专利名称：含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物作为植物生长调节剂的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种物质的新用途，具体涉及一种含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物作为新型植物生长调节剂的应用。
背景技术：
叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，广泛存在于高等植物的叶绿体中，是光合作用的物质基础。化学结构上，叶绿素是一类螯合金属镁的化合物，植物叶片中含有大约0. 25%的总叶绿素，其构成主要有叶绿素a、叶绿素b、叶绿素C、叶绿素d等多种异构体，天然提取的叶绿素是这些异构体(单体)的混合物，这些单体异构体的共同点是具有脱镁叶绿素母环(phorbin)结构；叶绿素具有丰富的化学反应性，与过渡金属形成螯合物是叶绿素的一类重要反应，由此能获得一类具有应用价值的产品即叶绿素金属衍生物，这些产品已广泛使用于食品及化妆品(A.M.Humphrey，CHLOROPHYLL, Food Chemistry 5(1980)57-67)。食品调色剂叶绿素铜即以叶绿素为原料先脱除螯合镁，然后采用铜(Cu+2) 盐在有机溶剂条件下与叶绿素反应制得，以相似的方法很容易制备二价金属Mn、Zn、Fe、 Co、Ni等或其相应三价金属的衍生物(过渡金属叶绿素的合成和光谱研究，自然科学进展， 1999(9)5 405 412 ；常如波，王梦亮，细菌叶绿素过渡金属配合物的合成和光谱研究，山西大学学报(自然科学版)28(2) :169 172，2005)。叶绿素水解得到含有羧基的降解产物(统称叶绿酸)是叶绿素具有重要应用价值的另一类重要的反应。由于叶绿素为多种异构体混合物，因此其水解所得叶绿酸产物也是成分极为复杂的混合物，研究表明，依据不同反应条件(如酸碱度、温度、反应时间、溶剂等)叶绿素的水解得到的都是多种不同成分比例混合的叶绿酸产品，碱性反应条件水解得到含有螯合镁的叶绿酸产品，而酸性反应条件，则水解得脱镁叶绿酸产品。由于成本的原因，商品化叶绿酸产品采用叶绿素碱性水解制备而得。叶绿酸产品中各成分结构差异在于边链及羧基数量各不相同，但都具有二氢卟吩(chlorin)或脱镁叶绿素(phorbin)的母核环，因而易与金属离子结合生成金属螯合物。与叶绿酸的复杂成分一样，其叶绿酸金属螯合物仍然是多种不同成分的混合物(S. Chernomorsky,Variability of the composition of chlorophyllin,Mutation Research, 324 (1994) 177-178)，且成分比叶绿素更为复杂。尽管组成的各成分结构均含同样的母核，仅在边链存在差异，但混合态的叶绿酸、各单体叶绿酸成分与其相应的金属螯合物在生物活性方面却表现出较大的差异或具有完全不同的性质， 这些都与叶绿酸成分的复杂性及螯合物结构有关。此外，螯合产物中金属-酸组成比的多变性也是产生性质差异的重要原因，这即与制备条件技术方法有关，也与参与螯合的金属离子价态及离子半径存在一定关联，二价金属离子由于半径较大，其螯合物中金属含量不仅难以达到1 1摩尔比且含量常有较大波动，如叶绿酸铜钠盐及叶绿酸铁钠盐(食品用途)商品，产品质量标注的铜含量和铁含量分别为4-6 %和彡2 %，远低于9. 2 %及8. 2 %的 1 1螯合摩尔比的金属含量。
