1、油菜素內酯概況油菜素內酯(Brassinolide, BL)是20世紀70年代從自然界分離鑒定的 一系列超微量內源性植物生長調節(jié)劑中的活性最強者，其廣譜、高效、安全， 生物活性和生理功能與其它已發(fā)現(xiàn)的五類植物生長調節(jié)劑完全不同。油菜素內 酯是植物生長發(fā)育所必需的基本調節(jié)物質，普遍存在于植物體中，調控著各種 植物的生長發(fā)育過程。1油菜素內酯的發(fā)現(xiàn)歷程I. 1油菜素內酯的發(fā)現(xiàn)早在1968年，日本名古屋大學的 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,經稻葉傾斜

2、法測試，其生物活性明顯高于生長素。但在農業(yè)生物化學(Agri. Biol. Chem)上發(fā)表后，并未引起注意，后來查明這 種物質是油菜素內酯類物質。一般認為油菜素內酯的研究始于197O年美國馬利蘭州貝爾茨維爾(Beltsville)美國農業(yè)部(USDA)農業(yè)研究中心農學家J.W.Mitchell和他的助手發(fā)現(xiàn)的。Mitchell領導下的四人小組，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)可促進菜豆幼苗的生長。其中以油菜和赤楊的花粉 的作用為最強。這兩種花粉的提取物有一個共同的特點：用高濃度處理豆苗 時，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)間的伸長試驗來進行活性測定。1.2油菜素內酯的分離純化Mitchell等用乙醚萃取油菜花粉的活性物質。萃取物經薄板層析，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，風干后的物質，在當時 (1970年)被 命名為油菜素(Brassins)。經核磁共振譜(NMR)分析，顯示有脂肪酸酯的特征信 號，表明它們具有甘油酯型的結構。從19701972年他們連續(xù)發(fā)表了四篇論文。在此期間，他們把研究重點放在生理活性上，較少注意化學結構的研究。美國學者Grove、Mandava等在Nature上發(fā)表了從

4、油菜素提純得到單 一的物質及其結構測定的論文。他們將油菜素復合物經活性硅酸鎂(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。 經儀器分析，得知該物質是由脂肪酸和葡萄糖所組成的酯類化合物。這些酯類 經菜豆的第二節(jié)間伸長試驗，結果活性很低。他們估計，真正的活性物質，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。經過大量 的工作，終于從227kg油菜(Brassica napus)花粉中得到4mg的高活性結晶物， 于1979年通過X光衍射和超微量分析，測定其結構為甾醇內酯化合物，并把 油菜素改名為油菜素內酯(Brassinolid

5、e，BL)。此后，油菜素內酯及與其結構相 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構的具有生物活 性的天然產物統(tǒng)稱為油菜素甾醇類物質 (Brassinosteroids，BRs),而BL是油菜素 甾醇類成員中活性最強的一種分子。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協(xié)會會議(Conference of the InternationalPlant Growth SubstancesAssociation， IPGSA) 上, BRs被正式確認為是繼生長素(IAA)、赤霉素(GA)、細胞分裂素(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酯自1970年J.W.Mitchell發(fā)現(xiàn)油菜素內酯及其高生理活性后，其深受世界各 國關注，都希望應用于農業(yè)生產。但由于它在植物體內含量太低，萃取工藝復 雜，成本太高；從植物體里分離油菜素內酯，再用于農田，曾被認為是行不通 的。各國紛紛研究化學合成蕓苔素，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70年代初的中國，要想接觸國外的科研資料還很難。一個偶然的機 會，原西南師范大學黃志桂教授了解到這一信息，那已經是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)，耗費兩年時間，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酯批量生產的工藝技術，并研制出“天然蕓苔素合劑”。皇嘉天然蕓苔素不僅在國內獨一無二，在世界上也是獨一無二，這項成果 達到國際領先水平。1993年技術定型后，重慶市土壤肥料站連續(xù)兩年用它對玉 米和再生稻進行大田小區(qū)規(guī)范性試驗，并同其它18種生長素作了對比，結果是皇嘉天然蕓苔素合劑的增產幅度最高。中國科學院成都有機化學研究所通過紅外分析，確認皇嘉天然蕓苔素合劑具有油菜素內酯的基本結構。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)計劃署和中國科學技 術部、中國對外經

