癸二醇作為硝化抑制劑的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于硝化抑制劑研究領(lǐng)域，具體涉及癸二醇作為硝化抑制劑的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 世界范圍內(nèi)的氮肥有90%是以NH4+的形式施用的，NH4+在土壤中容易被硝化微生 物轉(zhuǎn)化為NOh后者不能被土壤吸附，易淋失，由此導(dǎo)致氮素的直接損失，同時(shí)還嚴(yán)重污染了 地下水和地表水，造成面源污染等環(huán)境問(wèn)題。同時(shí)，土壤反硝化微生物在厭氧或部分厭氧條 件下通過(guò)反硝化作用將NOf轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)^和他0,造成土壤氮素的進(jìn)一步損失，而N20是一種 溫室氣體，其增溫潛勢(shì)是C〇2的298倍，重要來(lái)源之一即農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中氮素的硝化、反硝化 過(guò)程。
[0003] 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中平均氮肥利用率在30 %左右，70 %的氮肥損失主要來(lái)自上述硝 化、反硝化過(guò)程，這些氮素?fù)p失均與硝化作用有直接或間接聯(lián)系。一些氮肥管理措施與緩控 釋肥的使用在一定程度上減少了硝化作用的氮素?fù)p失，但其增加的人力、農(nóng)資成本不可忽 視，效果也不盡理想。配合氮肥使用硝化抑制劑，有助于減少氮素?fù)p失，提高氮素利用率。在 諸多人工合成的硝化抑制物質(zhì)中，僅2-氯-6-三氯甲基吡啶(1:抑口71'；[11)、雙氰胺(000)和 3,4_二甲基吡唑磷酸鹽(DMPP)經(jīng)過(guò)了詳盡的大田評(píng)估，在一些農(nóng)田中被投入使用。但包括 上述物質(zhì)在內(nèi)的人工合成的硝化抑制物質(zhì)，或多或少具有使用不方便、性能不穩(wěn)定、價(jià)格過(guò) 高、易造成地下水污染、影響自然生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性等局限性。
[0004]生物硝化抑制劑的研究方興未艾，與人工化學(xué)合成的硝化抑制劑相比，其來(lái)源于 植物根系分泌物或者提取物，是天然的化合物，對(duì)生態(tài)環(huán)境影響小，從中提取效果良好的生 物硝化抑制物質(zhì)具有顯著意義。已有文獻(xiàn)報(bào)道在腐生臂形草和高粱中存在特定的硝化抑制 物質(zhì)，通過(guò)對(duì)這些物質(zhì)的挖掘，不僅有助于研究和理解自然生態(tài)系統(tǒng)中一些硝化抑制現(xiàn)象， 通過(guò)環(huán)境調(diào)控、育種等手段加強(qiáng)作物的硝化抑制能力和提高氮素利用率，還能對(duì)生物硝化 抑制物質(zhì)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，研制新型高效的環(huán)境友好的硝化抑制劑產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]解決的技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明提供癸二醇作為硝化抑制劑的應(yīng)用，物質(zhì)包括1，9_癸二 醇等。該類物質(zhì)通過(guò)抑制亞硝化微生物活性來(lái)抑制土壤、植物根際的硝化過(guò)程，提高氮素利 用率，減少硝態(tài)氮的淋失，進(jìn)而減少反硝化過(guò)程的氮素?fù)p失和溫室氣體氧化亞氮的排放。本 發(fā)明的硝化抑制物質(zhì)是來(lái)源于植物的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的脂溶性物質(zhì)，改善了傳統(tǒng)硝化抑制劑 具有的易流失、時(shí)效短以及可能造成環(huán)境污染的問(wèn)題，提高了硝化抑制效率，節(jié)約了相對(duì)投 入成本。
[0006]技術(shù)方案:癸二醇在抑制亞硝化微生物的亞硝化活性中的應(yīng)用。
[0007]癸二醇的結(jié)構(gòu)式為：
或
[0008] 所述亞硝化微生物為歐洲亞硝化單胞菌(Nitrosomonaseuropaea)ATCC19718。
[0009] 一種減少農(nóng)田氮素?fù)p失和提高氮肥利用率的組合物，有效成分為所述的癸二醇。 [0010]對(duì)19個(gè)水稻品種的根系分泌物進(jìn)行收集、濃縮，利用歐洲亞硝化單胞菌測(cè)定其亞 硝化抑制活性。對(duì)其中具有顯著效應(yīng)的品種進(jìn)一步篩選，挑選根系分泌物具有顯著抑制效 應(yīng)的品種和具有相反效果的品種，對(duì)其組分進(jìn)行GC/MS鑒定。通過(guò)兩者組分對(duì)比，在具有顯 著抑制效應(yīng)的水稻品種武運(yùn)粳7的根系分泌物中，鑒定得到1，9_癸二醇（1,9-decanediol， 分子量174.28)，具有顯著的亞硝化抑制能力，其80%抑制濃度為90yg·mL一1。
