椒果实的表面也分布有腺体。乌桕的腺体在叶柄顶端。甲酸是通常积累在蚂蚁和白蚁的腹部外分泌腺,是其主要的毒素。以上5组实验中,累积活性物质的腺体在内源毒性中起到了很好的保护作用,以免这些有毒物质对植物正常生长的影响。因此,内源毒性主要在把腺体作为生物物质主要累积器官的物种中起作用。
而且,低浓度(剂量)使用隐毒素可以控制母体的部分生长(例如细胞,组织或者器官)而不是杀死或者消灭其母体。
低浓度(剂量)使用隐毒素可能产生形态变异。在一些实施例中,隐毒素可能产生突变。在一些实施例中,这些突变可以产生优良基因。
在一些草本和作物,自毒报道主要是对种子发芽,生长,产量及其对土壤和在耕作的影响。这种自毒成分多是对自身毒性较小,对生源越远的品种具有更大的潜在毒性。因此,自毒成分不能被开发成对自身有毒而对别的物种无毒的高选择性生物产品。
本发现为选择性控制入侵种的隐毒素产品开发提供了基础。这一发现也表明,在物种的发展和进化中,如何避免由于毒性代谢产物导致的内源自毒效应是母体物种的首要问题,母体要利用“防御性”代谢产物保护自身免受敌人的进攻,首先要保证母体能避免这些代谢产物的内源自毒。
A.天然农药组合物
1.Endocides隐毒素
在某些实施例,本发明中入侵种含有隐毒素的组合物和利用其控制该生长方法是一致的。隐毒素(endocide)(内源生物灭除剂,endogenous biocide)是从内源生物活性剂(例如次生代谢产物)中得到的生物灭除剂。这种内源生物活性剂对植物的正常生长不会产生毒性,但是通过诱导可以对母体产生毒性,抑制,甚至消灭。在外部施用时,它能够选择性消灭其母体或者相近物种。隐毒素杀死的母体组织可以进一步释放隐毒素,从而增强该生物活性。隐毒素可以是单一的组分也可以是混合的化合物(比如提取物,某一分离组分,干燥或者新鲜的植物材料)。隐毒素可以是液体或者固体,可以通过对新鲜或者死亡的植物材料的有效提取(列如分散,蒸馏,溶剂提取,注射,煎煮,和渗滤)得到。对水生物种,隐毒素通常是水溶性的。在应用上可以将其溶解在水里。隐毒素可能对入侵种的全部或某个生长阶段,整株或某些组织起作用。
隐毒素的发明过程见图1。以人厌槐叶萍植物研究为例。从干燥和新鲜的人厌槐叶萍植物中发现的隐毒素均能有效控制该入侵种各个阶段的生长(初级,次级和三级阶段)(实例1-8)。只要有足够多的粉碎干燥人厌槐叶萍植物放置在水中就能有效消灭其自身(图3)。
图3。最低有效抑制人厌槐叶萍的生长浓度是每L水中含有4-8g干重植物。在每L水中含有8g干重植物时,50%的人厌槐叶萍将会被杀死。在温室条件下,浓度为16g/L,在2周里可以完全杀死人厌槐叶萍(图3和4),并在随后的6个月里没有新的生长。这些实验表明,人厌槐叶萍自身含有某些特定的对自身有毒的物质,并且在较高的浓度下可以杀死自己。“茶包”处理过程,首先杀死人厌槐叶萍底部的根状漂浮叶(图5),然后,漂浮叶上表皮的毛状体萎缩(图6),萎缩的毛状体进一步释放有毒物质,从而增强了“茶包”的毒性。这种“茶包”处理方式,首先杀死底层的植物,然后死亡的植物会进一步释放隐毒剂,从而不断增强“茶包”毒性。这种处理方式特别适用于具有多层人厌槐叶萍的封闭区域。
在某些实施例,需要较高浓度的干燥粉碎的人厌槐叶萍材料才能有效控制其生长。在自然条件下,某些自然因素会稀释隐毒素的浓度,从而不能形成一个较高的有效浓度,这时候就需要把干燥粉碎的人厌槐叶萍材料放置在尼龙袋或者其它网格袋子里,才能在特定的植物周围形成较高的有效浓度。在某些实施例,在16g/L的浓度下,没有粉碎的干燥人厌槐叶萍比粉碎的人厌槐叶萍活性要差,需要5倍以上的时间才能杀死植物。
为了从人厌槐叶萍植物中分离到更为有效的成分去控制该植物的生长,实验主要集中在其提取物的分离(图1)。实验结果表明,水提取物在室温下可以在13周里完全消灭其自身,并且在其随后的8个月里面没有新的植物生长(图7)。总浸膏的甲醇/二氯甲烷和甲醇洗脱部分在2周里能够完全消灭该植物。分离得到的新化合物salviniside II也能抑制该植物的生长。乙醇提取物也能有效抑制该植物的生长。总之,甲醇/二氯甲烷洗脱组分、甲醇洗脱部分和化合物salviniside II均能效抑制该植物的生长,因此总提取物和各个洗脱组分均能作为隐毒素来控制人厌槐叶萍的生长。
实验表明,提取温度和提取溶剂对水提取物及其后期的分离有着重要的影响。在提取温度为60℃,物料比为43.8:1(v/w)时的提取率约为8.8%(实例5),而在室温和较低的物料比(17.2:1,v/w)时,提取物的得率只有6.25%(实例3)。同样,从实例5中分离的水洗脱部分比从实例3分离到的组分生物活性更好(图14和8)。
实验结果表明,新鲜人厌槐叶萍的提取物(汁)能够直接应用于该植物的控制(图16-20)。新鲜人厌槐叶萍压榨汁的得率在50%左右,和采收时的生长阶段和含水量有很大的关系。0.28%或者0.40%浓度的新鲜压榨汁对对其自身的控制要好于5%干燥人厌槐叶萍的水提取(图20)。HPLC谱图显示新鲜压榨汁比干燥植物的水提取物具有较高浓度的化合物,同时还含有一些独特的信号峰。这些独特的信号峰可能是其具有较好生物活性的原因(图21-22)。像其它亲水性除草剂一样,在喷洒时添加表面活性剂可以帮助其润湿和穿透疏水性的叶表面毛状体,从而起到更好的效果(图14,16,17,20)。经过液压压榨过后的新鲜人厌槐叶萍残渣在6周里没有任何新的生长(图19)。因此,经过液压压榨过后的新鲜人厌槐叶萍残渣可以直接抛入水中。因此,新鲜人厌槐叶萍压榨汁是一种理想的隐毒剂,可以用来消灭和控制人厌槐叶萍。
根据稳定性实验结果,亲水性的隐毒素最好放置在冰箱(4℃),而干燥的植物粉末可以在室温储存。总之,水洗脱部分比总水提取液和液压提取液要稳定。总提取物粉末在室温下保存26周之后,其峰面积大概为70%的新鲜提取物的峰面积(图12)。
人厌槐叶萍液压压榨汁储存在冰箱(4℃)比在室温下更稳定。在第14周,HPLC分析结果表明储存在冰箱中的压榨汁其峰面积大概是新鲜压榨汁的60%,并且还有有效抑制人厌槐叶萍的生长(图23和24)。压榨汁粉末在室温保存26周之后,大于90%的化学成分仍然存在。压榨汁在冰箱4℃中保存26周之后,其HPLC的总峰面积约为新鲜的90%(图13)。
根据文献记载,槐叶萍植物对水中的重金属具有很强的富集和容忍能力。经过电感偶合等离子体发射光谱仪分析,干燥槐叶萍属植物粉末的水提液所含有的有毒重金属浓度要比文献报道(10至100ppm)的低很多。列如:镉、铬、钴、铜、铅和锰在植物干重中所占的比例均低于万亿分之一。其中,铜、铁、铅和锌在植物干重中所占的比例为分别为5.310525,228.0387,2.515505,和166.7952(图25)。而在喷洒水提取物(浓度为0.1%到5%)时,这些金属的浓度将会被稀释20到1000倍。因此,水提取液中所含的有毒金属不是其主要的活性成分,也就是说人厌槐叶萍的存活和生长和这些金属没有关系。
实验结果表明从干燥人厌槐叶萍的水提取物中分离到的盐占总干燥材料的重量比为6.25%。盐分在5%水提取物中的浓度为0.3125%(3.125万亿分率),而5%水提取物是发明中所采用的最高浓度。而直接喷洒5%浓度的盐溶液对人厌槐叶萍的生长没有任何影响。因此,水提取液中所含的盐不是其主要的活性成分(图25)。
