油菜素內(nèi)酯概況2017

1、油菜素內(nèi)酯概況油菜素內(nèi)酯(Brassinolide, BL)是20世紀(jì)70年代從自然界分離鑒定的 一系列超微量內(nèi)源性植物生長調(diào)節(jié)劑中的活性最強(qiáng)者，其廣譜、高效、安全， 生物活性和生理功能與其它已發(fā)現(xiàn)的五類植物生長調(diào)節(jié)劑完全不同。油菜素內(nèi) 酯是植物生長發(fā)育所必需的基本調(diào)節(jié)物質(zhì)，普遍存在于植物體中，調(diào)控著各種 植物的生長發(fā)育過程。1油菜素內(nèi)酯的發(fā)現(xiàn)歷程I. 1油菜素內(nèi)酯的發(fā)現(xiàn)早在1968年，日本名古屋大學(xué)的 Marumo (丸茂晉吾)等從400kg蚊母 樹(Distylium racemosum Sieb et Zucc)葉片中分離提取到 751ug 蚊母素 A1 和236ug蚊母素B,經(jīng)稻葉傾斜

2、法測試，其生物活性明顯高于生長素。但在農(nóng)業(yè)生物化學(xué)(Agri. Biol. Chem)上發(fā)表后，并未引起注意，后來查明這 種物質(zhì)是油菜素內(nèi)酯類物質(zhì)。一般認(rèn)為油菜素內(nèi)酯的研究始于197O年美國馬利蘭州貝爾茨維爾(Beltsville)美國農(nóng)業(yè)部(USDA)農(nóng)業(yè)研究中心農(nóng)學(xué)家J.W.Mitchell和他的助手發(fā)現(xiàn)的。Mitchell領(lǐng)導(dǎo)下的四人小組，自1970年開始花粉激素的研究。他們篩選了 約60種花粉，發(fā)現(xiàn)其中半數(shù)可促進(jìn)菜豆幼苗的生長。其中以油菜和赤楊的花粉 的作用為最強(qiáng)。這兩種花粉的提取物有一個(gè)共同的特點(diǎn)：用高濃度處理豆苗 時(shí)，由于生長過快，使第二節(jié)間莖裂，然后又重新長在一起。因此，可用菜豆

3、 幼苗的第二節(jié)間的伸長試驗(yàn)來進(jìn)行活性測定。1.2油菜素內(nèi)酯的分離純化Mitchell等用乙醚萃取油菜花粉的活性物質(zhì)。萃取物經(jīng)薄板層析，以苯-甲醇-乙酸(45 : 8 : 4)為展開劑，發(fā)現(xiàn)在 Rf0.350.45處有活性，取下此活性部 分，用無水乙醇萃取數(shù)次，再用乙醚提取，風(fēng)干后的物質(zhì)，在當(dāng)時(shí) (1970年)被 命名為油菜素(Brassins)。經(jīng)核磁共振譜(NMR)分析，顯示有脂肪酸酯的特征信 號(hào)，表明它們具有甘油酯型的結(jié)構(gòu)。從19701972年他們連續(xù)發(fā)表了四篇論文。在此期間，他們把研究重點(diǎn)放在生理活性上，較少注意化學(xué)結(jié)構(gòu)的研究。美國學(xué)者Grove、Mandava等在Nature上發(fā)表了從

4、油菜素提純得到單 一的物質(zhì)及其結(jié)構(gòu)測定的論文。他們將油菜素復(fù)合物經(jīng)活性硅酸鎂(Florisil)柱層析，其乙醚甲醇(1 : 1)的洗脫液為主要活性組分，它在硅膠薄板上為單一點(diǎn)。 經(jīng)儀器分析，得知該物質(zhì)是由脂肪酸和葡萄糖所組成的酯類化合物。這些酯類 經(jīng)菜豆的第二節(jié)間伸長試驗(yàn)，結(jié)果活性很低。他們估計(jì)，真正的活性物質(zhì)，其 含量大概是極微量的，必須從大量的花粉中才能獲得高活性的物質(zhì)。經(jīng)過大量 的工作，終于從227kg油菜(Brassica napus)花粉中得到4mg的高活性結(jié)晶物， 于1979年通過X光衍射和超微量分析，測定其結(jié)構(gòu)為甾醇內(nèi)酯化合物，并把 油菜素改名為油菜素內(nèi)酯(Brassinolid