叶绿酸金属螯合物已广泛应用于日用化学工业和食品(A. M. Humphrey, CHLOROPHYLL, Food Chemistry 5(1980)57-67)。重要的大批量商品化产品主要是用作食品调色剂的叶绿酸铜钠盐及叶绿酸铁钠盐(M. Ishidate, Jr, T. Sofuni, K. Yoshikawa, M. Hayashi, T. Nohmi, M. Sawada And A. Matsuoka, Primary Mutagenicity Screening Of Food Additives Currently Used In Japan,Fd Chem. Toxic. Vol. 22,No. 8,pp. 623 ~636, 1984)，此外，叶绿酸金属螯合物还作为药物广泛使用于临床。但是，目前叶绿素及其叶绿酸的金属螯合物在农业方面的应用不多见，作为植物生长调节剂的使用研究还未见文献报道。叶绿酸金属螯合物由叶绿酸与金属盐在一定条件下制备而得，先脱除叶绿酸中的螯合镁，再以其他金属所取代而制得(张广明，许德余等，叶绿素降解产物金属络合物的合成及其对6°Co辐射小鼠的放射保护作用，药学学报Acta Pharmaceutica Sinica 1998， 33 (10) 748 754)，由于水溶性原因，叶绿酸金属螯合物的非螯合羧基通常被碱化成盐制备成水溶性产品以方便使用。其制备方法已有大量研究报道，如食品调色剂铜叶绿酸钠的合成(JP57177064)，猛(III)叶绿酸和铁(III)叶绿酸(V. V. Borovkov，J. M. Lintuluoto and Y. Inoue, Convenient Method for Efficient Iron and Manganese Ion Insertion into Various Porphyrins under Mild Conditions, Synlett 1999 ; 1999 :61-62)，食品及药物用途的铁叶绿酸钠的制备(王立娟，钱学仁，竹叶叶绿素铁钠的制备及性质研究，林产化学与工业，2005 (25) 3 89 9 ，具有生物活性的叶绿酸金属衍生物锌叶绿酸(锌叶绿酸 a的合成及初步临床应用)、钴(II)叶绿酸(叶绿素a钴(II)-烟酰胺的合成)、铬(III) 叶绿酸(铬叶绿酸钠的合成及临床试用初探)等，铁叶绿酸钠盐也能够由传统中药蚕沙制备，其优势是价格低、品质好质量稳定。叶绿酸含有多种异构体成分，是组成复杂的混合物产品。市售叶绿酸铜钠盐标明的成分分别含有叶绿酸二酸铜钠盐(二氢卟吩-e4铜钠盐)、叶绿酸三酸铜钠盐(二氢卟吩_e6铜钠盐)，同时还含有其他近10种二氢卟吩类结构螯合铜的钠盐成分。不同商品来源的产品，依据工艺技术及原料其混合二氢卟吩成分的比例有所不同(Alan Mortensen， Asger Geppel， HPLC-MS analysis of the green food colorant sodium copper chlorophyl1 in，Innovative Food Science and Emerging Technologies 8(2007)419-425)。氯化叶绿酸铁则由叶绿酸与三氯化铁反应制得，主要含有氯化叶绿酸二酸铁(氯化二氢卟吩_e4合铁)、氯化叶绿酸三酸铁(氯化二氢卟吩_e6合铁)和氯化叶绿酸a单甲酯铁等成分(Y. Nonomura,等，High-performance liquid chromatographic separation of iron (III)chlorophyllin,Journal of Chromatography A，721 (1996) 350-3 )，由市售的氯化叶绿酸铁产品可分离获得这三种单体化合物，而通常称为氯化叶绿酸铁的产品是以这三种单体化合物为主要成分的多种成分混合物。很久以来已经发现，锌、锰、铜、铁等过渡金属是植物生长必须的微量营养元素，是植物体内促进光合作用、呼吸作用以及物质转化作用等各种活性酶或辅酶的组成部分，在植物体内含量介于0.2 200mg/kg之间，现代研究表明许多过渡元素如铬、钴、镍等和部分稀土元素也具有调节/促进植物生长作用，然而这些金属元素还没有作为植物生长调节剂的应用报道。