实验结果表明人厌槐叶萍提取物喷洒叶表面或者溶解到水中均有有效控制其生长。利用类似的方法可以把隐毒剂应用到其它的外来入侵种。这些物种包括但是不仅限于以下植物:速生槐叶萍,美洲槐叶萍,二裂槐叶萍,酒杯槐叶萍,杯形槐叶萍,箭叶槐叶萍,赫尔佐克槐叶萍,马丁槐叶萍,小槐叶萍,人厌槐叶萍,槐叶萍,南美槐叶萍,椭圆槐叶萍,齿舌槐叶萍,圆叶槐叶萍,大圆杯槐叶萍,美洲满江红,环状满江红,鸡冠满江,细叶满江红,日本满江红,墨西哥满江红,小叶满江红,尼罗满江红,羽叶满江红,大洋洲满江红,小浮萍,或水葫芦。
在6周里0.1%或者0.5%的干燥人厌槐叶萍的水提取物可以完全消灭同属植物的小槐叶萍(图26)。人厌槐叶萍的水提取物和加压压榨汁均能显着影响美洲满江红的生长。满江红和槐叶萍属处于不同的科,但是均为蕨类植物。0.4%的人厌槐叶萍的液压压榨汁在第15天可以100%消灭美洲满江红(图27)。人厌槐叶萍的水提取物在2.5%,5%或者7.5%浓度下在15天里可以100%消灭美洲满江红(图27)。人厌槐叶萍的水提取物在2.5%,5%或者7.5%浓度下在15天里可以100%消灭美洲满江红(图27)。在5%浓度下,干燥人厌槐叶萍的水提取物对其它开花草本植物和当地的裸子植物的生长均无影响。开花草本植物包括小浮萍,无根萍(Wolffia brasillensis Weddell),水葫芦,软水草及其它植物。裸子植物包括落羽杉(Taxodium distichum(L.)Rich.)和火炬松(Pinus taeda L.)。人厌槐叶萍的隐毒素对槐叶萍属植物具有的选择性生物活性,但是对有花和裸子植物没有影响。
2.天然农药来源于第二种植物
小浮萍本身就是一种极具危害性的入侵植物。它的水提取物能够杀死人厌槐叶萍而且在施药后,至少8个月内抑制它的生长(见实例14)(图28和29)。小浮萍的乙醇提取物也能够有效的控制人厌槐叶萍的生长(见图30)。小浮萍的提取物也能够有效的控制小槐叶萍(图31-33)。
B实例
下列实例用来解释和阐明本发明中的权利要求,其中提出和使用的技术在发明产生的过程中运行良好。因此在今后的实施中该技术可以被认定为优选实施方案。本发明中涉及的一些技术可以进行修改和改进,但是必须保证在不能脱离本发明的精神和范围的情况下,以及仍可获得相同或类似的结果的前提下。
实例1
人厌槐叶萍干植物的水浸提液对人厌槐叶萍生长的抑制和杀死作用
实验方法:采集人厌槐叶萍整个植株,干燥粉碎后,分别称取3组100g,200g和400g人厌槐叶萍粉末放入9个尼龙网袋(也称“茶包”)。另外准备12组生长状态良好的新鲜人厌槐叶萍(包括所有生长阶段:初生、次生、和第三期),每组为400g新鲜人厌槐叶萍,投放在25L水中并养在温室。温室的温度白天设定为30℃,晚间设定在20℃。任意选择3组作为对照组,不进行任何处理,其余9组分别加入100g、200g、400g“茶包”,即平行样作3次。茶包处理组和对照组的pH数值无明显的差异。
结果:在400g茶包的浸提液处理下,35%的人厌槐叶萍在1周内表现死亡,在2周之内所有的人厌槐叶萍全部死亡,而且在其后的六个月内没有观察到新植株(见图3和图4)。在这组处理中,沉在水中呈须根状的人厌槐叶萍水下叶在1周之后完全被损伤,然后浮在水面的水上叶也渐渐变黄直至死亡(5)。人厌槐叶萍水下叶受到损伤后不久水上叶叶片上毛状体发生枯萎(图6)。因为叶片毛状体的枯萎,有毒的化合物被释放出来,相当于增加了隐毒素的毒性作用。同样的,200g茶包的浸提液在四周内能抑制大约50%人厌槐叶萍的生长。但是100g茶包的浸提液对人厌槐叶萍生长没有明显的影响。
实例2
人厌槐叶萍水提物对人厌槐叶萍生长的抑制及杀死作用
实验方法:取350g干燥的人厌槐叶萍整株粉碎后,在室温下以水渗漉得4L渗漉液母液(0.84%,g/mL)。将119mL渗漉母液用水稀释为900mL0.1%和1L0.01%(g/mL)实验水溶液,保存备用。准备45株健康的人厌槐叶萍(次生期,每株鲜重大约7g)和9个塑料盒子(14×15cm,0.68L),处理实验在NCPC实验室中完成,每个处理重复3次。对照组:每个塑料盒子装入5株新鲜人厌槐叶萍,对其喷施300mL水;0.01%水提物处理组:每个塑料盒子装入5株新鲜人厌槐叶萍,对其喷施300mL0.01%水提物水溶液;0.1%水提物处理组:每个塑料盒子装入5株新鲜人厌槐叶萍,对其喷施300mL 0.1%水提物水溶液。每周统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据,第13周末称量每组中人厌槐叶萍的生物量。生物量的增长是一个主要因素来衡量植物生长被抑制的状态。
结果:对照组的15株人厌槐叶萍在第13周末都有新叶片长出,0.01%水提物处理组的12株人厌槐叶萍有新叶片长出(见图7)。0.1%水提物处理组的人厌槐叶萍均表现死亡,之后的8个月内没有观察到新植株的出现。处理组实验溶液的pH值是7.4-7.6,与对照组相比没有明显的差异。
实例3
人厌槐叶萍水提物的洗脱部分对人厌槐叶萍生长的抑制及杀死作用
实验方法:取1.4kg干燥的人厌槐叶萍整株粉碎后,在室温下以12L水浸泡48小时,提取2次,合并提取液,减压下回收水,得浸膏88g。浸膏经硅胶柱(1kg)色谱,分以3L氯仿-甲醇混合液(体积比1:1,0:100)为流动相进行梯度洗脱,再用1L水洗脱,得到3个洗脱部分(见图1)。将水提取物和3个洗脱组分溶于水,配制成浓度为0.1%实验水溶液。。准备45株健康的人厌槐叶萍(次生期,每株鲜重大约10g)和15个塑料盒子(14×15cm,0.68L)。实验包括5组处理,每组处理重复3次,均在NCPC的实验室中完成。对照组:每个塑料盒子装入3株人厌槐叶萍,喷施150mL水;0.1%水提物处理组:每个塑料盒子装入3株人厌槐叶萍,喷施150mL0.1%水提物实验水溶液;水洗脱部位处理组:每个塑料盒子装入3株人厌槐叶萍,喷施150mL 0.1%水洗脱部位实验水溶液;甲醇洗脱部位处理组:每个塑料盒子装入3株人厌槐叶萍,喷施150mL 0.1%甲醇洗脱部位实验水溶液;氯仿-甲醇洗脱部位处理组:每个塑料盒子装入3株人厌槐叶萍,喷施150mL 0.1%氯仿-甲醇洗脱部位实验水溶液。每周统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据,第13周末称量每组中人厌槐叶萍的生物量。生物量的增长是一个主要因素来衡量植物生长被抑制的状态。
结果:在处理后第3天,氯仿-甲醇和甲醇洗脱部位处理组的所有人厌槐叶萍均表现死亡。在水提物和水洗脱部位处理组,一些人厌槐叶萍叶变为黄褐色。氯仿-甲醇和甲醇洗脱部位处理组的所有人厌槐叶萍在第2周末都被杀死,水提物处理组的绝大多数人厌槐叶萍表现死亡而对照组植物均生长良好(见图8)。实验结果表明氯仿-甲醇洗脱部位和甲醇洗脱部位具有极强的毒性,比它的水提物母液能更快的抑制人厌槐叶萍的生长。因此,进一步的活性化合物分离在这两个洗脱部位中进行。
实例4
Salviniside II的分离、结构鉴定及其对人厌槐叶萍生长的抑制及杀死作用
