芸苔素内酯详解（目前最详细版）

芸苔素内酯详解（目前最详细版）
芸苔素内酯的发现：
1970年，美国学者J.W.Mitchell等从油菜花粉中提取出一种具有强生理活性物质，对植物茎的伸长和细胞分裂有强烈的促进作用，定名为油菜素，又称芸苔素(Brassins)。

1979年美国学者Grove利用蜜蜂采集的方法收获了227公斤的油菜花粉，提纯了4mg的油菜素，通过仪器分析确定其化学结构属于甾醇内酯，故命名为油菜素内酯(Brassinolide, BL)。

迄今发现了大约70种天然芸苔素内酯类化合物,被合称为油菜素甾醇类物质（brassinosteroid，BR）。

BR在植物中广泛存在，由于它们的功能与BL相似，因此BR成为了油菜素甾醇类物质的代称，而BL是油菜素甾醇类成员中活性最强的一种分子。

1998年第十三届国际植物生长物质年会上被正式确认为第六类植物激素。

芸苔素内酯的研究历程：
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。

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。

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。

Mandava等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227千克油菜花粉中得到4毫克的高活性的结晶物，于1978年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。

芸苔素内酯的分离、提纯方法：
将油菜花粉用去离子水洗涤30分钟(每克花粉用4毫升水)，然后过滤，重复洗涤七次。

将花粉滤饼进行冷冻干燥，使含水量＜1%；再用异丙醇回流萃取1小时(每克花粉用3毫克异丙醇)，并用豆苗第二节间伸长法测定其活性，直到萃取液的活性很低为止。

然后将萃取液进行真空浓缩，得花粉提取物；再用四氯化碳/甲醇水溶液进行逆流分配萃取，分取上层液(即甲醇—水溶液)进行真空浓缩。

再将浓缩物通过两次硅胶柱层析，分别用苯—甲醇—乙酸(90∶16∶8)及甲醇—氯仿(甲醇浓度10～20%)进行洗脱，用紫外光于400nm进行跟踪，收集有活性的洗脱液，浓缩后即得油菜素。

上述获得的油菜素尚含有植物脂质，必须用高效液相色谱仪(μ—BondapakC18，甲醇—水，65∶35)进行精制，用菜豆第二节间伸长法测定其活性。

通过上述方法，可从40千克花粉中获得4毫克的油菜素内酯。

再用甲醇重结晶，可得结晶的油菜素内酯，熔点274～275℃，分子式C28H48O6。

经质谱、红外及X射线晶体分析油菜素内酯的立体结构式。

它的化学名称是2α，3α，22α，23α-4羟基-24α甲基-B-同型-7-氧-5α-胆甾烯-6酮。

芸苔素内酯（BR）结构：
BR的基本结构是一个甾体核，并在核的C-17位上有一个侧链。

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）。

BR生物活性与结构关系密切。

活性BR必须具备如下结构特征：（1）A/B环为反式；（2）B环含有7位内酯和6位酮基；（3）A环上具有2位和3位两个羟基；（4）侧链22位23位具有羟基；（5）侧链24位上有1～2个C的取代基。

根据这些特征，目前人工合成了多种BR，如表油菜素内酯(24-epi-brassinolide)、高油菜素内酯(28-homobrassinolide)以及长效芸苔素内酯TS303(丙酰芸苔素内酯)。

现在国内生产的BR品种主要有两种，一种是称为表芸苔素内酯（epi-BL），它在24位上的甲基的构象与BL相反，还有一种称为高芸苔素内酯（homo-BL），它的分子中24-位的甲基改为乙基，这两种芸苔素内酯在自然界均有存在。

长效芸苔素内酯TS303（通用名称丙酰芸苔素内酯）的化学结构上羟基发生了变化，尤其是原来的两个羟基改变成两个丙酰基。

根据B环中含氧功能团的差异，BR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，在所有的这类化合物中，油菜素内酯的活性是最高的。

