CN114031536A - 一种抑制杂草种子萌发及幼苗生长的纯光学异构体化合物及应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于除草活性物质研究领域，尤其涉及到一种抑制杂草种子萌发及幼苗生长的纯光学异构体化合物，该化合物的分子结构式如通式（Ⅰ）

（Ⅰ）。本发明发现该化合物对单子叶杂草野燕麦（Avena fatua L.）和双子叶杂草自生油菜（Brassica napus L.）的种子萌发和幼苗生长有显著的抑制作用。该化合物水溶液75µg/mL即可完全抑制双子叶杂草自生油菜（Brassica napus L.）种子萌发和幼苗生长，同时对可抑制单子叶杂草野燕麦（Avena fatua L.）种子萌发和幼苗生长，这种对单双子叶杂草均具有抑制作用的化合物在控制杂草方面有广阔的应用开发前景。

Description

一种抑制杂草种子萌发及幼苗生长的纯光学异构体化合物及 应用

技术领域

本发明属于除草活性物质研究领域，尤其涉及到一种抑制杂草种子萌发及幼苗生长的纯光学异构体化合物及应用。

背景技术

杂草与作物争夺光、水、肥等资源而成为影响作物产量和品质的重要因子，长期以来主要采用化学农药除草的手段来控制杂草的危害。化学农药的广泛使用, 在保障农作物高产和稳产方面发挥了巨大的作用，但传统化学农药的长期使用所引发的食品安全、公共卫生、自然环境及杂草抗（耐）药性等方面的不理影响越来越严重。因此, 迫切需寻求和开发一种对人类健康和生态环境安全的新型农药。

为了保护人类生存的环境和农业的可持续发展，化学除草剂的研制与使用将严格受到环境和生态的制约。绿色除草剂的研发逐渐受到人们的重视，从今后农药产业发展的趋势看，高效低风险小分子农药将是农药绿色发展的主流方向，加速构建农药产业体系，研发创新更绿色高效、更环保、更安全的小分子农药来替代高毒农药，研发绿色制剂以及绿色使用技术，是实现未来我国农药减量使用的有效途径同时也是提升绿色农药产业市场竞争力的新要求，而从生物资源、手性纯光学异构体等方面获取高效绿色农用先导化合物，是目前主要的研究热点和方向。

手性是自然界的基本属性，类似于人的左右手，不能重叠但互为镜像，手性农药具有手性特征，包括外消旋体和非外消旋体。根据以往的文献报道，手性农药的生物活性往往只存在于一个或少数几个对映体中，例如甲霜灵、多虫畏、敌草胺等手性农药只有 1 /2 对映体生物活性高，速灭杀丁和氯菊酯只有 1 /4 对映体生物活性高，而溴氰菊酯和氯氰菊酯甚至只有 1 /8 对映体是高效体，其余 7 /8 基本无效。由于手性农药对映体的不同特性以及它们在农业上的使用量逐年增加，研究手性农药已成为新型“高效低风险”绿色农药发展道路上的关键技术。现在获得正式登记并商品化的农药在全球大概有 650 多种，其中手性农药大概有 200 多种，而在我国目前大概有 40%的农药生产销售市场属于手性农药，绝大部分属于是外消旋体，随着手性农药研究的深入，单一光学纯手性农药的比例不断增加。手性农药对映异构体尽管物理性质和化学性质一样，但很多研究表明它们在环境和生物体中会有不同的活力与毒性，其消解、迁移和代谢等行为，以及对生物的毒性会发生对映体选择性的情况，忽视了这些差异，将会不同程度地影响手性农药对环境的安全性评价。之前手性农药的研究基本停留在外消旋体上，从对映体层面研究手性农药，不仅符合我国可持续发展农业的大方向，还能更全面地对手性农药进行安全性评价，减少无效体对环境的影响，同时能更好地为自主开发环境友好型农药和创新修复农药污染物对生态系统的危害提供科学依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可显著抑制单双子叶杂草种子萌发及株高和根系生长的化合物，该化合物在较低浓度下可显著抑制杂草种子萌发。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明人通过手性色谱柱结合制备液相拆分的方法获取了一种抑制杂草种子萌发及生长的化合物，其分子结构式如通式（Ⅰ）

（Ⅰ）；

经除草生物活性测定，确定其除草活性显著高于外消旋体，其成分含量占外消旋体的41%左右，后期通过定向合成或者大量手性拆分，不仅可以增加除草效果、减少农药用量，对于保护生态环境等具有重要意义。

