王 Hexiang|乔志军|叶婷|刘迪|任俊坤|邓杰|吴彦龙|鲍龙珠|吴洪奎|曹秀芳|刘芳|柯少勇
微生物农药重点实验室（农业农村部），国家生物农药工程技术研究中心，湖北生物农药技术创新中心，湖北农业科学院，武汉 430064，中国
摘要
植物真菌病害对农业生产以及农产品的质量和安全构成了严重威胁。因此，开发高效且环保的新型杀菌剂具有重要意义。在本研究中，通过将天然来源的对羟基肉桂酸与高活性的二酰胺结构基团结合，设计并合成了一系列新型对羟基肉桂酸二酰胺衍生物。体外抗真菌活性筛选显示，几种化合物对多种植物病原真菌具有显著的抑制作用。值得注意的是，化合物1–14和1–13对核盘菌（EC50 = 15.70 µg/mL）和辣椒疫霉（EC50 = 22.04 µg/mL）表现出优异的活性。化合物1–13在辣椒叶片和果实上也对辣椒疫霉表现出显著的体内抗真菌活性，而化合物1–14对番茄和‘Shine Muscat’葡萄品种上的灰葡萄孢菌具有明显的浓度依赖性抑制作用。进一步的实验，包括体内活性测定、碘化丙啶（PI）染色、质子动力（PMF）评估、琥珀酸脱氢酶（SDH）活性测试以及扫描电子显微镜（SEM）观察，表明这些目标化合物通过多种机制发挥抗真菌作用，包括破坏细胞膜完整性、干扰能量代谢以及抑制SDH酶活性。分子对接和分子动力学模拟显示，这些化合物与SDH活性口袋之间存在稳定的结合模式。密度泛函理论（DFT）计算进一步验证了它们的电子结构和稳定性。本研究为开发新型植物源杀菌剂提供了有价值的候选分子和理论基础。这些发现不仅提供了针对核盘菌和辣椒疫霉等病原体引起的采后病害的高活性候选化合物，而且阐明的结构-活性关系和多种作用机制也为基于天然产物的农药合理设计提供了新的见解。
引言
植物真菌病害是全球农业安全、生产和可持续发展的主要生物限制因素。（Gai和Wang，2024）这些病害的不利影响贯穿整个产业链，从田间到消费者。（Savary等人，2019）在作物生长期间，病原真菌感染可直接导致产量减少甚至完全损失。（Fisher等人，2012）特别是在储存、物流和营销的采后阶段，真菌引起的腐烂不仅造成巨大的经济损失，还因霉菌毒素污染而带来严重的食品安全风险。（Goda等人，2025；Khan，2024；Wu，2007）随着消费者对高质量农产品需求的增长和冷链物流的快速发展，农业和食品科学领域迫切需要开发能够控制采后病害并延长农产品保质期的高效、绿色防腐剂。（Han等人，2021）
在新型绿色农药分子的开发中，天然产物由于其结构多样性、良好的环境兼容性和独特的作用机制而成为重要的先导化合物来源。（Zhang等人，2023）对羟基肉桂酸是一种天然广泛存在于水果、蔬菜和谷物中的酚酸（Contardi等人，2021；da Silva等人，2025），它本身参与植物的防御反应。（Khawula等人，2023）研究表明，对羟基肉桂酸及其衍生物具有广泛的生物活性。（Taofiq等人，2017）它们不仅表现出优异的抗氧化和抗真菌特性，而且在农产品的采后保存方面也具有巨大潜力。（Generalić Mekinić等人，2019；Zhang等人，2020）例如，4-羟基肉桂酸可以抑制蘑菇中的酪氨酸酶，从而延缓褐变和果盖开裂，延长其储存寿命。（Hu等人，2016）此外，它们的抗氧化特性有助于减缓水果和蔬菜的生理衰退，使其成为开发绿色防腐剂的理想选择。（Călinoiu和Vodnar，2018；Parveen等人，2025）因此，基于对羟基肉桂酸骨架的结构修饰和功能增强是开发新型植物源杀菌剂的可行策略。
另一方面，二酰胺化合物作为合成化学中的“优选结构”，在制药和农化领域取得了显著成就。（Çakmak等人，2022；Sun等人，2023；Zhang等人，2022）我们之前的研究表明，含有二酰胺基团的分子可以通过作用于特定目标（如SDH）而表现出强大的生物活性。（Wang等人，2025）值得注意的是，一些二酰胺杀菌剂对卵菌引起的植物病害具有优异的控制效果，为我们的分子设计提供了有价值的药效团见解。
基于这一背景，本研究旨在通过将环境友好的天然存在对羟基肉桂酸骨架与合成易得且高效的二酰胺基团合理结合，开发新型抗真菌剂，以克服现有杀菌剂的局限性。为此，我们实施了一个从分子设计到机制解析的集成工作流程。设计并合成了一系列新型对羟基肉桂酸二酰胺衍生物（图1）。这些化合物经过系统的体外抗真菌筛选以确定先导化合物，随后确定了它们的半数有效浓度（EC50 ）。在植物组织上验证了有前景候选化合物的体内效果。通过研究其对细胞膜完整性、质子动力、目标酶（SDH）抑制和菌丝形态的影响，进一步阐明了它们的作用机制。最后，利用分子对接、动力学模拟和密度泛函理论（DFT）计算在原子水平上合理化了结构-活性关系和结合模式。这项工作有望为采后病害控制提供候选分子，并为基于天然产物的农化产品的合理设计提供框架。
材料和仪器
所有试剂和溶剂均从化学公司购买并按原样使用。1 H和13 C核磁共振光谱是在Bruker AVANCE III 600 MHz光谱仪上记录的，使用氘代甲醇（CD3 OD）或氘代二甲基亚砜（DMSO-d 6 ）作为溶剂，四甲基硅烷（TMS）作为内标。化学位移以百万分之一（ppm）报告。所有化合物的质谱数据和光谱是通过WATERS公司的电喷雾离子化质谱（ESI-MS）获得的。
化学合成
目标化合物按照方案1所示进行合成。在甲醇中，将多取代肉桂酸、取代胺、取代苯甲醛和叔丁基异氰酸酯混合，在室温下搅拌24小时，无需额外催化剂。这种一锅多组分反应能够高效构建目标化合物。大多数合成化合物的产率较高，且为固体。
CRediT作者贡献声明
王 Hexiang： 撰写——原始草稿、方法学、实验研究。
乔志军： 实验研究、数据分析。
叶婷： 实验研究、数据管理。
刘迪： 方法学研究。
任俊坤： 数据验证。
邓杰： 数据验证。
吴彦龙： 数据验证。
鲍龙珠： 数据可视化、数据分析。
吴洪奎： 实验研究。
曹秀芳： 撰写——审稿与编辑、监督。
刘芳： 资源获取、数据分析。
柯少勇： 撰写——审稿与编辑、监督、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。
致谢
本工作得到了国家重点研发计划 （2023YFD1700700）和国家作物遗传改良重点实验室 （ZK202401）的资助，同时作者也感谢湖北农业科学院青年科学基金 （2025NKYJJ34）和湖北农业科技创新中心 （2025-620-000-001-023）的部分支持。
打赏