锌、锰、铜、铁等过渡金属元素通常以无机盐或简单络合型化合物作为微量元素肥料使用，其实际施用量达每亩1 3500克不等，由于产品剂型简单、使用环境复杂及较难把握的施用方法，长期使用即易引起植物毒性且可能造成难以治理的环境污染。植物生长调节物质的应用是近代植物生理学及农业技术的重大进展之一，虽然植物内源性生长调节活性物质在极低浓度下(< Ιμπιο /L)即显示强的活性，但其含量极微、 难以提取制备，因而价格高昂，因此，非植物内源性的生长调节物质即成为研究的重点。植物生长调节剂有天然提取和人工合成两大类，目前，有100多种产品投入市场应用，已成为提高和改善农产品产量品质的一项重要技术方法(傅华龙等，植物生长调节剂的研究与应用，生物加工过程，2008 (6) 4 :7 1 。植物生长调节剂一般具有低浓度促进而高浓度抑制植物生长的特性，须以狭窄的剂量范围使用才能够发挥正常功效，这导致实际应用存在诸多限制和不便；植物内源性激素具有天然的代谢途径和方式，不易积蓄，与其相比，目前使用的外源性合成类植物生长调节剂，使用剂量较高浓度偏大、且代谢途径不清、化学性质稳定，残留较多或残效期长，随着应用范围的不断扩大，其残留问题已引起人们的高度重视 (赵敏等，植物生长调节剂对农作物和环境的安全性，环境与健康杂志，2007 (M) 5 :370 372)，我国已经规定，任何绿色食品生产加工过程，不得以肥料和农药的形式使用化学合成的植物生长调节剂(中华人民共和国农业行业标准NY-T 393-2000绿色食品农药使用准则；NY-T 394-2000绿色食品肥料使用准则)。研究、开发剂量小、性质稳定、使用方便的植物生长调节剂已成为该领域的发展趋势，而无毒、无副作用且不影响植物正常代谢途径和方式的高效安全产品是植物生长调节剂研究的重点难点。
发明内容
本发明的目的是提供一种含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物作为新型植物生长调节剂的应用。本发明是一种无毒、无副作用且不影响植物正常代谢途径和方式的高效安全的植物生长调节剂。完成上述发明任务的方案是一种含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物作为新型植物生长调节剂的应用。本发明所述作为植物生长调节剂的含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物，为叶绿素类金属螯合物，包含叶绿素金属螯合物、叶绿酸金属螯合物及由叶绿酸(混合物)分离所得单体成分的金属螯合物。这些金属螯合物中，优选叶绿酸金属螯合物。本发明所述的叶绿素金属螯合物，皆具有优良的植物生长调节活性。本发明所述的叶绿素金属螯合物，可以常规方法以叶绿素、或叶绿酸、或脱镁叶绿酸、或经叶绿酸组分中分离所得的单体成分为配体与过渡金属盐制备而得。本发明所述的叶绿素金属螯合物，根据配体的来源，所制备的金属螯合物即可是混合物，也可是单体化合物。混合物类型金属螯合物包括叶绿素和叶绿酸为配体制备的金属螯合物；单体类型金属螯合物包括经叶绿酸组分中分离所得的单体成分为配体制备的金属螯合物。本发明优选价廉易得的混合物类型金属螯合物。本发明所述的叶绿素金属螯合物，所用的叶绿素是以天然植物为原料提取的具有脱镁叶绿素母环(phorbin)结构的绿色色素。本发明所述的叶绿酸金属螯合物，所用的叶绿酸为叶绿素经水解得到的多种二氢卟吩类成分的混合物。本发明所述的单体类型叶绿酸金属螯合物，所用的单体叶绿酸成分包括二氢卟吩_e4、二氢卟吩_e6和脱镁叶绿酸a单甲酯。本发明所述的含有叶绿素金属衍生物的植物生长调节剂，使用的金属离子包括 氧化态二价或三价的过渡金属锰、铁、铜、锌离子，优选三价锰离子和铁离子。过渡金属离子与叶绿素或叶绿酸或叶绿酸的单体成分生成摩尔比11或12的螯合物。本发明所述的含有叶绿素金属衍生物的植物生长调节剂，是配制成0. OOlppm IOOppm的叶绿素金属衍生物的溶液使用。根据使用浓度的具体要求，可以直接加水配制； 所需浓度较高或不易溶解的溶液，可以少量碱溶解样品或先以少量乙醇溶解，然后加水稀释配制而成。