实验方法:由实例3实验结果表明氯仿-甲醇和甲醇洗脱部位对人厌槐叶萍生长具有极强的抑制活性。因此,发明人对其化学成分进行了系统研究。将氯仿-甲醇和甲醇洗脱部分合并进行ODS柱色谱(柱规格为60×600mm),经30%、55%、75%、100%甲醇梯度洗脱,得到流份F1-F4。将流份F3(75%甲醇洗脱部分)浓缩后经制备HPLC分离纯化(MeOH/H20,35:65,254nm),得4个化合物、1个活性的洗脱部位和非活性洗脱部位。四个化合物分别为具抑制活性的Salviniside II、C3及非活性的C1和C2(见图1).核磁共振应用JEOL ECS-400和Bruker Avance 700NMR型核磁共振仪测定,TMS为内标,化学位移表示为δ(ppm)。质谱用HRESIMS高分辨质谱仪测定(加拿大MDS Sciex Pulsar Qstar公司)。ODS、柱色谱硅胶、Sephadex LH-20、TLC用薄层硅胶板均为Sigma公司生产。HPLC分析用安捷伦1100高效液相色谱仪和二极管阵列检测器,色谱柱为Hypersil ODS column(150x4.6mm,5μΜ),流速是1mL/min,洗脱液为MeOH/H20(v/v)。制备HPLC用Acuflow Series III和an Acutect 500UV/VIS检测器,色谱柱是Econosil ODS column(250x22mm,10μΜ)。准备27株健康的人厌槐叶萍(次生期,每株鲜重大约10g)和9个塑料盒子(14×15cm,0.68L),3组处理均在NCPC实验室中完成,每组处理重复3次。对照组:每个塑料盒子装入3株人厌槐叶萍,喷施150mL水;0.01%salviniside II处理组:每个塑料盒子装入3株人厌槐叶萍,喷施150mL 0.01%salviniside II水溶液;0.1%salviniside II处理组:每个塑料盒子装入3株人厌槐叶萍,喷施150mL 0.1%salviniside II水溶液。每周统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据,第2周末称量每组中人厌槐叶萍的生物量。生物量的增长是一个主要因素来衡量植物生长被抑制的状态。
结果:实验结果表明,浓度为0.1%salviniside II在2周内能完全抑制人厌槐叶萍的生长(见图9和10),而且8个月观察期内没有发现人厌槐叶萍生长。
Salviniside II为新化合物,无色粉末。HR-ESI-MS分析表明[M-H]+的m/z为473.0714(calcd for 473.0720),确定分子式为C22H18O12。1H、13C-NMR谱(表10)分别显示2组糖信号,δ4.57(1H,d,J=7.8Hz,β-H-l")和δ5.14(1H,d,J=3.7Hz,a-H-l")为糖的端基氢,δ98.6、94.4为2个端基碳信号。详细解析COSY和HSQC谱表明Salviniside II应含有α型和β型两种葡萄糖(Choudhary et al.2008;Ding et al.1999;Narasimhulua et al.2010)。此外,NMR谱中的一对苷元部分的信号峰也表明α型和β型两种葡萄糖出现。1H-NMR(图10)谱中给出5个酚羟基,δ7.39(1H,dd,J=1.8and 8.5Hz,H-2'),δ6.84(1H,d,J=8.5Hz,H-3')和7.45(1H,d,J=1.8Hz,H-6')应是1,2,4-三取代苯环上的氢信号,δ7.70(1H,d,J=8.2Hz,H-6)和6.82(1H,d,J=8.2Hz,H-7)为1,2,3,4-四取代苯环上的芳氢信号(Narasimhulua et al.2010)。由13C-NMR谱和MS谱,此1,2,3,4-四取代苯环应当是8碳的苯唑呋喃环的一个部分(Maurya et al.2004;Wu et al.2011)。另外,它的13C-NMR谱显示出两个季碳,化学位移为δ168.1和δ168.7,应是酯基上的碳信号峰。在HMBC谱中,H-6(δH 7.70)、葡萄糖6位氢(δH3.94)与酯季碳(δC 168.1)相关,说明苯唑呋喃环与葡萄糖C-6相连;另一个酯季碳(δC 168.7)也与葡萄糖C-4相连;H-2'与C-1',C-6'和C-2,H-6'与C-1',C-2'和C-2相关,说明苯唑呋喃环与1,2,4-三取代苯相连。由1,1–ADEQUATE谱也能证明这些结构归属。由C-3(δ110.3)化学位移偏移向低场,以及结合剩余的一个不饱和度的归属,说明C-3和C-4相连。通过以上分析,确定了其结构为4",6"-0-[3,5-dicarbonyl-8-hydroxy-2-(4',5'-dihydroxy-phenyl)-l-benzofuran-2-yl]-D-glucopyranose。
实例5
人厌槐叶萍的水提物和水洗脱部位联合表面活性剂对人厌槐叶萍生长的抑制及杀死作用
实验方法:取8kg干燥的人厌槐叶萍全株粉碎后,用减压蒸馏罐(美国伊甸园的实验室产品)在60℃下分以200L和150L水提取2次,每次24小时,合并提取液,减压下回收得浸膏703g。浸膏拌样300g硅胶后经硅胶柱色谱(1kg),分别以4L甲醇和4L水进行洗脱。水提取浸膏和水洗脱部位溶于水中,制成5%实验溶液。
水提取浸膏和水洗脱部位的HPLC分析使用安捷伦1100高效液相色谱仪和二极管阵列检测器,色谱柱为Eclipse XDB-C18(150x4.6mm,3.5μM),柱温保持在23℃,流速是0.6mL/min,紫外254nm下检测,乙腈-水进行梯度洗脱。乙腈的浓度初始为2%,在22min内线性升高至98%,然后98%乙腈浓度维持8min。水提取浸膏进样量是3μL(相当于24kg干重/L),水洗脱部位的进样量是50μL(相当于16kg干重/L)。
分别将少许水提取浸膏和水洗脱部位使用SPD 2010Integrated SpeedVac(美国赛默飞世尔公司)减压干燥12小时至干粉,保存在室温下26周。另外,它们的5%实验水溶液在4℃贮藏26周。HPLC分析用于检测干粉和5%实验溶液的稳定性,分析条件见[00164]。
准备18组生长状态良好的新鲜人厌槐叶萍(包括所有生长阶段:初生、次生、和第三期),每组750g投入装有57L雨水玻璃缸中。6组处理均在实验室中完成,每个处理重复3次。对照组:750g养在57L雨水中,不做任何处理;“茶包”处理组:将800g干燥的人厌槐叶萍置于尼龙网袋(也称“茶包”),然后将“茶包”沉至玻璃缸底(见实例1);水提物处理组:喷施100mL5%水提物实验水溶液,第18天作相同处理;水提物联合表面活性剂处理组:喷施100mL 5%水提物实验水溶液(每100mL含0.5mLInletTM,其主要成分为90%脂肪族化合物和衍生品和0.25mL其主要成分为99%改性聚二甲硅氧烷,美国海伦化学品公司),第18天作相同处理;水洗脱部位处理组:喷施100mL 5%水洗脱部位实验水溶液,第18天作相同处理;水洗脱部位联合表面活性剂处理组:喷施100mL 5%水洗脱部位实验水溶液(每100mL含0.5mL InletTM和0.25mL),第18天作相同处理。每周统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据,第3和4周末称量每组中人厌槐叶萍的生物量。
