CN114403147A - 1-甲基吡咯烷-2-羧酸在促进植物生长上的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了1‑甲基吡咯烷‑2‑羧酸在促进植物生长上的应用。将1‑甲基吡咯烷‑2‑羧酸作为天然活性物质开发为植物生长调节剂可用于促进植物植株的生长；能显著提高植物的株高、根长、侧根数、真叶面积、植株鲜重等。1‑甲基吡咯烷‑2‑羧酸具有安全、环保、高效的特点。
Description
技术领域
本发明属于农业生物农药领域，涉及1-甲基吡咯烷-2-羧酸在促进植物生长上的应用。
背景技术
植物生长调节剂是指人工合成或提取的具有天然植物激素生理活性的化合物，可用于调节或控制植物生长发育的某些过程，如细胞分裂与伸长、组织与器官分化、种子休眠与萌发、开花与结实、成熟与衰老等，以达到促进或抑制种子萌发、植物生长、果实成熟、保花保果或疏花疏果、提高植物免疫力、帮助植物抵抗不良环境、减轻病害、增加作物产量、改善作物品质等目的。因其显著、高效的调节效应，已被广泛地应用于粮食、果树、林木、蔬菜、花卉等各个方面。目前我国已成为世界上植物生长调节剂应用最广泛的国家之一。
植物生长调节剂在调控作物生长方面发挥了巨大的作用，解决了诸多传统农艺手段无法解决的问题，为我国农业生产和发展做出了重要的贡献，已经成为农业增产、提质和增效的主要措施之一。但植物生长调节剂属于农药中的一种，也具有一定毒性，盲目、过量使用植物生长调节剂所引起的食品安全问题仍然广泛存在，国际上对于植物生长调节剂残留限量标准也越来越严格。因此，开发低毒、高效、环境友好型的天然植物生长调节剂对于保证农业绿色安全生产十分重要。
1-甲基吡咯烷-2-羧酸，分子式为C6H11NO2，分子量为129克/摩尔，为无色晶体。1962年Essery等人利用同位素示踪法研究水苏碱(N,N-二甲基脯氨酸)在苜蓿(Medicagosativa)中的生物合成途径时发现，水苏碱是以游离的脯氨酸为起始物经过连续的N-甲基化而合成，1-甲基吡咯烷-2-羧酸是该途径的中间代谢产物(Essery et al.,1962)。而近几十年的研究发现，1-甲基吡咯烷-2-羧酸既可以通过化学合成(Musich&Rapoport,1977)，同时在自然界的多种植物中也有较为可观的含量。例如白千层属(Melaleuca sp.)植物(Naidu et al.,1987)、楝科的Trichilia claussenii(Pupo et al.,1996)、无患子科的Serjania communis、樟科的月桂树(Laurus nobilis)(Blunden et al.,2004)、柽柳属(Tamarix sp.)植物(Jones et al.,2005)、芸香科的卡西树(Casimiroa edulis)和香柠檬(Citrus bergamia Risso et Poit)(Magos et al.,1999；Servillo et al.,2011)。1-甲基吡咯烷-2-羧酸在某些植物中的积累量与该植物所受到的非生物胁迫有一定关联。例如在101.5mM NaCl的胁迫下，约旦柽柳(Tamarix jordanis)中该化合物的含量出现了明显的积累(Jones et al.,2005)。
最近，我们从真菌链格孢菌中成功分离、纯化得到1-甲基吡咯烷-2-羧酸，且具有较高的含量。截至目前，还没有涉及该化合物促进植物生长活性方面的研究、报道和专利。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供1-甲基吡咯烷-2-羧酸(I)作为生长调节剂促进植物生长的应用。
本发明的目的可通过以下技术方案实现：
1-甲基吡咯烷-2-羧酸在促进植物幼苗生长和/或促进成熟植株生长的应用。
作为本发明的一种优选，所述的植物选自蔬菜和水果。所述的蔬菜优选黄瓜，所述的水果优选草莓。
1-甲基吡咯烷-2-羧酸通过水培促进植物幼苗根系的发生和生长的应用。
1-甲基吡咯烷-2-羧酸通过灌根处理促进植物幼苗生长的应用。
1-甲基吡咯烷-2-羧酸通过茎叶处理促进成熟植株生长和增产的应用。
1-甲基吡咯烷-2-羧酸在制备植物生长调节剂中的应用。
