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太原理工大学硕士研究生学位论文 嘌呤型化合物的合成及植物生长调节活性测试 摘要 植物的化学调控技术是继化学施肥之后，对农业的又一重大突 破。该技术利用少量化学制剂对作物的发育进程进行调控，使作物按 照人们的要求生长。我国是一个农业大国，粮食问题是我国农业的首 要问题，因此这一技术对我国农业的可持续发展具有重要的现实意 义。 细胞分裂素类植物生长调节剂是一种促进型植物激素，能够促进 植物细胞的分裂和变异，延缓叶片衰老；促进侧芽发育，打破顶端优 势；诱导愈伤组织，分化成不同器官；促进叶绿体的发育和合成。 为寻找更好的细胞分裂素，本文在前人研究的基础上，根据活性 叠加原理，用香叶醇和法尼醇分别与腺嘌呤和次黄嘌呤反应，合成了 国内外还未见报道的8 种化合物；利用红外光谱、核磁共振、质谱等 手段对上述化合物的结构进行了表征，并对它们的波谱特征进行了分 析和讨论；用萝卜子叶增重法测定了这些化合物的细胞分裂素活性， 同时对具有生物活性的化合物i 、v 和进行了优化实验：对反 应时间、反应温度，反应物配比进行了选择，得出最佳反应条件。 结果表明： 瓜显示，在2 9 0 0c l n 。1 、1 6 2 0c m 1 和1 6 0 0 1 5 0 0c m 1 左右分别有香叶基、 i 太原理工大学硕士研究生学位论文 法尼基上c h 3 和c h 2 、双键和腺嘌岭环上的c = n 吸收峰；1 h - n m r 数据显示在 6 1 5 2 2 和6 5 晰0 之间有香叶基的特征峰( 甲基，亚甲基，和双键) ，在8 8 0 左右有两组峰，是腺嘌呤环上的氢原子峰；m s 显示所有的化合物的分子离子峰 与计算值相符合。目标产物i 一的结构式如下所示： x = n ，n h , o n - - - 0 ，1 ，2 化合物i 、i i 、v 和具有细胞分裂素活性，活性级为d 级。 化合物、和不具备细胞分裂素活性。 对化合物i 和i i ，最佳反应条件：反应温度为7 0 - - 8 0 c ，反应 时间为6 7 h ，反应物配比为1 ：2 2 和1 ：3 3 ；对化合物v 和，最佳反 应条件：反应温度为8 0 - - - 9 0 c ，反应时间为乒7 h ，反应物配比为1 ：1 1 和1 ：2 2 。 总之，通过对该类化合物的合成、表征、活性测试，表明9 位取 代的嘌呤类化合物同样可以具有生物活性，为新型植物生长调节剂的 研发提供了新的途径。 一 关键词：植物生长调节剂，细胞分裂素，腺嘌呤，次黄嘌呤 n 太原理工大学硕士研究生学位论文 s y n t h e s i so fp u 喂i n e t y p ed e r f 以￥n v e sa n d p l a n tg r o w t hr e g u l a t o ra c t i t n 吧t e s t a b s t r a c t p l a n tr e g u l a t i o nt e c h n o l o g y , as i g n i f i c a n tb r e a k t h r o u g hi na g r i c u l t u r ea f t e rt h e a p p l i c a t i o no fc h e m i s t r yf e r t i l i z a t i o n , i sa b l et oc o n t r o lp l a n tg r o w t hf o rc a t e r i n gt o p e o p l e sd e m a n d st h r o u g has m a l la m o u n to fc h e m i c a la g e n t g r a i ni st hp r o b l e mo f t h eg r e a t e s ti m p o r t a n c ei nc h i n a w h i c hi sal a r g ea g n c u l t u r a lc o u n t r y , s ot h i s t e c h n o l o g yg a i n si t sr e a l i s t i cs i g n i t i c a n c ef o rc l - d n e 辩s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti n a g r i c u l t u r e t h ec y t o k i n i np l a n tg r o w t hr e g u l a t o ri sak i n do fp r o m o t i o np h y t o h o r m o n e c a p a b l eo fp r o m o t i n gt h ev e g e t a b l es e g m e n t a t i o na n dc y t o m e t a p l a s i a d e l a y i n gt h e l e a fb l a d es e s c e n c e p r o m o t i n gl a t e r a lb