果樹栽培中的植物生長劑制備及應(yīng)用

劉大海

摘 要：針對果樹栽培中植物生長劑產(chǎn)品品種較少且缺乏創(chuàng)新的問題，本研究以N，N-二乙胺基乙醇為原料、二甲苯為溶劑、硫酸氧鈦為催化劑，分別與丙二酸、丁二酸、富馬酸反應(yīng)合成了三羧酸循環(huán)類植物生長劑。通過以蘋果種子和葡萄種子為研究對象，以DA-6溶液和蒸餾水為對照實驗組，對本研究制備得到的三羧酸循環(huán)類植物生長劑對果樹種子的萌發(fā)和生根進(jìn)行了實驗分析。結(jié)果表明，本研究制備的丙二酸雙脂胺鹽、丁二酸雙脂胺鹽、富馬酸雙脂胺鹽三羧酸循環(huán)類植物生長劑具有高校的植物生長調(diào)節(jié)作用，可廣泛應(yīng)用于實際果樹栽培中。

關(guān)鍵詞：植物生長劑;N，N-二乙胺基乙醇;三羧酸循環(huán)類;生物活性

中圖分類號：TQ452 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）06-0030-05

Abstract：In view of the lack of variety and innovation of plant growth agents in fruit cultivation， tricarboxylic acid cyclic plant growth agents were synthesized from N， N-diethylamino ethanol as raw material， xylene as solvent， titanium oxysulfate as catalyst， malonic acid， succinic acid and fumaric acid respectively. Taking apple seeds and grape seeds as research objects， DA-6 solution and distilled water as control experimental group， the effects of tricarboxylic acid cycle plant growth agent on fruit tree seed germination and rooting were studied. The results showed that the cyclic plant growth agents of dialkylamine malonate， diallyl ammonium succinate and dicarboxylic acid tricarboxylic acid prepared in this study have the high-efficiency plant growth regulation effects， and can be widely used in the cultivation of fruit trees.

Key words：plant growth agent; N， N-diethylamino ethanol; tricarboxylic acid cycle; biological activity

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，植物生長調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用越來越廣泛，多年以來占據(jù)“其他類”農(nóng)藥份額的50%以上[1]，可見其重要性。但目前我國的植物生長調(diào)節(jié)劑多為仿制國外產(chǎn)品，如赤霉素、胺鮮脂DA-6[2]等，缺乏創(chuàng)新性，因此研究開發(fā)國產(chǎn)新型植物生長調(diào)節(jié)劑勢在必行。隨著國家對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重視，本研究依據(jù)三羧酸循環(huán)化合物[3]原理，以N，N-二乙胺基乙醇為原料、二甲苯為溶劑、硫酸氧鈦為催化劑[4]，分別與丙二酸、丁二酸、富馬酸反應(yīng)合成了三羧酸循環(huán)類植物生長劑，并通過種子萌發(fā)和生根實驗，驗證了該類植物生長劑可促進(jìn)植物的生長和發(fā)育。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

本研究實驗儀器包括DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、JJ-1電動攪拌器、SHZ-D循環(huán)水真空泵、DZF-6000真空干燥箱、ZXZ-1旋片真空泵、AVANCE400Hz核磁共振儀、TJ270-30傅里葉變換紅外光譜儀、X-4顯微熔點測試儀、PYX-DHS-400-BS隔水式電熱恒溫培養(yǎng)箱、2WAJ阿貝折射儀、FA2004電子天平、AD-SR05純水超純水系統(tǒng)、SK250H超聲波清洗儀。實驗試劑包括純度為分析純的丙二酸、丁二酸、富馬酸、N，N-二乙胺基乙醇、二甲苯，純度為工業(yè)品的硫酸氧鈦、無水乙醇、甲醇、石油醚，純度為CP的氯仿。

