松香衍生物農用生物活性研究進展*

吳程宇，李 健

(西北農林科技大學林學院，陜西 楊凌 712100)

隨著石化等不可再生資源的日益枯竭和人們環境保護意識的增強，為滿足人類可持續發展的需求，對可再生的綠色天然產物松香進行深加工利用，正引起人們更廣泛的關注。特別是通過對天然產物松香進行結構上的化學修飾，來制備高附加值的化工產品已成為當前的研究熱點之一[1-4]。

松香是一種從松樹中獲得的天然可再生資源，化學組成復雜，主要成分是三環二萜結構的樹脂酸(由分子式C19H29COOH表示)，另含有少量的脂肪酸和中性物質。松香樹脂酸具有獨特的三元菲環結構和多個手性中心，可合成應用廣泛的松香基化工產品。以松香為原料的化工產品已廣泛應用于助焊劑[5]、涂料[6]、膠黏劑[7]、油墨[8]、表面活性劑[9]等領域，而在農業領域亦有潛在的應用價值，主要表現在殺蟲、除草、抑菌等生物活性。

1 松香衍生物的農用生物活性

我國是一個農業大國，在農業生產中大量使用速效價廉的化學合成農藥，雖然帶來了巨大的社會效益和經濟效益[10]，但其弊端也不斷突顯出來，使農業害物大規模產生抗藥性，甚至會破壞生態平衡[11]，而以植物源農藥為主要代表的綠色農藥[12-13]正越來越引起人們的重視。由于植物源農藥具有源于自然、易降解、不易產生抗藥性、對人畜安全等特點，使其較傳統化學合成農藥具有更好的應用前景。而從豐富的天然資源松香中篩選高活性松香衍生物作為原料，通過對其三元菲環骨架和羧基官能團化學改性及修飾結構，可設計合成新型植物源農藥乃至發現新的作用靶標，也成為現代農藥研究與開發的熱點之一[14]。因此，對于我國嚴峻的農業環境，開發結構新穎、農用生物活性高、環境友好的綠色植物源農藥就變得非常緊迫。

1.1 殺蟲活性

研究發現，松香衍生物對農業害蟲具有一定的防治效果[15-16]。因此，設計制備綠色植物源松香基農藥有望減少農作物的損失，提高農業產量，并為開發高效低毒的新型殺蟲劑提供研究思路。

劉宇宏[17]以歧化松香為原料，經氯化和銅鹽化反應合成氯化松香基銅鹽，通過浸蟲法研究殺蟲活性，結果表明：該類化合物對農業害蟲甜菜夜蛾具有良好的防治效果，死亡率可達98.3%以上。Klejdysz等[18]合成出具備拒食活性和抗氧化活性的雙功能松香離子液體，對米象蟲、赤擬谷盜蟲和谷斑皮蠹等農作物害蟲具有較強的拒食效果的同時，也對長期儲存的作物有一定抗氧化能力，在倉儲作物保護領域提供了新的研究思路，具有一定研究潛力。Liu[19]分別用脫氫樅酸和馬來海松酸合成了系列松香酯衍生物，通過葉板法檢測了它們對粘蟲的拒食活性。拒食結果表明：大多數松香酯類化合物在0.01 g/mL濃度下表現出顯著的拒食活性，24 h后拒食率均超過70%；松香酯的拒食活性隨著醇鏈長度的增加而增大，并推測松香酯類化合物對粘蟲具有一定胃毒作用。許吉[20]研究了松香多元酸對4齡小地老虎的拒食活性，結果顯示：質量濃度為1 g/L 時，丙烯海松酸、馬來海松酸和富馬海松酸對4齡小地老虎幼蟲的24 h拒食率分別為78. 41%、13. 41%和79. 94%，其中丙烯海松酸及富馬海松酸對小地老虎的拒食活性較高，較強地抑制了小地老虎幼蟲的進食。而松香基席夫堿、噻二唑、硫脲和酰胺類化合物的殺蟲活性研究報道較多，對農業害蟲取得良好的拒食活性和滅殺活性。

