《1 三十烷醇 (TA) 开发与研究进展》

1 三十烷醇 (TA) 开发与研究进展

三十烷醇 (1-Triacontanol) 是由30个碳原子组成的长链脂肪醇, 化学名叫三十烷醇-1或正三十烷醇, 简称三十醇或TA或TRIA, 又称蜂花醇。其化学式为:CH3 (CH2) 28CH2OH。

TA普遍存在于植物的蜡质中。在植物叶、茎、花、果实和种子上形成一层保护层, 称为角质层。在角质层上常沉积着各种形式的蜡状物质, 称为蜡质。TA就存在于大多数植物的蜡质中, 成为植物蜡的一种重要成分。例如, 苜宿蜡、糠蜡、蔗蜡、棉蜡、玉米蜡、苹果蜡、茉莉花蜡和茶叶蜡等均含有TA。据测定, 每克玉米叶片中大约有TA 23.4 μg, 每克水稻叶片中大约含有TA 481 μg。除了植物蜡外, 一些昆虫蜡也含有TA。在虫蜡中以蜂蜡的TA含量最高, 蚕粪中也含有一定量的TA。在自然界中, TA常与高级脂肪酸结合成酯的形式存在于各种蜡质中, 但也有游离存在的。蜂蜡和米糠蜡中TA含量可高达10%~25%, 所以常以蜂蜡和米糠蜡为原料制取TA, 前者最为常用[1] 。

1993年, Chibnall等人从苜蓿中分离出TA, 它是叶蜡的主要成分, 从50 kg的干苜蓿中得到40 g的苜蓿蜡, 经皂化、萃取、重结晶, 得7.5 g粗品, 再用苯——乙醇重结晶可得5 g TA晶体。含量为干苜蓿的万分之一。后来人们又从许多植物蜡和虫蜡中提取出TA, 并进行了人工合成。但不知道它对植物有何作用, 仅作为一种化学试剂。

1975年, 美国密执安州立大学Ries教授, 在一项应用苜蓿作有机肥的试验中发现TA具有一定的生理活性。Ries等采用从苜蓿提取的TA喷洒玉米、水稻等幼苗, 亦有同样刺激生长的作用。用人工合成的TA进行试验, 也获得同样的结果, 通过一系列试验, Ries等发现TA对玉米、水稻、小麦、番茄、胡萝卜、黄瓜、莴苣、大豆等均有增产效应, 增产的幅度为8%~68%, 并认为TA是一种无毒、快速、低剂量和在暗处也能促进蛋白质合成的植物生长促进物质。1977年, Ries等宣布:TA是一种新的天然存在的植物生长调节剂[2] 。

Ries的发现引起各国学者的极大兴趣和重视。1977年我国著名化学家蔡启瑞教授访美时带回TA资料。1978年初厦门大学植物激素研究组在郭奇珍教授的指导下, 成功地从蜂蜡中获得TA结晶, 并进行了生理活性测定和大田试验。其生产工艺和产品质量通过了专家鉴定。

迄今国内外已发表有关TA论文500多篇, 内容包括制备、生理效应、作用机理及在农业上的应用[3] 。但是, 在TA农用研究中遇到最大的问题是剂型问题。由工厂生产出来的未经加工的TA晶体称原药。因TA原药几乎不溶于水, 故不能直接使用, 需先将原药进行加工, 制成可分散在水中的制剂, 称为TA剂型。TA在水中的溶解度为9×10-14 g/L以下, 几乎不溶于水。因此, TA剂型是决定其药效高低甚至有无效果的重要因素, 受到国内外研究者的高度重视。20世纪80年代初, 美国、日本等进行过研究, 提出几个TA乳剂配方, 但大田应用结果都不理想, 至今未能解决问题。

Ries最早采用乳剂剂型[2] , 把TA样品用有机溶剂溶解后, 加入一定量的乳化剂, 然后用清水稀释至一定浓度。用于溶解TA的有机溶剂有乙醇、氯仿、二氯甲烷和苯等。国内一般采用热乙醇。用于乳化TA的乳化剂有吐温-80、吐温-20、平平加O (匀染剂) 及十二烷基硫酸钠等。加入有机溶剂的目的是为了使TA能够均匀地分布在水中, 使植物能吸收。但这种TA乳剂的缺点是分散度较差, 而且易发生乳析沉淀。因此, TA乳剂在世界各地试验时, 有时增产效果很显著, 有时则不起作用。1982年美国Welebir博士提出TA丙酮剂型, 他发现用于乳化TA的乳化剂能与植物体内的钙 (Ca2+) 和镧离子 (La3+) 络合, 致使这些离子不能参与植物的刺激作用, 而影响TA活性的表现。主张避免使用乳化剂, 而将TA溶于丙酮等极性有机溶剂, 再加一定量的氯化钙和生长物质 (如吲哚乙酸等) 。Ries认为该剂型配方虽然比TA乳剂效果有所提高, 但在实际应用中的增产效果仍表现不稳定。1983年美国科学家Laughlin等又提出TA胶体剂型, 认为乳剂和丙酮剂型的TA颗粒分散得不够小, 颗粒半径0.02~35 μm。表现为多态和不稳定性, 因而采用超声波来“粉碎”TA颗粒, 碎至胶体分散相, 但该剂型在大田应用的效果也不稳定。