u dg r o w t h , b r e a k i n gt h ea p i c a ld o m i n a n c e , i n d u c i n gt h ec u r eo ft h ei n j u r e dp l a n to r g a n i z a t i o n , d i f f e r e n t i a t i n gt h eo r g a n sa n d p r o m o t i n gc h l o r o p l a s tg r o w t ha n ds y n t h e s i s i no r d e rt of i n dab e t t e rc e l ld i v i s i o ne l e m e n t , b a s e do np r e d e c e s s o r sf i n d i n g s t h ea r t i c l ea p p r o v e st h a tg e r a n i o la n df a m e s o lr e a c t e dw i t l la d e n i n ea n dh y p o x a n t h i n e r e s p e c t i v e l yi nl i n ew i t ha c t i v i t ys p l i c ec a na f f o r de i g h tk i n d so fc o m p o u n d sw h i c h h a dn o tb e e nr e p o r t e di nt h ed o c u m e n t t h es t r u c t u r eo ft h e s e c o m p o u n d si s c o n f i r m e db yi r ，1 h m ra n dm a n dm o r e o v e r , t h ea r t i c l ed i s c u s s e sa n da n a l y z e s t h es p e c t r u mf e a t u r e so ft h e s e sc o m p o u n d s c y t o k i n i n sa c t i v e n e s si sd e t e r m i n e db y t h em e t h o do f c o t y l e d o nw e i g h tm e t h o di nr a d i s h a tt h es a m et i m e ，t h er e a c t i o nt i m e , t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，t h ea l l o c a t e dp r o p o r t i o n 种s e l e c t e du s i n go p t i m i z a t i o n e x p e r i m e n to f c o m p o u n di 、i i 、va n dv 1w i t hb i o l o g i c a la c t i v i t y , s ot h a tt h eb e s t j 太l ；c 理工大学硕士研究生学位论文 r e a c t i o nc o n d i t i o n1 5c o n t i r m e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t ： i rd e m o n s t r a t e dt h a t ，a b o u t2 9 0 0c l n 一，1 6 2 0c - n 1 1a n d1 6 0 0 - 1 5 0 0c n 1 1h a st h e g e r a n i o la n df a r n e s o lo nc h 3a n dc h 2 ，t h ed u p l e tb o n da n dt h ea d e n i n el i n kc = n a b s o r p t i o np e a k ；t h el h - n m r d a t ad i s p l a yb e t w 0 9 1 15 1 5 - - 2 2a n d8 5 0 - - 6 o ：6 5 o - 6 0 h a st h ef r a g r a n tl e a fb a s ec h a r a c t e r i s t i cp e a k ( m e t h y l ，m e t h y lr a d i c a l ，埘t hd u p l e t b o n d ) ，i na b o u t6 8 0h a st w og r o u p so fp e a k s ，i so nt h ea d e n i n el i n kh y d r o g e na t o m p e a k ；m sd e m o n s t r a t e da l lc o m p o u n dt h em o l e c u l e - i o np e a ka n dt h ep r e d i c t e dv a l u e o f t a r g e tc o m p o u n d t h es t n l e t l l r a lf o r m u l ao f p r o d u c ti 一a sf o l l o w ss h o w s ： c c 啦- - c h i 。