[0011] 有益效果：
[0012] (1)本發(fā)明化合物能在低劑量下高效抑制亞硝化微生物的活性，減少農(nóng)田土壤硝 化過(guò)程造成的氮素?fù)p失和環(huán)境問(wèn)題；
[0013] (2)本發(fā)明化合物是脂溶性化合物，化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在土壤和水體中不易流失，能 保證應(yīng)用的穩(wěn)定性和高效性。
[0014] (3)本發(fā)明提供一類源于植物的"綠色"生物硝化抑制劑，可以解決常規(guī)化學(xué)合成 硝化抑制劑時(shí)效短、效果差、易污染的問(wèn)題，同時(shí)為構(gòu)建高效抑制農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)硝化過(guò)程、 提高氮素利用率的生物生態(tài)技術(shù)提供新的方法和思路。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的水稻品種武運(yùn)粳7根系分泌物組分的GC/MS分析譜圖。本發(fā)明抑制 劑1，9-癸二醇為15.29min出峰的物質(zhì)。
[0016]圖2為本發(fā)明亞硝化抑制物質(zhì)1,9-癸二醇的劑量-效應(yīng)關(guān)系(mean土SE，n= 3); [00Π]圖3為1，9_癸二醇及其同分異構(gòu)體（濃度100yg·ml/1)的亞硝化抑制能力比較 (mean土SE，n= 3)，不同的小寫字母表示組間有顯著差異(Ρ〈0· 05,Duncantest)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下實(shí)施例可使本專業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā) 明。
[0019]實(shí)施例1 1，9_癸二醇的劑量-效應(yīng)關(guān)系
[0020] ^實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
[0021] (1)標(biāo)準(zhǔn)品：1，9_癸二醇標(biāo)準(zhǔn)品，定制于藥明康德新藥開發(fā)有限公司（WuXi AppTec)，干冰冷凍過(guò)程中（常溫下為粘稠狀液態(tài)物質(zhì))稱取固體粉末溶解于DMS0中。
[0022] (2)微生物菌株：歐洲亞硝化單胞菌（Nitrosomonaseuropaea)(NBRC14298 = ATCC19718)，購(gòu)于日本技術(shù)評(píng)價(jià)研究所生物資源中心（BiologicalResourceCenter, NITE,Japan)〇
[0023](3)微生物培養(yǎng)基：HEPES培養(yǎng)基，1L液體培養(yǎng)基中含(NH4)2SO42·5g，KH2P〇4〇·5g， HEPES11.92g,NaHC030.5g,MgS〇4 · 7H20 100mg,CaCl2 · 2H20 5mg,Fe-EDTA75mg,pH7.8-8.0〇
[0024] (4)微生物的培養(yǎng):將歐洲亞硝化單胞菌接種于HEPES培養(yǎng)基中，30°C、200rpm、黑 暗條件下?lián)u菌培養(yǎng)(好氧），每次轉(zhuǎn)接后7-9天進(jìn)入穩(wěn)定期。
[0025] (5)亞硝化活性抑制實(shí)驗(yàn)
[0026]收集培養(yǎng)7天的菌液，5000g離心20min，重新懸浮于新鮮無(wú)菌的HEPES培養(yǎng)基中直 至0D600約為1.0，其濃縮倍數(shù)為40~50倍。取1.5mL滅菌離心管，依次加入195yL無(wú)菌水、5μ LI，9_癸二醇的DMS0溶液（空白則僅加入DMS0)、100yL新鮮無(wú)菌HEPES培養(yǎng)基，以及200yL重 懸菌液，2 5 °C黑暗水浴培養(yǎng)2小時(shí)。隨后往該混合體系中加入2 0μL0 . 1Μ烯丙基硫脲 (Allylthiourea)以終止亞硝化反應(yīng)。取反應(yīng)后的混合液200-400yL加入10mL的比色管中， 用去離子水稀釋至約5mL，加入lmL對(duì)氨基苯磺酸溶液，搖勾后放置2-8min，再加入lmL鹽酸 N-(l-萘基)-乙二胺溶液，搖勻，用水稀釋至10mL定容。以去離子水做參比，在540nm波長(zhǎng)處 測(cè)定吸光值。以同樣的方法做MV的標(biāo)線，借此定量樣品體系中生成的Ν0Γ，通過(guò)以下公式 計(jì)算樣品抑制率。該測(cè)定方法是改進(jìn)的Griess法，可參考國(guó)標(biāo)《大氣降水中亞硝酸鹽測(cè)定Να-萘基)_ 乙二胺光度法》。
[0027]
