化合物(RS)－5－乙基－2－(4－异丙基－4－甲基－5－氧代－2－咪唑啉－2－基)烟酸及其铵盐用于作为植物化学杂交剂的应用

摘要

本发明公开了一种已知的化合物(RS)－5－乙基－2－(4－异丙基－4－甲基－5－氧代－2－咪唑啉－2－基)烟酸及其铵盐用于作为植物化学杂交剂的应用，将化合物(RS)－5－乙基－2－(4－异丙基－4－甲基－5－氧代－2－咪唑啉－2－基)烟酸及其铵盐配制成水剂、干悬浮剂、水分散颗粒剂、乳油、可湿性粉剂或其它适宜的农用剂型，使用前稀释配成水溶液进行叶面喷施，化合物有效活性成分使用剂量为每公顷1克～每公顷15克。经实验证明，可以作为禾本科和芸薹属植物的高效、廉价、低毒化学杂交剂。

说明书

技术领域

本发明涉及一种化合物的应用，特别是一种已知的化合物(RS)-5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-2-咪唑啉-2-基)烟酸及其铵盐用于植物化学杂交剂的应用。

背景技术

禾本科植物小麦、水稻、水稻以及芸薹属的油菜、白菜、甘蓝等许多农作物存在着不同程度的品种间杂种优势。应用某些化学物质(化学杂交剂、杀雄剂)可以阻滞植物花粉发育，抑制自花授粉，从而导致异花授粉，获取植物杂交种。这种化学药物诱导雄性不育(化学杀雄)是利用作物杂种优势的可行途径之一。化学杀雄制种的优势很明显，它克服了不育系对基因型的依赖性，扩大了杂种优势应用范围；减少了转育不育系等的繁琐程序。化学杂交剂还可用于防止细胞质不育系和光温敏不育系育性波动，提高杂交种纯度，减小制种风险。但是目前主要缺点是缺少理想化学杂交剂。一个理想的化学杂交剂应具备以下几个特征：

(1)完全抑制花粉形成；

(2)对作物基因型依赖性小；

(3)使用量弹性大；

(4)受气候等环境条件影响较小；

(5)对动物无毒害，符合环保要求；

(6)药物来源充足，成本低廉。

利用化学杂交剂生产杂交种，是禾本科小麦杂种优势利用的主要途径之一。自70年代报道乙烯利诱导小麦雄性不育之后，国内外研制出RH0007、KMS-1、WL84811、BAU1、XN8611、Sc2053、EK、EM等小麦化学杂交剂，法国利用Sc2053审定了几个杂交小麦品种，天津农科院利用Sc2053配制出津化一号杂交小麦。但是这些药剂存在不同程度问题，未能大面积应用。孟山都公司研制的哒嗪酮类高效化学杂交剂Genesis，再次掀起了化学杂交小麦研究高潮。在此基础上，西北农林科技大学和中国农业大学分别研制出了SQ-1(刘宏伟等.化学杂交剂SQ-1诱导小麦雄性不育及与不同小麦品种互作效应的研究.西北农林科技大学学报，2003，31(4)：15-18)和BAU9403(张爱民等.新型化学杂交型BAU9403的应用技术研究.麦类作物学报，2001，21(2)：20～24)。但因为药物成本以及杂种小麦种子生产自身存在一些问题，这些化学杂交剂在生产中利用面积很难进一步扩大。继续合成和筛选新型化学杂交剂仍然是推进杂交小麦发展的关键因素之一。在水稻当中，国内曾经试验过甲基胂酸盐“杀雄剂1号”，因为环境污染和杀雄效果等问题而未能继续使用。在芸苔属中使用效果较好的化学杂交剂很少，赤霉素的成本太高，而我国以前应用的杀雄剂1号、2号(甲基砷酸盐)含砷元素，在土壤、植物中有残留，可能造成环境污染，在蔬菜上更不宜使用。如油菜杂交制种中应用，一般需要间隔喷施多次，才可以保证整个花期不育，药害比较重，制种产量低。所以开发新型化学杂交剂具有重要价值。