c 炉一鲫。 雠一一一斟。 x = n ，n h o n = 0 。1 2 c o m p o u n di 、i i 、va n dv ih a v es y t o k i n i n sa c t i v e n e s s t h ea c t i v el e v e li st h e d l e v e l c o m p o u n di i i 、i v 、v l la n d d o e s n o th a v ec y t o k i n i n sa c t i v e n e s s t oc o m p o u n dia n di i ，t h eb e s tc o n d i t i o no f r e a c t i o n ：t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r e f o r7 0 8 0 c ；t h er e a c t i o nt i m ei sd 7 l lt h er e a c t a n ta l l o c a t e dp r o p o r t i o ni s1 ：2 2a n d 1 ：3 3 ；t oc o m p o u n d v a n dv i ，t h eb e s tc o n d i t i o no f r e a c t i o n ：t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r e f o r8 0 - x ) 0 c ；t h er e a c t i o nt i m ei s 乒7 i lt h er e a c t a n ta l l o c a t e dp r o p o r t i o ni s 】：1 1a n d 1 ：2 2 ha 1 1 i ti sd e m o n s t r a t e dt h a tt h e9 - s u b s t i t u t e da d e n i n e - t y p ed e r i v a t i v e sh a v e b i o l o g i c a la c t i v i t yt h r o u g ht h es y n t h e s i s , c o n f i r m a t i o na n da c t i v i t yt e s to ft h e s e c o m p o u n d s 1 1 h c yp r o v i d eaf l e ww a y f o rt h en e wp l a n tg r o w t hr e g u l a t o rr e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t i v 太原理工大学硕士研究生学位论文 k e yw o r d s ：p l a n tg r o w t h r e g u l a t o r , c e l l d i v i s i o n e l e m e n t , a d e n i n e ， h y p o x a n t h i n e v 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文。是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：盘! 业e t l t t l ：! z ! 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) o e t 翼i i ：亟 1 3 1 t 1 1 ：堡幽：三：! ! 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 课题背景 第1 章文献综述 人口和粮食问题是人类在2 1 世纪面临的诸多挑战之一。我国人多地少，人口逐年 增多，而耕地面积却逐渐减少。如何在有限的耕地面积下提高农作物的单产，是我们面 临的巨大挑战。 2 0 0 4 年我国粮食总产仅4 亿3 千万吨，粮食产量问题又一次被提了出来。2 0 0 5 年 粮食生产出现重要转机，总产达到4 亿6 千9 百多万吨，但能否巩固住增长趋势还很难 说。我国粮食一旦出现较大缺口，由于人口众多和交通不便的缘故，靠国际市场调节是 没有保证的。解决中国人的吃饭问题，其基本立足点应放在国内市场上。 资源瓶颈是制约农业发展的一大障碍。在目前的技术条件下，耕地仍然是发展农业 的基本要素。但是，中国有限的耕地却每年以上百万亩的速度急剧减少，同时淡水资源 也严重不足，人均占有量仅及世界平均数的1 脾一1 5 ，可用于灌溉的水源日益减少 如何在有限的耕地上满足对粮食不断增长的要求，是我国现代化建设中一个极为重 要的问题。