作为本发明的一种优选，所述的植物选自蔬菜和水果。所述的蔬菜优选黄瓜，所述的水果优选草莓。
1-甲基吡咯烷-2-羧酸的已有的相关研究并未涉及植物生长调节活性领域的报道。我国是植物生长调节剂的应用大国之一，随着公众对食品安全和健康的日益重视，开发低毒、高效、环境友好型的植物生长调节剂显得尤为迫切。因此，发展天然植物生长调节剂，并推动其产业化，对于保障食品安全、提高农产品竞争力具有重要的意义。1-甲基吡咯烷-2-羧酸在促进植物生长的相关实验中表现良好，能够促进植物生长并提高产量。
一种促进植物植株生长的方法，向目标植物施加1-1000nM的1-甲基吡咯烷-2-羧酸。
作为本发明的一种优选，由植物致病真菌链格孢菌中分离的天然产物1-甲基吡咯烷-2-羧酸用于浸种促进植物幼苗生长的方法，其详细内容和实施方案如下：
作为本发明的一种优选，1-甲基吡咯烷-2-羧酸用于促进黄瓜幼苗生根的方法，其在浓度1-10nM范围，采用水培的方式处理黄瓜幼苗，能够显著促进黄瓜幼苗生长；尤其是在浓度为10nM时，与空白对照相比，黄瓜的根长，侧根数、根鲜重和整株鲜重分别提高了209％、19％、175％和28％。
作为本发明的一种优选，1-甲基吡咯烷-2-羧酸用于促进植物幼苗生长的方法，在10-1000nM的浓度范围，采用浇灌的方式处理黄瓜幼苗，能够促进幼苗的发育。尤其是在浓度为10nM处理18天后，与空白对照组相比，株高、第一片真叶面积、第二片真叶面积、整株鲜重、地上部分鲜重、地下部分鲜重和根长分别提高了22％、41％、112％、47％、36％、225％、85％。
作为本发明的一种优选，1-甲基吡咯烷-2-羧酸用于促进草莓生长的方法，采用茎叶处理的方式喷施草莓植株，其在浓度1000nM时(加入体积百分比为0.02％的表面活性剂吐温20)，与空白对照组相比，能够显著促进促进草莓生长。草莓的株高、分枝数分别提高了15％、70％。
技术先进性和有益效果
本发明的主要优点和积极效果如下：
1-甲基吡咯烷-2-羧酸是一种天然产物，结构简单，易于工业化生产。由于本发明确认了1-甲基吡咯烷-2-羧酸能促进植物生长，能显著提高植物的株高、根长、侧根数、真叶面积、植株鲜重等。1-甲基吡咯烷-2-羧酸还具有安全、环保、高效的特点，具有开发成天然植物生长调节剂的潜力。
本发明发现了1-甲基吡咯烷-2-羧酸做根部浇灌和茎叶处理可以促进植物的生长发育。1-甲基吡咯烷-2-羧酸使用方便，解决了传统农艺无法解决的生产问题，节约生产成本。此外，由于1-甲基吡咯烷-2-羧酸是天然存在的一种结构简单的代谢产物，属于α-氨基酸，具有很高的环境和生物安全性，属于绿色、高效的生物化学农药范畴。
具体实施方式
发明人对1-甲基吡咯烷-2-羧酸进行了生物活性、适用范围及作物安全性研究，发现该物质在调控作物生长方面也有非常独特的作用，并且具有环境友好、活性高、使用安全等优点，具备开发为生物农药的潜力。本发明的实质性特点可以从下述的实施方案和实施例中得以体现，但这些不应视为是对发明的任何限制。
实施例1：1-甲基吡咯烷-2-羧酸对黄瓜幼苗生根的影响
为了研究1-甲基吡咯烷-2-羧酸对植物根系生长的促进作用，一个研究根发生的模式系统—去胚根的黄瓜幼苗体系被选用。在培养盒底部平铺四层湿润的纱布，挑选形态饱满、大小均一的黄瓜种子(品种为“初夏秋冠”，山东宁阳县鲁明种子有限公司)，用75％酒精消毒，用蒸馏水冲洗干净后均匀的撒在纱布上，再用湿润的四层纱布盖上避光。在25℃培养室中避光24小时后，取出萌芽的黄瓜种子，埋入土壤下1厘米(cm)处。3天后，取长势一致，两片子叶完全舒展开的幼苗若干，用蒸馏水将根部冲洗干净，沿下胚轴处剪掉胚根，用海绵条固定植株，放置于培养盒中。每盒分别添加浓度为0、1、5和10nM的1-甲基吡咯烷-2-羧酸水溶液400毫升(mL)。将水培的植株放于25℃培养室，光照培养6天后，取出测量和记录新根长度、侧根的发生数、根鲜重和整株鲜重。结果见表1表1不同浓度1-甲基吡咯烷-2-羧酸对黄瓜幼苗生根的影响