结果:HPLC分析结果表明储存在室温的条件下,干燥的粉末样品在26周内保持稳定,总的峰面积仍能达到70%(图12)。在26周末,无论以干粉形式储存在室温条件下,还是保存在4℃下的5%水溶液,水洗脱部位的总的峰面积仍能保持初始时90%或更高(图13)。
由图14可见经隐毒素处理后,人厌槐叶萍的生长完全被抑制。在“茶包”、两个水提物和水洗脱部位联合表面活性剂处理组,所有人厌槐叶萍在第3周末都表现死亡,甚至在其后4个月内没观察到新人厌槐叶萍的出现。在水提物和水洗脱部位处理下,90%或95%人厌槐叶萍在4周内发生死亡。实验结果表明表面活性剂明显能够增强隐毒素的毒性。因为4周的处理实验实验是在11月的室内完成,此时的人厌槐叶萍生长极其缓慢,而且在实验期内经历了老植物死去和新叶子的萌生,所以即使是对照组人厌槐叶萍的生物量也有轻微的降低。
实例6
新鲜人厌槐叶萍压榨液对人厌槐叶萍生长的抑制及杀死作用
实验方法:取58kg新鲜的人厌槐叶萍全株用食物处理器搅碎后,用榨汁机直接压榨人厌槐叶萍汁液,维持压力在27,579kPa(4,000psi)下2min,过滤后得到30kg压榨液。任意量取3组30mL榨取人厌槐叶萍汁液,每min3000转条件下离心10min(accuSpin3R台式离心机,美国赛默飞世尔公司),上清液减压干燥12小时至干粉(SPD 2010Integrated SpeedVac,美国赛默飞世尔公司),称重,计算压榨液浓度。经计算,人厌槐叶萍压榨液浓度相当于每L中含有2kg新鲜的人厌槐叶萍。另外准备3组生长状态良好的新鲜人厌槐叶萍(包括所有生长阶段:初生、次生、和第三期),每组390g投入装有50L水的容器中(体积为20加仑,相当于75.7L),在温室中培养。温室中的温度白天设定为30℃,晚间设定在20℃。对照组:以150mL水喷施人厌槐叶萍;压榨液处理组:以150mL压榨液喷施人厌槐叶萍;压榨液联合表面活性剂处理组:以150mL压榨液(含有0.375mL InletTM和0.1875mL)喷施人厌槐叶萍。1周后实施第二次抑制处理。每周统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据,第6周末称量每组人厌槐叶萍的生物量。为了调查压榨后人厌槐叶萍是否萌发,28kg压榨后人厌槐叶萍被养在5个装有50L水容器中,观察6周。
结果:实验结果表明在上述实验条件下压榨新鲜人厌槐叶萍,提取率是51.7%,每100mL压榨液含相当于0.28g鲜重人厌槐叶萍。两次施用后,新鲜人厌槐叶萍压榨液能够有效的抑制人厌槐叶萍生长(图16和17)。施用压榨液后,人厌槐叶萍水上叶叶片表面的毛状体可见明显的损伤(图18),有毒的化合物从枯萎的毛状体中释放出来,增强了压榨液中隐毒素毒性。与表明活性剂合用,压榨液能够在4周内完全消灭人厌槐叶萍,而且没有观察到新人厌槐叶萍生长。新鲜人厌槐叶萍的汁(例如压榨液)就具有足够抑制活性,不需要浓缩,可直接作为隐毒素使用。压榨后人厌槐叶萍在观察的6周内都发生腐烂降解,没有见到新人厌槐叶萍长出来(图19)。
实例7
人厌槐叶萍水提物和压榨液对人厌槐叶萍生长抑制作用的结果比较
实验方法:取实例5中准备的5%人厌槐叶萍水提物水溶液作为实验溶液。准备80kg新鲜的人厌槐叶萍全株用shredder CS 3310(美国Cub Cadet公司)搅碎后,榨汁机直接压榨人厌槐叶萍汁液,维持压力在27,579kPa(4,000psi)下2min,过滤后得到38kg压榨液。任意量取3组30mL人厌槐叶萍汁液,使用accuSpin3R台式离心机(美国赛默飞世尔公司)3,000转离心10min。上清液使用SPD 2010Integrated SpeedVac(美国赛默飞世尔公司)减压干燥12小时至干粉,称重,计算压榨液浓度。水提物和压榨液的HPLC分析使用下列2种方法:(1)方法A:安捷伦1100高效液相色谱仪和二极管阵列检测器,色谱柱为Eclipse XDB-C18(150x4.6mm,3.5μΜ),柱温保持在23℃,紫外254nm下检测,流速是0.6mL/min,进样量是50μL(40kg鲜重/L),乙腈-水进行梯度洗脱。乙腈的浓度初始在2%,在22min内线性升高至98%,然后98%乙腈浓度维持8min。(2)方法B:安捷伦1260高效液相色谱仪和二极管阵列检测器,色谱柱为Acclaim HILIC-10 column(4.6x150mm,3.0μΜ),柱温保持在23℃,紫外230nm下检测,流速是0.6mL/min,进样量是20μL(40kg鲜重/L),乙腈-水(65:35,v/v)进行等度洗脱。经计算,每L人厌槐叶萍压榨液浓度相当于2kg新鲜的人厌槐叶萍。准备3组生长状态良好的新鲜人厌槐叶萍(包括所有生长阶段:初生、次生、和第三期),每组390g投入装有50L水的容器中(体积为20加仑,相当于75.7L),温室培养。温室中的温度白天设定为30℃,晚间设定在20℃。对照组:以150mL水喷施人厌槐叶萍;压榨液处理组:以150mL压榨液喷施人厌槐叶萍;压榨液联合表面活性剂处理组:以150mL压榨液(含有0.375mL InletTM和0.1875mL)喷施人厌槐叶萍。1周后实施第二次抑制处理。每周统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据,第6周末,称量每组人厌槐叶萍的生物量。为了调查压榨后人厌槐叶萍是否能生长,28kg压榨后人厌槐叶萍培养在5个装有50L水容器中,观察6周。为了检测储存温度对压榨液稳定性的影响,将保存在4℃和室温下人厌槐叶萍压榨液进行HPLC分析,分析方法选用A。准备8组人厌槐叶萍压榨液,储存时间分别为1、2、3、4、5、6、7天及14周。另准备6组生长状态良好的新鲜人厌槐叶萍(包括所有生长阶段:100g初生期、300g次生期和7kg第三期),每组1233g投入在装有1700L雨水的容器中(体积为625加仑,相当于2366L),温室培养。温室中的温度设定为30℃。对照组:以2.5L雨水喷施人厌槐叶萍;水提物联合表面活性剂处理组:以2.5L 5%水提物实验溶液(含有3.125mL和6.25mL99%C16-C18脂肪酸甲酯、烷基酚乙氧基化物,美国海伦化学品公司)喷施人厌槐叶萍,平行样作2次;压榨液联合表面活性剂处理组:以2.5L压榨液(含有6.25mL和3.125mL)喷施人厌槐叶萍,平行样作2次。10天后实施同样处理。每周统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据,第14周末称量每组人厌槐叶萍的生物量。
结果:实验结果表明在上述实验条件下压榨新鲜人厌槐叶萍,提取率是47.5%,每100mL压榨液含有相当于0.4g鲜重人厌槐叶萍。与实例6相比,压榨新鲜人厌槐叶萍的提取率略低且浓度偏高,是因为本实验使用人厌槐叶萍混有较多黄叶子,使其含水量明显降低。施用两次处理后,人厌槐叶萍水提物和压榨液都能够有效的抑制人厌槐叶萍生长(图20)。加入微量表明活性剂后,压榨液能够在15周内完全消灭人厌槐叶萍。实验结果也表明压榨人厌槐叶萍得到的压榨液具有足够抑制活性,不需要浓缩,可直接作为隐毒素使用(图20)。压榨后人厌槐叶萍残渣在观察的6周内都发生腐烂降解,没有见到新人厌槐叶萍长出来(图20)。