饒小平[21]以松香衍生物為原料經化學修飾合成了席夫堿、金屬配合物、胺基磷酸酯、酰胺、異氰酸酯和酰基硫脲等六類共48個化合物，并通過用IR、UV-Vis、NMR、MS等化學光譜對其結構進行了表征。以家蠅、斜紋夜蛾、蚜蟲為實驗昆蟲，研究了松香衍生物對昆蟲的取食活性規律。結果顯示：脫氫樅基席夫堿和脫氫樅基酰胺都對斜紋夜蛾有較強的誘食活性，也對粘蟲有很強的拒食活性，拒食率可達90%～100%，而對家蠅取食影響較小。翟兆蘭[22]合成了四種松香含氮衍生物，分別是脫氫樅酸基酰胺類、脫氫樅胺基席夫堿類、脫氫樅酸酰基硫脲類和二氫樅酸酰基硫脲類衍生物。采用葉碟法研究了這四類松香含氮衍生物對小地老虎4齡幼蟲的拒食活性，結果顯示:脫氫樅胺席夫堿和二氫樅酸酰基硫脲這兩類衍生物對小地老虎具有較強的拒食活性，24 h后拒食率分別可達86.12%和85.13%。

韓春蕊[23]以樅酸為原料合成了酰肼、噻二唑等系列衍生物，通過葉碟法測試了部分化合物對家蠅的拒食活性，研究發現：脫氫樅基酰肼和噻二唑官能團對家蠅拒食活性影響不大，而化合物取代基的改變對拒食活性影響較大。Gao[24]以脫氫樅酸為原料，合成了37種含有噻二唑基團的松香酰胺類衍生物，以粘蟲和小菜蛾為試受害蟲，研究了化合物殺蟲活性并建立定量構效關系(QSAR)模型研究其定量構效關系，研究發現：目標化合物對小菜蛾有良好的滅殺活性，其中最優化合物殺蟲活性(LC50=0.0214 g/mL)較優于商業殺蟲劑氟苯蟲胺(LC50=0.0222 g/mL)；定量構效結果表明：該類化合物的電子和空間效應對殺蟲活性有一定的影響。Mo等[25]以脫氫樅酸為原料合成11種脫氫樅基噻二唑硫脲類化合物，通過對棉鈴蟲、玉米螟和小菜蛾的殺蟲活性測試，同時建立初步構效關系(SAR)，研究發現：在200 mg/L濃度下，其中最優化合物N-(5-脫氫樅基-1,3,4-噻二唑-2-基-)-N′-苯基硫脲(圖13a)對棉鈴蟲具有良好的殺蟲活性，防效率高達93.3%；而對玉米螟殺蟲活性最高的化合物N-(5-去氫樅基-1,3,4-噻二唑-2-基-) -N′-對甲基苯基硫脲(圖13d)，防效率為73.3%；并且構效關系表明：化合物苯環上4位取代基對棉鈴蟲和玉米螟的防效率具有一定影響。

圖1 脫氫樅基噻二唑硫脲化合物(3a～3k)合成路線圖Fig.1 Synthesis route of dehydroabietic thiadiazole thiourea compounds (3a～3k)

盡管上述文獻報道合成的松香衍生物對農業害蟲表現出良好的生物活性，但其相關研究均缺乏對農業害蟲作用機制的研究和田間試驗驗證，同時也應該加強研究其毒性機理和農藥環境風險評估，從而為松香基殺蟲劑的商業化開發提供理論指導。

1.2 除草活性

松香衍生物[26]不僅對農業害蟲具有一定的防治效果，同樣也對一些農業植物雜草具有抑制作用，在除草劑領域有研究潛力，可開發為一種潛在的植物生長抑制劑。較多文獻以稗草幼苗和油菜胎根為除草活性試驗目標，研究了松香基硫脲、酰胺、噻二唑和三唑類化合物的除草活性，其中酰胺類和噻二唑類化合物對稗草和油菜的抑制率較高，除草活性強。

閔方倩等[27]合成的脫氫樅酸基磺酰胺衍生物，均對油菜胚胎根生長有一定抑制作用，其中化合物去氫樅酸基對甲氧基苯磺酰胺的除草活性最優，抑制率為57.1%。Gao等[28]合成了33種丙烯海松基衍生物，主要包括了丙烯海松基酰基硫脲、丙烯海松基酰胺、丙烯海松基席夫堿三類化合物。研究了丙烯海松基衍生物對稗草、莧菜、油菜的除草活性，結果表明：丙烯海松基酰基硫脲類化合物對稗草有良好的抑制率，其中最優化合物(EC50=13.191 g ai/ha)除草活性優于商業除草劑磺草胺(EC50=15.606 g ai/ha)；并且定量關系表明：氮原子上的取代基和空間結構對除草活性有一定影響。Xu[29]以馬來松香酸為原料，經過酰氯化和N-酰化反應，合成了9個新型馬來松香酸基酰胺化合物并測試其除草活性。研究發現：所有目標化合物均對油菜的胚根生長有一定抑制作用，而對稗草幼苗生長的抑制作用較弱。其中目標化合物在100 μg/mL質量濃度下，最佳化合物(圖23d)的除草抑制率為66.1%。

