CN111072483A - 一种从玉米秸秆中提取对羟基肉桂酸甲酯的方法及对羟基肉桂酸甲酯作为除草剂的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从玉米秸秆中提取对羟基肉桂酸甲酯的方法以及对羟基肉桂酸甲酯作为除草剂的应用，方法包括以下步骤：A.提取：称取玉米秸秆粉末，采用60％乙醇浸提7天后收集提取液，先后提取2‑4次后合并提取液，旋转蒸发得到第一浸膏；B.萃取：将第一浸膏经去离子水分散后，用5倍体积的石油醚萃取6次，对残余物用5倍体积的乙酸乙酯萃取6次，合并乙酸乙酯萃取液，进行真空抽滤、旋转蒸发后，得第二浸膏；C.色谱柱分离：对第二浸膏进行先后三级色谱柱分离，收集高活性的E13‑2‑1馏分，通过HPLC制备色谱对其进行纯化，得到对羟基肉桂酸甲酯。本发明首次从玉米秸秆中分离出对羟基肉桂酸甲酯，具有优异的除草活性，可用于杂草的防除，具有环境友好的优点。

Description

一种从玉米秸秆中提取对羟基肉桂酸甲酯的方法及对羟基肉 桂酸甲酯作为除草剂的应用

技术领域

本发明涉及除草活性物质的提取技术领域，尤其涉及一种从玉米秸秆中提取对羟基肉桂酸甲酯的方法及对羟基肉桂酸甲酯作为除草剂的应用。

背景技术

杂草的生长范围很广，其生长会对农作物的正常生长产生很严重的危害，因此必须加大对田间杂草的防除。由于长期适应当地的生态环境及农耕文化，逐渐形成了不同作物各具特色的杂草群落，即使是相同作物因所处的地理位置及环境条件的差异使得杂草群落的组成有着很大的不同。但杂草对作物的危害基本相同，可导致农产品的产量和品质严重下降，甚至造成颗粒无收，并大大增加劳动成本。因此，如何更为有效地防除农田杂草已成为现代化农业生产发展的一个重要的课题。

杂草防除是指对农田、林地生态***的杂草进行人工控制的行为。其手段多样，包括农业防治、植物检疫、生物防治、化学防治等方法。其中，化学防治方法因其快速、高效、杂草防除效果显著，是农田杂草防除中最佳的方法，在农业经济发展中发挥着很大的作用，促进了农业经济的高效、快速、健康发展，深受农民朋友的信赖。但化学除草剂的不合理使用也带来了农药残留、环境污染、有害生物抗药性等一系列重大问题。另外，由于栽培耕作制度变化、过度依赖除草剂、除草剂混用不当以及大量种植转基因作物等因素，导致杂草群落发生改变，严重地阻碍了化学除草剂的发展。

因此，如何开发高效、低毒、低残留且环境友好的新型除草剂迫在眉睫。其中，植物作为地球上庞大的自然资源，基于植物化感作用，植物体内含有丰富的次生代谢物质，具有开发为除草剂的潜力。而目前对羟基肉桂酸甲酯是一种重要的有机合成、医药以及抗肾上腺素药艾司洛尔的中间体，现仅供工业使用，而日本电子和光纤方面的专家将顺式对羟基肉桂酸甲酯应用延伸到了电子和光纤通信领域，成为一种优良的触摸屏和高端光纤材料。此前并未发现其除草活性。

发明内容

针对现有化学除草剂存在农药残留、环境污染、有害生物抗药性等问题，本发明首次从玉米秸秆中发现具有优异的除草活性的对羟基肉桂酸甲酯，并提供其提取方法。

本发明提供了以下技术方案：

一种从玉米秸秆中提取对羟基肉桂酸甲酯的方法，其包括以下步骤：

A.提取:称取玉米秸秆粉末，置于密封罐中，加入60％乙醇直至浸过粉末，置于25℃的恒温箱内浸提7天后收集提取液，期间每7-9小时搅拌一次，按照此方法先后提取2-4次，并合并所有提取液，对提取液进行真空抽滤后，进行旋转蒸发，得到第一浸膏；

B.萃取：用去离子水对第一浸膏进行分散，并将分散液用5倍体积的石油醚萃取6次，去除石油醚萃取液，对残余物用5倍体积的乙酸乙酯萃取6次，合并乙酸乙酯萃取液，进行真空抽滤后，再通过旋转蒸发蒸干溶剂，得第二浸膏；

C.色谱柱分离：

对浸膏进行初级柱色谱分离：将第二浸膏用丙酮溶解后，加入硅胶，搅拌均匀，待丙酮挥发后添加至硅胶色谱柱；先后依次以体积比为1:0、50:1、25:1、15:1、10:1、5:1、1:1和0:1的石油醚/丙酮混合溶液及体积比为50:1、25:1、10:1、5:1、1:1和0:1的丙酮/甲醇混合溶液为流动相进行梯度洗脱，以薄层色谱追踪收集各洗脱组分，将Rf值相同的组分进行合并后，再分别进行旋转蒸发去除溶剂，按照洗脱顺序得到E1～E16共16个馏分，收集高活性的馏分E3和E13。

对馏分E13进行二级柱色谱分离：先后依次以体积比为10:1、5:1、3:1、2:1和0:1的石油醚/丙酮混合溶液和10:1、5:1、3:1、1:1和0:1的丙酮/甲醇混合溶液为洗脱剂进行梯度洗脱，合并Rf值相同的组分后，再分别进行旋转蒸发去除溶剂，从E13馏分中按照洗脱顺序分离得到E13-1、E13-2、E13-3、E13-4和E13-5共5个馏分，收集高活性的E13-2馏分。