发明技术的说明本发明体外试验意外发现，所使用的新型植物生长调节剂(浓度1. Oppm IOOppm)可显著抑制叶绿素酶对叶绿素的降解(底物浓度324ppm，0. 36mmol/L)，其IC5tl范围13. 84 85. 46ppm，且抑制率依样品浓度的升高而递增，具有典型的竞争型抑制特点； 而对比试验发现血卟啉(Hemin，氯化血红素，氯化卟啉铁，铁卟啉)溶液对叶绿素酶降解叶绿素无影响，类似结构的血卟啉分子无体外叶绿素酶抑制活性。绿豆苗期叶绿素酶抑制实验证明，0. Ippm浓度的本发明所用新型植物生长调节剂溶液对绿豆叶片的叶绿素酶活性具有明显抑制作用，系列化合物的叶绿素酶抑制率达 4. 25% 24. 44%。植物生理试验证明，本发明使用的新型植物生长调节剂不仅能够降低叶绿素酶活力、提高植物叶绿素含量，还能诱导盐胁迫下植物叶片S0D、CAT和POD活力的上升，同时促进抗氧化物质脯氨酸的含量升高，从而减轻盐胁迫下植物叶片的氧化损伤，增强作物抗逆性。栽培及大田试验表明，0. OOlppm 10. Oppm溶液可用于浸种、扦插或作物田间灌溉；0. Ippm 10. Oppm溶液用于喷洒；2. Oppm IOOppm溶液用于树干注射，以促进种子萌发、提高发芽率、增加根长根数、促进不定根生长，加快幼苗生长、增强抗逆性、提高叶绿素含量、增加产量，延缓树叶草坪退黄落叶时间，改善花木观赏效果。本发明使用的新型植物生长调节剂溶液试验表明，配制的溶液在使用浓度下pH 范围5. 0 7. 0，溶液性质较稳定，溶液配制避光条件下2小时后仍达90%以上含量，能够发挥植物生长调节剂的作用效果，并方便携带运输和使用，产品实用性强。相同条件下(避光)浓度相近的血卟啉对照溶液2小时后含量降低过半，实际浓度不足初始浓度的50%。本发明使用的新型植物生长调节剂以现有制备技术生产，技术路线多样方法简单工艺成熟，且原料来源丰富，成本低廉，即可以天然绿色植物叶片提取的叶绿素为原料制备，也可以市场购得的叶绿酸类产品如叶绿酸镁钠盐(或称叶绿素镁钠盐)、叶绿酸铜钠盐(或称叶绿素铜钠盐)、叶绿酸铁钠盐(或称叶绿素铁钠盐)或脱镁叶绿酸为原料制备，其叶绿酸类单体金属螯合物的制备即可由混合物类型金属螯合物产品分离获得，也可以单体配体与金属盐反应制得。本发明的优点1、安全无毒，本发明使用的新型植物生长调节剂来源天然，无人畜毒性，更不包含植物无法代谢的其他有害成分，且剂量低用量少，不易积累残留，因此安全性好。2、活性强、效果好，且作用性能较广泛，如能够提高植物叶绿素含量、促进生根、提高种子发芽率、增强作物抗逆性、增加作物产量等。
3、绿色环保，在保证产量前提下使用中可适量减少化肥用量，有效降低化学品的各种危害。4、方便使用，适合于农林业的多种普通使用方法，如浸种(浸泡)、灌溉、叶面喷洒、注射等。剂量浓度要求较宽泛，正负接近10倍以上浓度偏差使用也不致引起明显减产等不良效果。5、价廉易得性质稳定，产品容易制备生产，原料来源广泛成本低廉，产品性质稳定使用方便，生产质量可控可靠，易于推广应用。
具体实施例方式实施例1 叶绿素酶抑制活性(体外试验)准确称取由新鲜绿豆叶制成的丙酮粉 1. OOg,以25mL磷酸缓冲液(pH 7. 0 7. 5)抽提4. 5h后4°C离心lOmin，取上清液即为叶绿素酶液，活性酶浓度0. 14mmol/L，底物叶绿素浓度130ppm。测定0. 4ppm 25. Oppm各浓度叶绿酸金属衍生物样品溶液的叶绿素酶抑制率(甘志军，王晓云，邹琦.小麦叶绿素酶生化动力学特性研究.西北植物学报，2003，23 (5) :750 754.)，并计算IC5tl值，系列样品 IC50结果见下表系列样品的叶绿素酶抑制活性IC5c;
权利要求
1.一种含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物作为植物生长调节剂的应用。