8、濟貿易部于杭州聯(lián)合召開的“中國星火計劃國際研討會暨星火 技術和產品展示會”上，天然蕓苔素合劑榮獲金獎。當時，這一成果引起了世界 轟動，新華社、人民日報海外版、農民日報等全國 80余家新聞媒體均爭先報道，并給予高度評價。1995年，黃志桂教授創(chuàng)辦了義烏市皇嘉生 化有限公司，實現(xiàn)了天然蕓苔素內酯的工業(yè)化生產，使我國成為世界上唯一能工業(yè)化生產天然蕓苔素內酯并應用于農業(yè)生產的國家。1996年11月，在浙江省科委的主持下召開了天然蕓苔素內酯科學技術成果鑒定會，浙江省委書記鐵 瑛同志、中國科學院院士陳耀祖、沈之荃、農業(yè)部農藥質量檢測中心領導以及 浙江省植保站、重慶市土肥站、杭州大學、浙江大學等單位的農學、

9、植保、化 學、化工專家參加了鑒定會，肯定了天然蕓苔素的生產技術達到世界領先水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，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 素是用有機化合物作原料，經過 712步復雜的有機化學反應制成。分子結構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結構 不同，使得其生物活性遠高于人工合成蕓苔素。至今沒有一種人工合成蕓苔素 的化學結構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有多種，但活性都較低。產品成分和效果不同皇嘉天然蕓苔素在萃取時，植物原料中的很多營養(yǎng)物質與內源激素同時被保 留了下來，另外 加上一些高生物活性的天然有機物質作輔助成分，經科學配方 精制而成，能夠非常好地均衡調節(jié)作物營養(yǎng)生長和生殖生長。人工合成蕓苔素 則保留了不少化學原料物質，如果制劑選用的原藥純度再低一點的話，品質更 難保障。皇嘉天然蕓苔素制劑為0.15%乳油，濃度遠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源激素，與各種作物親和性好，各個生長時期 均可施用，對作物安全性好，藥效穩(wěn)定；能被作物自身代謝分解，無

11、有毒殘留 物，可用于有機農業(yè)生產。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；產品成分復雜，有 殘留風險，不可用于有機農業(yè)生產。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格相對較低，但因使用次數(shù)較多，實際生產的綜合成本 反而更咼。2油菜素內酯及其類似物的結構2.1常見油菜素內酯類的結構比較油菜素甾醇類物質目前已發(fā)現(xiàn)近 70種，其中生理活性較高、有實用價值的約有5種，并已實現(xiàn)了人工合成，使低成本、大規(guī)模、工業(yè)化生產油菜素

12、內酯 類物質成為現(xiàn)實通用名稱及化學結構式化學名稱與登錄號化學結構主要特征 （區(qū)別）與天然蕓臺素 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：72962-43-7基稻葉傾角生物試分子式：C28H48°62、24S-甲基取代法中，活性為生化學名：2 a,3 a,22R,23R-四是天然油菜素內酯長素的100天然油菜素內酯羥基-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鄰羥約為油菜素內酯丫CAS 號：78821-43-9基的1/4HO

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

14、-7-氧型都與天然油菜素雜-5 a-膽甾-6-酮內酯不同英文名：28-1、22R，23R鄰羥約為油菜素內酯.1A ohhomobrass in olide基的4/5CAS 號：82373-95-32、24S-乙基取代第分子式：C29H50O624碳，天然油菜素H 化學名：2 a,3 a,22R,23R-四內酯的取代基是甲28-咼油菜素內酯羥基-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-表咼油菜素內酯英文名：28-epihomobrassi nolideCAS 號：80483-89-2分子式：C29H50O6化學名：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碳原子構型與天然油菜素內 酯不同，24碳上的 取代基是乙基，亦 不同。22、23、24 碳原子的構型與天然 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：457603-63-3分子式：C27H46O7化學名：2 3,3314,20R,22R,25-六羥基-5 3- 膽甾-6-酮化學分子式、結構 式、構型都與天然 油菜素內酯不同非天然油菜素內 酯類化合物，當 然生理