5、e，BL)。此后，油菜素內(nèi)酯及與其結(jié)構(gòu)相 似的化合物在多種植物中得到分離鑒定。這些以甾醇為基本結(jié)構(gòu)的具有生物活 性的天然產(chǎn)物統(tǒng)稱為油菜素甾醇類物質(zhì) (Brassinosteroids，BRs),而BL是油菜素 甾醇類成員中活性最強(qiáng)的一種分子。BRs在植物中廣泛存在，迄今發(fā)現(xiàn)了大約 70種油菜素內(nèi)酯類化合物。1998年，在日本千葉舉行的第十六屆國際植物生長物質(zhì)協(xié)會(huì)會(huì)議(Conference of the InternationalPlant Growth SubstancesAssociation， IPGSA) 上, BRs被正式確認(rèn)為是繼生長素(IAA)、赤霉素(GA)、細(xì)胞分裂素(CTK)

6、脫落酸(ABA)、乙烯(ETH之后的第六類植物激素。1.3黃志桂教授與油菜素內(nèi)酯自1970年J.W.Mitchell發(fā)現(xiàn)油菜素內(nèi)酯及其高生理活性后，其深受世界各 國關(guān)注，都希望應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。但由于它在植物體內(nèi)含量太低，萃取工藝復(fù) 雜，成本太高；從植物體里分離油菜素內(nèi)酯，再用于農(nóng)田，曾被認(rèn)為是行不通 的。各國紛紛研究化學(xué)合成蕓苔素，為便于區(qū)別，將J.W.Mitchell發(fā)現(xiàn)的化合物稱為天然蕓苔素。上世紀(jì)70年代初的中國，要想接觸國外的科研資料還很難。一個(gè)偶然的機(jī) 會(huì)，原西南師范大學(xué)黃志桂教授了解到這一信息，那已經(jīng)是1989年，距離美國人首次發(fā)現(xiàn)油菜素已相隔19年。1989年，黃志桂教授向天然提

7、取蕓苔素的世 界難題挑戰(zhàn)，耗費(fèi)兩年時(shí)間，從幾百種植物中選擇材料，終于摸索出“高效萃取 法”，成功研究出油菜素內(nèi)酯批量生產(chǎn)的工藝技術(shù)，并研制出“天然蕓苔素合劑”?；始翁烊皇|苔素不僅在國內(nèi)獨(dú)一無二，在世界上也是獨(dú)一無二，這項(xiàng)成果 達(dá)到國際領(lǐng)先水平。1993年技術(shù)定型后，重慶市土壤肥料站連續(xù)兩年用它對(duì)玉 米和再生稻進(jìn)行大田小區(qū)規(guī)范性試驗(yàn)，并同其它18種生長素作了對(duì)比，結(jié)果是皇嘉天然蕓苔素合劑的增產(chǎn)幅度最高。中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)研究所通過紅外分析，確認(rèn)皇嘉天然蕓苔素合劑具有油菜素內(nèi)酯的基本結(jié)構(gòu)。1994年，“皇嘉天然蕓苔素”正式向全國推廣。1994年，在聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署和中國科學(xué)技 術(shù)部、中國對(duì)外經(jīng)

8、濟(jì)貿(mào)易部于杭州聯(lián)合召開的“中國星火計(jì)劃國際研討會(huì)暨星火 技術(shù)和產(chǎn)品展示會(huì)”上，天然蕓苔素合劑榮獲金獎(jiǎng)。當(dāng)時(shí)，這一成果引起了世界 轟動(dòng)，新華社、人民日?qǐng)?bào)海外版、農(nóng)民日?qǐng)?bào)等全國 80余家新聞媒體均爭先報(bào)道，并給予高度評(píng)價(jià)。1995年，黃志桂教授創(chuàng)辦了義烏市皇嘉生 化有限公司，實(shí)現(xiàn)了天然蕓苔素內(nèi)酯的工業(yè)化生產(chǎn)，使我國成為世界上唯一能工業(yè)化生產(chǎn)天然蕓苔素內(nèi)酯并應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的國家。1996年11月，在浙江省科委的主持下召開了天然蕓苔素內(nèi)酯科學(xué)技術(shù)成果鑒定會(huì)，浙江省委書記鐵 瑛同志、中國科學(xué)院院士陳耀祖、沈之荃、農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥質(zhì)量檢測中心領(lǐng)導(dǎo)以及 浙江省植保站、重慶市土肥站、杭州大學(xué)、浙江大學(xué)等單位的農(nóng)學(xué)、