实验结果表明压榨液(0.4%)对人厌槐叶萍生长的抑制作用是强于其5%水提物水溶液,HPLC分析也表明压榨液含有更复杂的化合物,且一些化合物的含量达到较高浓度。一些吸收峰是压榨液独有的,说明人厌槐叶萍压榨液含有拥有更强的抑制活性的化合物(图21和22)。
经HPLC分析表明压榨液在室温下降解速度较快,1周之后室温储存的压榨液的含量仅保留初始时的35%,到第2周末降到30%,而在4℃条件下储存的压榨液的含量仍能达到66%(图23)。第14周末,4℃储存的压榨液的含量与初始时相比仍保持60%,施用三次后仍可抑制人厌槐叶萍的生长(图24)。
实例8
新鲜人厌槐叶萍压榨液联合甲酸或乙酸对人厌槐叶萍生长的抑制及杀死作用
实验方法:甲酸(90.4%,化学纯,美国Fisher公司)和乙酸(99.7%,化学纯,美国VWR公司)分别加水稀释成浓度为0.01%、0.1%、1%、5%、and 10%溶液,即用。取实例7中压榨液作为实验溶液,其浓度为0.28%。抑制实验包括37组处理,每个处理重复3次。将3株健康的人厌槐叶萍(次生期2株和第三期1株,鲜重大约6g)投入塑料盒中(14×15cm,0.68L)。分别以12.5mL水、甲酸、乙酸、压榨液与甲酸或乙酸混合物喷施人厌槐叶萍。甲酸、乙酸、压榨液与甲酸或乙酸混合物浓度分别是0.01%、0.05%、0.1%、0.25%、0.5%、0.75%、1%、5%、and10%。以水、各种浓度的甲酸和乙酸作对照。5小时后统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据,然后是每天记录一次,连续7天。
结果:人厌槐叶萍对甲酸和乙酸非常敏感,酸的浓度达到1%就能在3小时内杀死所有的人厌槐叶萍。当酸浓度低时,甲酸的抑制活性明显好于乙酸,例如,甲酸在浓度0.05%时的抑制效果要好于0.25%乙酸。0.01%甲酸仍然具有一定抑制活性。当压榨液中甲酸的含量达到0.25%,在24小时内能杀死所有的人厌槐叶萍。当甲酸的含量达到0.05%,1周内死所有的人厌槐叶萍表现死亡,即使是酸含量在0.01%,40%人厌槐叶萍在1周内表现死亡。与单一使用压榨液、甲酸或乙酸相比,压榨液与有机酸混合物的抑制作用更快、更强,
实例9
人厌槐叶萍和它的水提物中金属元素分析
实验方法:本实验使用实例3人厌槐叶萍干燥粗粉和水提取物作为供试物。经处理水提物(88g)的甲醇洗脱部位中析出5g盐。分别称取0.5g人厌槐叶萍干燥粗粉、水提取物和盐放入Digi管,5mL硝酸在室温下预消化一晚,然后在DigiPREP HT高温消化系统中(SCP公司)100℃孵育3小时,冷却后加入4mL过氧化氢,再95℃时加热90min,稀释到50mL备用。另准备5ppt(0.5%)和50ppt(5%)盐溶液为ICP分析(iCap 7200ICP-OES,赛默飞公司)。准备9组生长状态良好的新鲜人厌槐叶萍(第三期),每组70g培养在装有2L水的塑料盒中(23x23cm,2.4L),每个处理重复3次。对照组:以12.5mL水喷施人厌槐叶萍;5ppt盐溶液处理组:以12.5mL 5ppt盐溶液喷施人厌槐叶萍;50ppt盐溶液处理组:以12.5mL 50ppt盐溶液喷施人厌槐叶萍。每周照像并统计一次植物生长和存活的状态,连续记录8周。
结果:ICP分析表明水提取物中重金属镉(Cd)、铬(Cr)、钴(Co)、铜(Cu)、铁(Fe)、铅(Pb)、钼(Mo)和锌(Zn)的含量分别为0.16047,0.883666,not detected,5.310525,228.0387,2.515505,0.039819,and 166.7952ppm(图25)。盐主要是钠(Na)盐、钾(K)盐、钙(Ca)盐和镁(Mg)盐。经计算,5g析出的盐在人厌槐叶萍干燥粗粉(1.5kg)的含量占0.3333%,在水提物的甲醇洗脱部位(88g)占6.25%。8周实验观察表明无论是5ppt还是50ppt盐溶液对人厌槐叶萍生长都没有损伤作用,与对照相比生物量相同。实例5和6实验结果表明人厌槐叶萍水提物能够有效抑制人厌槐叶萍的生长。因此,人厌槐叶萍中的盐不是活性抑制成分。
实例10
人厌槐叶萍水提取物对小槐叶萍生长的抑制及杀死作用
实验方法:准备9组生长状态良好的新鲜小槐叶萍,每组10g培养在塑料盒中(14x15cm,0.68L),置于温室。温室中的温度白天设定为30℃,晚间设定在20℃。3组处理实验均在温室中完成,每个处理重复3次。对照组:对小槐叶萍喷施30mL水,连续处理3次;0.1%水提取物处理组:对小槐叶萍喷施30mL 0.1%人厌槐叶萍水提取物(按实例2方法),连续处理3次;0.5%水提取物处理组:对小槐叶萍喷施30mL 0.5%人厌槐叶萍水提取物(按实例2方法),连续处理3次.每周统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据,第1、2和6周末称量每组小槐叶萍的生物量。
结果:0.1%或0.5%人厌槐叶萍水提取物在第1周内能明显抑制小槐叶萍生长(见图26)。所有小槐叶萍在6周后表现死亡并且没有观察到新小槐叶萍长出现。
实例11
人厌槐叶萍水提物和压榨液对美洲满江红生长的抑制及杀死作用
实验方法:美洲满江红(Azolla caroliniana)属于满江红科。6组处理实验均在温室中完成,每个处理重复3次。温室中的温度白天设定为30℃,晚间设定在20℃。按实例2方法准备人厌槐叶萍水提物,实例7方法准备人厌槐叶萍压榨液。准备18塑料盒(14x15cm,0.68L),每个装入400mL水,待美洲满江红铺满水面后,进行处理实验。对照组:对美洲满江红喷施10mL水,连续处理3次;0.4%压榨液处理组:对美洲满江红喷施10mL0.4%人厌槐叶萍压榨液,连续处理3次;0.1%水提取物处理组:对美洲满江红喷施10mL 0.1%人厌槐叶萍水提取物,连续处理3次;2.5%水提取物处理组:对美洲满江红喷施10mL 2.5%人厌槐叶萍水提取物,连续处理2次;5%水提取物处理组:对美洲满江红喷施10mL 5%人厌槐叶萍水提取物,连续处理2次;7.5%水提取物处理组:对美洲满江红喷施10mL 7.5%人厌槐叶萍水提取物,连续处理2次。,美洲满江红生长和存活的状态(占水面百分率)在第5、10和15天被照像并记录,采用SPSS 13.0的PROBIT数据处理软件计算EC50(半最大效应浓度)。
结果:人厌槐叶萍压榨液和0.1%水提物在5天内对美洲满江红的生长没有影响,但这之后,它们都能明显抑制美洲满江红的生长。人厌槐叶萍压榨液处理15天后,100%美洲满江红发生死亡(图27)。两次施用后,较高浓度人厌槐叶萍水提物(2.5、5、7.5%)能明显抑制美洲满江红的生长。到实验结束时,2.5%和5%人厌槐叶萍水提物处理过美洲满江红都被杀死,施用7.5%人厌槐叶萍水提物的美洲满江红在5天内全部表现死亡(图27)。计算得到5天、10天和15天的EC50(人厌槐叶萍水提物对美洲满江红生长抑制)分别是4.42%、1.32%和0.16%。
实例12
人厌槐叶萍隐毒素对其他植物生长的影响
