油菜素内酯概况2017

1、油菜素内酯概况油菜素内酯(Brassinolide, BL)是20世纪70年代从自然界分离鉴定的 一系列超微量内源性植物生长调节剂中的活性最强者，其广谱、高效、安全， 生物活性和生理功能与其它已发现的五类植物生长调节剂完全不同。油菜素内 酯是植物生长发育所必需的基本调节物质，普遍存在于植物体中，调控着各种 植物的生长发育过程。1油菜素内酯的发现历程I. 1油菜素内酯的发现早在1968年，日本名古屋大学的 Marumo (丸茂晋吾)等从400kg蚊母 树(Distylium racemosum Sieb et Zucc)叶片中分离提取到 751ug 蚊母素 A1 和236ug蚊母素B,经稻叶倾斜

2、法测试，其生物活性明显高于生长素。但在农业生物化学(Agri. Biol. Chem)上发表后，并未引起注意，后来查明这 种物质是油菜素内酯类物质。一般认为油菜素内酯的研究始于197O年美国马利兰州贝尔茨维尔(Beltsville)美国农业部(USDA)农业研究中心农学家J.W.Mitchell和他的助手发现的。Mitchell领导下的四人小组，自1970年开始花粉激素的研究。他们筛选了 约60种花粉，发现其中半数可促进菜豆幼苗的生长。其中以油菜和赤杨的花粉 的作用为最强。这两种花粉的提取物有一个共同的特点：用高浓度处理豆苗 时，由于生长过快，使第二节间茎裂，然后又重新长在一起。因此，可用菜豆

3、 幼苗的第二节间的伸长试验来进行活性测定。1.2油菜素内酯的分离纯化Mitchell等用乙醚萃取油菜花粉的活性物质。萃取物经薄板层析，以苯-甲醇-乙酸(45 : 8 : 4)为展开剂，发现在 Rf0.350.45处有活性，取下此活性部 分，用无水乙醇萃取数次，再用乙醚提取，风干后的物质，在当时 (1970年)被 命名为油菜素(Brassins)。经核磁共振谱(NMR)分析，显示有脂肪酸酯的特征信 号，表明它们具有甘油酯型的结构。从19701972年他们连续发表了四篇论文。在此期间，他们把研究重点放在生理活性上，较少注意化学结构的研究。美国学者Grove、Mandava等在Nature上发表了从

4、油菜素提纯得到单 一的物质及其结构测定的论文。他们将油菜素复合物经活性硅酸镁(Florisil)柱层析，其乙醚甲醇(1 : 1)的洗脱液为主要活性组分，它在硅胶薄板上为单一点。 经仪器分析，得知该物质是由脂肪酸和葡萄糖所组成的酯类化合物。这些酯类 经菜豆的第二节间伸长试验，结果活性很低。他们估计，真正的活性物质，其 含量大概是极微量的，必须从大量的花粉中才能获得高活性的物质。经过大量 的工作，终于从227kg油菜(Brassica napus)花粉中得到4mg的高活性结晶物， 于1979年通过X光衍射和超微量分析，测定其结构为甾醇内酯化合物，并把 油菜素改名为油菜素内酯(Brassinolid

5、e，BL)。此后，油菜素内酯及与其结构相 似的化合物在多种植物中得到分离鉴定。这些以甾醇为基本结构的具有生物活 性的天然产物统称为油菜素甾醇类物质 (Brassinosteroids，BRs),而BL是油菜素 甾醇类成员中活性最强的一种分子。BRs在植物中广泛存在，迄今发现了大约 70种油菜素内酯类化合物。1998年，在日本千叶举行的第十六届国际植物生长物质协会会议(Conference of the InternationalPlant Growth SubstancesAssociation， IPGSA) 上, BRs被正式确认为是继生长素(IAA)、赤霉素(GA)、细胞分裂素(CTK)

