[发明专利]一种生物源化合物的分子修饰和用于除草的方法

说明书

技术领域

本发明是针对特定的作用靶标对已知具有除草活性的链格孢菌的代谢产物细交链格孢菌酮酸(化学名3-乙酰基-4-羟基-5-仲丁基吡咯啉-2-酮)分子修饰，用于除草，属于化学和生物化学应用于农业农药和植物保护、防除农作物杂草的技术领域，专用于杂草的防除。

背景技术

本发明是在已经发明并申请了专利的链格孢菌的代谢产物细交链格孢菌酮酸(化学名3-乙酰基-4-羟基-5-仲丁基吡咯啉-2-酮)基础上进行的分子改造，这也是目前开发新的除草剂的一个快速、有效的方法。

3-乙酰基-4-羟基-5-仲丁基吡咯啉-2-酮是一种具有羰基和羟基结构的杂环化合物，其中酰胺基是核心功能基团；另外还具有疏水性的侧链结构，是影响其除草活性的一个重要基团。该物质是强胜等从紫茎泽兰病原型链格孢菌代谢产物中基于生物活性测定、分离、纯化、鉴定出来的一种植物毒素，其活性高，50μg/mL的浓度对包括恶性杂草紫茎泽兰在内的主要单双子叶杂草(如马唐、稗草)都有良好的杀灭作用。具有开发成为生物源化学除草剂的潜力(申请号：200510038263.2；公开号1644046专利)。但是，经过发酵生产，产率低，成本高，阻碍了产业化。

1994年世界专利WO1994/01401报道了含3-苯甲酰基吡咯啉-2，4-二酮化合物及生物活性。2005年中国申请的专利(申请号200510013206.9公开号1676515A)基于三酮类化合物抑制4-羟基苯基丙酮酸双加氧酶(HPPD)的特点，在高等植物中HPPD是质体醌和生育酚生物合成的关键酶，这两者合成一旦受阻还会进一步影响到类胡萝卜素的生物合成，因此HPPD抑制剂与类胡萝卜素生物合成抑制剂的作用症状相似，利用相类似的结构进行分子修饰和模拟合成，他们所涉及的化合物的一个关键的特点是N取代基团的存在，这类除草剂主要的代表是磺草酮，还包括异恶唑类除草剂的百农思和吡啶类除草剂的吡唑特、吡草酮和苄草唑等；有报道称Tenuazonic acid铜盐对4-羟基苯基丙酮酸双加氧酶(HPPD)仅有轻微的抑制作用(Meazza et al.,2002)。显然，由于N仅有氢，没有其它取代基团，3-乙酰基-4-羟基-5-仲丁基吡咯啉-2-酮具有完全不同的作用机理。

对于3-乙酰基-4-羟基-5-仲丁基吡咯啉-2-酮作用机理的研究表明该毒素明显抑制了植物的光合作用，其对Hill反应的抑制能力明显高于常见的光合作用抑制型除草剂敌草隆，而对细胞内的其它部位无明显副作用；抑制了电子在光系统II中从QA到QB的传递过程，对光系统II的供体侧、光系统I以及叶绿体的其他部位无影响，上述特性在目前已知的链格孢菌毒素中尚属首次发现。由此推测该毒素可能是QB的竞争性抑制剂，通过和QB争夺D1蛋白上的结合位点抑制电子的传递，属于光系统II抑制型毒素。基于，这一作用机理的发现，我们对细交链孢菌酮酸进行了分子修饰，申请了化合物、合成及其除草方法的中国专利(申请号：200510094521.9；公开号：CN1752075和申请号200610038765.X)。随着研究的进一步深入和合成物质的增多，发现了更广泛范围的结构修饰物。故追加申请当前的专利。

许多光系统II抑制剂已成功开发成商品除草剂如s-triazines,triazinones和phenols等，光系统II抑制型除草剂是目前除草剂中的一大类。这类除草剂具有两个明显的优点：首先，光合作用是植物特有的现象，其专一型抑制剂的靶标明确，通常对动物的特异性毒性较低，因而这类除草剂通常具有高效、]低毒的特点；其次，目前针对该类除草剂的抗性基因技术已经成熟。2003年全球转基因农作物种植面积共6770万公顷，其中80％以上是抗除草剂的转基因农作物(根据孟山都公司提供数据)。其中抗光合作用抑制型除草剂的品种也占一定地位，通过除草剂和抗性转基因农作物结合使用，可以大幅度降低除草剂使用过程中的药害。3-乙酰基-4-羟基-5-仲丁基吡咯啉-2-酮对细胞的影响集中于光合作用，活性较高，作用速度快，具广谱性，而且结构较为简单，合成容易，因而具有很好的产业化应用前景。