由表1可知，在1-10nM的处理浓度下，1-甲基吡咯烷-2-羧酸均能够有效促进黄瓜幼苗的生长，并且随着处理浓度的增加，促进作用逐渐增强。其中10nM的1-甲基吡咯烷-2-羧酸处理的效果最佳。与空白对照相比，黄瓜的根长提高了209％，侧根数提高了19％，根鲜重提高了175％，整株鲜重提高了28％。结果说明1-甲基吡咯烷-2-羧酸能显著促进黄瓜幼苗的根系的发生和生长。
实施例2：1-甲基吡咯烷-2-羧酸对黄瓜幼苗植株生长的影响
在培养盒底部平铺四层湿润的纱布，挑选形态饱满、大小均一的黄瓜种子(品种为“初夏秋冠”，山东宁阳县鲁明种子有限公司)，用75％酒精消毒，用蒸馏水冲洗干净后均匀的撒在纱布上，再用湿润的四层纱布盖上用于避光。在25℃培养室中避光24小时后，取出萌芽的黄瓜种子，埋入装满湿润(饱和水分)土壤的塑料盆(直径12cm)中，深度2-3cm，每盆5粒，放置在25℃培养室(光强200μmol m-2s-1)培养。3天后，保留1株子叶完全展开的健壮幼苗，去掉其他4株幼苗。然后，在每盆中沿幼苗茎基部缓慢浇灌浓度为0(空白对照)、10、100和1000nM的1-甲基吡咯烷-2-羧酸50mL。在25℃培养室继续光照培养。在处理后第6和12天观察并记录各处理下黄瓜长幼苗的株高和真叶生长情况。在第18天时，测其量各处理下黄瓜幼苗的株高、第一片真叶面积、第二片真叶面积、第三片真叶面积、整株鲜重、地上部分鲜重、地下部分鲜重和根长。结果见表2。
表2 1-甲基吡咯烷-2-羧酸对黄瓜植株幼苗生长的影响
表2结果表明，与空白对照相比，3个处理浓度下的1-甲基吡咯烷-2-羧酸，均能提高黄瓜幼苗的株高，第一至三片真叶的叶面积，整株鲜重，地上部分鲜重，地下部分鲜重和根长。并且3个浓度中，10nM的1-甲基吡咯烷-2-羧酸的效果最好。例如在经10nM的1-甲基吡咯烷-2-羧酸处理后，黄瓜幼苗生长到第18天时，与空白对照相比，根长、第一片真叶叶面积、第二片真叶叶面积、整株鲜重、地上部分鲜重、地下部分鲜重和根长分别提高了22％、41％、112％、47％、36％、225％和85％。尤其是1-甲基吡咯烷-2-羧酸处理后第三片真叶已经长出，其中10nM浓度下第三片真叶面积已达3.94cm2，而此时对照的第三片真叶并未出现。这表明1-甲基吡咯烷-2-羧酸能够显著促进幼苗的发育，促进根、茎、叶的发育和快速生长。
实施例3：1-甲基吡咯烷-2-羧酸茎叶处理对成熟草莓植株生长的影响
2021年2月27日在江苏省句容市白兔镇农场健康草莓温室大棚进行试验，供试草莓品种为红颜。取1-甲基吡咯烷-2-羧酸用蒸馏水溶解后再用蒸馏水梯度稀释成1000nM的溶液，另设空白对照，同时加入0.02％吐温20作为表面活性剂。每个处理设三次重复，小区面积100m2，每个小区的喷液量为4.5L(按30L/亩用量计算)。分别于2021年2月27日和3月3日进行两次田间用药，处理的方法为叶面喷施，于3月8日调查草莓的株高和分枝数，结果见表3。
表3不同浓度1-甲基吡咯烷-2-羧酸茎叶处理对草莓生长的影响
由表3可以看出，经1000nM 1-甲基吡咯烷-2-羧酸茎叶喷雾处理后，显著促进了草莓植株的生长。与空白对照相比，1000nM的1-甲基吡咯烷-2-羧酸处理后草莓植株的株高、分枝数分别提高了15％、70％。
Claims (8)
1.1-甲基吡咯烷-2-羧酸在制备植物生长调节剂中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的植物选自蔬菜或水果；所述的蔬菜优选黄瓜，所述的水果优选草莓。
3.1-甲基吡咯烷-2-羧酸在促进植物生长中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述的植物选自蔬菜和水果；所述的蔬菜优选黄瓜，所述的水果优选草莓。
5.一种植物生长调节剂，其特征在于，包含1-甲基吡咯烷-2-羧酸和表面活性剂。
6.根据权利要求5所述的植物生长调节剂，其特征在于，所述的表面活性剂为吐温20。
7.根据权利要求6所述的植物生长调节剂，其特征在于，吐温20在植物生长调节剂中的浓度为0.01～0.05％(v/v)，优选0.02％(v/v)。
8.一种促进植物植株生长的方法，其特征在于向目标植物施加1-1000nM的1-甲基吡咯烷-2-羧酸。
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