一種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的制備及其應(yīng)用

紀(jì)發(fā)達(dá)，王敬偉

(山東龍港硅業(yè)科技有限公司，山東 濰坊 261300)

植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑是人們?cè)诹私馓烊恢参锛に氐慕Y(jié)構(gòu)和作用機(jī)制后，通過人工合成與植物激素具有類似生理和生物學(xué)效應(yīng)的物質(zhì)，并在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上使用。目前，常用的植物生長(zhǎng)劑多為單一的化學(xué)成分，對(duì)植物的促進(jìn)作用也是單方向的，不能多方面地為作物生長(zhǎng)提供生長(zhǎng)所必需的元素和生長(zhǎng)激素，不具備生物學(xué)特性。

植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可影響和有效調(diào)控植物的生長(zhǎng)和發(fā)育，對(duì)農(nóng)作物和果蔬的增產(chǎn)提質(zhì)有重大作用。植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可廣泛應(yīng)用于植物，促進(jìn)種子萌發(fā)、促根、增產(chǎn)、抗逆及提質(zhì)。對(duì)植物生長(zhǎng)可有多種調(diào)控作用，包括控長(zhǎng)、抗凍、抗早、耐澇、防治病蟲害、高產(chǎn)等多重功效，達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)、改善品質(zhì)、增強(qiáng)作物抗逆性等目的。

本文介紹了一種新研發(fā)的促進(jìn)種子萌發(fā)、生根、增產(chǎn)且使用安全的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，具體地說是由一種吡唑并吡啶取代的2，4-二氯肉桂酰硫脲類植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，它可用于大幅提高農(nóng)作物和水果、蔬菜的產(chǎn)量和質(zhì)量。

1 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的制備

吡唑并吡啶取代的2，4-二氯肉桂酰硫脲類植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的結(jié)構(gòu)式 I見圖1。

圖1 吡唑并吡啶取代的2，4-二氯肉桂酰硫脲類植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑

其中，R1=H，CH3。

式I化合物可由下列反應(yīng)制得(見圖2)。

圖2 制得式I化合物的反應(yīng)

式I化合物作為活性組分的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑組合物，該組合物中活性組分指式I化合物或式I化合物與其他活性組分如萘乙酸鈉、DA-6、吲哚丁酸鈉等植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的一種、兩種或多種組成的組合物，該植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑組合物中還包括農(nóng)業(yè)或林業(yè)上可接受的載體。組合物的劑型可以是可溶性液劑、水劑、懸浮劑或微乳劑等，在配制時(shí)通常加入適量助劑。助劑有利于制備植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的組合物分散到分散系中，方便播散。由制備植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的組合物和助劑制得的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑易于儲(chǔ)存，且在儲(chǔ)存過程中還能保持良好的活性。

2 式I化合物的制備

2.1 肉桂酰氯的制備

在250mL三口燒瓶分別加入15.2g(0.1mol)肉桂酸和120mL甲苯，在干凈的恒壓滴液漏斗中加入18.15g(0.15mol)氯化亞砜，保持每秒1滴的速度滴加氯化亞砜，室溫?cái)嚢柚谅然瘉嗧康萎?。升溫至回流，TLC檢測(cè)反應(yīng)完成。反應(yīng)結(jié)束后將淡黃色的反應(yīng)液倒入干凈無水的單口燒瓶中，80 ℃水浴旋蒸除去溶劑，得肉桂酰氯16.9g。

2.2 肉桂酰基異硫氰酸酯的制備

將制得的肉桂酰氯用60mL乙酸乙酯稀釋，逐滴滴入裝有14.55g(0.15mol)異硫氰酸鉀和50mL乙酸乙酯的250mL三口瓶中，升溫至回流，控制滴加速度為1～2滴/s，反應(yīng)約4h，TLC檢測(cè)反應(yīng)完成，此時(shí)溶液為橙黃色懸濁液。抽濾，用乙酸乙酯洗滌，得到棕紅色濾液。

2.3 式Ia化合物的制備

在250 mL三口燒瓶中加入13.4 g(0.1mol)的3-氨基-1H-吡唑并[3，4-b]吡啶，再加入18.9 g(0.1mol)肉桂?；惲蚯杷狨?，安裝攪拌裝置和回流裝置，升溫至回流，反應(yīng)約5～6 h，TLC檢測(cè)反應(yīng)完成。將反應(yīng)液冷卻至室溫，有大量黃色固體析出。抽濾得到黃色固體，用異丙醇重結(jié)晶，烘干，得產(chǎn)物32.7 g，產(chǎn)率 86%。