就植物生理活性而言，油菜素内酯＞24-表油菜素内酯＞高油菜素内酯＞长效芸苔素内酯；无论用任何检测系统，在已知的天然的和合成的BR中，油菜素内酯是BR中活性最高的化合物。

长效芸苔素内酯和其它两种芸苔素内酯的比较及评价：
一、在植物体内持效时间异同
试验证明丙酰基芸苔素内酯即长效芸苔素内酯要在植物体内起到激素的作用，必须在植物体内再转变成正常的芸苔素内酯，即：
可见，长效BR 必须再转变成天然BR才能发挥作用，所以说，真正起作用的化学物质都是同一个，那就是BR的作用，它们在植物体
内起激素作用的化学物质是相同的。

通过试验发现了这两类的芸苔素内酯在植物体内起作用的时间是明显不同的，见图1。

从图1 可以看出，前面三条曲线从上至下第一条是天然芸苔素内酯，第二条是表芸苔素内酯，第三条是高芸苔素内酯，第4条属于长效芸苔素内酯。

作为效果而言，从试验图表上较难判断也无法量化，一般可以通过测定在植物体内的残留量的量化来代表效果。

(1)从普通芸苔素内酯看：它的持效期在5 d以内，而长效芸苔素持效期可长达25 d左右，从持效时间长短看相差很大。

(2)从效果上看：普通芸苔素内酯喷到作物上不到一天就可以达到极大(可以说很快就在植物体内达到最大浓度)，而长效芸苔素从图中可见喷上5 d之前植物体内还检测不到芸苔素内酯，要到5 d 以后才开始出现，以后不断增加，大约到10 d左右可以达到残留量最大。

随之又开始减少，可以在 25 d 左右还可以在植物体内检测到芸苔素内酯。

(3)从图1 可以明显看到长效芸苔素内酯要在植物体内起作用，按前边介绍的化学结构转变的机理，它必须有一个在植物体内转化的过程，一般要求有5 d以上。

而常规的芸苔素喷到植物体内几个小时就开始起作用。

因为它不需要转化，因为它的化学结构和植物体内天然的芸苔素是一致的。

(4)从效果图上可以清楚看到长效芸苔素内酯在效果曲线上达到的最大值也不过普通芸苔素的50 %左右；它在植物体内由于不断转化所以又难以达到最大值，而普通芸苔素喷上以后2-3 d都可以保持植物体内最大残留量，也可以说它的药效5 d内是最佳状态。

而长效芸苔素表面看来，可以持效到25 d左右，前边5 d是无效时间，在植物体内还检测不到，5 d以后到第10 d和 20 d以后到25 d，从图上可以看出那个曲线的效果很低，也就是说这两段时间对植物体的调节作用由于残留量少，作用也是极差的。

所以说它的最佳作用时间也只有在第15 d左右为最佳。

但是它的量值也不到普通芸苔素内酯效果的50 %。

二、效能评价
(1)作为农药的使用不论杀虫、杀菌、除草剂等使用时间很重要，必须有一个准确的判断，而对植物生长调节剂的要求就更严格，象前面介绍的长效芸苔素喷施要提前5 d使用，后边又有一段时间的变化才达高峰，由于天气、土壤、作物品种等一系列农作物的环境和自身的变化，对植物体用药时间的判断提前5 d是有极大风险的，所以说使用长效芸苔素对农民而言，时间判断难以掌握。

(2)利用长效芸苔素内酯在植物体内残留时间拖长可以达到增加药效和积累的效果吗？应该说不可以。

因为植物生长调节剂(植物激素)在植物体内的作用机理虽然到目前为止还没有一个完全统一的理论，但是植物激素的作用“靶目标”的理论还是被多数科学家所接受。

这就是说植物生长调节剂调控植物的生长就象打靶一样，只要这种物质一作用到植物体内，植物体在它的“指令”下就会发生生长变化，而植物激素本身并不能参与植物的生长过程，只能调控植物的生长状态，所以它不需要长期的在植物体内积累，它只需要一个使用时间非常合适的短期过程就够了。