[0028] 1.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0029] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2，1，9_癸二醇在2(^8.1111/1濃度時(shí)亞硝化抑制率大于20%，1(： 5()(半 抑制濃度）為50yg·mL-SeDsqMO%抑制濃度）為90yg·mL-llSOyg·mL-1時(shí)抑制率達(dá)95%， 其在20yg·ml/1以上具有良好的抑制效果。
[0030]實(shí)施例2 1，9_癸二醇與其他硝化抑制劑的亞硝化抑制能力比較 [0031 ] 1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
[0032] (1)標(biāo)準(zhǔn)品：2-氯-6_三氯甲基吡啶(附1^&口5^;[11)、雙氰胺(00))、2-氨基-4-氯-6- 甲基嘧啶(AM)、對(duì)羥基苯丙酸甲酯、香豆酸甲酯、亞油酸、亞麻酸、亞油酸甲酯，其中香豆酸 甲酯購(gòu)于1'01公司（1'01^0，加口311)，其余試劑均購(gòu)于3丨811^-41(11'；[(311公司（31:丄011丨8，]\10， USA)。上述試劑，除D⑶溶于水外，其余均溶于DMS0中。
[0033] (2)D⑶溶于水，其空白中不加入DMS0,其他實(shí)驗(yàn)操作步驟同實(shí)施例1。
[0034] 1.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0035]實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1，1，9_癸二醇的ED8Q值與合成硝化抑制劑AM、相近，高于雙氰胺，低 于Nitrapyrin;與生物硝化抑制劑亞油酸、亞麻酸相近，高于亞油酸甲酯，低于對(duì)羥基苯丙 酸甲酯和香豆酸甲酯。與其他硝化抑制劑相比，1，9_癸二醇具有可觀的亞硝化抑制能力。
[0036] 表 1
[0037]
[0038]實(shí)施例3 1，9-癸二醇及其同分異構(gòu)體的亞硝化抑制能力比較[0039] 1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
[0040] (1)標(biāo)準(zhǔn)品：1，10-癸二醇、1，2-癸二醇購(gòu)于TCI公司（Tokyo，Japan)，溶于DMS0中。
[0041] (2)實(shí)驗(yàn)操作步驟同實(shí)施例1。
[0042] 1.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0043]實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3，1,9-癸二醇的同分異構(gòu)體在100yg·ml/1濃度下均有較好的亞硝 化抑制能力，1，9_癸二醇等中長(zhǎng)鏈飽和醇作為硝化抑制劑，具有良好的應(yīng)用前景。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 癸二醇在抑制亞硝化微生物的亞硝化活性中的應(yīng)用。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于癸二醇的結(jié)構(gòu)式為：3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于所述亞硝化微生物為歐洲亞硝化單胞菌 (Nitrosomonas europaea)。4. 一種減少農(nóng)田氮素?fù)p失和提高氮肥利用率的組合物，其特征在于有效成分為權(quán)利要 求2所述的癸二醇。
【專利摘要】癸二醇作為硝化抑制劑的應(yīng)用，本發(fā)明化合物能在低劑量下高效抑制亞硝化微生物的活性，減少農(nóng)田土壤硝化過(guò)程造成的氮素?fù)p失和環(huán)境問(wèn)題；本發(fā)明化合物是脂溶性化合物，化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在土壤和水體中不易流失，能保證應(yīng)用的穩(wěn)定性和高效性。本發(fā)明提供一類源于植物的“綠色”生物硝化抑制劑，可以解決常規(guī)化學(xué)合成硝化抑制劑時(shí)效短、效果差、易污染的問(wèn)題，同時(shí)為構(gòu)建高效抑制農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)硝化過(guò)程、提高氮素利用率的生物生態(tài)技術(shù)提供新的方法和思路。
【IPC分類】C05G3/08
【公開號(hào)】CN105439782
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510926728
【發(fā)明人】施衛(wèi)明, 孫力, 陸玉芳
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年12月14日