6、脱落酸(ABA)、乙烯(ETH之后的第六类植物激素。1.3黄志桂教授与油菜素内酯自1970年J.W.Mitchell发现油菜素内酯及其高生理活性后，其深受世界各 国关注，都希望应用于农业生产。但由于它在植物体内含量太低，萃取工艺复 杂，成本太高；从植物体里分离油菜素内酯，再用于农田，曾被认为是行不通 的。各国纷纷研究化学合成芸苔素，为便于区别，将J.W.Mitchell发现的化合物称为天然芸苔素。上世纪70年代初的中国，要想接触国外的科研资料还很难。一个偶然的机 会，原西南师范大学黄志桂教授了解到这一信息，那已经是1989年，距离美国人首次发现油菜素已相隔19年。1989年，黄志桂教授向天然提

7、取芸苔素的世 界难题挑战，耗费两年时间，从几百种植物中选择材料，终于摸索出“高效萃取 法”，成功研究出油菜素内酯批量生产的工艺技术，并研制出“天然芸苔素合剂”。皇嘉天然芸苔素不仅在国内独一无二，在世界上也是独一无二，这项成果 达到国际领先水平。1993年技术定型后，重庆市土壤肥料站连续两年用它对玉 米和再生稻进行大田小区规范性试验，并同其它18种生长素作了对比，结果是皇嘉天然芸苔素合剂的增产幅度最高。中国科学院成都有机化学研究所通过红外分析，确认皇嘉天然芸苔素合剂具有油菜素内酯的基本结构。1994年，“皇嘉天然芸苔素”正式向全国推广。1994年，在联合国开发计划署和中国科学技 术部、中国对外经

8、济贸易部于杭州联合召开的“中国星火计划国际研讨会暨星火 技术和产品展示会”上，天然芸苔素合剂荣获金奖。当时，这一成果引起了世界 轰动，新华社、人民日报海外版、农民日报等全国 80余家新闻媒体均争先报道，并给予高度评价。1995年，黄志桂教授创办了义乌市皇嘉生 化有限公司，实现了天然芸苔素内酯的工业化生产，使我国成为世界上唯一能工业化生产天然芸苔素内酯并应用于农业生产的国家。1996年11月，在浙江省科委的主持下召开了天然芸苔素内酯科学技术成果鉴定会，浙江省委书记铁 瑛同志、中国科学院院士陈耀祖、沈之荃、农业部农药质量检测中心领导以及 浙江省植保站、重庆市土肥站、杭州大学、浙江大学等单位的农学、

9、植保、化 学、化工专家参加了鉴定会，肯定了天然芸苔素的生产技术达到世界领先水Word文档1.4皇嘉天然芸苔素与人工合成芸苔素的区别kfj狂矗电.叫兀祗求嘗 盘畐LZ-C1圭乩峨炸去 F.-lk1 原料与工艺不同皇嘉天然芸苔素是采用黄志桂、赵明婕教授发明的“高效萃取法”专有技 术，直接从植物原料中提取的天然芸苔素作为主要活性成分。而人工合成芸苔 素是用有机化合物作原料，经过 712步复杂的有机化学反应制成。分子结构与活性不同皇嘉天然芸苔素与人工合成芸苔素的根本区别在于二者的分子立体化学结构 不同，使得其生物活性远高于人工合成芸苔素。至今没有一种人工合成芸苔素 的化学结构与天然芸苔素完全相同，合成

10、的类似于天然芸苔素的物质有多种，但活性都较低。产品成分和效果不同皇嘉天然芸苔素在萃取时，植物原料中的很多营养物质与内源激素同时被保 留了下来，另外 加上一些高生物活性的天然有机物质作辅助成分，经科学配方 精制而成，能够非常好地均衡调节作物营养生长和生殖生长。人工合成芸苔素 则保留了不少化学原料物质，如果制剂选用的原药纯度再低一点的话，品质更 难保障。皇嘉天然芸苔素制剂为0.15%乳油，浓度远高于市场上人工合成芸苔素 制剂（浓度为0.0002%0.1%。安全性与残留物不同皇嘉天然芸苔素属于植物内源激素，与各种作物亲和性好，各个生长时期 均可施用，对作物安全性好，药效稳定；能被作物自身代谢分解，无