象长效芸苔素内酯那样，每个瞬间它的有效浓度都不高，靠长期残留效果应该是不理想的。

而一般的芸苔素内酯只要是在需要的时间进入植物体内，立该就达到了高浓度，同时也就立即完成了它对植物体的调控过程。

这一点和杀虫剂、杀菌剂、除草剂等农药的作用机理不同，因为这些农药要参与它实现目的的全过程，当然药效时间越长越好。

(3)从长效芸苔素内酯的工业化生产过程来看，它是用普通芸苔素内酯作为原料，比如日本的TS-303 就是应用高芸苔素内酯作为基本原料，通过化学反应把原有的羟基置换成丙酰基生成了长效芸苔素内酯，长效芸苔素内酯的成本一定会明显提高。

因为它使用的浓度不可能比普通芸苔素内酯低。

芸苔素内酯对生长和发育的影响：
1、BR促进茎叶中细胞扩展和细胞分裂
2、BR既促进又抑制根的生长
3、BR在导管发育中促进木质部的分化
4、BR是花粉管生长所必需的
5、BR促进种子萌发
芸苔素内酯在农业上的应用：
Mitchell等在早期使用天然油菜素粗提物的试验中，便取得了使菜豆豆荚增产43.6%的良好效果，但因天然油菜素内酯的含量甚微，无法大量开展应用研究。

由于人工合成油菜素内酯取得成功，并在一系列的应用试验中表现了良好的苗头，为农业上的应用提供了可能性，展现了广阔的前景。

一、促进作物生长,增加营养体收获量
人工合成表油菜素内酯(epibrassinolide)的水溶液喷雾，取得了良好的增产效果。

增产率为：莴苣30%，萝卜15%，马铃薯25%，菜豆与青椒6—7%，在温室试验中菜豆与青椒增产35%。

二、提高座果率，促进果实肥大
油菜素内酯处理西红柿，在自然座果良好期(5—10月，露地)增产20%，在自然座果不良期(11—3月，薄膜温室)增产156%。

葡萄进入开花盛期6天后，用油菜素内酯处理果穗，着果数增加156%，子房重增加140%，但全部有核。

三、提高作物的抗逆性
（1）耐冷性：油菜素内酯处理水稻幼苗，在人工控制低温区(15—18℃)生长一个月后，处理组较对照组叶长增加11%—16%，茎叶干重增加15%；在高温区(7月，玻璃房中)，处理组茎叶和根干重均较对照组有所下降。

油菜素内酯处理水稻种子，在早春播种条件下，于室外生长两周后调查表明：处理组较对照组成苗率增加12.8%，苗高增加11.8%；整株干重增加13.6%。

在夏播的条件下，成苗率和苗高无明显差异，而处理组干重却较对照组下降14.3%。

低温处理试验中(10℃，人工气候箱内)，发现水稻幼苗电导率处理组要比对照组小51%—30%。

这说明油菜素内酯处理可降低在低温下细胞内离子的外渗，表明对生物膜具有一定的保护作用。

喷施芸苔素内酯可使水稻品种在低温下结实率提高40.1%。

其提
高水稻耐冷性的生理机能主要表现在改善水稻的生理代谢、促进水稻器官的生长发育。

经24-表芸苔素内酯处理的植物，在1～5℃试验条件下，其电渗作用（减弱）、超氧化物歧化酶活性（下降）、ATP和脯氨酸（含量上升）等抗寒生理指标有明显的变化。

在低生长温度下用油菜素内酯处理过的西红柿、茄子、黄瓜等的幼果能正常地膨大。

（2）耐热性：曹云英等以耐热型籼稻082和热敏型籼稻协青早B 为研究对象。

探讨了高温胁迫下BR对水稻秧苗的保护作用．结果表明：在高温胁迫下，喷施BR能明显提高热敏型材料协青早B的叶片叶绿素和蛋白质含量．增加SOD(超氧化物歧化酶）和POD（过氧化物酶）活性．降低叶片MDA（丙二醛）含量和电解质外渗率。