实验方法:以4种外来入侵水生有花植物天南星科的小浮萍和无根萍、雨久花科的水葫芦和水鳖科的软水草(和2种北美乔木即柏科的落羽杉和松科的火炬松为研究物种。在美国东南部,这些物种通常生长在人厌槐叶萍邻近。抑制实验在温室中完成,包括3组处理,每个处理重复3次。温室中的温度白天设定为30℃,晚间设定在20℃。按实例2方法准备人厌槐叶萍水提物水溶液。准备18塑料盒(14x15cm,0.68L),每个装400mL水,让小浮萍和无根萍分别长满水面后,进行实验。对照组:对小浮萍和无根萍喷10mL水,连续处理3次;处理I:对小浮萍和无根萍喷10mL 0.1%人厌槐叶萍水提取物,连续处理2次,1周后施用10mL 5%人厌槐叶萍水提取物;处理II:对小浮萍和无根萍喷10mL 0.5%人厌槐叶萍水提取物,连续处理2次,1周后施用10mL 5%人厌槐叶萍水提取物水溶液。连续6周照像并记录小浮萍和无根萍生长和存活的状态(占水面百分率)。准备6株水葫芦和6株软水草,每株养在50L水中。实验包括2组处理,每个处理重复3次。任意取3株水葫芦和软水草作对照,另三株水葫芦和软水草分别被喷100mL 5%人厌槐叶萍水提取物,连续处理2次。连续6周,每周统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据。准备6株2年生落羽杉和火炬松幼苗为供试物种。任意取3株落羽杉和火炬松幼苗作对照,另三株落羽杉和火炬松幼苗分别被喷100mL 5%人厌槐叶萍水提取物,连续处理2次。连续6周,每周统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据。
结果:6周的实验结果表明0.1%、0.5%或5%人厌槐叶萍水提取物不影响小浮萍和无根萍正常生长。实验结束时,无论处理组还是对照组,所有小浮萍和无根萍都长满水面。类似地,2种外来入侵有花植物和2种北美针叶树种(水葫芦、软水草、落羽杉、和火炬松)叶子既没变黄也没受到损伤。
实例13
人厌槐叶萍的醇提物对人厌槐叶萍生长的抑制及杀死作用
实验方法:取550g干燥的人厌槐叶萍全株粉碎后,在室温下以3L95%乙醇提取24小时,提取2次。合并提取液,减压回收溶剂后得34g乙醇提取物。将1g人厌槐叶萍醇提物溶于2mL DMSO中,加水稀释成浓度为900mL 0.1%实验溶液和1L0.01%实验溶液(g/mL)备用。抑制实验在NCPC实验室中完成,每个处理重复3次。将45株健康的人厌槐叶萍(每株鲜重大约7g)养在塑料盒子(14×15cm,0.68L)。对照组:每个塑料盒子装入5株人厌槐叶萍,养在300mL水,平行样做3次;0.01%醇提物处理组:每个塑料盒子装入5株人厌槐叶萍,喷300mL 0.01%醇提物水溶液,平行样做3次;0.1%醇提物处理组:每个塑料盒子装入5株人厌槐叶萍,喷300mL 0.1%醇提物实验水溶液,平行样做3次。每周统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据。在第13周末,每组中新长人厌槐叶萍的生物量被称量。生物量的增长是一个主要因素来衡量植物生长被抑制的状态。
结果:实验结果表明13周实验结束时,在对照和0.01%醇提物处理组人厌槐叶萍得生物量均有增。约60%人厌槐叶萍被0.1%人厌槐叶萍醇提物杀死,剩余40%活着的人厌槐叶萍生物量没有增长。
实例14
小浮萍水提物对人厌槐叶萍生长的抑制及杀死作用
实验方法:取180g干燥的小浮萍粉碎后,在室温下以2L 95%乙醇提取24小时,提取3次。提取后的小浮萍挥干乙醇后,在室温下以2L水提取24小时,提取2次。合并水提取液,减压回收后得12.2g水提取物。将1g小浮萍水提物溶于水中配制成浓度为900mL 0.1%实验溶液和1L0.01%实验水溶液(g/mL)备用。抑制实验在NCPC实验室中完成,共3组处理,每个处理重复3次。将45株健康的人厌槐叶萍(每株鲜重大约7g)养在塑料盒子(14×15cm,0.68L)。对照组:每个塑料盒子装入5株人厌槐叶萍,养在300mL水,平行样做3次;0.01%小浮萍水提物处理组:每个塑料盒子装入5株人厌槐叶萍,喷300mL 0.01%小浮萍水提物水溶液,平行样做3次;0.1%小浮萍水提物处理组:每个塑料盒子装入5株人厌槐叶萍,喷300mL 0.1%小浮萍水提物实验水溶液,平行样做3次。每周统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据。在第13周末,每组中新长人厌槐叶萍的生物量被称量。生物量的增长是一个主要因素来衡量植物生长被抑制的状态。
结果:实验结果表明13周实验结束时,15株对照组人厌槐叶萍生长量好,生物量明显增加(图28)。在0.01%小浮萍水提物处理组,6株人厌槐叶萍得生物量明显增加,4株稍有增加,其余5株发生死亡且无新植株出现,与对照相比,活的人厌槐叶萍占40%(图29)。经0.1%小浮萍水提物处理过的人厌槐叶萍(15株)全部发生死亡且无新植株长出(图28和29)。进一步的观察表明人厌槐叶萍完全被消灭且能在8个月内抑制新植株出现。
实例15
小浮萍醇提物对人厌槐叶萍生长的抑制及杀死作用
实验方法:取180g干燥的小浮萍粉碎后,在室温下以2L 95%乙醇提取24小时,提取3次。合并95%乙醇提取液,减压回收后得6g醇提取物。将1g小浮萍醇提物溶于2mL DMSO中,加水稀释成浓度为900mL 0.1%实验溶液和1L 0.01%实验水溶液(g/mL)备用。抑制实验在NCPC实验室中完成,共3组处理,每个处理重复3次。将45株健康的人厌槐叶萍(每株鲜重大约7g)养在塑料盒子(14×15cm,0.68L)。对照组:每个塑料盒子装入5株人厌槐叶萍,养在300mL水,平行样做3次;0.01%小浮萍水提物处理组:每个塑料盒子装入5株人厌槐叶萍,喷300mL 0.01%小浮萍水提物水溶液,平行样做3次;0.1%小浮萍水提物处理组:每个塑料盒子装入5株人厌槐叶萍,喷300mL 0.1%小浮萍水提物实验水溶液,平行样做3次。每周统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据。在第13周末,每组中新长人厌槐叶萍的生物量被称量。生物量的增长是一个主要因素来衡量植物生长被抑制的状态。
结果:实验结果表明13周实验结束时,15株对照组人厌槐叶萍生长量好,有新的叶片长出,生物量明显增加(图30),这与实验5结果类似,与对照相比,在0.01%小浮萍醇提物处理组增涨的生物量占15%(图29)。经0.1%小浮萍醇提物处理过的12株人厌槐叶萍发生死亡且无新植株长出(图29和30),其余3株人厌槐叶萍成熟组织已经死亡,但有新叶子长出。然而这3株人厌槐叶萍新发展的叶子并没维持太长时间,到15周时,全部发生死亡。之后的8个月内,没有观察到人厌槐叶萍出现。
实例16
小浮萍水提物对小槐叶萍生长的抑制及杀死作用