研究发现某些针对植物支链氨基酸亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸的合成途径的关键酶——乙酰乳酸合成酶/乙酰羟酸合成酶(ALS/AHAS)的除草剂具有化学杀雄活性，中国专利申请200610042886.1、03105389.0和92111715.9先后公开了一些磺酰脲类除草剂作为敏感植物的化学杂交剂，表明通过抑制植物支链氨基酸合成途径获得雄性不育的方法具有普遍性。

某些咪唑啉酮类化合物也是乙酰乳酸合成酶的抑制剂，具有抑制敏感植物生长的特性，已经从中成功开发出一些除草剂。如已知的化合物咪唑啉酮类化合物(RS)-5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-2-咪唑啉-2-基)烟酸，其性状为无色晶体，无臭，被用于除草剂，芽前或芽后施用。对大豆田和其他豆科植物田的禾本科杂草和某些阔叶杂草有优异的防效，如苋菜、蓼、藜、龙葵、苍耳、稗草、狗尾草、马唐、黍等。主要用于我国的东北大豆产区。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种已知的咪唑啉酮类化合物的新用途。

经申请人研究发现，已知的化合物(RS)-5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-2-咪唑啉-2-基)烟酸及其铵盐能够用于作为植物化学杂交剂的应用。

上述化合物(RS)-5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-2-咪唑啉-2-基)烟酸及其铵盐用于敏感植物的植株叶面喷施，诱导雄性不育，再和父本杂交生产杂交种。

或者将化合物(RS)-5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-2-咪唑啉-2-基)烟酸及其铵盐用于敏感植物不稳定的雄性不育系，使雄性不育系的育性保持稳定，再和父本杂交，生产杂交种，以提高杂交种的纯度。

上述敏感植物包括禾本科植物的小麦、大麦和水稻；以及芸薹属植物的油菜、白菜和甘蓝。

将化合物(RS)-5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-2-咪唑啉-2-基)烟酸及其铵盐配制成水剂、干悬浮剂、水分散颗粒剂、乳油、可湿性粉剂或其它适宜的农用剂型，使用剂量为每公顷1克～每公顷15克，使用前稀释配成水溶液进行叶面喷施。

经申请人的实验证明，化合物(RS)-5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-2-咪唑啉-2-基)烟酸及其铵盐可以作为敏感植物的化学杂交剂，是一种高效、低毒、低价位的化学杂交剂。

具体实施方式

经过申请人反复试验研究，发现原作为大豆田高效除草剂广泛使用的化合物(RS)5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-3-咪唑啉-2-基)烟酸及其铵盐，用大豆田推荐剂量的1/10～1/100在敏感作物如小麦、大麦、玉米、油菜、白菜或甘蓝等上使用，具有良好的诱导雄性不育效果。

化合物(RS)5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-3-咪唑啉-2-基)烟酸，中文名称为咪唑乙烟酸，咪草烟；其化学结构式如下：

理化性质：无色结晶，无臭，分子式C15H19N3O；分子量289.3，熔点169℃-173℃，蒸气压＜0.013mpa(60℃)，在水、丙酮、二氯甲烷、甲苯、二甲基亚砜、三氯甲烷、甲醇中的溶解度分别为1.4克/升、48.2克/升、185克/升、5克/升、422克/升、185克/升、105克/升(25℃)；在酸性及中性条件下稳定，遇强碱分解。

毒性：大鼠急性经口LD50＞5000mg/kg，兔急性经皮LD50＞2000mg/kg。对皮肤稍有轻微刺激作用，对兔眼睛的刺激是可逆的，对动物毒性很低。

作用特征：该化合物(RS)5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-3-咪唑啉-2-基)烟酸及其铵盐属于咪唑啉酮类化合物。具有内吸传导性，通过植物的茎叶等吸收，经韧皮部和木质部传导至植物的分生组织。在植物体内的作用靶标为乙酰乳酸合成酶，通过抑制该酶活性，阻止支链氨基酸缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸的合成，抑制细胞分裂。如果对雄蕊发育的抑制明显大于对雌蕊的抑制作用，也就是说具有较强的部位选择性，就可能用作植物化学杂交剂。