但对耐热型材料082的影响相对较小。

(曹云英．赵华．中国水稻科学，2007) （3）耐盐碱
用24-表芸苔素内酯处理赤桉的种子后，在150 mmol/L的NaCl 环境中，种子仍能保持较高的出芽率。

芸苔素内酯处理大麦植株在500 mmol/L NaCl中浸泡24 h后，超显微检查显示，大麦叶子的结构受到了保护。

（4）耐干旱：经芸苔素内酯处理过的甜菜等作物，在干旱环境中长势优于对照组。

（5）耐药性：BR对草甘膦药害无快速明显解毒效果，但有耐毒功效。

药后1个月，各处理与对照相比株高平均恢复力67．19％，产量平均恢复力33．33％。

(张兴华，李捷．农药，2008)
四、减轻药害
西草净是广泛使用的一种田间除草剂，但对作物易引起叶尖枯萎的药害，严重时植株会停止生长，整株死亡。

用油菜素内酯浸根处理过的水稻幼苗，可消除或大大减轻西草净的药害。

其原因是处理过的幼苗蒸腾量下降，稻株对西草净的吸收量减少，同时还可解除或部分解除西草净对叶片光合作用的抑制。

五、提高耐病性
芸苔素内酯还可以减轻某些植物病害的伤害，如水稻纹枯病、黄瓜灰霉病和番茄晚疫病等。

伍小良等研究了芸苔素内酯对烟草花叶病的控制作用，研究结果显示，施用芸苔素内酯不仅能够促进烟草的生长，而且对烟草花叶病的防效达到70%，是防治烟草花叶病较为理想的药剂。

植物的抗病性是受植物本身的基因控制的，但是，芸苔素内酯可以全面调节植物的生理生化过程，从而使病害减轻，同时作为植物激素，芸苔素内酯可能诱导了某些抗病基因的表达，增强了植物的抗病性。

日本《全农》称油菜素内酯能提高作物的耐病性，并将其作为植物耐病性增强剂申请了专利。

在水蜡树的发根试验中观察到，在高油菜素内酯处理区，试验材料无腐败枯死现象；而无处理区则有50%左右腐败枯死。

棉花种子低温发芽试验中，用BR浸种过的种子在发芽中无腐败死种现象。

而对照区有1/3的种子腐败而死。

六、降低农药残留
浙江大学教授喻景权课题组发现，植物体内的油菜素内酯能够帮助自己降解农药，人工施用后还能加快降解速度。

这为解决农产品农药残留问题提供了一条新路。

研究人员发现，农药被植物吸收后，能被自身慢慢‘消化’。

当植物体内的芸苔素内酯含量升高时，许多参与农药降解的基因会变得活跃，在这些基因‘指导’下合成的蛋白酶能把农药逐渐转化为水溶性物质或低毒无毒物质，甚至直接排出体外。

在番茄、黄瓜、白菜和茶叶等多种作物上的实验表明，在喷洒多菌灵、百菌清、毒死蜱等农药前，先喷洒少量芸苔素内酯，其采收后的农药残留量比同期未喷洒者降低30%至70%。

芸苔素内酯在我国农业上的应用现状
目前，芸苔素内酯已在粮食、蔬菜和水果等20多种作物上取得了登记，其登记的主要作用为增产和调节生长。

（1）粮食作物
在水稻齐穗末期喷施芸苔素内酯（22.5g/hm2），对水稻株高有矮化作用，并且能有效提高水稻成穗数、结实率和千粒重，能有效提高水稻的产量，增产率高达24.11%。

浙江省义乌市农技推广中心的39个小区试验结果表明，在水稻秧苗期施用200 mg/kg、破口期100 mg/kg芸苔素内酯，水稻平均增产率达13.5%，增幅为6.4%～21.5%；8个示范大区的平均增产率为12.8%，增幅为7.4%～17.8%。