1.2 研究方法

1.2.1 植物生長劑制備研究

（1）丙二酸雙脂胺鹽合成。向裝有溫度計和帶球型冷凝管分水器，容量為500mL的四口燒瓶回流裝置中加入58.6gN，N-二乙胺基乙醇，然后用攪拌棒一邊攪拌一邊依次加入20.8g丙二酸和1.6g催化劑硫酸氧鈦。此時，反應(yīng)產(chǎn)生熱量，溫度升高。加入140mL二甲苯并開啟磁力攪拌，使用油浴加熱，保持溫度為145℃。當(dāng)分水器分出7.2g水時，停止加熱，冷卻，利用過濾器過濾并回收催化劑。將過濾后的混合溶液倒入三口瓶中，通過減壓和蒸餾可得到產(chǎn)品得率為84.7%的淡黃色反應(yīng)液體產(chǎn)物丙二酸雙脂胺鹽。該產(chǎn)物在室溫下的密度為0.625g/cm3，折光率為nd25=1.663，可溶于水、乙醇、氯仿、石油醚等。

將丙二酸雙脂胺鹽液體產(chǎn)物倒入燒杯邊加熱邊攪拌，加入兩倍摩爾量的檸檬酸[5]，待反應(yīng)完冷卻結(jié)晶可獲得丙二酸雙脂胺鹽的檸檬酸鹽，其熔點為98℃。

（2）丁二酸雙脂胺鹽合成。向裝有溫度計和帶球型冷凝管分水器，容量為500mL的四口燒瓶回流裝置中加入58.6gN，N-二乙胺基乙醇，然后用攪拌棒一邊攪拌一邊依次加入21.6g丁二酸和1.6g催化劑硫酸氧鈦。此時，反應(yīng)產(chǎn)生熱量，溫度升高。加入140mL二甲苯并開啟磁力攪拌，使用油浴加熱，保持溫度為145℃。當(dāng)分水器分出7.2g水時，停止加熱，冷卻，利用過濾器過濾并回收催化劑。將過濾后的混合溶液倒入三口瓶中，通過減壓和蒸餾可得到產(chǎn)品得率為86.9%的淡黃色反應(yīng)液體產(chǎn)物丁二酸雙脂胺鹽。該產(chǎn)物在室溫下的密度為0.732g/cm3，折光率為nd25=1.652，可溶于水、乙醇、氯仿、石油醚等。

將丁二酸雙脂胺鹽液體產(chǎn)物倒入燒杯邊加熱邊攪拌，加入兩倍摩爾量的檸檬酸，待反應(yīng)完冷卻結(jié)晶可獲得該產(chǎn)物的檸檬酸鹽，其熔點為112℃。

（3）富馬酸雙脂胺鹽合成。向裝有溫度計和帶球型冷凝管分水器，容量為500mL的四口燒瓶回流裝置中加入58.6gN，N-二乙胺基乙醇，然后用攪拌棒一邊攪拌一邊依次加入23.2g富馬酸和1.6g催化劑硫酸氧鈦。此時，反應(yīng)產(chǎn)生熱量，溫度升高。加入140mL二甲苯并開啟磁力攪拌，使用油浴加熱，保持溫度為145℃。當(dāng)分水器分出7.2g水時，停止加熱，冷卻，利用過濾器過濾并回收催化劑。將過濾后的混合溶液倒入三口瓶中，通過減壓和蒸餾可得到產(chǎn)品得率為88.6%的淡黃色反應(yīng)液體產(chǎn)物富馬酸雙脂胺鹽。該產(chǎn)物在室溫下的密度為0.586g/cm3，折光率為nd25=1.662，可溶于乙醇、氯仿、石油醚等，但不溶于水。

將富馬酸雙脂胺鹽液體產(chǎn)物倒入燒杯邊加熱邊攪拌，加入兩倍摩爾量的檸檬酸，待反應(yīng)完冷卻結(jié)晶可獲得該產(chǎn)物的檸檬酸鹽，其熔點為101℃。