目前农药依然是我国保障农业高产的主要手段，主要应用在对虫、草、病害 的防治。但是随着农药的大量使用，给我们的生存环境也带来巨大的压力。 进入2 1 世纪后，我国倡导环境保护和可持续发展，而且随着人们生活水平的提高， 对农产品的品质要求也越来越高。形势要求一种新型农药，它不仅能够有效地提高作物 的产量，而且能够提高作物的品质，并且安全无污染。多年来，国内外专家对植物生长 调节剂的研究表明，植物生长调节剂，用量少，毒性小，每亩用几十克作用就非常明显 将植物生长调节剂应用到农业中去，使农作物按照人类的要求去生长和繁殖，农业生产 的可控性得到加强，同时植物生长调节剂也可以改善品质，提高产量，改善储存条件等。 植物生长调节剂的这些作用完全可以适应形势的需要，随着植物生长调节剂品种的增加 和技术的完善，植物生长调节剂必将在农业上得到广泛的应用。 研究开发植物生长调节剂对于提高粮食、水果、蔬菜的产量，建立高效农业、发展 国民经济，缓解我国人多地少的矛盾，具有重要的意义。目前全世界人工合成的植物生 长调节剂有2 0 0 多种，商品化的有几十种，如代表性的矮壮素，它能够抑制植物细胞生 太原理工大学硕士研究生学位论文 长，使作物变矮，茎干变粗，在防治作物倒伏上有重要的意义【i - 2 1 。 1 2 植物生长调节剂概述 1 2 1 植物生长调节剂 植物生长调节剂和植物激素总称为植物生长物质。 植物激素是指植物体内天然存在的物质，它在植物体内微量的存在，就可以有效地 调控和影响植物的生长和发育，是植物生长过程中不可缺少的物质。植物从生根、发芽 到开花、结果和成熟等一切生命过程都离不开植物激素的控制。它不仅能够影响作物的 生命活动，增加产量和改进品质，还能够调节作物的逆境生理，增强作物的抗逆性。 随着科学发展，人们逐渐可以通过化学合成和生物发酵的方法，研究并生产出与天 然的植物激素有类似作用的有机物质。我们把这类人工合成的物质称为植物生长调节 剂。为了表示区别，有人把天然植物激素称为植物内源激素( p l a n te n d o g e r o u sh o r m o n e s ) ： 植物生长调节剂称为植物外源激素( p l a n te x o g e n o u sh o r m o n e s ) 。 吲哚乙酸是人类于二十世纪3 0 年代发现得第一个植物激素，到目前为止，已经确 定的植物激素有五大类，它们分别是生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯，具 有特有的生理作用及作用机制。其中前三类是促进生长发育的物质，脱落酸是一种抑制 生长发育的物质，乙烯则是一种促进器官成熟的物质 3 1 。此外人们还发现一些新的刺激 植物生长的物质，比如油菜素内酯、茉莉酸、三十烷醇、多胺等 4 1 植物激素的水平受到基因控制和外界环境所影响。近代研究表明：植物的激素水平 反过来也可以影响基因表达和新基因产生，影响植物的表现形态。同时这也是利用植物 生长调节剂有效改变作物基因表达和调控农作物性状的理论基础。 植物生长调节剂与传统无机肥料相比具有以下优点： ( 1 ) 作用面广，应用领域多 植物生长调节剂可适用于几乎包含了种植业中的所有高等和低等植物，如大田作 物、蔬菜、果树、花卉、林木、海带、紫菜、食用菌等，并通过调控植物的光合、呼吸、 物质吸收与运转，信号转导、气孔开闭、渗透调节、蒸腾等生理过程的调节而控制植物 的生长和发育通过对这些生理过程的调节，不仅能控制植物的生长和发育，还能改善 植物与环境的互作关系，增强作物的抗逆能力。 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 植物生长调节剂不仅能够提高作物的产量，改进作物的品质，例如提高营养含量、 形成无籽果实、增大果个等，还能提高作物的抗逆性，例如耐旱性、耐涝性、抗寒性、 抗病性、抗倒性等。 因此人们可对不同作物，在植株生长的不同时期，利用植物生长调节剂来控制其发 育过程，使作物农艺性状表达按人们所需求的方向发展。 ( 2 ) 用量小，见效快，毒性小 植物生长调节剂是微量存在便可以起作用的物质。一般每公顷几十克就十分有效i 与其他肥料相比，用量大为减小。而且由于植物生长调节剂是激素类物质，植物对其吸 收时间短，j o n e s 5 1 研究表明：在生长索缺乏的组织中施用生长素，几秒之内就可以改变 细胞质流，几分钟之内就可以改变酶活性和基因表达，同时细胞壁变疏松并开始增扩； 3 0 分钟后m r n a 被诱导；数小时内便可以从形态上观察到细胞体积扩大。 植物生长调节剂被大范围推广前，都要经过检测或者残留量分析，列入推广的都是 微毒或者低毒性的，而且它在植物体内可以代谢降解，可以被转化成无毒的化合物。 ( 3 ) 具有很强的针对性 植物生长调节剂适合用于其它手段难以解决的问题。例如在形成无籽果实、防止稻 麦倒伏、控制树梢徒长、促进果实成熟等方面具有良好的效果现在我国农业正从传统 农业向现代化农业转化，其特点就是可控性增强。植物生长调节剂正是实现这种调控的 有力手段，它可以使作物按照人们的要求去生长和繁殖。 随着植物生长调节剂的应用，为我们创造了巨大的经济效益和社会效益人们对植 物生长调节剂的持续的研究取得了巨大的成就。除了已经发现的生长素、乙烯、赤霉素、 细胞分裂素和脱落酸五大类植物生长激素外，还发现了油菜素内酯、水杨酸、茉莉酸和 多胺等植物激素。