油菜素内酯概况.2017.

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 1.1 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Rf0.35～0.45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1970～1972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。

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美国学者Grove、Mandava等在《Nature》上发表了从油菜素提纯得到单

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(Brassinolide，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 International Plant Growth Substances Association，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)、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

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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、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平。

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1.4皇嘉天然芸苔素与人工合成芸苔素的区别 ⑴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7～12步复杂的有机化学反应制成。 ⑵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，合成的类似于天然芸苔素的物质有多种，但活性都较低。

⑶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%）。 ⑷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

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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。 ⑸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1～2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高。

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、工业化生产油菜素内酯类物质成为现实。

通用名称及化学结构式 天然油菜素内酯 （天然芸苔素） 化学名称与登录号 英文名：brassinolide CAS号：72962-43-7 分子式：C28H48O6 化学名：2α,3α,22R,23R-四羟基-24S-甲基-B-高-7-氧杂-5α-胆甾-6-酮 英文名：24-epibrassinolide CAS号：78821-43-9 分子式：C28H48O6 化学名：2α,3α,22R,23R-四羟基-24R-甲基-B-高-7-氧杂-5α-胆甾-6-酮 英文名：22,23,24-trisepibrassinolide CAS号：78821-42-8 分子式：C28H48O6 化学名：2α,3α,22S,23S-四羟基-24R-甲基-B-高-7-氧杂-5α-胆甾-6-酮 英文名：28-homobrassinolide CAS号：82373-95-3 分子式：C29H50O6 化学名：2α,3α,22R,23R-四 化学结构主要特征（区别） 1、22R，23R邻羟基 2、24S-甲基取代 是天然油菜素内酯 与天然芸苔素 比较的生物活性 在菜豆第二节及稻叶倾角生物试法中，活性为生长素的100～10000倍 约为油菜素内酯的1/4 24-表油菜素内酯 22,23,24-表油菜素内酯 1、22R，23R邻羟基 2、24R-甲基取代 第24碳的立体构型与天然油菜素内酯的立体构型不同 1、22S，23S邻羟基 2、24R-甲基取代 分子结构里22、23、24碳原子的构型都与天然油菜素内酯不同 1、22R，23R邻羟基 2、24S-乙基取代第24碳，天然油菜素内酯的取代基是甲22、23、24碳原子的构型与天然芸苔素的不同。其活性自然有差异 约为油菜素内酯的4/5 Word 文档

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28-高油菜素内酯 羟基-24S-乙基-B-高-7-氧杂-5α-胆甾-6-酮 基，二者的生理活性相差较大 28-表高油菜素内酯 英文名：28-epihomobrassinolide CAS号：80483-89-2 分子式：C29H50O6 化学名：2α,3α,22S,23S-四羟基-24S-乙基-B-高-7-氧杂-5α-胆甾-6-酮 英文名：14-hydroxylated brassinolide CAS号：457603-63-3 分子式：C27H46O7 化学名：2β,3β,14,20R,22R,25-六羟基-5β-胆甾-6-酮 英文名：Propionyl brassinolide CAS号：162922-31-8 分子式：C35H56O7 化学名：（24S）-2α,3α-二 丙酰氧基-22R,23R-环氧-7-氧-5α-豆甾-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。 化学分子式、结构式、构型都与天然油菜素内酯不同 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 非天然油菜素内酯类化合物，当然生理活性差异较大 14-羟基芸苔素甾醇 2,3位羟基丙酰化，22,23位羟基氧化 丙酰芸苔素内酯 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： ⑴A/B环为反式；

⑵A环上C2位和C3位具有顺邻二羟基。以α-或β-形式在C2或C3位含单羟基,或反邻二羟基(如2α-，3β-或2β-，3α-)的化合物，活性弱或无活性； ⑶B环含有C7位内酯和C6位酮基；

⑷D环C17位为侧链，侧链C22、C23位具有羟基；

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⑸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；C22、C23及C24上具有α-取向基团的化合物比β-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，2α-，3α-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:①打破休眠，提高种子活力，促进新陈代谢，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；②提高叶绿素含量,增强植物光合作用，增加干物质积累；③促进花粉受精，提高座果率、结实率，增加千粒重；④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；⑤促进维管束分化；⑥延缓衰老；⑦提高植物对病虫害、高温、冻害、盐碱、洪涝等逆境的抗逆能力；⑧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理：①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；②可专一诱导与生长有关的特异基因表达；③调节核酸和蛋白质的合成；④增强代谢同化功能。

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油菜素内酯促进灌浆结实、提高产量的作用机理：①改善授粉受精过程；②促进授精子房发育，降低败育率；③提高叶片光合速率，促进光合产物往穗部的运输分配；④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：①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；②缓和低温对生物膜功能和结构的损伤；③维持细胞中氧化磷酸化活性，改善能量代谢；④改善渗透功能，维护水分吸收；⑤提高内源ABA水平；⑥调节Ca2+信使系统，增强Ca2+-ATP酶基因的表达，调控细胞中Ca2+水平，把细胞外的BL信号传递到胞内。

油菜素内酯增强作物抗病性的作用机理：油菜素内酯没有直接杀菌杀病毒作用，①能激活植物中的抗氧化酶保护系统(CAT、SOD、POD、APX)，清除植物体内由于病害而产生的过多有害自由基；②激活基础抗病性，产生活性氧(ROS)，限制活体营养型和坏死营养型病原菌的感染。 5油菜素内酯的农业应用

鉴于油菜素内酯活性高、功能全，具有其它植物生长调节剂无可比拟的优越性，其在农业生产上的应用越来越受到重视。目前油菜素内酯及其与其它某些植物生长调节剂和杀菌剂的复配产品，已在各类作物和花卉园林上得到广泛应用。但是国内油菜素内酯原药企业的生产水平参差不齐，除优胜科技公司的外均为人工合成产品。受生产条件和合成工艺的影响，油菜素内酯原药产品的有效活性成分差异很大。由于油菜素内酯的高度安全性和高额利润驱使，农资渠道商也卖力推广。但一些油菜素内酯产品里根本没有添加油菜素内酯原药，而是其它调节剂的复配产品，其市场营销炒作大于产品的实际效果。2016年，工业和信息化部发布、7月1日实施的HG/T4922～4924-2016芸苔素乳油、可溶粉剂和水剂标准，将更加规范油菜素内酯产品，促进其推广和应用。2015年，农业部农药零增长的提出，又给低毒环保型农药产品带来了发展空间。作为一款绿色环保、优质高效型的植物生长调节剂，油菜素内酯以其能够降解农药残留、缓解药害以及符合国家农药零增长的要求而将再次引发研究和应用热潮。

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