16、活性差異 較大CHCHjQO-o°丙酰蕓苔素內酯英文名：Propio nyl brass in olideCAS 號：162922-31-8分子式：C35H56O7化學名：（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 苔素內酯。在植 物體內先轉化為 油菜素內酯，藥 效相對緩慢，施 后5天才起效， 持效期最長可達 21天2.2油菜素內酯的結構特點油菜素甾醇類物質（BRs的基本結構是一個甾體核，并在核的 C17上有一個側 鏈。根據(jù)B環(huán)中含氧官能團的性質，可分為內酯型、酮

17、型和脫氧型（還原 型）。BRs生物活性與結構關系密切。活性 BRs必須具備如下結構特征：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位內酯和C6位酮基；D環(huán)C17位為側鏈，側鏈C22、C23位具有羥基；側鏈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)中含氧功能團的差異，BRs活性的次序是內酯型酮型脫氧型， C6上缺少酮基則無活性；C24上取代基對活性的關系是甲基乙基 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構為：A/B環(huán)反式，B環(huán)為6-酮-7-氧內酯，2 a- , 3 a-順鄰二羥基，C22、C23具順鄰二羥基（R構型）及C24位的S構型，即活性最高的是油菜素內酯。就植物生理活性而言，油菜素內酯 28-高油菜素內酯28-表高油菜素內酯 > 24-表油菜素內酯長效蕓苔素內酯。3油菜素內酯的功效油菜素內酯廣泛存在于植物中，在很低濃度 （nmol或pmol水平）就表現(xiàn)出 強生物活性，被認為是調控農作物產量和抗性的重要靶點之一，其生理功能主 要表現(xiàn)在以下幾個方面：打破休眠，提高種子活力，促

19、進新陳代謝，加快細胞 伸長和分裂，促進根系生長，增強對肥料、水分的吸收和利用能力 ：提高葉 綠素含量，增強植物光合作用，增加干物質積累；促進花粉受精，提高座果 率、結實率，增加千粒重；增產效果穩(wěn)定且顯著，提高蛋白質和糖的含量，改善品質，外型美觀，食用口感好；促進維管束分化；延緩衰老；提高 植物對病蟲害、高溫、凍害、鹽堿、洪澇等逆境的抗逆能力；降解農藥殘 留，緩解除草劑等藥害。4油菜素內酯的作用機理中國科學院、中國農科院、華中農業(yè)大學等對油菜素內酯在作物上應用的生 理基礎做了系統(tǒng)研究，在促進植物生長、保花保果、提高產量、改善品質和增 強抗病性抗逆性等方面做了詳細的論述。油菜素內酯促進植物生長的機

20、理：通過調節(jié)另一植物激素赤霉素的代謝來 特異性地調控細胞伸長，具有促進細胞分裂和伸長的雙重生長效應；可專一 誘導與生長有關的特異基因表達；調節(jié)核酸和蛋白質的合成；增強代謝同 化功能。油菜素內酯促進灌漿結實、提高產量的作用機理：改善授粉受精過程； 促進授精子房發(fā)育，降低敗育率；提高葉片光合速率，促進光合產物往穗部 的運輸分配；調節(jié)灌漿結實過程中的內激素水平。油菜素內酯增強作物抗逆性的作用機理：激活植物中的抗氧化酶保護系統(tǒng)（CAT、SOD、POD、APX）,從而盡快消除植物體內由于逆境而產生的過多有 害自由基；緩和低溫對生物膜功能和結構的損傷；維持細胞中氧化磷酸化 活性，改善能量代謝；改善滲透功能，維護水分吸收；提