《Biochemical Systematics and Ecology》：Mosquitocidal potential of ricinine from
Ricinus communis: An integrative evaluation of larvicidal efficacy, histopathology, non-target toxicity, and
in silico mechanism
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ricinine 蓖麻叶 提取物 蚊幼虫杀灭 乙酰胆碱酯酶抑制 非靶标毒性 low
J. Irine Towle | M.C. John Milton | Alex Yagoo | Jelin Vilvest | A Mariya Vaishnika | Perumal Pandikumar | Pathalam Ganesan | Jeyaraj Selvakumaran | Kedike Balakrishna
印度金奈洛约拉学院（自治机构）高级动物学与生物技术系，邮编600034
摘要
由于合成杀虫剂导致的抗药性增加和环境危害，开发安全可持续的蚊虫控制策略至关重要。本研究探讨了从Ricinus communis叶片中分离出的吡啶酮生物碱——蓖麻碱，作为潜在的蚊虫幼虫杀虫剂。比较实验表明，从粗提物到纯化的蓖麻碱，其杀虫效果有所增强，证实了活性成分的富集。通过FT-IR、1H NMR和13C NMR光谱分析，从氯仿提取物中纯化出的生物活性组分（组分5）被鉴定为蓖麻碱（C8H8N2O2）。该化合物对Cx. quinquefasciatus的毒性高于对Ae. aegypti（LC50分别为1.466 ppm和2.582 ppm），表明存在物种特异性敏感性。蓖麻碱会导致处理过的蚊虫幼虫中肠上皮细胞退化、空泡形成以及周质膜破坏，从而干扰消化和吸收功能。分子对接分析显示，蓖麻碱可能与Cx. quinquefasciatus的乙酰胆碱酯酶（AChE1）发生相互作用，基于in silico预测，这种相互作用涉及ASN43、GLY10和MET9位点的氢键形成，以及TYR74位点的疏水作用。非目标毒性实验表明，在实验室条件下，蓖麻碱对Poecilia reticulata和Diplonychus indicus的急性影响较小。综上所述，这些结果表明蓖麻碱具有选择性的杀虫活性，能引起明显的肠道损伤，并对乙酰胆碱酯酶具有亲和力，显示出其作为植物源杀虫剂的潜力。尽管蓖麻碱是一种已知的生物碱，但本研究通过综合评估其杀虫效果、肠道组织病理学变化、非目标毒性以及与蚊虫乙酰胆碱酯酶的分子相互作用，提供了新的见解。
引言
蚊媒疾病如疟疾、登革热、淋巴丝虫病和寨卡病毒仍然是全球重大的公共卫生挑战。通过杀虫和减少蚊虫滋生源来控制蚊虫传播是最有效的方法（Huang等人，2017；Pluess等人，2010；Yagoo等人，2026）。杀虫措施针对水生环境中的蚊虫幼虫阶段，使用化学或生物制剂；而减少蚊虫滋生源则侧重于消除蚊虫的繁殖场所。尽管这些方法有效，但长期依赖合成杀虫剂引发了关于环境毒性、抗药性发展和非目标效应的担忧，因此需要寻找更安全、更可持续的替代方案（Hemingway和Ranson，2000；Mareddy，2017）。
在天然替代品中，来自植物的植物化学物质被证明是环保且可生物降解的杀虫剂。这些化合物可生物降解，对非目标物种的毒性较低，并且通常通过多种机制发挥作用，降低了抗药性的可能性（Isman，2006；Pavela，2015；Vilvest等人，2025）。从印楝中提取的印楝素是研究最广泛的例子之一，因其具有杀虫、抑制生长、驱虫和驱避作用而广受认可（Chengala和Singh，2017）。这类基于植物的生物活性分子对多种蚊虫具有高效杀虫效果，符合综合害虫管理（IVM）的原则。
Ricinus communis（蓖麻）也被发现是潜在的杀虫化合物来源。虽然关于R. communis的大部分研究集中在其对农业害虫（如蚜虫）的驱虫和杀虫作用上（Bigi等人，2004），但新的证据表明它也对蚊虫具有活性。初步研究表明，R. communis提取物对Cx. quinquefasciatus和Ae. aegypti具有杀虫效果，这两种蚊虫都是重要的疾病传播媒介（Upasani等人，2003；Sogan等人，2018）。该植物的多种植物化学成分——包括生物碱、黄酮类、甾醇、皂苷和糖苷——可能为其广谱杀虫潜力提供了基础（Kumar，2017）。
对R. communis的氯仿提取物进行分馏后，发现了一个具有显著杀虫活性的组分（组分5），尤其是对Cx. quinquefasciatus幼虫。进一步的化学鉴定证实其中含有天然存在的吡啶酮类生物碱蓖麻碱。已有研究表明，蓖麻碱在多种昆虫中具有杀虫、抑制生长和抑制乙酰胆碱酯酶的作用（Rattan，2010；Cecilia等人，2014）。本研究旨在分离、鉴定蓖麻碱并进行光谱分析，以阐明其杀虫活性的结构和功能特性。
