浅述激动素的制备及应用

袁凤英,张源,朱孔杰,李秀芹

(1.金正大生态工程集团股份有限公司,山东临沐276700; 2.国家缓控释肥工程技术研究中心,山东临沐276700; 3.农业部植物营养与新型肥料创制重点实验室,山东临沐276700)

浅述激动素的制备及应用

袁凤英1,张源2,朱孔杰2,李秀芹3

(1.金正大生态工程集团股份有限公司,山东临沐276700; 2.国家缓控释肥工程技术研究中心,山东临沐276700; 3.农业部植物营养与新型肥料创制重点实验室,山东临沐276700)

激动素是一种植物生长调节剂,对植物的生长发育起着重要的作用。简单介绍了激动素的制备工艺和应用,为激动素的进一步研究提供依据。

激动素;制备;应用

目前研究的比较多的细胞分裂素主要有玉米素、6-苄氨基嘌吟和激动素,其中又以玉米素的活性及成本最高,6-苄氨基嘌吟在国内的应用最广,价格最便宜,激动素发现最早,近年来对激动素制备的研究报道不多,对其研究主要集中在应用上。激动素又称6-糠基氨基嘌吟,简称KT,是一种嘌吟类的天然植物内源激素,也是人类发现的第一个具有活性的细胞分裂素。具有促进细胞分裂和组织分化;诱导芽的分化,解除顶端优势;延缓蛋白质和叶绿素降解,有保鲜和防衰作用;延缓离层形成,增加坐果等作用。本文主要介绍激动素的制备方法和在实际生产中的部分应用。

1 激动素的制备工艺

激动素获取方式据文献报道主要有分离提取和化学合成。研究表明[1],人工合成的激动素,在理化性质和生物效应上,与椰汁和DNA中提取的一样。

1.1 激动素的分离提取［1］

分离提取是最初获取激动素的方式。激动素的提取原料主要有椰子乳汁、酵母粉和脱氧核糖核酸(DNA),其中,利用DNA作为提取激动素的原料较佳。赵可夫在激动素的研究中提到:从500 g DNA中可分离提取275 mg结晶激动素。

1.2 激动素的化学合成

激动素是腺嘌吟类细胞分裂素的一种。其合成研究的相关报道已有不少,合成方法主要有:以腺嘌吟为原料的腺嘌吟法,以其他化合物为原料的6-甲硫基嘌吟法、6-氯嘌吟法、6-经基嘌吟法。

1.2.1 腺嘌吟法工艺路线主要有以下几种:

1.2.1.1 以腺嘌吟和糠胺为原料,通过胺交换反应制备激动素,此法称之为胺交换法,该法线路短,操作简便,但产率不高。吴田荣等[2]改进了反应的催化剂——将可挥发的路易斯质子酸改为固体盐,获得的激动素收率58%,纯度98.2%。

1.2.1.2 以腺嘌吟和糠醇为原料,在氢氧化钠存在的条件下,发生脱水反应生成激动素,该法称为脱水法。

智双等[3]以该路线合成激动素,在腺嘌吟与糠醇摩尔比1:9,溶剂65 mL,反应时间7 h的最佳条件下,KT的产率为70%,纯度90%。试验研究发现,在该工艺最佳反应条件基础上,选择乙醇或正丁醇做溶剂,反应温度172℃,激动素产率可达到甚至超过70%。该路线原料易得,但由于副产物较多,且会产生一定量的废液,还未工业化。提高该工艺路线的产率并解决废液处理问题是工业化的前提。

1.2.1.3 腺嘌吟和糠氯在碱作用下缩合,产生烃化作用生成6-糠氨基嘌吟,该路线反应条件温和,设备简单,但原料糠氯不易得到,且不稳定[3-4]。

1.2.1.4 腺嘌吟和糠酞氯在毗陡溶液中缩合成糠酞嘌吟,再用氢化铝铿还原成激动素[3]。钟培增和王植材[5]在细胞激动素类化合物的合成及应用的研究中,制备糠酞嘌吟产率为68.2%～70.6%。该路线对环境设备要求高,收率低,后处理复杂。

1.2.2 6-氯嘌吟法

以6-氯嘌吟为原料合成激动素的6-氯嘌吟法已相对成熟,在国内有些单位已经实现一定程度的规模化生产,如兴化市鼎力化工研究所。M W BULLOC等[6]以6-氯嘌吟和糠胺为原料,以甲基溶纤剂为溶剂,制备的激动素收率95.5%,纯度91%,熔点268℃。也有通过6-经基嘌吟获得6-氯嘌吟的。