式 I a化合物的1H NMR/(500 MHz，DMSO-d6)δ(mg/L)：6.906～6.948(d，2H，-CH=CH-)，7.233～7.335(m，3H，ArH)，7.358-8.554(m，3H，ArH)，12.004(s，1H，-NH)，12.551(s，1H，-NH)，13.516(s，1H，-NH)。

按上面方法由1-甲基-3-氨基-吡唑并[3，4-b]吡啶與肉桂?；惲蚯杷狨シ磻?yīng)，得式Ib 化合物。

式 I b化合物的1H NMR/(500 MHz，DMSO-d6)δ(mg/L)：3.586(s，3H，-CH3)，6.908～6.951(d，2H，-CH=CH-)，7.236～7.337(m，3H，ArH)，7.357～8.553(m，3H，ArH)，12.024(s，1H，-NH)，12.562(s，1H，-NH)。

3 植物生長(zhǎng)劑的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

3.1 種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)

將10%式 I 化合物懸浮劑稀釋成5%懸浮劑，將5%式 I 化合物懸浮劑、5%DA-6 水劑、5%6-BA 懸浮劑，分別用蒸餾水稀釋成濃度為 10 μg/mL、20 μg/mL、30 μg/mL、60 μg/mL 和 120 μg/mL 的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑溶液。挑選子粒大小均勻、飽滿的小麥種子，用次氯酸溶液對(duì)種子進(jìn)行殺菌后，于燒杯中用上述稀釋液浸種培養(yǎng)24 h，每處理200粒種子，3次重復(fù)，處理后將種子均勻放置在有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，種子之間保持一定的距離，擺放好種子之后將其放入全智能氣候箱中25 ℃保溫催芽處理，期間要定時(shí)加入蒸餾水使濾紙保持濕潤(rùn)，催芽期間觀察各處理的發(fā)芽情況，胚芽長(zhǎng)度約以種子長(zhǎng)的 1/2 為標(biāo)準(zhǔn)，于24 h 后統(tǒng)計(jì)各培養(yǎng)皿中小麥種子發(fā)芽率，同時(shí)以相同濃度的DA-6、6-BA 和清水(CK)作對(duì)照，同時(shí)計(jì)算各稀釋液發(fā)芽促進(jìn)率，結(jié)果見表1。

由表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可見，本發(fā)明式 I 化合物處理的小麥發(fā)芽率在最佳濃度下優(yōu)于對(duì)比藥劑 DA-6和 6-BA，更顯著優(yōu)于清水處理(CK)的情況。

表1 小麥種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)

3.2 浸種促生根實(shí)驗(yàn)

將10%式 I 化合物懸浮劑稀釋成 5%懸浮劑，將5%式 I 化合物懸浮劑、5%DA-6 水劑、5%6-BA 懸浮劑，分別用蒸餾水稀釋成濃度為 10 μg/mL、20 μg/mL、30 μg/mL、60 μg/mL 和 120 μg/mL 的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑溶液。挑選子粒大小均勻、飽滿的小麥種子，用次氯酸溶液對(duì)種子進(jìn)行殺菌后，于燒杯中用上述稀釋液浸種培養(yǎng) 8 h，每處理 20 粒小麥，3 次重復(fù)，處理后將種子均勻放置在濕潤(rùn)的紙床上，種子之間保持一定的距離，以保證種子充分吸收水分，置床時(shí)胚部向上并朝向同一側(cè)，擺放好種子之后將其放入全智能氣候箱中進(jìn)行催芽處理 24 h，期間要定時(shí)加入蒸餾水使紙床保持濕潤(rùn)。待小麥主根露出 2 mm 左右，將其種在已經(jīng)凝固的固體培養(yǎng)基中，然后放入全智能氣候箱中進(jìn)行培養(yǎng)。40 h 后用卡尺測(cè)量主根、莖高，并做詳細(xì)的記錄。同時(shí)以相同濃度的 DA-6、6-BA 和清水處理(CK)作對(duì)照，結(jié)果見表2。

表2 小麥種子促生根實(shí)驗(yàn)

續(xù)表

由表2的結(jié)果可以看出，本發(fā)明化合物在30 μg/mL濃度時(shí)，對(duì)小麥浸種促生根效果達(dá)到最佳，優(yōu)于對(duì)照DA-6，顯著優(yōu)于6-BA。

3.3 黃瓜子葉擴(kuò)張?jiān)囼?yàn)