实验方法:按实例14方法准备小浮萍水提物,取1g小浮萍醇提物溶于2mL DMSO中,加水稀释成浓度为900mL 0.1%实验溶液和1L0.01%实验水溶液(g/mL)备用。准备90株健康的小槐叶萍,每个塑料盒子装入10株小槐叶萍(14×15cm,0.68L),抑制实验在NCPC实验室中完成,共3组处理,每个处理重复3次。对照组:任意选取3组,每组10株小槐叶萍养在100mL水;0.01%小浮萍水提物处理组:每组10株小槐叶萍喷100mL 0.01%小浮萍水提物并养在其中,平行样做3次;0.1%小浮萍水提物处理组:每组10株小槐叶萍喷100mL 0.1%小浮萍水提物并养在其中,平行样做3次。每周统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据。在第13周末,每组中新长人厌槐叶萍的生物量被称量。生物量的增长是一个主要因素来衡量植物生长被抑制的状态。
结果:13周实验结束时,30株对照组小槐叶萍生长量好,有新的叶片长出,生物量明显增加(图31)。在13周内0.01%小浮萍水提物对小槐叶萍生长没有影响(图31和32),与对照相比,在0.0%小浮萍水提物处理组增涨的生物量占35%。但之后的7周内,0.01%和0.1%小浮萍水提物处理后小槐叶萍全部发生死亡且没有观察到小槐叶长出。
实例17
小浮萍醇提物对小槐叶萍生长的抑制及杀死作用
实验方法:按实例15方法准备小浮萍醇提物,取1g小浮萍水提物溶于水配置成900mL浓度为0.1%实验溶液和1L 0.01%实验水溶液(g/mL)备用。准备90株健康的小槐叶萍,每个塑料盒子装入10株小槐叶萍(14×15cm,0.68L),抑制实验在NCPC实验室中完成,共3组处理,每个处理重复3次。对照组:任意选取3组,每组10株小槐叶萍养在100mL水;0.01%小浮萍醇提物处理组:每组10株小槐叶萍喷100mL 0.01%小浮萍醇提物并养在其中,平行样做3次;0.1%小浮萍醇提物处理组:每组10株小槐叶萍喷100mL 0.1%小浮萍醇提物并养在其中,平行样做3次。每周统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据。在第13周末,每组中新长人厌槐叶萍的生物量被称量。生物量的增长是一个主要因素来衡量植物生长被抑制的状态。
结果:13周实验结束时,30株对照组小槐叶萍生长量好,有新的叶片长出,生物量明显增加(图33)。经0.01%小浮萍醇提物处理80%以上小槐叶萍死亡,而0.1%小浮萍醇提物处理的小槐叶萍全部死亡(图32和33)。之后的8个月内,没有观察到小槐叶萍出现。
实例18
巴西胡椒果实的醇提取物对巴西胡椒幼苗生长的抑制及杀死作用
实验方法:取200g干燥的巴西胡椒果实和260g干燥的乌桕果实粉碎后,在室温下以2L 70%乙醇提取48小时,提取2次。合并70%乙醇提取液,减压回收后分别得25.4g巴西胡椒果实醇提取物和27g乌桕果实醇提取物。将巴西胡椒果实醇提取物和乌桕果实醇提取物溶于水分别配置成浓度为10%实验溶液备用。取36棵巴西胡椒幼苗(3周)进行6组处理,所有抑制实验在NCPC温室中完成(30℃)。对照组:6棵巴西胡椒幼苗喷3mL水,处理2次;表面活性剂处理组:6棵巴西胡椒幼苗喷3mL水(含有7.5uL InletTM and 3.75uL),处理2次;巴西胡椒果实醇提取物处理组:6棵巴西胡椒幼苗喷3mL 10%巴西胡椒果实醇提取物水溶液,处理2次;巴西胡椒果实醇提取物联合表面活性剂处理组:6棵巴西胡椒幼苗喷3mL 10%巴西胡椒果实醇提取物水溶液(含有7.5uL InletTM and 3.75uL),处理2次;乌桕果实醇提取物处理组:6棵巴西胡椒幼苗喷3mL10%巴乌桕果实醇提取物水溶液,处理2次;乌桕果实醇提取物联合表面活性剂处理组:6棵巴西胡椒幼苗喷3mL 10%乌桕果实醇提取物水溶液(含有7.5uL InletTM and 3.75uL),处理2次。另外取北美漆树科的毒漆藤、枫香科的北美枫香树、壳斗科植物舒玛栎,每种6棵幼苗,分别以3mL 10%巴西胡椒果实醇提取物水溶液处理这些幼苗,处理2次。每天统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据。
结果:在第一次被巴西胡椒果实醇提取物或其联合表面活性剂处理3天后,所有巴西胡椒幼苗明显受到损伤(图34)。4周后,6棵幼苗在10%巴西胡椒果实联合表面活性剂溶液下表现死亡,而在10%巴西胡椒果实提取物处理下,5棵幼苗表现死亡,剩下1株幼苗受到明显损伤,顶芽和嫩叶也死亡(图34)。相对比下,表面活性剂、10%乌桕果实醇提取物和其联合表面活性剂处理下幼苗和对照组幼苗一样生长良好,无任何损伤。另外毒漆藤、北美枫香树和舒玛栎在巴西胡椒果实醇提取物处理下未受损伤。
实例19
乌桕果实醇提取物对乌桕幼苗生长的抑制及杀死作用
实验方法:取260g干燥的大戟科乌桕果实和400g干燥的木犀科女贞果实粉碎后,在室温下以2L 70%乙醇提取48小时,提取2次。合并70%乙醇提取液,减压回收后分别得27g乌桕果实醇提取物和25.3g女贞果实醇提取物。将2种醇提取物溶于水分别配置成浓度为10%实验溶液备用。准备18棵相同母本的乌桕幼苗(3周)和12棵相同母本的女贞幼苗进行4组处理。对照组:6棵乌桕幼苗和女贞幼苗喷施3mL水;乌桕果实醇提取物对乌桕幼苗处理组:6棵乌桕幼苗喷施3mL 10%乌桕果实醇提取物水溶液;乌桕果实醇提取物对女贞幼苗处理组:6棵女贞幼苗喷施3mL 10%乌桕果实醇提取物水溶液;女贞果实醇提取物对乌桕幼苗处理组:6棵乌桕幼苗喷施3mL 10%女贞果实醇提取物水溶液。每天统计一次植物生长和存活的状态,照像并记录数据。
结果:在乌桕果实醇提取物处理下,所有6株乌桕幼苗明显受到损伤(图35)。2棵幼苗在1周内表现死亡,而剩余4棵幼苗表现出极其严重的损伤。但是实验结果表明乌桕果实醇提取物对女贞幼苗无任何影响,反之亦然。
实例20
红火蚁提取物、甲酸和乙酸对红火蚁的抑制及杀死作用
实验方法:红火蚁提取物:(1)丙酮提取物:取97g(鲜重)红火蚁工蚁在室温下以250mL丙酮提取24小时,提取2次。合并丙酮提取液,减压回收后分别得2.13g丙酮提取物;(2)乙醇提取物:取110g(鲜重)红火蚁工蚁在室温下以250mL 95%乙醇提取24小时,提取2次。合并95%乙醇提取液,减压回收后分别得2.72g 95%乙醇提取物。将2种提取物溶于水分别配置成浓度为0.1%、1%、5%、10%实验溶液备用。甲酸和乙酸水溶液的制备:甲酸(88%,Sigma公司)和乙酸(99.7%,化学纯,VWR公司)溶于水分别配置成浓度为0.1%、1%、5%实验溶液即配即用。红火蚁提取物中甲酸的NMR分析:CO2麻醉后,大约100只红火蚁工蚁以1mL氘代氯仿超声提取30min,过滤,无水硫酸镁干燥后,500μL氯仿提取物被转移至NMR样品管,备用。NMR分析用JEOL ECS-400型核磁共振仪测定,TMS为内标,化学位移表示为δ(ppm)。在红火蚁氯仿提取物的NMR谱中,一个独特的单峰在δ8.02为醛基质子峰,与甲酸标准品图谱一致,显示含有甲酸。接触毒性实验:(1)红火蚁的丙酮和乙醇提取物对红火蚁毒性作用:本实验包括9组处理,每个处理重复3次,单次选取50红火蚁工蚁置于100mL玻璃烧杯,以布罩杯口防止红火蚁爬出。在每个烧杯中分别以1mL0.1%、1%、5%和10%红火蚁的丙酮或乙醇提取物水溶液喷施红火蚁,1mL水为对照。