1.2.2 植物生長劑應(yīng)用試驗

將上述制備的植物生長劑丙二酸雙脂胺鹽、丁二酸雙脂胺鹽、富馬酸雙脂胺鹽分別配制成濃度為10mg/L、40mg/L、70mg/L、100mg/L的溶液，并按照《國際種子檢驗規(guī)程》（1985）的標(biāo)準(zhǔn)[6]，采用平皿培養(yǎng)法[7]對蘋果、葡萄種子作了活性測試，研究制備得到的植物生長劑對果樹種子萌發(fā)和生根的生長調(diào)節(jié)作用。同時，選用蒸餾水作為空白對照組[8]，相同濃度的DA-6溶液作為標(biāo)準(zhǔn)對照組[9]。將蘋果、葡萄種子分別浸泡于各實驗組溶液中6～8h[10]，然后放置在不同溫度的恒溫培養(yǎng)室中培養(yǎng)4～6d，統(tǒng)計種子的發(fā)芽數(shù)。利用式（1）（2）計算種子發(fā)芽率和調(diào)節(jié)活性。

發(fā)芽率=發(fā)芽數(shù)/種子總數(shù)

A=（N-N0）/N0×100

式（2）中，A表示植物生長調(diào)節(jié)活性，N表示在制備的植物生長劑和DA-6溶液中主根和莖的總平均長度;N0表示蒸餾水中主根和莖的總平均長度。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物生長劑制備結(jié)果分析

2.1.1 丙二酸雙脂胺鹽

（1） 反應(yīng)時間對產(chǎn)品得率的影響。合成丙二酸雙脂胺鹽的過程中，以硫酸氧鈦為催化劑、二甲苯為溶劑，反應(yīng)溫度為145℃，N，N-二乙胺基乙醇和丙二酸摩爾比為5∶2的條件下，反應(yīng)時間與得到產(chǎn)品得率的關(guān)系如表1所示 。

由表1可知，反應(yīng)前期5～7h，產(chǎn)品得率增長迅速，在反應(yīng)時間為7h時，產(chǎn)品得率已經(jīng)高達(dá)86.9%。隨著反應(yīng)時間的延長，產(chǎn)品得率增長速度減緩，其原因或?qū)⑹前l(fā)生了氧化反應(yīng)。因此，綜合考慮反應(yīng)時間和產(chǎn)品得率，合成丙二酸雙脂胺鹽的最佳時間為7h。

（2）物質(zhì)的量對產(chǎn)品得率的影響。合成丙二酸雙脂胺鹽的過程中，以硫酸氧鈦為催化劑、二甲苯為溶劑，反應(yīng)溫度為145℃的條件下，N，N-二乙胺基乙醇與丙二酸摩爾比（r）與得到產(chǎn)品得率的關(guān)系如表2所示。

由表2可知，當(dāng)22.5時，產(chǎn)品得率逐漸下降，其原因是過量的N，N-二乙胺基乙醇會升高反應(yīng)的回流溫度，導(dǎo)致副反應(yīng)增加，進(jìn)而使丙二酸雙脂鹽難以提純。因此，為充分且合理地利用反應(yīng)物質(zhì)的量，合成丙二酸雙脂胺鹽的N，N-二乙胺基乙醇和丙二酸的摩爾比為2.5。

（3）反應(yīng)溫度對產(chǎn)品得率的影響。合成丙二酸雙脂胺鹽的過程中，以硫酸氧鈦為催化劑、二甲苯為溶劑的條件下，當(dāng)反應(yīng)時間為7h，N，N-二乙胺基乙醇與丙二酸摩爾比為2.5時，反應(yīng)溫度與得到產(chǎn)品得率的關(guān)系如表3所示。

由表3可知，當(dāng)反應(yīng)溫度小于145℃時，產(chǎn)品得率隨溫度升高快速提升;當(dāng)溫度大于145℃后，產(chǎn)品得率隨溫度升高變化并不明顯。因此，考慮到隨著溫度的升高會增加副反應(yīng)，因此在合成丙二酸雙脂胺鹽的過程中，最佳的反應(yīng)溫度為145℃。

2.1.2 丙二酸雙脂胺鹽

（1）反應(yīng)時間對產(chǎn)品得率的影響。合成丁二酸雙脂胺鹽的過程中，以硫酸氧鈦為催化劑、二甲苯為溶劑，反應(yīng)溫度為145℃，N，N-二乙胺基乙醇和丁二酸摩爾比為5∶2的條件下，反應(yīng)時間與得到產(chǎn)品得率的關(guān)系如表4所示。

