CN114503989B - 2-氨基-3-吲哚基丁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2‑氨基‑3‑吲哚基丁酸在促进植物生长上的应用。将2‑氨基‑3‑吲哚基丁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。2‑氨基‑3‑吲哚基丁酸具有安全、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2-氨基-3-吲哚基丁酸在促进植物生长上的应用。
背景技术
植物的生长发育不但需要光、水分、营养物质等资源的供应，而且还受到生长物质的调控。植物生长物质主要包括植物激素与生长调节剂两大类。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尤为重要。
2-氨基-3-吲哚基丁酸，分子式为C12H14N2O2，分子量218克/摩尔，为浅棕色晶体。该化合物的化学合成方法很多，但是过程都比较繁琐(Han et al.,2001；Liu et al.,2012)。有研究表明2-氨基-3-吲哚基丁酸是一些天然产物如Maremycin和具有抗癌活性的链霉黑素(Streptonigrin)生物合成途径的中间产物(Zou et al.,2013；Kong et al.,2016)。小叶链霉菌(Streptomyces flocculus)合成链霉黑素的第一步可能就是合成2-氨基-3-吲哚基丁酸(Gould&Chaug,1977)。Hartley等人利用小叶链霉菌的酶进行体外催化试验发现S-腺苷甲硫氨酸(s-adenosylmethionine)的甲基可以转移到色氨酸上而合成2-氨基-3-吲哚基丁酸(Hartley&Speedie,1984)。此外，科学家对一种超嗜热古菌—强烈火球菌(Pyrococcus furiosus)的色氨酸合酶亚基进行改造后发现，该酶可以利用苏氨酸与吲哚结合直接反应合成2-氨基-3-吲哚基丁酸(Herger et al.,2016；Boville et al.,2018)。由于2-氨基-3-吲哚基丁酸是合成一些抗病毒和抗肿瘤天然产物的中间物，因此对于它的研究主要集中在化学合成方法，体外酶催化和生物合成途径的方面。而对于生物合成的研究又仅限于原核生物小叶链霉菌。在广泛的真核生物中是否存在该化合物、以及其生物活性等方面到目前为止还是空白，未有过报道。
最近，我们从真菌链格孢菌中成功分离、纯化得到2-氨基-3-吲哚基丁酸。这也是首次发现天然野生型微生物能够产生2-氨基-3-吲哚基丁酸，且具有较高的含量。我们对其植物免疫、诱抗活性进行了系统的研究，发现在抵抗生物胁迫方面，2-氨基-3-吲哚基丁酸能有效抑制病毒、真菌和细菌在植物叶片上的发生与扩散；在诱导植物抗非生物胁迫方面，2-氨基-3-吲哚基丁酸能有效缓解高温、低温、干旱和盐渍对植物的造成的伤害；已申请专利202111511596.8。但植物免疫、诱抗活性与促进生长是完全两个方面的功能,在未进行研究的情况下,尚不清楚2-氨基-3-羟基-3-甲基丁酸除了具备免疫诱抗的功能外还具备哪些其他方面的功能或生物活性。截至目前，除了我们申请的1个专利外，没有涉及植物生长调节剂方面的相关研究、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2-氨基-3-吲哚基丁酸(I)作为生长调节剂促进植物生长和增产的应用。
本发明的目的可通过以下技术方案实现：
2-氨基-3-吲哚基丁酸在促进植物幼苗生长的应用。
作为本发明的一种优选，2-氨基-3-吲哚基丁酸通过水培促进植物幼苗根系的发生和生长的应用。
作为本发明的另一种优选，2-氨基-3-吲哚基丁酸通过灌根处理促进植物幼苗生长的应用。
作为本发明的进一步优选，2-氨基-3-吲哚基丁酸所述的植物，优选黄瓜。
2-氨基-3-吲哚基丁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，优选黄瓜。
2-氨基-3-吲哚基丁酸的已有的相关研究并未涉及植物生长调节剂领域的报道。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。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。2-氨基-3-吲哚基丁酸在促进植物生长的相关实验中表现良好，能够显著促进植物生长。其详细内容和实施方案如下：
一种提高植物植株生长的方法，其特征在于向目标植物施加10-1000nM的2-氨基-3-吲哚基丁酸。