11、有毒残留 物，可用于有机农业生产。人工合成芸苔素属于外源激素，与作物亲和性较 差，用量难以控制，用少了无效，用多了则抑制作物生长；产品成分复杂，有 残留风险，不可用于有机农业生产。使用成本不同皇嘉天然芸苔素由于活性高、用量少、药效持续时间长，一般一季作物喷施12次即可。人工合成芸苔素则活性低、药效期短，要连续多次使用。尽管市 场上人工合成芸苔素价格相对较低，但因使用次数较多，实际生产的综合成本 反而更咼。2油菜素内酯及其类似物的结构2.1常见油菜素内酯类的结构比较油菜素甾醇类物质目前已发现近 70种，其中生理活性较高、有实用价值的约有5种，并已实现了人工合成，使低成本、大规模、工业化生产油菜素

12、内酯 类物质成为现实通用名称及化学结构式化学名称与登录号化学结构主要特征 （区别）与天然芸台素 比较的生物活性英文名：brass in olide1、22R，23R邻羟在菜豆第二节及CAS 号：72962-43-7基稻叶倾角生物试分子式：C28H48°62、24S-甲基取代法中，活性为生化学名：2 a,3 a,22R,23R-四是天然油菜素内酯长素的100天然油菜素内酯羟基-24S-甲基-B-高-7-氧10000 倍（天然芸苔素）杂-5 a-胆甾-6-酮英文名：24-epibrassi nolide1、22R，23R邻羟约为油菜素内酯丫CAS 号：78821-43-9基的1/4HO

13、. |M_I分子式：C28H48O62、24R-甲基取代化学名：2 a,3 a,22R,23R-四第24碳的立体构型羟基-24R-甲基-B-高-7-氧与天然油菜素内酯24-表油菜素内酯杂-5 a-胆甾-6-酮的立体构型不同QM I英文名：22,23,24-1、22S，23S 邻羟22、23、24 碳原trisepibrass in olide基子的构型与天然CAS 号：78821-42-82、24R-甲基取代芸苔素的不同。分子式：C28H48O6分子结构里22、其活性自然有差化学名：2 a,3 a,22S,23S-四23、24碳原子的构异22,23,24-表油菜素内酯羟基-24R-甲基-B-高

14、-7-氧型都与天然油菜素杂-5 a-胆甾-6-酮内酯不同英文名：28-1、22R，23R邻羟约为油菜素内酯.1A ohhomobrass in olide基的4/5CAS 号：82373-95-32、24S-乙基取代第分子式：C29H50O624碳，天然油菜素H 化学名：2 a,3 a,22R,23R-四内酯的取代基是甲28-咼油菜素内酯羟基-24S-乙基-B-高-7-氧 杂-5 a-胆甾-6-酮基，二者的生理活 性相差较大28-表咼油菜素内酯英文名：28-epihomobrassi nolideCAS 号：80483-89-2分子式：C29H50O6化学名：2 a,3 a,22S,23S-四

15、羟基-24S-乙基-B-高-7-氧杂-5 a-胆甾-6-酮1、22S、23S 邻羟基2、24S-乙基取代 第22、23碳原子构型与天然油菜素内 酯不同，24碳上的 取代基是乙基，亦 不同。22、23、24 碳原子的构型与天然 芸苔素的不同。且24碳上是乙基 而非甲基，活性 自然差异较大|14-羟基芸苔素甾醇英文名：14-hydroxylated brass in olideCAS 号：457603-63-3分子式：C27H46O7化学名：2 3,3314,20R,22R,25-六羟基-5 3- 胆甾-6-酮化学分子式、结构 式、构型都与天然 油菜素内酯不同非天然油菜素内 酯类化合物，当 然生理