虽然化学控制是一种实用的方法，但其生态影响不容忽视。合成杀虫剂如有机磷和氨基甲酸酯会对非目标水生生物（包括有益的蚊虫捕食者）产生负面影响，从而破坏生态平衡（Shaalan等人，2005；Mareddy，2017）。为了促进环境可持续的蚊虫控制，评估新型植物化学物质对目标和非目标物种的选择性至关重要。尽管蓖麻碱在实验室生物实验中已被证明对蚊虫幼虫有效，但其对非目标水生生物（如Poecilia reticulata（孔雀鱼）和D. indicus（水虫）的安全性尚未得到充分评估，而这些生物是水生生态系统的重要组成部分。需要注意的是，基于实验室的非目标毒性实验只能提供初步的环境安全信息，无法完全反映长期生态效应或多物种相互作用。因此，关于植物源杀虫剂环境兼容性的结论应在受控实验条件下进行解读。
此外，了解蓖麻碱的杀虫机制对于将其纳入可持续害虫管理至关重要。乙酰胆碱酯酶（AChE）是参与昆虫神经肌肉信号传导的关键酶，其抑制会导致神经功能障碍和死亡（Thompson等人，2000）。分子对接研究有助于预测生物活性分子与目标酶之间的相互作用（Sousa和Fernandes，2006）。然而，这种通过分子对接预测的相互作用需要通过实验验证酶抑制实验来确认，因此应视为推测性的机制。
蓖麻碱是一种特性明确的生物碱，先前已有报道其具有杀虫和驱虫作用。然而，大多数早期研究仅单独考察了其活性，而没有综合考虑毒性量化、组织损伤、对非目标水生生物的选择性以及与关键神经酶的分子相互作用。本研究通过结合杀虫生物实验、组织病理学分析、非目标毒性评估和in silico分子对接，提供了对蓖麻碱作为杀虫剂的全面多层面评估。在这种背景下，本研究综合运用了化学、光谱学、组织病理学和分子对接分析方法，对R. communis中的蓖麻碱进行了表征，评估了其对Cx. quinquefasciatus和Ae. aegypti的杀虫潜力，并评估了其对非目标水生生物的安全性。这种综合方法有助于开发环保、目标特异性和可持续的生物控制策略。
植物材料、生物活性化合物的提取与分馏
2023年8月，从印度泰米尔纳德邦的Tirunelveli地区采集了新鲜、成熟且健康的Ricinus communis叶片。植物材料由印度Palayamkottai圣泽维尔学院的植物学家S. Mutheeswaran博士进行分类鉴定和验证，并将凭证标本（XCH-40512）存入机构标本馆。叶片在流动自来水下彻底清洗后，在室温（28–30°C）下阴干7–10天。
Ricinus communis的杀虫活性
杀虫生物实验清楚地显示了R. communis叶片提取物及其组分对Ae. aegypti和Cx. quinquefasciatus幼虫的剂量依赖性毒性（表1、表2、表3）。在粗提物中，氯仿提取物对Ae. aegypti的毒性最强，LC50值最低为125.586 ppm，其次是己烷提取物（155.041 ppm）。LC90值也呈现出类似的趋势。相比之下，Cx. quinquefasciatus幼虫对所有提取物的敏感性更高。
讨论
本研究成功从R. communis叶片的氯仿提取物中分离并鉴定了吡啶酮生物碱蓖麻碱。通过FT-IR、1H NMR和13C NMR的结构分析，确认了其中含有3-氰基-4-甲氧基-N-甲基-2-吡啶酮结构，这与先前关于R. communis种子和叶片中蓖麻碱的报道一致（Farag等人，2019；Panda等人，2014）。-C
N、-C
O和-OCH3等官能团的鉴定进一步证实了其存在。
结论
基于FT-IR、1H NMR和13C NMR分析，确定氯仿提取物中最活跃的组分（组分5）为蓖麻碱，其特征包括甲氧基、N-甲基和硝基官能团。蓖麻碱对Cx. quinquefasciatus表现出显著的杀虫活性，对Ae. aegypti的杀虫活性中等，其致死浓度估计值需通过probit外推法进一步验证。组织病理学变化表明...
CRediT作者贡献声明
J. Irine Towle：撰写——初稿、方法论、概念构思。
M.C. John Milton：撰写——审稿与编辑、监督、概念构思。
Alex Yagoo：撰写——审稿与编辑、研究、数据分析、概念构思。
Jelin Vilvest：撰写——审稿与编辑、研究、数据分析、概念构思。
Mariya Vaishnika A：撰写——审稿与编辑、概念构思。
Perumal Pandikumar：研究。
Pathalam Ganesan：研究、数据分析。
利益冲突声明
作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