本发明将化合物(RS)5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-3-咪唑啉-2-基)烟酸及其铵盐作为植物化学杂交剂，其使用方法是：

在化合物(RS)5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-3-咪唑啉-2-基)烟酸及其铵盐中可以加入常规的湿展剂、分散剂、增稠剂、崩解剂、填充剂等，配制成各种农用剂型，如水剂、干悬浮剂、水分散颗粒剂、乳油、可湿性粉剂等。使用前可以配成高浓度的母液，使用时稀释到适宜浓度，对茎叶花蕾部位喷雾处理，该化合物的活性成分使用剂量依照植物类型、植株大小、栽培密度不同为1克/公顷～15克/公顷。另外可以在喷施液中添加2‰～1％的赤霉素增效剂或者非离子表面活性剂。使用时期：在芸薹属作物最大花蕾发育单核期或更早时期，在禾本科植物花粉母细胞减数分裂期前。如过使用太迟，错过花粉发育最敏感时期，部分花蕾开花后将会呈可育状态。为防止有些品种花期过长(例如有些油菜花期超过25天)，有可能超过药效期，可以在初次喷药10～15天以后再喷施一次，以保证在整个花期内稳定不育。应用于花期较短的小麦等禾本科作物则在孕穗初期一次性使用即可。

本发明采用化合物(RS)5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-3-咪唑啉-2-基)烟酸及其铵盐制成的植物化学杂交剂与其他植物化学杂交剂相比，具有以下特点：

(1)高效，可以达到95％以上的不育率和不育度。诱导的芸薹属作物不育株花形略小，花瓣平展，花药干瘪；诱导的禾本科不育株穗子蓬松、颖壳稍微张开、颜色变浅，花药褐化，雌蕊基本正常，可以结实；

(2)使用量少(1g/ha～15g/ha)，远小于SQ-1、genesis等(3kg/ha～5kg/ha)，在叶面喷施情况下土壤残留少，对下茬作物安全，对动物毒性非常低，喷施操作安全；

(3)药物已经商品化，来源广泛，成本低廉，每亩药物成本不到1元。

以下是发明人给出的具体应用实施例，本发明不限于这些实施例。制备实施例1：

水悬浮剂可以由以下重量比(w/w)的成分配制(原料的百分比之和为100％，下同)：30％～50％的水、0.2％～0.4％的有机硅消泡剂SAG638、3％～6％的抗冻剂二乙二醇、1％～2％的湿润剂Morwet EFW、30～50％的化合物(RS)5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-3-咪唑啉-2-基)烟酸或铵盐、2％～4％的分散剂Morwet D425、0.1％～0.3％的黄原胶增稠剂Kelzan、0.05％～0.25％的防霉杀菌剂Proxel GXL。

水剂制备可按以下重量比(w/w)的成分配制：5％～10％的化合物(RS)5～乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-3-咪唑啉-2-基)烟酸铵盐、3％～20％的溶剂二甲亚砜、8％～15％的抗冻剂丙二醇、3％～5％的乳化剂乙氧化牛脂胺、3％～5％的消泡剂SILFOAM SE 47、50％～70％的水，搅拌均匀，用乙酸调pH值为6～6.8，继续加水到最终体积。

水分散颗粒剂制备可以由以下重量比(w/w)的成分配制：30％～70％的化合物(RS)5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-3-咪唑啉-2-基)烟酸铵盐、20％～40％的载体(高岭土)、3％～8％的润湿剂(烷基萘磺酸钠及十二烷基硫酸钠)、5％～10％的分散剂(木质素磺酸钠)，混合均匀，然后加水搅拌，再经过造粒、干燥、粉碎、过筛、包装等程序加工而成。

当然，还可以将化合物(RS)5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-3-咪唑啉-2-基)烟酸及其铵盐按照本领域公知的方法制备干悬浮剂、可湿性粉剂或其它适宜的各种农用剂型，制备方法可参考有关专业书籍(例如，黄建荣主编“现代农药剂型加工新技术与质量控制实务全书”北京科大电子出版社)进行加工配制，本实施例不一一列举。