此外，上海、贵州和广西等多地的试验结果也表明了芸苔素内酯对水稻有增产作用。

田红萍等研究了芸苔素内酯拌种在小麦上的应用效果，结果表明，芸苔素内酯拌种后的小麦出苗比对照提前2 d，出苗率100%（对照90%），冬前、冬后分蘖均比对照多1～2个，返青提前7 d，孕穗提前3 d，增产率达12.7%。

吴明荣等在小麦扬花期使用0.01%芸苔素内酯1,000倍液喷雾，增产效果明显，增产率为7.69%。

在玉米上使用芸苔素内酯，可使玉米根系发达，长势旺盛，抗病虫性增强，结实率提高，产量比对照增加13%左右，玉米籽粒中总氨基酸含量比对照增加25%左右。

龙友华等研究了芸苔素内酯对玉米生长发育状况、产量和品质的影响，试验结果表明，用芸苔素内酯浸种可提高玉米出苗率，显著增加玉米叶面积，玉米产量增率为7.4%。

（2）蔬菜
黄瓜上喷施芸苔素内酯（用量0.03～0.06 mg/kg）能抑制株高，提高单瓜重，增加坐瓜数和雌花数，提高黄瓜产量，一般可增产4.66%～12.79%。

番茄上喷施0.0016%芸苔素内酯水剂可提高座果率，增加单果重和产量，增产率为10.11%～11.97%，并能够改善番茄品质，对番茄安全。

芹菜上喷施芸苔素内酯8,000倍液，7 d、14 d的效果不明显，21 d后效果显著，芹菜叶色变深，茎秆较对照增粗0.15 cm，增高4.1 cm，芹菜产量增加了32.5%。

小白菜移栽成活后喷施0.01%芸苔素内酯乳油2,500、3,750、5,000倍液2次，能促进小白菜生长，绿叶数增加，叶片增大，增产率
可达3.6%～10.1%。

在辣椒开花结果盛期，连续喷施0.04%芸苔素内酯水剂10,000倍液，能明显促进辣椒生长，药后20 d叶片中叶绿素浓度比对照增加了4.62%，产量平均增长14.8%。

0.04%芸苔素内酯水剂在河北辣椒上的试验结果也表明，芸苔素内酯对辣椒有增产作用，在适宜用量下，辣椒增产在10%以上。

（3）水果
浙江陆剑飞研究了芸苔素内酯对葡萄、柑橘和草莓经济性状和品质的影响，结果显示，芸苔素内酯能提高水果的座果率，还可促进葡萄和柑橘单果生长，提高产量。

施用芸苔素内酯对这3种水果的维生素含量均无影响，且可不同程度地提高可溶性固形物或糖度含量，降低可滴定酸的含量，提高固（糖）酸比，改善口感。

韩文璞等研究了芸苔素内酯在苹果上的使用效果，试验数据表明，喷施芸苔素内酯能够促进果树叶片的发育，增加叶片厚度及单叶面积，提高苹果的座果率，提高产量。

张海鸥等报道了0.1%芸苔素内酯可溶粉剂对永嘉早香柚有保果增产效果，数据显示，喷施芸苔素的永嘉早香柚的成果率比对照提高了78%，增产率在72%左右，增产效果十分明显，同时还能改善品质，提高果实外表的美观性。

芸苔素内酯在农业上的应用前景
芸苔素内酯作为第6类植物生长调节剂，与前5类植物生长调节剂相比，在增产、抗逆、解药害、降农残等方面的均有优异表现，具有明显的优势。

在预防柑橘黄龙病、修复果树退化机能、降低植株重金属含量、提升盐碱地土壤上农作物生长机能等方面的研究也正在进行中。

目前，芸苔素内酯制剂主要以单剂为主，但其与杀菌剂混用，或是与其他植物生长调节剂混用将是未来的一个发展趋势。