1983年, 农牧渔业部组织全国联合试验组对TA应用效果进行为期两年的试验研究, 其效果不显著[4] 。与此同时, 由厦门大学、杭州大学、上海植生所、福建农科院、山东大学、江西农大、辽宁师大、东北师大及山西农大等全国几十个大专院校和科研单位组成的“全国三十烷醇协作组”也开展了大量试验研究工作。其中厦门大学与福建农科院等单位合作, 成功地采用CD分子包衣技术来研制TA乳粉, 使TA剂型取得重大进展。CD是一种由6~8个葡萄糖残基连接而成的环状低聚糖, 其分子中有个空心腔道, 内径0.7~0.8 nm, 恰好可纳入TA分子颗粒, 由于CD内腔是疏水性的, 外围是亲水性的, 而TA是疏水性的, 故可通过疏水场、范德华力将TA纳入腔道内, 形成包接化合物, 并借环外的亲水基溶解于水。采用此技术研制的TA乳粉, 具有效果稳定, 长期贮存不变质和贮运方便等优点, 解决了TA制剂长期未能解决的难题, 为TA的农业应用作出创造性贡献。

1987年, 福建农科院、厦门大学等32个单位协作进行TA对茉莉花、瓠瓜的增产效果及其生理效应研究。这两项成果均达到国际领先水平[5] 。接着又开拓TA在海藻上应用研究新领域, 直到1993年12月由福建农科院主持的有闽、辽、鲁、苏、浙等五省40多个单位近百名科技人员参加的“植物生长调节剂TA乳粉在海带、紫菜上应用研究”课题, 通过科技成果鉴定, 该两项成果均达到国际领先水平[6] , 1996年获得国家科技进步二等奖, TA的增产效果得到肯定和确认。1994年厦门大学化工厂生产的TA原药和1.4%TA乳粉 (可溶性粉剂) 均在农业部农药检定所临时登记, 2000年正式登记 (农药登记证号PDN 65-2000和PDN 66-2000) 并列入正式生产产品。

《2 TA乳粉在农业上的应用前景》

2 TA乳粉在农业上的应用前景

我国TA乳粉在农业上的研究成果开始在全国推广应用, 并不断深化, 同时, 进一步开发TA乳粉应用的新领域[7] 。

TA乳粉可显著提高海带、紫菜及裙带菜等经济海藻的产量和品质。[8,9,10,11,12] 。如TA乳粉在海带上的应用, 经连续多年 (1990~1997年) 在全国不同海区进行的共21次专家现场验收的结果表明, 在被验收的37个试验小区中平均海带比对照增收干品6.57 t/hm2, 增产率为35%, 同时, 海带还可增收碘24.24 kg/hm2, 褐藻胶1.665 t/hm2、甘露醇1.275 t/hm2。在罗源县对本项星火计划项目进行现场验收, 处理组的海带可比对照增收干品约20.865 t/hm2, 增产率为46%。增产的主要原因是, 海带的长、宽、厚度分别比对照增加25%、38%、29%, 晒干率也提高21.6%。TA乳粉在紫菜、裙带菜上的应用效果也很好。这些情况均表明, TA乳粉在海藻上增产的重现性好, 效果稳定。据不完全统计, 已在全国海带、紫菜和裙带菜上推广2×104 hm2, 净增产值达三亿多元。

Ries等最早发现TA对水稻有神奇的效应[2] 。水稻幼苗施用TA后, 可观察到迅速的反应, 还原糖和自由氨基酸的含量增加最快, 在处理4 min后, 它们分别比对照高25%和16%。更为奇特的是, TA甚至能在缺少光照的阴暗条件下, 促进水稻幼苗干重和蛋白质含量的增加, 使稻苗很快地生长。干重的增加可达4.9 mg/h的最高速率。在暗处处理6 h后, 稻苗的总蛋白质量比处理前增加18%, 比对照增加30%。按一般情况绿色植物在暗处生长, 植株的干重只能减少, 但经TA处理后的水稻幼苗, 却奇迹般的增加干重和蛋白质的含量。日本名越时秀等试验结果认为, 喷施TA可提高水稻根系的吸水能力, 从而促进根系生长和扩大气孔开度, 使水稻直至成熟仍保持高效光合作用, 达到提高糙米重的目的[13] 。