1.2.3 6-甲硫基嘌吟法

由甲硫基嘌吟和糠胺缩合而得。该法反应温度低,时间短,但没有工业级甲硫嘌吟,难以实现工业化[3]。

1.2.4 6-羟基嘌吟法［2］

先用6-经基嘌吟与五硫化二磷反应生成6-巯基嘌吟后,再用碘甲烷经甲基化生成6-甲硫基嘌吟,之后再与糠胺反应制备激动素。该工艺路线步骤繁多,收率低。

2 激动素的应用

激动素是一种具有显著生物效应的植物生长调节剂,可单独使用,也可与吲哚乙酸、萘乙酸等植物激素配伍施用,还可添加到肥料中使用。具有促进种子萌发、诱导芽分化、保鲜、促进细胞分裂和组织形成等作用。

2.1 用于浸种

田再民等[7]的研究表明,适宜浓度的激动素(3mg/L)浸玉米种,可提高玉米发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数。还能增加株高、提升根冠比等。而高浓度激动素浸种对种子会有毒害作用,会抑制种子的萌发。郭哗红等[8]对白刺种子萌发的研究也有类似的结果。

2.2 用于保鲜防衰

程聪等[9]的研究表明,单用激动素,可使唐富蒲切花鲜重增加、吸水能力增强、抗氧化酶活性提高,膜质过氧化水平降低;而激动素与蔗糖组合的处理液,能明显改善切花体内的水分平衡状况,增加切花鲜重,提高观赏品质。推迟切花达到鲜重峰值和最大观赏值的时间。延长切花瓶插寿命,提高过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性,延缓丙二醛含量的增加。郑翠萍等[10]对香石竹切花保鲜生理效应的研究也表明,含激动素的预处理液对香石竹切花具有明显的保鲜作用。

刘萍等[11]的研究表明,在秋菊从定头到花蕾出现期,喷施适宜浓度的KT,可显著提高菊花花期花瓣中可溶性糖、可溶性蛋白含量及超氧化物歧化酶活力,降低超氧阴离子自由基产生速率、丙二醛含量,从而延缓花瓣细胞的衰老。

2.3 用于扦插嫁接繁殖

郑碧娟等[12]关于外源激动素对油茶芽苗砧嵌合体愈合效应的研究表明,以一定浓度的KT溶液浸泡油茶芽苗砧接穗,能促进接穗口细胞的分裂,加速愈伤组织的分化,缩短维管束桥分化的时间,尽快恢复接穗与砧木之间养分和水分的疏导,从而提高嵌合体的成活率。曲建东和高赘[13]的研究表明,萘乙酸与激动素配伍对爬山虎嫩枝扦插生根有明显的促进作用。

2.4 用于组织培养

房顺达等[14]对梅花的离体培养研究表明,在培养基中添加少量激动素(KT)有利于芽的生长、增殖和根的形成。尹明华[15]的研究表明,知母分蘖生长发育的培养基添加KT 4 mg/LNAA 0.1mg/L,可显著提高总叶绿素、可溶性总糖和可溶性蛋白质的含量,长势最好。翟勇进[16]的研究表明,切芽球茎经激动素溶液浸泡,可促进培养移栽的球茎长出更多的叶芽。

2.5 用于抗逆增产

李小艳等[17]的研究表明,用8 mg/L激动素于玉米的抽雄时期做两次喷雾处理,可使玉米的株高提高10.3%,穗位节茎粗增加14.5%,同时,可使成熟期玉米叶绿素含量提高11.9%,可溶性蛋白含量增加49.9%,最终使单穗粒数增加32.9%,千粒重增加23.8%。从而达到延缓衰老、增加抗倒伏能力及增产的效果。

3 结语

激动素作为一种植物生长调节剂,对植物的生长和发育起着非常重要的作用,它能促进细胞分裂,促进种子萌发,利于芽的分化,促进侧芽的生长和发育,同时抑制顶芽生长,使叶片保持鲜绿。目前,已被广泛应用于各种作物的种子和幼苗处理,对提高种子发芽率、促进种子生活力、延迟花期、提高作物耐寒性等方面都有着非常重要的作用。在未来农业化肥零增长的时代,激动素的应用对于产投比的提高及生态农业的发展有着积极的作用。

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[2]吴田荣,袁莉,张锁建.细胞激动素Kinetin合成的改进[J].江苏化工,1993,21(1):22-23.

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A Brief Introduction of Fabrication M ethods of Kinetin and Its App lication

YUAN Feng-ying1，ZHANG Yuan2，ZHU Kong-jie2，LIXiu-qin3
(1.Kingenta Ecological Engineering Group Co.,Ltd.,Linshu,Shandong 276700,China; 2.National Engineering Technology Research Center For SCRF,Linshu,Shandong 276700,China; 3.Key Laboratory of Plant Nutrition and New Fertilizer R&D,Ministry of Agriculture, Linshu,Shandong 276700,China)

Kinetin is a plant growth regulator.It plays an important role in plant growth and development.The article introduced the preparation technology and application of kinetin,it provided basis for the further study of kinetin.

kinetin;production;application

1006-4184(2015)9-0011-04

201-06-02

袁凤英(1981-),女,硕士研究生,主要从事肥料方面的研发工作。E-mail:yuanying099@126.com。