本发明所述的化合物的水溶液可用于抑制野燕麦种子萌芽及幼苗生长，所述化合物的水溶液的浓度为10-200 µg/mL，抑制根长ED₅₀为57.50 µg/mL。

本发明所述化合物的水溶液可用于抑制自生油菜种子萌芽及生长，所述化合物的水溶液的浓度为5-100 µg/mL，抑制根长ED₅₀为36.50µg/mL。

本发明具有以下有益技术效果：

本发明通过比较该化合物对野燕麦和自生油菜的种子萌发和生长影响，发现该化合物对单子叶杂草野燕麦（Avena fatua L.）和双子叶杂草自生油菜（Brassica napus L.）的种子萌发和生长有显著的抑制作用。所述化合物水溶液在5 µg/mL以上时，即可对单子叶杂草野燕麦（Avena fatua L.）种子萌发及幼苗生长产生抑制影响，500 µg/mL即可完全抑制双子叶杂草自生油菜（Brassica napus L.）种子萌发，可见，该化合物在控制单双子叶杂草方面有广阔的应用开发前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种抑制杂草种子萌发及生长的化合物的立体结构示意图；

图2为化合物不同浓度水溶液对野燕麦（Avena fatua L.）杂草种子萌发及幼苗生长的影响；

图3为化合物 100 µg/mL水溶液对野燕麦（Avena fatua L.）杂草种子萌发及幼苗生长的影响；

图4为化合物不同浓度水溶液对自生油菜（Brassica napus L.）种子萌发及幼苗生长的影响。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

该化合物对单子叶杂草野燕麦（Avena fatua L.）种子萌发及生长的显著影响是从其纯品的不同浓度水溶液中筛选出来的。

1.供试种子前处理

选取大小一致、颗粒饱满的野燕麦种子，剥去种皮后，用2.5％的次氯酸钠溶液浸泡，同时用磁力搅拌器搅拌10min，再用无菌水搅拌冲洗3次(每次3 min)，吸水纸吸干，25℃条件下催芽24h。挑选露白一致的供试种子进行测定。

2.药液准备

在高压灭菌后的玻璃培养皿（Ф=6cm）中铺双层滤纸，分别加入制备好的不同浓度1000.00 g/hm²（100 µg/mL）、750.00 g/hm²（（75 µg/mL）、500.00 g/hm²（50 µg/mL）、200.00g/hm²（20 µg/mL）、100.00 g/hm²（10 µg/mL）、50.00 g/hm²（5 µg/mL）、10.00 g/hm²（1 µg/mL）的水溶液2.00mL，以清水为CK对照。

3.试验及分析方法

（1）每皿放置露白一致的供试种子10粒，每个处理3次重复。将培养皿放在25℃恒温培养箱中黑暗条件下培养3天，第4天开始培养箱内的光照周期为18 h光照/6h 黑暗。培养期间加适量无菌水保持种子及幼苗生长所需要的水分。3d测定种子发芽率，种子发芽的标准为胚根突破种皮2mm，7d同时测定根长、芽长、鲜重、干重及计算抑制率（%）。所得数据用spss20.0进行方差分析和显著性分析。

（2）测量指标

萌发率：萌发的标准是胚根突破种皮1-2 mm。

根长：根颈部位到根尖部位作为根长。每个培养皿测全部发芽的种子，每个处理共取3 个培养皿，用量度为20 cm 的直尺测定根长。

株高：以根颈以上部位的长度作为株高。每个培养皿测全部发芽的种植，每个处理共取3 个培养皿，用量度为20 cm 的直尺测定株高。

萌发率＝( 种子的萌发数/培养皿中种子总数)×100％

根长(株高) 抑制率：引用Williamson 等和曾任森的方法计算株高抑制率。公式为：IR ＝ (T₀-T₁)×100/T₀，其中T₁为测试项目的处理值，T ₀为对照值。当IR>0 时表示存在抑制效应，IR<0 时表示存在促进效应。IR 的绝对值表示抑制作用的强弱。

综合抑制效应指数(SE) ：是萌发、根长和芽长3个测定指标的对照抑制百分率的算术平均值，是评价化合物对植株萌发及生长整体影响的参数。

（3）试验结果

表1 化合物不同浓度水溶液对野燕麦（Avena fatua L.）杂草种子萌发及幼苗生长的影响

表2 化合物不同浓度水溶液对野燕麦（Avena fatua L.）杂草种子萌发及幼苗生长的综合抑制影响

由表1、表2和图2、图3中可以看出，该化合物在当浓度大于5 µg/mL时，开始对野燕麦种子萌芽和生长产生抑制作用；当浓度大于10 µg/mL时，该化合物明显抑制野燕麦（Avena fatua L.）的胚根生长，其抑制中浓度为57.5µg/mL。