2.根据权利要求1所述的含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物作为植物生长调节剂的应用，其特征在于，所述的含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物选自叶绿素金属螯合物、叶绿酸金属螯合物及由叶绿酸混合物分离所得单体成分的金属螯合物。
3.根据权利要求1所述的含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物作为植物生长调节剂的应用，其特征在于，所述的叶绿素是以天然植物为原料提取的具有脱镁叶绿素母环结构的绿色色素。
4.根据权利要求2所述的含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物作为植物生长调节剂的应用，其特征在于，所述的含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物为叶绿酸金属螯合物。
5.根据权利要求4所述的含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物作为植物生长调节剂的应用，其特征在于，所述的叶绿酸为叶绿素经水解得到的多种二氢卟吩类成分的混合物。
6.根据权利要求1所述的含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物作为植物生长调节剂的应用，其特征在于，所述的单体类型叶绿酸金属螯合物中，单体叶绿酸成分选自二氢卟吩_e4、二氢卟吩_e6或脱镁叶绿酸a单甲酯。
7.根据权利要求1所述的含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物作为植物生长调节剂的应用，其特征在于，所述的金属衍生物中的金属离子包括氧化态二价或三价的过渡金属锰、铁、铜或锌离子。
8.根据权利要求7所述的含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物作为植物生长调节剂的应用，其特征在于，所述的氧化态二价或三价的过渡金属锰、铁离子，选自三价锰离子和铁离子。
9.根据权利要求7或8所述的含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物作为植物生长调节剂的应用，其特征在于，所述的过渡金属离子与叶绿素或叶绿酸或叶绿酸的单体成分生成摩尔比1:1或1:2的螯合物。
10.权利要求广9之一所述的含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物作为植物生长调节剂的应用，其特征在于，该植物生长调节剂是配制成0.001 ppm IOOppm的溶液使用。
全文摘要
含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物作为植物生长调节剂的应用。含有叶绿素及其水解产物的金属衍生物选自叶绿素金属螯合物、叶绿酸金属螯合物及由叶绿酸混合物分离所得单体的金属螯合物。叶绿素是以天然植物原料提取的具有脱镁叶绿素母环结构的绿色色素。叶绿酸为叶绿素经水解得到的多种二氢卟吩类成分的混合物。单体类型叶绿酸成分选自二氢卟吩-e4、二氢卟吩-e6或脱镁叶绿酸a单甲酯。金属离子包括氧化态二价或三价的过渡金属锰、铁、铜或锌离子。本发明的植物生长调节剂安全无毒，低残留，活性强、效果好，能够提高植物叶绿素含量、促进生根、提高种子发芽率、增强抗逆性、增加产量。产品性质稳定，质量可控可靠，易于推广应用。
文档编号A01P21/00GK102273467SQ20111017643
公开日2011年12月14日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者任勇, 张列峰, 王一凡, 王乐天, 童敏, 蒋慧, 金佳敏, 陈黎明 申请人:南京师范大学, 南京百特生物工程有限公司