供試黃瓜品種為津研4號(hào)，浸種后播種在盛有 0.7%瓊脂的帶蓋搪瓷盤中，置于 26 ℃ 暗環(huán)境下培養(yǎng) 72 h，選擇大小均勻的完整子葉待用，樣品制備采用植物激素活性物質(zhì)測(cè)定中的濾紙片法。樣品測(cè)試濃度為 10、1、0.1 μg/mL，式 I 化合物、噻苯隆溶劑為 DMF。具體做法如下：將樣品分別制備為 100、10、1μg/mL 的母液，分別取各母液 0.3 mL 均勻滴于φ6 cm 的濾紙片上，待溶劑風(fēng)干后，在φ6 cm 的培養(yǎng)皿中，各放入含樣品的濾紙片 1 張，加入3 mL蒸餾水，子葉 10 片，即為 10、1、0.1 μg/mL 處理。以蒸餾水為對(duì)照，置于 26 ℃，3 000 Lx 光強(qiáng)環(huán)境下培養(yǎng)，72 h 后測(cè)量每 10 片子葉鮮重。每處理 3 次重復(fù)，結(jié)果取平均值，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 黃瓜子葉擴(kuò)張對(duì)比試驗(yàn)

由表3試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見，本發(fā)明式 I 化合物具有良好的細(xì)胞分裂活性，對(duì)黃瓜子葉擴(kuò)張活性顯著優(yōu)于對(duì)比化合物噻苯隆。

3.4 殺菌活性測(cè)定

將一定量藥劑溶解在適量N，N-二甲基甲酰胺(DMF)內(nèi)，然后用含有一定量吐溫20乳化劑的水溶液稀釋至60mg/L。采用離體平皿法，供試病原菌包括番茄灰霉病菌、蘆筍莖枯病菌、西瓜炭疽病菌、蘋果輪紋病菌、玉米大斑病菌、小麥赤霉病菌。測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 殺菌試驗(yàn)防效數(shù)據(jù)

防效(%)=(空白菌落直徑-處理菌落直徑)/(空白菌落直徑-4)×100%

由上表數(shù)據(jù)可見，殺菌活性測(cè)定結(jié)果表明，式I化合物對(duì)番茄灰霉病菌、蘆筍莖枯病菌、西瓜炭疽病菌、蘋果輪紋病菌、玉米大斑病菌、小麥赤霉病菌均有良好的抑制生長(zhǎng)作用。

綜上所述，該植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑不含化學(xué)合成的物質(zhì)，具有無毒副作用、性質(zhì)穩(wěn)定、安全可靠、無農(nóng)藥殘留問題等優(yōu)點(diǎn)；且有效成分高、制備方法簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、質(zhì)量穩(wěn)定、易于控制；對(duì)植物生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)作用，可用于調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)。

4 結(jié)語

通過實(shí)驗(yàn)表明，該植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可使小麥、玉米作物的莖桿粗壯、提高葉寬/葉重，葉片壽命延長(zhǎng)，提高抗旱、抗?jié)?、抗病能力，使小麥的增產(chǎn)率達(dá)28%～31%，使玉米增產(chǎn)率達(dá)30%～33%。本植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑 30μg/mL 溶液浸泡小麥種子24 h，可顯著提高小麥發(fā)芽率，其發(fā)芽促進(jìn)率達(dá)34%，高于 DA-6、6-BA 等商品(見表1)；在促生根方面明顯優(yōu)于 DA-6、6-BA(見表2)。式 I 化合物對(duì)黃瓜子葉擴(kuò)張活性顯著優(yōu)于對(duì)比化合物噻苯隆(見表3)。

植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的研制和應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、節(jié)水栽培提供了新的條件[2]。與現(xiàn)有的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑相比，它克服了以往絕大多數(shù)產(chǎn)品成分單一、使用范圍較窄、功能較少的缺點(diǎn)。本文研制合成的含氮雜環(huán)肉桂酰胺脲類化合物，含有吡唑并吡啶和肉桂酰氨基團(tuán)，通過硫脲鍵將具有不同植物調(diào)節(jié)活性的基團(tuán)進(jìn)行連接，得到一種結(jié)構(gòu)新穎的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，它能夠高效促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高綜合抗性，更能充分發(fā)揮優(yōu)異品種的增產(chǎn)潛力，最終實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[3]，達(dá)到使作物增產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的效果，并具有一定的殺菌作用，對(duì)環(huán)境和人、畜無毒無害，具有良好的生物降解性，且合成方法簡(jiǎn)單、成本低、合成過程污染小，屬于環(huán)境友好型產(chǎn)品。式 I化合物具有高效、安全、用量少、成本低的特點(diǎn)，不但能刺激植物生長(zhǎng)，還能提高植物對(duì)養(yǎng)分的吸收能力以及提高養(yǎng)分的利用率，具有很高的應(yīng)用價(jià)值和商品化潛力。