实施例2

化合物对自生油菜（Brassica napus L.）种子萌发及生长的显著影响是从其纯品的不同浓度水溶液中筛选出来的。

1.供试种子前处理

选取大小一致、颗粒饱满的春油菜种子，用2.5％的次氯酸钠溶液浸泡，同时用磁力搅拌器搅拌5min，再用无菌水搅拌冲洗3次(每次3 min)，吸水纸吸干，25℃条件下催芽24h。挑选露白一致的供试种子进行测定。

2.药液准备

在高压灭菌后的玻璃培养皿（Ф=6cm）中铺双层滤纸，分别加入制备好的不同浓度1000.00 g/hm²（100 µg/mL）、750.00 g/hm²（（75 µg/mL）、500.00 g/hm²（50 µg/mL）、300.00g/hm²（30 µg/mL）、200.00 g/hm²（20 µg/mL）、100.00 g/hm²（10 µg/mL）、50.00 g/hm²（5 µg/mL）、10.00 g/hm²（1 µg/mL）的水溶液2.00mL，以清水为CK对照。

3.试验及分析方法

（1）每皿放置露白一致的供试种子10粒，每个处理3次重复。将培养皿放在25℃恒温培养箱中黑暗条件下培养3天，第4天开始培养箱内的光照周期为18 h光照/6h 黑暗。培养期间加适量无菌水保持种子及幼苗生长所需要的水分。3d测定种子发芽率，种子发芽的标准为胚根突破种皮2mm，7d同时测定根长、芽长、鲜重、干重及计算抑制率（%）。所得数据用spss20.0进行方差分析和显著性分析。

（2）测量指标

萌发率：萌发的标准是胚根突破种皮1-2 mm。

根长：根颈部位到根尖部位作为根长。每个培养皿测全部发芽的种子，每个处理共取3 个培养皿，用量度为10 cm 的直尺测定根长。

株高：以根颈以上部位的长度作为株高。每个培养皿测全部发芽的种植，每个处理共取3 个培养皿，用量度为10 cm 的直尺测定株高。

萌发率＝( 种子的萌发数/培养皿中种子总数)×100％

根长(芽长) 抑制率：引用Williamson 等和曾任森的方法计算芽长抑制率。公式为：IR ＝ (T₀-T₁)×100/T₀，其中T₁为测试项目的处理值，T ₀为对照值。当IR>0 时表示存在抑制效应，IR<0 时表示存在促进效应。IR 的绝对值表示抑制作用的强弱。

综合抑制效应指数(SE) ：是萌发、根长和芽长3个测定指标的对照抑制百分率的算术平均值，是评价化合物对植株萌发及生长整体影响的参数。

（3）试验结果

表3 化合物不同浓度水溶液对自生油菜（Brassica napus L.）种子萌发及幼苗生长的影响

表3 化合物不同浓度水溶液对自生油菜（Brassica napus L.）种子萌发及幼苗生长的综合抑制影响

由表3、表4、附图4中可以看出，该化合物对双子叶杂草（Brassica napus L.）的种子萌芽和幼苗生长抑制作用明显；当化合物在1 µg/mL时，开始抑制双子叶植物油菜（Brassica napus L.）的种子萌发和幼苗生长，当浓度达到75 µg/mL时，油菜种子完全不萌发，幼苗停止生长。

实施例3

化合物的结构确证

（1）化合物的比旋光度测定

测定波长：589nm；光源：钠灯；温度：25℃；溶剂：甲醇；取化合物50.2mg，加入 10ml 甲醇配成溶液，C= 0.00502 g/mL ; A= -0.045 C= 0.00502 g/mL; L= 0.5 dm; UROT=-0.045/(0.5*0.005020)= -17.93。

（2）化合物单晶培养立体结构确证

表5分数原子坐标和各向同性或等效各向同性位移参数

表6化合物原子位移参数

表7 化合物几何参数

通过表5、表6、表7数据结合比旋光度等可以确证该纯光学异构体化合物结构为如图1所示。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种抑制杂草种子萌发及幼苗生长的纯光学异构体化合物，其特征在于，该化合物的分子结构式如通式（Ⅰ）

（Ⅰ）。

2.如权利要求1所述化合物的在抑制杂草萌芽及生长中的应用。

3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述化合物的水溶液可用于抑制野燕麦种子萌芽及幼苗生长。

4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述化合物的水溶液的浓度为10-200 µg/mL。

5.如权利要求2所述的应用，其特征在于，其特征在于，所述化合物的水溶液可用于抑制自生油菜种子萌芽及生长。

6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，其特征在于，所述化合物的水溶液的浓度为5-100 µg/mL。

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