16、活性差异 较大CHCHjQO-o°丙酰芸苔素内酯英文名：Propio nyl brass in olideCAS 号：162922-31-8分子式：C35H56O7化学名：（24S） -2 a,3a-二丙酰氧基-22R,23R-环氧-7- 氧-5 a-豆甾-6-酮2,3位羟基丙酰化，22,23位羟基氧化1991年日本合 成，又称迟效芸 苔素内酯。在植 物体内先转化为 油菜素内酯，药 效相对缓慢，施 后5天才起效， 持效期最长可达 21天2.2油菜素内酯的结构特点油菜素甾醇类物质（BRs的基本结构是一个甾体核，并在核的 C17上有一个侧 链。根据B环中含氧官能团的性质，可分为内酯型、酮

17、型和脱氧型（还原 型）。BRs生物活性与结构关系密切。活性 BRs必须具备如下结构特征：A/B环为反式；A环上C2位和C3位具有顺邻二羟基。以a -或俟形式在C2或C3位含单 羟基,或反邻二羟基（如2 a- , 3伕或2 3- , 3 a-）的化合物，活性弱或无活性；B环含有C7位内酯和C6位酮基；D环C17位为侧链，侧链C22、C23位具有羟基；侧链C24位上的取代基：可以是氢原子（无取代基）、甲基、亚甲基、乙基、亚乙基。根据B环中含氧功能团的差异，BRs活性的次序是内酯型酮型脱氧型， C6上缺少酮基则无活性；C24上取代基对活性的关系是甲基乙基 H , C24 上有亚甲基或亚乙基的也有活性

18、； C22、C23及C24上具有a-取向基团的化合 物比B-取向的活性高。因此，BRs及其类似物的高生物活性结构为：A/B环反式，B环为6-酮-7-氧内酯，2 a- , 3 a-顺邻二羟基，C22、C23具顺邻二羟基（R构型）及C24位的S构型，即活性最高的是油菜素内酯。就植物生理活性而言，油菜素内酯 28-高油菜素内酯28-表高油菜素内酯 > 24-表油菜素内酯长效芸苔素内酯。3油菜素内酯的功效油菜素内酯广泛存在于植物中，在很低浓度 （nmol或pmol水平）就表现出 强生物活性，被认为是调控农作物产量和抗性的重要靶点之一，其生理功能主 要表现在以下几个方面：打破休眠，提高种子活力，促

19、进新陈代谢，加快细胞 伸长和分裂，促进根系生长，增强对肥料、水分的吸收和利用能力 ：提高叶 绿素含量，增强植物光合作用，增加干物质积累；促进花粉受精，提高座果 率、结实率，增加千粒重；增产效果稳定且显著，提高蛋白质和糖的含量，改善品质，外型美观，食用口感好；促进维管束分化；延缓衰老；提高 植物对病虫害、高温、冻害、盐碱、洪涝等逆境的抗逆能力；降解农药残 留，缓解除草剂等药害。4油菜素内酯的作用机理中国科学院、中国农科院、华中农业大学等对油菜素内酯在作物上应用的生 理基础做了系统研究，在促进植物生长、保花保果、提高产量、改善品质和增 强抗病性抗逆性等方面做了详细的论述。油菜素内酯促进植物生长的机

20、理：通过调节另一植物激素赤霉素的代谢来 特异性地调控细胞伸长，具有促进细胞分裂和伸长的双重生长效应；可专一 诱导与生长有关的特异基因表达；调节核酸和蛋白质的合成；增强代谢同 化功能。油菜素内酯促进灌浆结实、提高产量的作用机理：改善授粉受精过程； 促进授精子房发育，降低败育率；提高叶片光合速率，促进光合产物往穗部 的运输分配；调节灌浆结实过程中的内激素水平。油菜素内酯增强作物抗逆性的作用机理：激活植物中的抗氧化酶保护系统（CAT、SOD、POD、APX）,从而尽快消除植物体内由于逆境而产生的过多有 害自由基；缓和低温对生物膜功能和结构的损伤；维持细胞中氧化磷酸化 活性，改善能量代谢；改善渗透功能，维护水分吸收；提