1997年, TA乳粉以配套技术列入全国农牧渔业“水稻旱育秧、抛秧及综合配套增产技术”项目, 拟在全国25个省、市水稻上推广160×104 hm2 (包括福建省5.33×104 hm2) , 并列入福建省农科教项目。1998年福建省农办组织专家进行现场考种和实割验收表明, 处理组水稻比对照组增收干稻谷1.17 t/hm2, 增产率为28%[14] 。增产主要因素是, 处理比对照的有效穗增加6.74%, 每穗粒数增加20.5%, 每穗实粒数增加25.9%, 结实率提高4.4%, 千粒重提高3.2%。1997、1998两年进行的4次现场验收, 平均增产20%。

TA乳粉能促进茉莉花植株的生长发育, 提高叶绿素含量、光合速率和干物质积累, 增加新梢数目和花蕾数, 提早和延长采花期。TA还能深刻影响花的形态结构, 使花蕊器官的各组成部分向有利于提高品质的方面发展, 花瓣部分在整花中的比例和浸膏含量的明显提高, 花蕾饱满结白、鲜艳有光泽, 增大增重, 提高精油产量和香气更浓等特点。TA乳粉能使茉莉花增产20%~30%[5] 。

TA乳粉可促进瓠瓜植株生长, 使枝叶增多, 叶色浓绿, 后期生长不早衰, 采瓜期可比对照延长10~15 d。TA还可提高瓠瓜的品质, 处理比对照的瓜形较直, 瓜面光滑油亮、质地幼嫩, 并能提高可溶性固形物、维生素C、转化糖的含量, 降低粗纤维含量等[5] 。TA还具有提高瓠瓜的抗病性, 减轻枯萎病和瓜疫病的作用。TA与乙烯利配合使用, 可调节“源” (叶片等) 与“库” (花果等) 的关系, 提高成瓜数和单瓜重, 可增产30%以上[15] 。

TA乳粉可促进龙眼花芽分化和花穗的形成, 并能提高座果率和单果重, 近年来, 在福建试用效果很好, 使许多因气温变暖而多年不结果的龙眼成年树正常抽穗开花结果, 这对克服龙眼大小年结果现象的意义很大[16] 。

TA乳粉不但能提高茶叶的产量[17] , 而且还可提高茶叶氨基酸含量, 从而提高了茶叶的香味和品质。TA乳粉在蘑菇、香菇、凤尾菇等食用菌上的应用效果都很明显, 既可提高产量又能改善品质。TA乳粉还可提高小麦、玉米、大豆、花生、油菜、西瓜、果树、蔬菜等其它作物的产量和品质[7,18] 。甚至对动物也有效果, TA乳粉可使猪的瘦肉率提高4.83%~5.42%[19] 。1999年TA乳粉成为实用性强、经济价值高、有一定发展前景的300项高新农业技术项目和产品之一[20] 。

由美国出版的《21世纪农业》一书, 把植物生长调节剂的广泛应用列为21世纪对农业生产将起重大增产作用的新技术之首。应用植物生长调节剂调控植物生长发育的过程称为化学调控。我国著名的植物生理学家娄成后教授指出:“植物生长发育的‘化学调控’是继‘化学施肥’之后对提高大田生产的又一重大贡献”[21] 。TA乳粉是一种无毒害、无污染、成本低、效益高的广谱性植物生长调节剂, 也是一种“绿色”农药。它能提高多种作物的产量和品质, 它不是肥料, 但能提高肥料的利用率。TA可与N、P、K、B、Zn等营养物质复配使用的效果更佳。TA乳粉将在农业生产的化学调控中起着重要作用, 其应用前景十分广阔。

《3 结语》

3 结语

TA开发与应用在我国经历了曲折的发展过程, 解决了TA剂型问题, 使TA乳粉的应用得以顺利发展, 多项成果居国际领先水平, 为人类提供更多的绿色产品作出了自己的贡献。

1996年, TA乳粉的应用被列入“九五”国家科技成果重点推广计划项目和国家级星火计划项目。1997年TA乳粉又被农业部列入全国农牧渔业水稻丰收计划。TA乳粉正以强大的生命力在现代化农业中发挥作用。