人们对这些激素的研究主要集中在确定它们的化学结构、植物激素的 生物合成和代谢的途径、生理作用以及作用的机制、在基因表达和信号传导中的作用。 这些研究为有效的使用植物生长调节剂奠定了基础。本课题组的研究主要集中在开发新 的嘌呤型细胞分裂素，即利用等排理论对已有的嘌呤型细胞分裂素进行改造，测定其植 物生长调节活性。 1 2 2 细胞分裂素 细胞分裂素分为嘌呤型和苯基脲型细胞分裂素两类一般认为细胞分裂素是在植物 的根尖合成，然后通过木质部运转到地上部，促进植株生长细胞分裂素除了促进细胞 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 伸长外，更重要是促进细胞分裂是植物组织分化的物质基础之一。 1 2 2 1 嘌呤型细胞分裂素 f s k o o g l 6 7 】等人发现腺嘌呤和腺嘌呤腺苷等嘌呤类化合物能促进烟草髓组织的发 芽。此后又发现，将变性的d n a 标准品酸性条件下处理后，也有这类效果。这种有效 成分证明是6 糠基氨基嘌呤( 1 ) ，命名为激动素。1 9 6 3 年，l e t l l a m 【8 - 9 从玉米未成熟的 种子中单离出激动素类似物质，命名为玉米素( 2 ，3 ) 。随后逐渐从各种植物中单离出玉 米素类似物质( 4 6 ) ：玉米素核苷【”、二氢玉米素【i i - 1 2 、异戊烯腺苷陆1 6 1 等，说明激动 素广泛存在于自然界它们的结构式见下图( 图1 1 ) 。 这类化合物对植物的生长发育起重要作用，不仅可以促进核酸和蛋白质的合成，而 且能抑制核酸和蛋白质的分解，从而起到促进植物细胞分裂和延缓植物衰老的作用。 = c h ：c h 3 、c h 2 0 h - c n ：器 0 i o - - p - - o - - 0 ：c h ：c h 2 0 h 、c h 3 图卜1 一些细胞分裂素的结构 f i g i - ls t r u c t u r eo f s o m es y t o k i n i n s 4 - c n ：兰伽 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 2 2 2 苯基脲型细胞分裂素简介 s h a n t z l l 7 等发现n ，n 二苯基脲具有促进植物细胞分裂的活性；随后人们又陆续发现 一些苯基脲的衍生物具有良好的细胞分裂活性。n 一( 2 一氯4 吡啶) - n - 苯基脲【1 8 】是这类化 合物的典型代表，其生理活性高于一般的嘌呤型细胞分裂素，而且合成简便，成本低廉， 被认为是玉米素的廉价替代品。 这类化合物大都是人工合成的化合物，不同于嘌呤型细胞分裂素既有天然的产物， 又有人工合成的产物。几种常见的苯基脲型细胞分裂素结构如下： d 阳c 。9 阳c 洲 n n - 二苯基脲 n - ( 2 氯毗啶 n - 苯基脲 岔肌心 n - ( 1 ，2 ，3 - 噻二唑一5 基) n 。苯基脲 1 2 2 3 细胞分裂素的分布和运输 细胞分裂素分布于细菌、真菌、藻类和高等植物中。高等植物的细胞分裂素主要存 在于进行细胞分裂的部位，如茎尖、根尖、未成熟的种子、萌发的种子和生长着的果实 等一般来讲，细胞分裂素的含量为1 - 1 0 0 0 n g g 。从高等植物中发现的细胞分裂素大多 是玉米素或者玉米素核苷。 细胞分裂素在植物体内的运输，主要是从根部合成处通过木质部运到地上部，少数 在叶片合成的细胞分裂素也可能从韧皮部运走。 1 2 2 4 腺嘌呤型细胞分裂素的生物合成和代谢 传统认为，细胞分裂素在根尖合成，经木质部运到地上部分。但随着研究的深入， 人们发现植物的根并不是细胞分裂素的唯一合成部位。腺嘌呤能掺入无根的烟草组织的 地上部，合成异戊烯基腺嘌呤等通过培养石刁柏茎顶端，培养基及茎中的细胞分裂素 总含量有所增加，说明茎端能合成细胞分裂素。萌发着的种子和发育着的果实，也可能 是合成细胞分裂素的部位。 细胞分裂素生物合成是在细胞的微粒体中进行的。植物细胞和冠瘿细胞都能合成细 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 胞分裂素。细胞分裂素生物合成的第一步是甲戊烯转移酶催化下，把二甲烯丙基二磷酸 的异戊烯基转移到腺苷部分，与植物的a t p a d p 或者细菌的a m p 分别合成i p t p ( 异戊 烯腺苷57 = r 瞵酸) i p d p ( 异戊烯腺苷57 二磷酸) 或i p m p ( 异戊烯腺苷一57 一磷酸) ， 然后经过水解酶转变为反式玉米素( 图1 2 ) 反式玉米素 i +，科一。尸 c l r c i 删 、c 屿顺反异构酶 + 图1 - 2 细胞分裂素的生物合成啪 f i g 1 - 2b i o s y n t h e s i so f e y t o k i n i n s 6 a r 明舢 、c r b 菩一 = 一 孑一 喵一 孑一蔼斟一 ( 一 ， 哑 一 。 孑 码码 ， 一 蓍j菩 太原理工大学硕士研究生学位论文 d m a p p 的异戊烯基加入腺苷部分，植物和细菌的i p t 酶分别利用a t p a d p 和 a m p ，形成i p t p a p d p 和i p m p ，进一步在水解酶作用下，转变为玉米素。 