9、植保、化 學(xué)、化工專家參加了鑒定會(huì)，肯定了天然蕓苔素的生產(chǎn)技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水Word文檔1.4皇嘉天然蕓苔素與人工合成蕓苔素的區(qū)別kfj狂矗電.叫兀祗求嘗 盤畐LZ-C1圭乩峨炸去 F.-lk1 原料與工藝不同皇嘉天然蕓苔素是采用黃志桂、趙明婕教授發(fā)明的“高效萃取法”專有技 術(shù)，直接從植物原料中提取的天然蕓苔素作為主要活性成分。而人工合成蕓苔 素是用有機(jī)化合物作原料，經(jīng)過 712步復(fù)雜的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)制成。分子結(jié)構(gòu)與活性不同皇嘉天然蕓苔素與人工合成蕓苔素的根本區(qū)別在于二者的分子立體化學(xué)結(jié)構(gòu) 不同，使得其生物活性遠(yuǎn)高于人工合成蕓苔素。至今沒有一種人工合成蕓苔素 的化學(xué)結(jié)構(gòu)與天然蕓苔素完全相同，合成

10、的類似于天然蕓苔素的物質(zhì)有多種，但活性都較低。產(chǎn)品成分和效果不同皇嘉天然蕓苔素在萃取時(shí)，植物原料中的很多營養(yǎng)物質(zhì)與內(nèi)源激素同時(shí)被保 留了下來，另外 加上一些高生物活性的天然有機(jī)物質(zhì)作輔助成分，經(jīng)科學(xué)配方 精制而成，能夠非常好地均衡調(diào)節(jié)作物營養(yǎng)生長和生殖生長。人工合成蕓苔素 則保留了不少化學(xué)原料物質(zhì)，如果制劑選用的原藥純度再低一點(diǎn)的話，品質(zhì)更 難保障。皇嘉天然蕓苔素制劑為0.15%乳油，濃度遠(yuǎn)高于市場上人工合成蕓苔素 制劑（濃度為0.0002%0.1%。安全性與殘留物不同皇嘉天然蕓苔素屬于植物內(nèi)源激素，與各種作物親和性好，各個(gè)生長時(shí)期 均可施用，對(duì)作物安全性好，藥效穩(wěn)定；能被作物自身代謝分解，無

11、有毒殘留 物，可用于有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。人工合成蕓苔素屬于外源激素，與作物親和性較 差，用量難以控制，用少了無效，用多了則抑制作物生長；產(chǎn)品成分復(fù)雜，有 殘留風(fēng)險(xiǎn)，不可用于有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。使用成本不同皇嘉天然蕓苔素由于活性高、用量少、藥效持續(xù)時(shí)間長，一般一季作物噴施12次即可。人工合成蕓苔素則活性低、藥效期短，要連續(xù)多次使用。盡管市 場上人工合成蕓苔素價(jià)格相對(duì)較低，但因使用次數(shù)較多，實(shí)際生產(chǎn)的綜合成本 反而更咼。2油菜素內(nèi)酯及其類似物的結(jié)構(gòu)2.1常見油菜素內(nèi)酯類的結(jié)構(gòu)比較油菜素甾醇類物質(zhì)目前已發(fā)現(xiàn)近 70種，其中生理活性較高、有實(shí)用價(jià)值的約有5種，并已實(shí)現(xiàn)了人工合成，使低成本、大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)油菜素

12、內(nèi)酯 類物質(zhì)成為現(xiàn)實(shí)通用名稱及化學(xué)結(jié)構(gòu)式化學(xué)名稱與登錄號(hào)化學(xué)結(jié)構(gòu)主要特征 （區(qū)別）與天然蕓臺(tái)素 比較的生物活性英文名：brass in olide1、22R，23R鄰羥在菜豆第二節(jié)及CAS 號(hào)：72962-43-7基稻葉傾角生物試分子式：C28H48°62、24S-甲基取代法中，活性為生化學(xué)名：2 a,3 a,22R,23R-四是天然油菜素內(nèi)酯長素的100天然油菜素內(nèi)酯羥基-24S-甲基-B-高-7-氧10000 倍（天然蕓苔素）雜-5 a-膽甾-6-酮英文名：24-epibrassi nolide1、22R，23R鄰羥約為油菜素內(nèi)酯丫CAS 號(hào)：78821-43-9基的1/4HO