处理后红火蚁存活每小时记录一次,连续记录7小时。(2)甲酸对红火蚁毒性影响:本实验包括7组处理,每个处理重复3次,单次选取50红火蚁工蚁置于100mL玻璃烧杯,以布罩杯口防止红火蚁爬出。在每个烧杯中分别以1mL 0.1%、1%、5%和10%甲酸或乙酸水溶液喷施红火蚁,1mL水为对照。处理后红火蚁存活每小时记录一次,连续记录7小时。采用加权概率单位法(SPSS13.0的PROBIT数据处理软件)计算的红火蚁提取物和酸的50%致死量LD50(能杀死一半供试红火蚁的剂量)和90%致死量LD90(引起90%供试红火蚁死亡的浓度/剂量)。(3)红火蚁乙醇提取物联合甲酸对红火蚁毒性作用:准备720红火蚁工蚁,每一个皮氏培养皿(直径85mm)放置30工蚁。对照组:在3个皮氏培养皿中的红火蚁工蚁无任何处理;水处理组:每个皮氏培养皿中红火蚁工蚁与1mL水接触10s,平行样作3次;2.5%红火蚁乙醇提取物处理组:每个皮氏培养皿中红火蚁工蚁与1mL 2.5%红火蚁乙醇提取物水溶液接触10s,平行样作3次;2.5%甲酸处理组:每个皮氏培养皿中红火蚁工蚁与1mL 2.5%甲酸水溶液接触10s,平行样作3次;红火蚁乙醇提取物(2.5%)和甲酸(2.5%)混合物处理组:每个皮氏培养皿中红火蚁工蚁与1mL红火蚁乙醇提取物和甲酸混合物(乙醇提取物和甲酸的浓度分别是2.5%)接触10s,平行样作3次;5%红火蚁乙醇提取物处理组:每个皮氏培养皿中红火蚁工蚁与1mL 5%红火蚁乙醇提取物水溶液接触10s,平行样作3次;5%甲酸处理组:每个皮氏培养皿中红火蚁工蚁与1mL 5%甲酸水溶液接触10s,平行样作3次;红火蚁乙醇提取物(5%)和甲酸(5%)混合物处理组:每个皮氏培养皿中红火蚁工蚁与1mL红火蚁乙醇提取物和甲酸混合物(乙醇提取物和甲酸的浓度分别是5%)接触10s,平行样作3次。处理后红火蚁存活每15min记录一次,连续记录90min。(4)红火蚁乙醇提取物联合甲酸对受伤红火蚁毒性作用:准备450红火蚁工蚁,每一个皮氏培养皿(直径85mm)放置30工蚁。CO2麻醉后,每个红火蚁工蚁被尖针刺伤柄后腹,立即加入实验水溶液处理。对照组:在3个皮氏培养皿中被刺伤的的红火蚁工蚁无任何处理;水处理组:每个皮氏培养皿中被刺伤的红火蚁工蚁与1mL水接触10s,平行样作3次;1.25%红火蚁乙醇提取物处理组:每个皮氏培养皿中被刺伤的红火蚁工蚁与1mL 1.25%红火蚁乙醇提取物水溶液接触10s,平行样作3次;1.25%甲酸处理组:每个皮氏培养皿中被刺伤的红火蚁工蚁与1mL 1.25%甲酸水溶液接触10s,平行样作3次;红火蚁乙醇提取物(1.255%)和甲酸(1.255%)混合物处理组:每个皮氏培养皿中被刺伤的红火蚁工蚁与1mL红火蚁乙醇提取物和甲酸混合物(乙醇提取物和甲酸的浓度分别是1.25%)接触10s,平行样作3次。处理后红火蚁存活每15min记录一次,连续记录90min。(5)红火蚁乙醇提取物对栖北散白蚁毒性作用:本实验包括5组处理,每150鼻白蚁科栖北散白蚁为一组,投入100mL玻璃烧杯并以布巾罩杯口防止其爬出,每组处理重复三次。每组白蚁包括20工蚁、10兵蚁、5有翅的繁殖蚁。在每个烧杯中分别以1mL 0.1%、1%、5%和10%红火蚁乙醇提取物水溶液喷施栖北散白蚁,1mL水为对照。处理后栖北散白蚁存活每小时记录一次,连续记录7小时。甲酸熏蒸毒性试验:准备3个塑料盒并垫上一张滤纸,分别加入10mL 0.1%、1%或5%甲酸溶液,每个塑料盒再置300红火蚁工蚁,每小时观察一次工蚁存活状态,连续2小时。采用加权概率单位法(SPSS13.0的PROBIT数据处理软件)计算50%致死量LD50(能杀死一半供试红火蚁的甲酸剂量)和90%致死量LD90(引起90%供试红火蚁死亡的甲酸剂量)。
结果:实验结果表明局部施用红火蚁乙醇提取物和有机酸能够引起红火蚁毒性反应,乙醇提取物对红火蚁的毒性比丙酮提取物高。NMR谱分析表明红火蚁的氯仿、丙酮、乙醇提取物中均没有检测到甲酸。在7小时接触毒性试验中,红火蚁乙醇提取物浓度为1%、5%和10%时,分别能够造成60%、70%和80%红火蚁的死亡(图36)。经计算甲酸对红火蚁的LD50和LD90分别为1.9%和5.09%,乙酸为LD50和LD90分别为6.42%和9.96%,乙醇提取物为LD50和LD90分别为1.81%和15.58%,丙酮提取物为LD50和LD90分别为18.67%和34.18%。甲酸对红火蚁的影响比乙酸更强。在90min接触毒性试验中,2.5%和5%甲酸的平均死亡率为70%和100%(图37)。熏蒸毒性试验结果表明甲酸7小时的LD50和LD90分别为0.5%和0.9%。红火蚁乙醇提取物联合甲酸对红火蚁毒性明显要好于二者的单独使用(图37和38)。然而,红火蚁乙醇提取物对栖北散白蚁没有毒性。
实例21
甲酸对栖北散白蚁毒性作用
实验方法:甲酸(90.4%,化学纯,Fisher公司)溶于水分别配置成浓度为0.1%、1%、5%实验溶液即配即用。栖北散白蚁提取物中甲酸的NMR分析:CO2麻醉后,大约100只栖北散白蚁以1mL氘代氯仿超声提取30min,过滤,无水硫酸镁干燥后,500μL氯仿提取物被转移至NMR样品管,备用。NMR分析用JEOL ECS-400型核磁共振仪测定,TMS为内标,化学位移表示为δ(ppm)。栖北散白蚁氯仿提取物的NMR谱中,一个独特的单峰在δ8.02为醛基质子峰,与甲酸标准品图谱一致,显示含有甲酸。接触毒性试验:本实验包括5组处理,每组处理重复三次。每组105栖北散白蚁,包括20工蚁、10兵蚁、5有翅的繁殖蚁。将栖北散白蚁投置于100mL玻璃烧杯,以布巾罩杯口防止栖北散白蚁爬出。在每个烧杯中分别以1mL0.1%、1%、5%和10%甲酸水溶液喷施红火蚁,1mL水为对照。处理后红火蚁存活每小时记录一次,连续记录7小时。
结果:NMR谱分析表明栖北散白蚁提取物含有一定量甲酸(图39)。在接触毒性试验中,高浓度甲酸(5或10%)在一小时内就能杀死所有供试白蚁(工蚁、兵蚁、有翅的繁殖蚁)。1%甲酸在七小时内能杀死40%以上的供试白蚁(图40)。0.1%甲酸对栖北散白蚁没有毒性。接触毒性试验结果表明甲酸7小时的LD50和LD90分别为4.71%和9.08%。
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根据本发明可以在不进行过度实验的情况下实现并实施本文所公开和要求保护的所有方法。尽管已经以优选实施方案的方式描述了本发明的组合物和方法,对本领域技术人员而言明显的是,在不背离本发明的概念、精神和范围的情况下,可以对方法和在方法的步骤或步骤顺序中应用变化。更具体地,明显的是化学上和生理学上都相关的一些试剂可以替代本文所述的试剂同时会实现相同或相似的结果。认为对本领域技术人员而言明显的所有这种相似的替代和修改在由所附权利要求限定的本发明的精神、范围和概念内。
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在以下参考文献对本文前述那些提供示例性程序或其他细节的补充的方面,通过引用将其具体地引入文中。
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