作为本发明的一种优选，2-氨基-3-吲哚基丁酸用于促进黄瓜幼苗生根的方法，其在浓度10-1000nM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根；尤其是在浓度为10nM时，与空白对照相比黄瓜的根长和侧根数分别提高了88％和17％。
作为本发明的一种优选，2-氨基-3-吲哚基丁酸用于促进黄瓜幼苗生长的方法，其在浓度10-1000nM范围，浇灌的方式处理黄瓜土培幼苗，能够显著促进黄瓜幼苗生长；尤其是在浓度为10nM处理18天(d)后，与空白对照组相比株高、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、根长分别提高了24％、26％、81％、45％、37％、138％、23％。
本发明的主要优点和积极效果如下：
2-氨基-3-吲哚基丁酸是一种天然产物，结构简单，易于工业化生产。由于本发明确认了2-氨基-3-吲哚基丁酸能促进植物生长，能显著提高植物的株高、根长、侧根数、真叶面积、植株鲜重等，具有开发成天然植物生长调节剂的潜力。
2-氨基-3-吲哚基丁酸为天然产物，用量低，对环境友好，对植物生长有显著的促进作用，因而是绿色高效的生物源植物生长调节剂，这指明了这类物质在农业生产上的利用价值和应用前景。
本发明发现了2-氨基-3-吲哚基丁酸做根部浇灌处理可以促进植物的生长发育。2-氨基-3-吲哚基丁酸使用方便，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2-氨基-3-吲哚基丁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2-氨基-3-吲哚基丁酸进行了生物活性及作物安全性研究，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1：2-氨基-3-吲哚基丁酸对黄瓜幼苗生根的影响
为了研究2-氨基-3-吲哚基丁酸对植物根系生长的促进作用，一个研究侧根发生的模式系统—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、10、100和1000nM的2-氨基-3-吲哚基丁酸水溶液400毫升(mL)。将水培的植株放于25℃培养室，光照培养6天后，取出测量和记录最长的新根长度和侧根的发生数。结果见表1。
表1不同浓度2-氨基-3-吲哚基丁酸对黄瓜幼苗生根的影响
由表1可知，10-1000nM浓度的2-氨基-3-吲哚基丁酸均能有效促进黄瓜幼苗的生根，与空白对照相比，经10、100和1000nM的2-氨基-3-吲哚基丁酸水培的黄瓜，根长分别提高了88％、68％和21％；侧根数分别提高了17％、13％和4％。其中10nM的2-氨基-3-吲哚基丁酸处理效果最佳，高浓度对根生长的促进作用反而减弱。以上结果说明2-氨基-3-吲哚基丁酸能够显著促进黄瓜幼苗的根系的发生和生长。
实施例2：2-氨基-3-吲哚基丁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，在每盆中沿幼苗茎的基部缓慢浇灌浓度为0(空白对照)、10、100、1000nM的2-氨基-3-吲哚基丁酸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 2-氨基-3-吲哚基丁酸对黄瓜植株幼苗生长的影响
表2结果显示，与空白对照相比，三个处理浓度的2-氨基-3-吲哚基丁酸均能够显著促进黄瓜幼苗生长。其中10nM效果最好。在第18天调查时发现，与空白对照相比，经10nM2-氨基-3-吲哚基丁酸处理的黄瓜幼苗的株高、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24％、26％、81％、45％、37％、138％和23％。尤其是2-氨基-3-吲哚基丁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4cm2，而对照的第三片真叶并未出现。这表明2-氨基-3-吲哚基丁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。
Claims (5)
1.2-氨基-3-吲哚基丁酸在促进植物生长中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的植物选自黄瓜。
3. 2-氨基-3-吲哚基丁酸在制备促进植物生长的植物生长调节剂中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述的植物选自黄瓜。
5. 一种提高黄瓜植株生长的方法，其特征在于向黄瓜施加10-1000 nM的2-氨基-3-吲哚基丁酸。
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