13、. |M_I分子式：C28H48O62、24R-甲基取代化學(xué)名：2 a,3 a,22R,23R-四第24碳的立體構(gòu)型羥基-24R-甲基-B-高-7-氧與天然油菜素內(nèi)酯24-表油菜素內(nèi)酯雜-5 a-膽甾-6-酮的立體構(gòu)型不同QM I英文名：22,23,24-1、22S，23S 鄰羥22、23、24 碳原trisepibrass in olide基子的構(gòu)型與天然CAS 號(hào)：78821-42-82、24R-甲基取代蕓苔素的不同。分子式：C28H48O6分子結(jié)構(gòu)里22、其活性自然有差化學(xué)名：2 a,3 a,22S,23S-四23、24碳原子的構(gòu)異22,23,24-表油菜素內(nèi)酯羥基-24R-甲基-B-高

14、-7-氧型都與天然油菜素雜-5 a-膽甾-6-酮內(nèi)酯不同英文名：28-1、22R，23R鄰羥約為油菜素內(nèi)酯.1A ohhomobrass in olide基的4/5CAS 號(hào)：82373-95-32、24S-乙基取代第分子式：C29H50O624碳，天然油菜素H 化學(xué)名：2 a,3 a,22R,23R-四內(nèi)酯的取代基是甲28-咼油菜素內(nèi)酯羥基-24S-乙基-B-高-7-氧 雜-5 a-膽甾-6-酮基，二者的生理活 性相差較大28-表咼油菜素內(nèi)酯英文名：28-epihomobrassi nolideCAS 號(hào)：80483-89-2分子式：C29H50O6化學(xué)名：2 a,3 a,22S,23S-四

15、羥基-24S-乙基-B-高-7-氧雜-5 a-膽甾-6-酮1、22S、23S 鄰羥基2、24S-乙基取代 第22、23碳原子構(gòu)型與天然油菜素內(nèi) 酯不同，24碳上的 取代基是乙基，亦 不同。22、23、24 碳原子的構(gòu)型與天然 蕓苔素的不同。且24碳上是乙基 而非甲基，活性 自然差異較大|14-羥基蕓苔素甾醇英文名：14-hydroxylated brass in olideCAS 號(hào)：457603-63-3分子式：C27H46O7化學(xué)名：2 3,3314,20R,22R,25-六羥基-5 3- 膽甾-6-酮化學(xué)分子式、結(jié)構(gòu) 式、構(gòu)型都與天然 油菜素內(nèi)酯不同非天然油菜素內(nèi) 酯類化合物，當(dāng) 然生理

16、活性差異 較大CHCHjQO-o°丙酰蕓苔素內(nèi)酯英文名：Propio nyl brass in olideCAS 號(hào)：162922-31-8分子式：C35H56O7化學(xué)名：（24S） -2 a,3a-二丙酰氧基-22R,23R-環(huán)氧-7- 氧-5 a-豆甾-6-酮2,3位羥基丙酰化，22,23位羥基氧化1991年日本合 成，又稱遲效蕓 苔素內(nèi)酯。在植 物體內(nèi)先轉(zhuǎn)化為 油菜素內(nèi)酯，藥 效相對(duì)緩慢，施 后5天才起效， 持效期最長可達(dá) 21天2.2油菜素內(nèi)酯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)油菜素甾醇類物質(zhì)（BRs的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)甾體核，并在核的 C17上有一個(gè)側(cè) 鏈。根據(jù)B環(huán)中含氧官能團(tuán)的性質(zhì)，可分為內(nèi)酯型、酮