细胞分裂素在细胞内的降解主要是由细胞分裂素氧化酶催化的它以分子氧为氧化 剂，催化玉米素、玉米素核苷、i p 以及他们的n 葡糖苷的n 6 上不饱和侧链裂解，释放 出腺嘌呤等，彻底失去活性( 图1 2 ) 。 = 粼銎 0 2 h c h 3 + j c c h 一 0 7 c h 3 图1 - 3 细胞分裂素的降解 f i g 1 - 3d e c o m p o s eo f s y t o k i n i n s 细胞分裂素氧化酶不可逆地钝化细胞分裂素，因此调节和限制此激素的作用。结合 细胞分裂素侧链上的有机物，也可以被葡糖苷酶分开，产生自由细胞分裂素。 植物体内就是这样通过细胞分裂素的生物合成、降解、结合态、自由态等的转化， 维持体内的细胞分裂素水平，满足生长发育的需要。 1 2 2 5 发展前景 植物生长条调节剂的应用，已经对农业起到重大的推动作用，但是就应用范围来说， 这种应用还只是初步的。随着植物生长调节剂的发展，它的应用前景十分广阔。就目前 我国的农业现状而言，开发新品种、开发应用技术和开发多功能的混剂是植物生长调节 剂发展的主要方向。 ( 1 ) 开发新品种 在新型植物生长调节剂的开发方面，一是向多品种发展，即不断开发新型的促根剂、 杀雄剂、增糖剂、落叶剂、干燥剂等。二是向高效药剂发展，如多效唑，它作为一种抑 制剂使用浓度为3 0 0 1 0 0 0 m g k g ，但是研制的新型特效唑，使用浓度仅为1 0 3 0 m g k g 。三 是研制新型植物生长调节物质。例如传统的植物生长调节剂分为5 类：生长素、赤霉素、 细胞分裂素、乙烯和脱落酸。随着芸苔素内脂、多胺、茉莉酸和月光花素这些新的植物 生长物质的发现，大大推动了植物生长调节剂的发展，有人已将芸苔素内酯列为第六种 植物生长调节剂。四是对研制的新品种的使用安全的要求不断提高，除了要对植物安全 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 外，还要对新品种的动物急性毒性和慢性毒性进行测试。 ( 2 ) 开发新的应用技术 对常用的植物生长调节剂开发应用新领域也是发展植物生长调节剂的一个重要方 面。当一种植物生长调节剂问世以后，它所具有的应用功能并不被人类所知，只有不断 地开展田间试验，才有可能挖掘其实际使用价值。如乙烯用于诱导性别变化、化学杀雄、 防止徒长、果品催熟等一系列作用都是通过反复试验才开发出来。因此开发应用技术和 研制新品种同样十分重要。 ( 3 ) 开发混剂 目前许多植物生长调节剂单独使用往往得不到较好的效果。如多效唑促使插条发 根，可被植物体内的氧化酶分解，而把与邻苯二酚混用后，阻止了内源生长素的分解作 用，使稳定在有利于促根的水平上。植物生长调节剂也可以与肥料或者微量元素以及其 他化合物混用，以提高调节效果。所以筛选植物生长调节剂混用配方，也是开发应用途 径的一个重要内容。植物生长调节剂混合使用是一项新技术，应用时应该在充分了解各 类调节剂生理功能和两者混合后的相互关系基础上，筛选有增效作用的最佳配方，使植 物生长调节剂更好地在农业上得到应用。 1 3 国内外研究现状 目前已经大面积推广的植物生长调节剂有数十种，在农业生产上发挥了重要的作 用，但是这并不意味着植物生长调节剂的研究和开发已经终结，就国内外的现状看来其 正处于起步阶段，还远远不能满足社会的需要。 嘌呤型化合物具有广泛的生物活性，从5 0 年代至今，被用作植物生长调节剂。由 于其本身以及由它作为中间体制备的一系列杂环化合物具有比较好的生物活性，在国内 外对其进行了长期广泛的研究，在腺嘌呤、硫基嘌呤、次黄嘌呤中引入了卤素原子、杂 环、芳环，拓展了嘌呤类化合物的发展空间，合成了大量具有生物活性的嘌呤类化合物。 1 3 1 结构与活性 人们利用烟草髓组织增重法进行活性测试，对比6 - ( 3 甲基2 丁烯基氨基) 嘌呤； 6 - ( 3 - 甲基- 2 丁烯基氧基) 嘌呤；6 - ( 3 甲基2 - 丁烯基硫基) 嘌呤；以及6 - ( 苯基氨基) 嘌呤；6 - ( 苯基氧基) 嘌呤；6 - ( 苯基硫基) 嘌呤的活性大小发现对于异戊烯基取代 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 的嘌呤类化合物其植物生长调节活性，氨基嘌呤) 硫基嘌呤) 次黄嘌呤；对于苄基取代 的嘌呤类化合物来说，其植物生长调节活性氨基嘌呤t 次黄嘌呤) 硫基嘌岭。因此在合 成细胞分裂素中，嘌呤的6 位必须结合脂溶性基团才具有活性，替代成水溶性基团则活 性大大降低。 合成细胞分裂素在侧链上大多有环结构，天然细胞分裂素在侧链上几乎没有环象 反型玉米素和异戊烯胺基嘌呤都具有比较高的生理活性，因此环结构对细胞分裂素的活 性并不重要。在已报道的细胞分裂素中，腺嘌呤9 位上有核耱或核苷酸则可以提高活性。 另外将玉米素和异戊烯基腺嘌呤侧链双键上氢原子替换为氟原子，或者将甲基替换为三 氟甲基，则活性增强【1 9 1 。 s k o o g l 2 0 1 等人研究嘌呤型化合物认为：在一定浓度下，嘌呤6 位上的饱和脂肪烃链 的长短对活性有影响。碳链长度为5 时，活性最高；此后依次降低，碳链长度为1 0 时， 活性最低。嘌呤环上连有非共轭的极性基团时，对极性没有影响。