由表4可知，反應(yīng)前期5～8h，產(chǎn)品得率增長迅速，在反應(yīng)時間為8h時，產(chǎn)品得率已經(jīng)高達(dá)87.4%。隨著反應(yīng)時間的延長，產(chǎn)品得率增長速度減緩。因此，綜合考慮反應(yīng)時間和產(chǎn)品得率，合成丁二酸雙脂胺鹽的最佳時間為8h。

（2）物質(zhì)的量對產(chǎn)品得率的影響。合成丁二酸雙脂胺鹽的過程中，以硫酸氧鈦為催化劑、二甲苯為溶劑，反應(yīng)溫度為145℃，反應(yīng)時間為8h的條件下，N，N-二乙胺基乙醇與丁二酸摩爾比（r）與得到產(chǎn)品得率的關(guān)系如表5所示。

由表5可知，當(dāng)22.5時，產(chǎn)品得率逐漸下降，其原因是過量的N，N-二乙胺基乙醇會升高反應(yīng)的回流溫度，導(dǎo)致副反應(yīng)增加，進(jìn)而使丁二酸雙脂鹽難以提純。因此，為充分且合理地利用反應(yīng)物質(zhì)的量，合成丁二酸雙脂胺鹽的N，N-二乙胺基乙醇和丁二酸的摩爾比為2.5。

（3）反應(yīng)溫度對產(chǎn)品得率的影響。合成丁二酸雙脂胺鹽的過程中，以硫酸氧鈦為催化劑、二甲苯為溶劑的條件下，當(dāng)反應(yīng)時間為8h，N，N-二乙胺基乙醇與丁二酸摩爾比為2.5時，反應(yīng)溫度與得到產(chǎn)品得率的關(guān)系如表6所示。

由表6可知，當(dāng)反應(yīng)溫度小于145℃時，產(chǎn)品得率隨溫度升高快速提升;當(dāng)溫度大于145℃后，產(chǎn)品得率隨溫度升高變化并不明顯。因此，考慮到隨著溫度的升高會增加副反應(yīng)，因此在合成丁二酸雙脂胺鹽的過程中，最佳的反應(yīng)溫度為145℃。

2.1.3 富馬酸雙脂胺鹽

（1）反應(yīng)時間對產(chǎn)品得率的影響。合成富馬酸雙脂胺鹽的過程中，以硫酸氧鈦為催化劑、二甲苯為溶劑，反應(yīng)溫度為145℃，N，N-二乙胺基乙醇和富馬酸摩爾比為5∶2的條件下，反應(yīng)時間與得到產(chǎn)品得率的關(guān)系如表7所示。

由表7可知，反應(yīng)前期5～8h，產(chǎn)品得率增長迅速，在反應(yīng)時間為8h時，產(chǎn)品得率已經(jīng)高達(dá)87.4%。隨著反應(yīng)時間的延長，產(chǎn)品得率增長速度減緩。因此，綜合考慮反應(yīng)時間和產(chǎn)品得率，合成富馬酸雙脂胺鹽的最佳時間為8h。

（2）物質(zhì)的量對產(chǎn)品得率的影響。合成富馬酸雙脂胺鹽的過程中，以硫酸氧鈦為催化劑、二甲苯為溶劑，反應(yīng)溫度為145℃，反應(yīng)時間為8h的條件下，N，N-二乙胺基乙醇與富馬酸摩爾比（r）與得到產(chǎn)品得率的關(guān)系如表8所示。

由表8可知，當(dāng)22.5時，產(chǎn)品得率逐漸下降，其原因是過量的N，N-二乙胺基乙醇會升高反應(yīng)的回流溫度，導(dǎo)致副反應(yīng)增加，進(jìn)而使丁二酸雙脂鹽難以提純。因此，為充分且合理地利用反應(yīng)物質(zhì)的量，合成富馬酸雙脂胺鹽的N，N-二乙胺基乙醇和富馬酸的摩爾比為2.5。