应用实施例1：

选择小麦品种陕512，按株距10cm，行距25cm种植，在生育期达到幼穗不同长度时，用上述化合物(RS)5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-3-咪唑啉-2-基)烟酸或铵盐制备的5％水剂(试验代号IMA)，使用时稀释2千倍处理小麦，以喷水为空白对照，以西北农林科技大学研制的哒嗪酮类化学杂交剂SQ-1为化学杂交剂对照(表1)。随机抽取20个穗子套袋自交，计算不育率％＝(1-处理自交结实/对照自交结实)×100。另随机抽取20个穗子人工授粉，计算人工授粉结实率％＝处理籽粒数/对照籽粒数×100。

表1 化学杂交剂对小麦的影响

  处理  剂量  喷药期小麦穗长  不育率％  人工授粉结实率％  IMA  7g/ha  0.5  1.0  1.5  2.0  92.6  95.0  96.3  90.1  72.2  73.6  68.0  78.3  IMA  10g/ha  0.5  1.0  1.5  2.0  100.0  100.0  99.2  93.6  46.2  52.5  55.7  64.8  SQ-1  5.0kg/ha  1.0  2.0  95.4  97.7  66.3  62.0  CK  -  1.0  0.0  100.0

可见IMA从小麦幼穗长度0.5-2.0各个时期喷施均有效，活性窗口较宽，优于其他化学杂交剂如乙烯利、DPX3778、LY195259、RH0007、SC2053等(见刘宏伟，西北农林科技大学博士论文，2003年)。

正常小麦雄蕊为黄绿色，饱满，能释放大量花粉，而IMA诱导雄性不育雄蕊和雌蕊的尺寸有所减小，雄蕊干瘪，黄褐色。用碘-碘化钾溶液染色，在显微镜下观察，正常花粉颗粒染色深而外形完整，不育株花粉完全败育，花粉染色浅而外形不规则，或者破裂难以染色。大部分诱导雄性不育小花的雌蕊可以结实，所结种子不很饱满，但可以发芽，长成健壮植株。

应用实例2：

本实施例是小麦基因型效应评价试验，采用2重复随机排列，各小区面积为1m×2m，株距10cm，行距25cm。参试的母本品种(系)18个，各小区中间种2行小偃107作为授粉父本。在各参试基因型品种生育期达到幼穗平均长1.0cm，用小型手动喷雾器叶面喷施，试验结果见表2。

表2化学杂交剂IMA处理对不同小麦基因型的影响

从本试验结果可以看出，以雄性不育率、开放授粉结实率等指标评价，IMA在适宜的时期范围内，合适的剂量下其诱导不育率能达到95％-100％，异交结实率达到50％以上。

应用实施例3：

本实施例是考察IMA在大麦、水稻上的效果，按株距10cm，行距25cm种植，用IMA在孕穗期喷施处理，以喷水为空白对照。试验结果见表3。

表明IMA在大麦、水稻上也有杀雄效果。

表3 IMA对大麦的杀雄效果

应用实施例4：

本实施例考察IMA在甘蓝型油菜上的应用，选择甘蓝型油菜品种秦油3号、中双2号两个品种，均以每亩8000株密度种植，在最大花蕾单核期，以1.5g/ha剂量的IMA喷施，12天后补喷一次，花期观察育性，两个品种的不育率均达到100％。花粉畸形破裂，用醋酸洋红溶液不能染色。

应用实施例5：

本实施例考察IMA在油菜Polima细胞质不育系上的应用，选择油菜Polima细胞质不育系中9A，按每亩8000株密度种植，于现蕾期(最大花蕾约3mm)叶面喷施IMA，剂量为1.2g/ha。花期取成熟花药，用醋酸洋红溶液染色，在显微镜下观察花粉活力。未处理不育系中9A前期会产生少量花粉，约有14～58％染色较深，具有活力。而IMA处理使得中9A不能产生花粉，或只产生少数染色较浅的无活力花粉，保持完全不育，而其它性状与对照相同，无明显药害。因此，IMA能提高不稳定不育系所制杂交种的纯度，减少制种风险。