e v i d e n t e 2 1 】等人的研 究表明：对玉米索衍生物而言，双键饱和化导致活性下降，双键的构型和位置对活性也 有重要的影响，例如反式玉米索比顺式玉米素活性高5 0 倍以上。 1 3 2 研究现状 嘌呤6 位上的取代基如果是氨基的话，将显示极大的生理活性。已经发现了6 - 异戊 烯基氨基嘌呤、6 ( n ，n 二异戊烯基) 氨基嘌呤、6 - 苯甲基氨基嘌呤、糖氨基嘌岭等。 这些化合物都显示了比较好的生物活性。t h o m a s 1 等人在1 9 7 4 年首先人工合成了异戊 烯基嘌呤，这是一种有效的植物生长调节剂，可以促进细胞分裂及生长活跃部位的生长 发育。其结构式如下： c h 3 一c c h 3 1 9 8 9 年化工部沈阳化工研究院激素组开发了一种混剂赤霉素苄基嘌呤舍剂。赤 霉素对苹果有促进坐实的作用，但是容易引起果实的不均衡生长，它与苄基嘌呤合用以 后使苹果果大而形正 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 w a n gj 2 3 】等人合成了一种新型的氨基嘌呤植物生长调节剂，并测试了它的细胞分裂 素的活性，该化合物显示出较好的生物活性，结构式如下： c h c c h c h c h ，c h 3 一c o h 3 目前的研究重点是氨基嘌呤衍生物与其它植物生长调节剂的混剂的植物生长调节 活性，关于新的氨基嘌呤植物生长调节剂近几年未见文献报道。目前投入生产的主要的 单剂品种有苄氨基嘌呤、异戊烯基氨基嘌呤、糖氨基嘌呤。混剂品种有赤霉素苄基嘌呤 合剂；丁酰肼、苄氨基嘌呤和赤霉素合剂；苄氨基嘌呤、萘乙酸、烟酸混剂。 人们对硫基嘌呤类化合物的研究主要有6 异戊烯基硫基嘌呤、6 - ( 2 ，3 二羟基丙基) 硫基嘌呤、6 - 羟基- 8 - ( 2 ，3 二羟基丙基) 硫基嘌呤、6 苯甲基硫基9 ( 2 ，3 二羟基丙 基) 嘌呤等。6 - 异戊烯基硫基嘌呤比6 异戊烯基氨基嘌呤的生理活性弱，因此未能推广。 r s a r i r 【”】等人合成了一个新的硫基嘌呤化合物，并具有一定的生理活性。结构式如 下： + i s c n 轻c i s i r a d c h e n k 0 1 2 5 垮合成了异丙醇取代的硫基嘌呤，比较了嘌呤6 位取代和9 位取代 的活性，并测试了异丙醇基硫基嘌呤的生理活性该化合物对非异丙醇取代的核苷展现 了良好的生物活性，但关于此类化合物对农作物大田试验的文献未见报道。 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 0 h c h 2 0 h 6 苯甲基次黄嘌呤是一种活性较好的植物生长调节剂。它有良好的活性，其细胞分 裂素活性与苯甲基氨基嘌呤相当。但是异戊烯基取代的次黄嘌呤活性很低，其细胞分裂 素活性远远低于6 异戊烯基氨基嘌呤和6 异戊烯基硫基嘌呤。 j a nh u l o b 2 6 1 等人用烟草髓愈伤组织法对6 对羟基苯甲基羟基嘌呤、6 对羟基苯甲基 嘌呤进行了活性测试，并在三个生物活性测试基地进行了对烟叶髓愈伤组织的实验，结 果表明对位上连上羟基以后它们的生理活性反而减小。 从上述对嘌呤类植物生长调节剂的综述，从他们对嘌岭类植物生长调节剂的设计及 筛选，可以得到一些有益的启示： ( 1 ) 对于嘌呤类植物生长调节剂，大都含有异戊烯基类和苄基基团。可以认为这是嘌 呤类植物生长调节剂具有生理活性的必不可少的活性基团。 ( 2 ) 对于异戊烯基类取代的嘌呤类化合物其植物生长调节活性，氨基嘌呤) 硫基嘌呤) 次黄嘌呤。 ( 3 ) 对于苄基取代的嘌呤类化合物来说，其植物生长调节活性氨基嘌呤m 次黄嘌呤) 硫基嘌呤。 1 4 研究思路与研究内容 1 4 1 研究思路 嘌呤6 位上取代所形成的化合物具有广泛的生物活性，已经作为高效的植物生长调 节剂投入使用，但是对9 位取代的嘌呤化合物的研究却很少。作者拟在嘌呤的9 位也引 入活性基团，以证实9 位的活性基团对整体活性的影响，力图得到具有较高活性的新的 植物生长调节剂。 ( 1 ) 根据活性叠加原理，若在一个活性分子中引入一个新的活性基团，其生物活性可 太原理工大学硕士研究生学位论文 能得到加强或导致新的生物活性的产生。鉴于此本文设计并合成以下两个系列的化合 物，测试其生物活性，并对比6 - b a 的生物活性。 系列一 = f c h z 七h ：c c h c c c h h ，3 址- - i c h 3 。 a 2 c c h 一早一c h 2 七h 2 c c h c h 3 一c c h 3 、 、c h 3 n fc十n厂c一絮)nch 3 e h 厂c h = = 车c h 2 c h 2 一c h c h 3 一，1 c h 3 、 一l c h 3 厶 n = 0 ，1 , 2 如上结构式所示，当n = l 时取代基为香叶基，当n = - 2 时取代基为法尼基，这两种取 代基的碳原子数分别为1 0 和1 5 ，估计不会很高的生物活性，在这里仅用来考查9 位的 取代基对生物活性的影响。 系列二 o h 2 l i 畸c n 广c 胆嚆 a 1 广c h 一乜c - - c h 午卜c h c h c h 3 ) 。 = h 广c i l 2 e ：- 伽恤伽一c j 、讪c h 3 ) f 删，i , zn 暑1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 一般认为6 位不饱和脂肪烃取代的次黄嘌呤不会具有生物活性，但是9 位有不饱和 脂肪烃的次黄嘌呤类化合物的生物活性还未见报道。本文将合成此类化合物，并检测其 生物活性，为该领域提供新的方法。 ( 2 ) 由于次黄嘌呤和腺嘌呤是医药上生产利巴韦林( 病毒唑) 的副产物，未能加以充 分利用。如果能够开发出具有良好植物生长调节活性的化合物，那么将产生巨大的经济 效益。 ! 综上所述，本文所设计的两个系列的嘌呤类化合物国内外还未见报道，通过对该类 1 0 个化合物的合成、结构表征及植物生长调节活性测试，考察9 位取代的嘌呤类化合物 的生物活性，为这类化合物的开发提供实验依据 1 4 2 研究内容 ( 1 ) 合成所设计的1 0 个化合物，并利用i r 、1 h m r 、m s 对这些化合物的结构进行表 征。 ( 2 ) 用萝h 子叶增重法对合成的化合物进行生物活性测试，与细胞分裂素6 - b a 进行 对比。 ( 3 ) 对具有生物活性的化合物的合成进行优化，考查反应物配比、温度、反应时间对 产率的影响，得到最佳反应条件。 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 1 前言 第2 章腺嘌呤型化合物的合成 法尼醇是链状的倍半萜化合物，又名合金欢醇，是异戊烯的二聚体，最早发现于植 物和蔬菜中，也是由哺乳动物作为一种胆固醇代谢物合成出来的一种物质 2 7 1 ，化学名3 ， 7 ，9 - 三甲基2 ，6 ，1 0 一十二碳三烯l - 醇，是异戊烯基的二聚体。它有反反、反顺、顺反 和顺顺四种异构体，在自然界中以反反式异构体存在。法尼醇具有温和而细腻的带有铃 兰特征的花香，有良好的定香作用，是高档花香香精中的主要成分；此外还有抑制细菌 的作用，可以用在除臭剂和化妆品中；而且它在医药方面也有突出的作用，用于精神抑 制药可增强药物的疗效叫；还可以抑制肿瘤细胞增殖 2 9 - 3 0 。目前对法尼醇的研究主要集 中在它对治疗肿瘤细胞体内口1 - 3 3 】、体外阳7 】的抑制作用上，对它的植物生长调节活性尚 不清楚。 香叶醇是开链单萜醇由两个异戊二烯结构单元组成的化合物，其广泛分布于植物的 腺体、油室、树脂道等分泌组织中，是植物发挥油的主要成分；首先从香药草中提取出 来 3 s - 4 e ，另外在一些海洋生物体内也有存在，化学名3 ，7 二甲基2 ，6 - a 碳二烯1 醇， 在自然界主要以反式异构体存在。由于发现香叶基黄酮类化合物具有消炎、抗菌、抗癌 4 1 4 2 1 等作用，人们对香叶醇的研究主要集中在它的药用方面，对它的植物生长调节活性， 目前国内外还未见报道。 本文选择香叶醇和法尼醇作为反应物，主要是因为它们具有和异戊烯基相似的结 构，而且原料价格便宜易得。根据萜醇具有端羟基的特点，可以将其制备成溴代物并与 腺嘌呤反应，可以大大缩短工艺；也可以直接与6 氯嘌呤反应合成次黄嘌呤类化合物。 嘌呤类细胞分裂素对植物的生长发育起重要的作用。如：苄基嘌呤是一种植物抗衰 老剂，主要起促进细胞分裂和延缓衰老的作用；n - ( 4 羟基3 甲基2 丁烯基) 氨基嘌 呤主要起促进植物细胞分裂，阻止叶绿素和蛋白质分解，保持细胞活力的作用。 目前，对腺嘌呤类化合物作为植物生长条剂的报道很多，已经有很多文献对它的结 构修饰进行了报道，主要是在6 位引入异戊烯基或者苄基，另外还在腺嘌呤环上引入一 些取代基。 1 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 r 1 ：n ，o r 2 ：c h 2 c h c ( c h 3 h ，c h 2 c 4 i - h o ，c h 2 c d t 5 从结构式中可以看出，这类化合物一般在6 位上有取代基，在9 位上有取代基的腺 嘌呤类化合物却很少有报道。本章的主要工作是在6 位上引入香叶基和法尼基，同时在 9 位上接上香叶基或者法尼基。合成路线如下： 2 2 实验部分 2 2 一1 仪器和试剂 2 2 1 1 试剂 p b r 3 甲酵 n a h c o ， m g s 0 4 腺嘌呤 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 化学纯 f l 上 郑州市汜水新颖联合化工厂 天津克密欧化学试剂厂 天津市化学试剂厂 天津市化学试剂厂 新乡拓新生化有限公司 太原理工大学硕士研究生学位论文 氯仿分析纯天津市德恩化学试剂有限公司 硅胶 2 0 0 - 3 0 0 目青岛海浪硅胶干燥剂厂 2 2 1 2 仪器 b r u k e r a v - 4 0 0 型核磁共振仪； e s q u i r e 3 0 0 0 型质谱仪： a n a t a r - 3 6 0 傅立叶红外光谱仪； 2 2 2 合成步骤 2 2 2 1 香叶基溴和法尼基溴的合成【4 ，】 取香叶醇5 o g ( o 0 3 2 m 0 1 ) 溶于1 0 0 m l 石油醚中，加热溶解后，冰浴下加入吡啶2 6 m l ， 搅拌下缓慢滴加p b r 3 3 5 9 ( 0 0 1 3 t 0 0 1 ) 的石油醚溶液2 6 m l ，然后冰浴下反应3 小时。向