林桂汕[30]以松香為原料，合成了7種新型丙烯海松基雙酰胺-噻二唑化合物。通過稗草小杯法和油菜平皿法測試抑制活性，結果表明：在100 μg/mL濃度下，目標化合物對油菜的抑制作用較強，而對稗草表現出較弱的抑制活性，其中最優化合物對油菜抑制率高達92.4%。楊小洪等[31]以松香衍生物為原料，合成了系列脫氫松香基噻二唑類衍生物，使用油菜平皿法和稗草小杯法測定目標化合物除草活性。研究發現：脫氫松香基噻二唑類衍生物均表現出一定的除草活性，當苯環上有鹵素原子取代時，目標化合物的除草活性增強，其中最優化合物(圖35d)在100 μg/mL濃度下，抑制率可達68.9%。

圖2 馬來松香基酰胺化合物(3a～3i)合成路線圖Fig.2 Synthesis route of maleated rosin-based amide compounds (3a～3i)

史伯安等[32]合成了6個脫氫松香基-1,2,4-三氮唑類化合物，通過FTIR、1HNMR、MS和元素分析等手段確定產物結構，并研究了其對油菜和稗草的除草活性。研究發現：目標化合物對油菜胚根和稗菜幼苗具有一定的抑制活性。在100 μg/mL濃度下，抑制作用明顯，對油菜胚根和稗菜幼苗的抑制率達到20%以上。研究還發現了當目標化合物苯環上引入鹵素原子時，可有效促進除草活性。

雖然較多文獻報道了松香衍生物對油菜和稗草表現出良好的除草活性，但研究對象種類單一，缺乏對其它田間雜草的活性測試分析和作用機制研究。為開發出高效、低毒、廣譜的松香基除草劑，應該進一步加強除草活性試驗規模、增加試驗種類，深入地研究除草機理和除草劑對生態環境影響等。

1.3 抑菌活性

松香衍生物在抑菌活性也有較多的研究報道，尤其對農業有害微生物具有顯著抑制作用，主要體現在：木材木腐菌和植物病原菌。

(1)木材木腐菌

松香基季銨鹽和酰胺類化合物對木腐菌有良好的抑菌效果，在木材防腐劑領域為松香深度開發利用提供了新的研究途徑[33-34]。

圖4 松香季銨鹽衍生物化學結構式Fig.4 Chemical structural of rosin quaternary ammonium salt derivatives

Liang[35]以松香為原料合成了脫氫松香基單季銨鹽、氫化松香基單季銨鹽和丙烯海松基雙季銨鹽三類衍生物，通過濾紙片法對木材腐爛真菌彩絨革蓋菌和密粘褶菌測試抑菌活性，結果顯示：在0.025 mmol/mL濃度時，所有的測試化合物均變現出良好的抑菌活性，其中丙烯海松基雙季銨鹽(圖4c)的抑菌活性優于脫氫松香基單季銨鹽(圖4a)和氫化松香基單季銨鹽(圖4b)，且對彩絨革蓋菌具有較優的抑菌活性，較接近于市售季銨鹽殺菌劑十二烷基二甲基芐基氯化銨的抑菌活性。金燕[36]以松香為原料，合成了N-(3-松香酰氧-2-羥)丙基-N,N-二甲基氯化銨，測定了目標化合物對四種木材腐朽菌綿腐臥孔菌、彩絨革蓋菌、密粘褶菌、乳白耙菌的抑菌活性，研究發現目標化合物對四種木腐菌均有抑制效果，尤其是對密黏褶菌的抑制效果最好，在藥劑濃度為32 mg/mL時，可對密黏褶菌達到Ⅰ級防腐。