17、型和脫氧型（還原 型）。BRs生物活性與結(jié)構(gòu)關(guān)系密切?；钚?BRs必須具備如下結(jié)構(gòu)特征：A/B環(huán)為反式；A環(huán)上C2位和C3位具有順鄰二羥基。以a -或俟形式在C2或C3位含單 羥基,或反鄰二羥基（如2 a- , 3伕或2 3- , 3 a-）的化合物，活性弱或無活性；B環(huán)含有C7位內(nèi)酯和C6位酮基；D環(huán)C17位為側(cè)鏈，側(cè)鏈C22、C23位具有羥基；側(cè)鏈C24位上的取代基：可以是氫原子（無取代基）、甲基、亞甲基、乙基、亞乙基。根據(jù)B環(huán)中含氧功能團(tuán)的差異，BRs活性的次序是內(nèi)酯型酮型脫氧型， C6上缺少酮基則無活性；C24上取代基對(duì)活性的關(guān)系是甲基乙基 H , C24 上有亞甲基或亞乙基的也有活性

18、； C22、C23及C24上具有a-取向基團(tuán)的化合 物比B-取向的活性高。因此，BRs及其類似物的高生物活性結(jié)構(gòu)為：A/B環(huán)反式，B環(huán)為6-酮-7-氧內(nèi)酯，2 a- , 3 a-順鄰二羥基，C22、C23具順鄰二羥基（R構(gòu)型）及C24位的S構(gòu)型，即活性最高的是油菜素內(nèi)酯。就植物生理活性而言，油菜素內(nèi)酯 28-高油菜素內(nèi)酯28-表高油菜素內(nèi)酯 > 24-表油菜素內(nèi)酯長效蕓苔素內(nèi)酯。3油菜素內(nèi)酯的功效油菜素內(nèi)酯廣泛存在于植物中，在很低濃度 （nmol或pmol水平）就表現(xiàn)出 強(qiáng)生物活性，被認(rèn)為是調(diào)控農(nóng)作物產(chǎn)量和抗性的重要靶點(diǎn)之一，其生理功能主 要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：打破休眠，提高種子活力，促

19、進(jìn)新陳代謝，加快細(xì)胞 伸長和分裂，促進(jìn)根系生長，增強(qiáng)對(duì)肥料、水分的吸收和利用能力 ：提高葉 綠素含量，增強(qiáng)植物光合作用，增加干物質(zhì)積累；促進(jìn)花粉受精，提高座果 率、結(jié)實(shí)率，增加千粒重；增產(chǎn)效果穩(wěn)定且顯著，提高蛋白質(zhì)和糖的含量，改善品質(zhì)，外型美觀，食用口感好；促進(jìn)維管束分化；延緩衰老；提高 植物對(duì)病蟲害、高溫、凍害、鹽堿、洪澇等逆境的抗逆能力；降解農(nóng)藥殘 留，緩解除草劑等藥害。4油菜素內(nèi)酯的作用機(jī)理中國科學(xué)院、中國農(nóng)科院、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)等對(duì)油菜素內(nèi)酯在作物上應(yīng)用的生 理基礎(chǔ)做了系統(tǒng)研究，在促進(jìn)植物生長、?；ū９⑻岣弋a(chǎn)量、改善品質(zhì)和增 強(qiáng)抗病性抗逆性等方面做了詳細(xì)的論述。油菜素內(nèi)酯促進(jìn)植物生長的機(jī)

20、理：通過調(diào)節(jié)另一植物激素赤霉素的代謝來 特異性地調(diào)控細(xì)胞伸長，具有促進(jìn)細(xì)胞分裂和伸長的雙重生長效應(yīng)；可專一 誘導(dǎo)與生長有關(guān)的特異基因表達(dá)；調(diào)節(jié)核酸和蛋白質(zhì)的合成；增強(qiáng)代謝同 化功能。油菜素內(nèi)酯促進(jìn)灌漿結(jié)實(shí)、提高產(chǎn)量的作用機(jī)理：改善授粉受精過程； 促進(jìn)授精子房發(fā)育，降低敗育率；提高葉片光合速率，促進(jìn)光合產(chǎn)物往穗部 的運(yùn)輸分配；調(diào)節(jié)灌漿結(jié)實(shí)過程中的內(nèi)激素水平。油菜素內(nèi)酯增強(qiáng)作物抗逆性的作用機(jī)理：激活植物中的抗氧化酶保護(hù)系統(tǒng)（CAT、SOD、POD、APX）,從而盡快消除植物體內(nèi)由于逆境而產(chǎn)生的過多有 害自由基；緩和低溫對(duì)生物膜功能和結(jié)構(gòu)的損傷；維持細(xì)胞中氧化磷酸化 活性，改善能量代謝；改善滲透功能，維護(hù)水分吸收；提