（3）反應(yīng)溫度對產(chǎn)品得率的影響。合成富馬酸雙脂胺鹽的過程中，以硫酸氧鈦為催化劑、二甲苯為溶劑的條件下，當(dāng)反應(yīng)時間為8h，N，N-二乙胺基乙醇與富馬酸摩爾比為2.5時，反應(yīng)溫度與得到產(chǎn)品得率的關(guān)系如表9所示。

由表9可知，當(dāng)反應(yīng)溫度小于145℃時，產(chǎn)品得率隨溫度升高快速提升;當(dāng)溫度大于145℃后，產(chǎn)品得率隨溫度升高變化并不明顯。因此，考慮到隨著溫度的升高會增加副反應(yīng)，因此在合成富馬酸雙脂胺鹽的過程中，最佳的反應(yīng)溫度為145℃。

2.2 植物生長劑應(yīng)用結(jié)果分析

本研究實驗組制備的植物生長劑丙二酸雙脂胺鹽、丁二酸雙脂胺鹽、富馬酸雙脂胺鹽溶液，以及對照組蒸餾水溶液和DA-6溶液對蘋果種子、葡萄種子的調(diào)節(jié)結(jié)果如表10、11所示。

由表10、11可知，本研究制備的植物生長劑對蘋果種子和葡萄種子的萌發(fā)和生根具有促進(jìn)作用，且高于對照組DA-6溶液和蒸餾水。其中，丙二酸雙脂胺鹽對蘋果種子和葡萄種子萌發(fā)及生根的最佳濃度均為40ppm，丁二酸雙脂胺鹽對蘋果種子和葡萄種子萌發(fā)及生根的最佳濃度均分別為70ppm和40ppm，富馬酸雙脂胺鹽對蘋果種子和葡萄種子萌發(fā)及生根的最佳濃度均分別為70ppm和40ppm。

3 結(jié)論

（1）本研究制備獲得了果樹栽培中的植物生長劑丙二酸雙脂胺鹽、丁二酸雙脂胺鹽、富馬酸雙脂胺鹽。其中，丙二酸雙脂胺鹽制備的最佳工藝條件是以硫酸氧鈦作為催化劑、二甲苯作為溶劑，N，N-二乙胺基乙醇和丙二酸的摩爾比為2.5，反應(yīng)溫度為145℃，反應(yīng)時間為7h，可得到產(chǎn)率為84.7%的產(chǎn)品。該產(chǎn)品的密度為0.625g/cm3，折光率為nd25=1.663。再向產(chǎn)物中加入兩倍摩爾量的檸檬酸，可獲得丙二酸雙脂胺鹽的檸檬酸鹽，其熔點為98℃。

（2）丁二酸雙脂胺鹽制備的最佳工藝條件是以硫酸氧鈦作為催化劑、二甲苯作為溶劑，N，N-二乙胺基乙醇和丙二酸的摩爾比為2.5，反應(yīng)溫度為145℃，反應(yīng)時間為8h，可得到產(chǎn)率為86.9%的產(chǎn)品。該產(chǎn)品的密度為0.732g/cm3，折光率為nd25=1.652。再向產(chǎn)物中加入兩倍摩爾量的檸檬酸，可獲得丁二酸雙脂胺鹽的檸檬酸鹽，其熔點為112℃。

（3）富馬酸雙脂胺鹽制備的最佳工藝條件是以硫酸氧鈦作為催化劑、二甲苯作為溶劑，N，N-二乙胺基乙醇和丙二酸的摩爾比為2.5，反應(yīng)溫度為145℃，反應(yīng)時間為8h，可得到產(chǎn)率為88.6%的產(chǎn)品。該產(chǎn)品的密度為0.586g/cm3，折光率為nd25=1.662。再向產(chǎn)物中加入兩倍摩爾量的檸檬酸，可獲得丁二酸雙脂胺鹽的檸檬酸鹽，其熔點為101℃。

（4）本研究制備得到的植物生長劑丙二酸雙脂胺鹽、丁二酸雙脂胺鹽、富馬酸雙脂胺鹽對蘋果種子和葡萄種子的萌發(fā)及生根具有促進(jìn)作用，且由于DA-6溶液和蒸餾水，可應(yīng)用于實際的果樹栽培。

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