李雙月[37]將改性松香經化學修飾合成了丙烯海松酰胺，以黑曲霉、宛氏擬青霉、白腐菌為試驗菌種，測定了丙烯海松酰胺的抑菌性能。發現對四種木腐菌均有抑制效果，尤其對宛氏擬青霉抑制效果最優。在濃度為32 mg/mL時，抑菌環直徑可達16 mm，并對彩絨革蓋菌和密黏褶菌達到Ⅰ級防腐效果。

(2)植物病原菌

我國是一個農業大國，植物病菌嚴重威脅農作物的質量和產量[38]。研究發現，松香基酰胺類、噻唑類以及硫脲類化合物對部分植物病原菌具有良好的抑菌活性，其中主要包括：黃瓜枯萎病菌、蘋果輪紋病菌、番茄早疫病菌、花生褐斑病菌和小麥赤霉病菌等植物病原菌。

董淑求等[39]以馬來松酸為原料，設計合成了7個新型馬來松香基雙酰胺類化合物。抑菌活性測試結果表明：目標化合物對上述五種植物病原菌均具有抗菌活性，尤其是對蘋果輪紋病菌抑制效果較優，其中大部分馬來松香基雙酰胺類化合物抑制率均高于50%。閔方倩等[40]研究了脫氫樅基磺酰胺類化合物的抗菌活性，在50 μg/mL質量濃度下，目標化合物也對上述五種植物病原菌均具有一定的抑菌活性，其中化合物脫氫樅酸間甲基苯磺酰胺對番茄早疫病菌的殺菌活性最佳，抑制率可達73.6%。Shi等[41]以馬來松香為原料，合成了14個新型馬來松香雙磺酰胺類化合物。采用瓊脂稀釋法測試其抑菌活性，研究結果發現：目標化合物也對五種植物病菌均有一定的抑菌效果，在50 mg/L質量濃度下，其中最優化合物馬來松香雙鄰氟苯基磺酰胺對蘋果輪紋病菌的抑制效果較好，抑制率為66.8%。

Chen等[42]合成脫氫樅基噻唑類化合物，通過瓊脂稀釋法測試抗真菌活性，結果表明：目標化合物在50 μg/mL質量濃度下，大部分化合物對玉米赤霉菌具有較好的抑菌效果，抑制率最高可達91.3%，接近于商業抗菌劑嘧菌酯。岑波等[43-44]以松香為原料，經加成、酰化等反應合成了8個的丙烯海松酸基雙噻二唑類化合物。通過抑菌活性測試，結果表明：當目標化合物在50 μg/mL質量濃度下時，對蘋果輪紋病菌抑制效果較好，抑制率均超過60%。之后還合成了10個馬來松香基雙硫脲-酰胺類化合物，研究發現：在50 μg/mL質量濃度下，最優化合物馬來松香基雙對氯苯基硫脲-酰胺對蘋果輪紋病菌的抑制活性最強，其抑制率可達71.4%，達到B級活性水平，提高了對蘋果輪紋病菌的抑制率。陳乃源等[45]設計合成了20個新型脫氫樅基B環并噻唑-酰胺化合物。抑菌活性測試結果表明：在50 mg/L質量濃度下，其中目標化合物脫氫樅基B環并噻唑-苯甲酰胺和脫氫樅基B環并噻唑-胺對蘋果輪紋病菌的抑制率分別高達90.0%和92.4%，達到A級活性水平，進一步提高了對蘋果輪紋病菌的抑制率，具有一定的研究潛力。

松香衍生物具有良好的抑菌活性，特別是對農業病原菌表現出良好的抑制作用。但絕大多數抑菌活性研究還停留在活性篩選，缺乏后續抗菌機理研究和田間實驗，需要進一步研究其抑菌作用機理和擴大試驗規模。

2 結 語

我國松香資源豐富，年產量超過50萬噸。而以天然產物松香為原料，設計制備高附加值的農化產品將為我國帶來巨大的經濟效益。本文主要介紹了松香衍生物的農用生物活性，涉及到殺蟲、除草、抑菌等多個領域。盡管大量文獻報道了松香衍生物的合成工藝、高活性化合物篩選以及建立定量構效關系模型，并揭示了其構效關系，為合成高活性松香衍生物提供理論基礎。但缺乏對其作用機理研究以及相關的田間試驗，使其難以開發為市售農藥產品。需要進一步加強農用活性機理、尋找作用靶點、環境生態影響等研究工作。因此，以松香為原料設計合成的松香衍生物，將為對農用害物高效、對非靶標生物及環境安全的新型植物源農藥提供了重要研究思路。