对馏分E13-2进行三级柱色谱分离：先后依次以体积比为3:1、2:1和0:1的石油醚/丙酮溶液以及体积比为3:1、1:1和0:1的丙酮/甲醇溶液混合液作为洗脱剂，通过三级柱色谱分离，从E13-2馏分中分离得到E13-2-1、E13-2-2和E13-2-3三个馏分，收集高活性的E13-2-1馏分。

优选地，步骤C中采用200-300目的硅胶，三次柱色谱分离采用的色谱柱规格为12cm×80cm。

纯化：通过HPLC制备色谱对E13-2-1馏分进行进一步分离纯化，得到2种化合物:qn-3-1，即顺式对羟基肉桂酸甲酯；qn-4，即反式对羟基肉桂酸甲酯。

优选地，在此基础上，步骤C中还包括以下步骤：

对馏分E3进行二级柱色谱分离：先后依次以体积比为25:1、20:1、15:1、10:1、5:1、3:1、1:1和0:1的石油醚/丙酮混合溶液作为流动相进行梯度洗脱，对馏分E3进行二级柱色谱分离，将分离的Rf值相同的组分进行合并后，通过旋转蒸发去除溶剂，按照洗脱顺序分别得到4个馏分E3-1、E3-2、E3-3和E3-4，收集馏分E3-2；

对馏分E3-2进行三级柱色谱分离：先后依次以体积比为10:1、5:1、3:1、1:1和0:1v/v的石油醚/丙酮溶液作为流动相进行梯度洗脱，通过三级柱色谱分离，将分离的Rf值相同的组分进行合并后，通过旋转蒸发去除溶剂，按照洗脱顺序从E3-2馏分中分离得到E3-2-1、E3-2-2、E3-2-3和E3-2-4四个馏分；

其中，各馏分的收集是通过对洗脱液取样进行薄层色谱检测，得到各组分的Rf值后，合并Rf值相同的组分，并分别对其进行旋转蒸发后得到的。

通过HPLC制备色谱对高活性馏分E3-2-3进一步纯化，从E3-2-3馏分中分离纯化出馏分qn-3-1、qn-4，分别为顺式对羟基肉桂酸甲酯和反式对羟基肉桂酸甲酯。

优选地，HPLC制备色谱过程中，使用YMC-ODS半制备柱(规格为250mm×10mm)对两个高活性的馏分E3-2-3和E13-2-1进行分离纯化，根据检测仪出现的化合物峰值，收集并合并各馏分。其中，qn-3-1(tR＝17.7min)和qn-4(tR＝19.5min)在E3-2-3馏分的制备分离中分别于第二个和第三个被分离出来，而在E13-2-1馏分中只有这两个化合物，先后于31.0min和36.5min被分离出来，化合物的纯度很高。但由于所选用的流动相不同(前者为47％甲醇-水(v/v)，后者为35％甲醇水(v/v))，在相同的流速(4mL/min)下，两个化合物被分离出来的时间也不相同。

最后，分别合并步骤C得到的顺式对羟基肉桂酸甲酯和反式对羟基肉桂酸甲酯。

本发明还保护对羟基肉桂酸甲酯作为除草剂的应用。具体地，順式或反式对羟基肉桂酸甲酯可作为活性成分直接加工成制剂后用于杂草的防除，或者以其为先导化合物进一步通过结构改造或修饰以形成除草活性更高的化合物后，再对其进行除草剂的应用。

鉴于順式或反式对羟基肉桂酸甲酯对小麦、玉米等作物也具有较强的抑制活性，选择性弱，实际应用中可将其首先用于非耕地(如休闲用地、田边、路边等)及对其不敏感的作物田。应用上述环境时，对具体施用方法没有具体要求，可采用常规的茎叶喷洒法。

而当其应用于小麦田和玉米田时，可通过播后苗前土壤处理法来进行施用，这样不仅避免对作物的药害，也能达到除草效果。其中，土壤处理法为：在作物播种前或播种后出苗前，将除草剂施于土壤，消除杂草幼苗。

本发明还保护一种除草剂，其包括作为活性成分的对羟基肉桂酸甲酯，对羟基肉桂酸甲酯的使用浓度为0.025-0.4g·L-1；所述对羟基肉桂酸甲酯为顺式对羟基肉桂酸甲酯和反式对羟基肉桂酸甲酯中的至少一种。

本发明具有以下有益效果：

1、首次从玉米秸秆中分离出对羟基肉桂酸甲酯，并发现其具有优异的除草活性，对双子叶植物的抑制作用也相对高于单子叶植物，可用于杂草的防除。由于上述两种成分为植物中的天然产物，具有在环境中易降解、对环境友好的特点，非常符合农药发展的方向。

2、所述对羟基肉桂酸甲酯的提取方法，分离产物的纯度高。本发明提供的提取方法，能从玉米秸秆中有效分离对羟基肉桂酸甲酯，化废为宝，充分开发玉米秸秆的利用价值。

附图说明

图1为实施例1中玉米秸秆不同溶剂的初步提取物对生菜幼苗的胚根和胚轴的抑制效果；左侧为对生菜幼苗胚根的抑制效果，右侧为对生菜幼苗胚根的抑制效果；

图2为实施例1中玉米秸秆不同溶剂的初步提取物对小麦幼苗的胚根和胚轴的抑制效果；左侧为对小麦幼苗胚根的抑制效果，右侧为对小麦幼苗胚根的抑制效果；

图3为玉米秸秆中60％乙醇溶液提取物的不同萃取物对小麦幼苗胚根和胚轴的抑制效果；左侧为对小麦幼苗胚根的抑制效果，右侧为对小麦幼苗胚根的抑制效果；

图4为玉米秸秆中60％乙醇溶液提取物的不同萃取相对生菜幼苗胚根和胚轴的抑制效果；左侧为对胚根的抑制效果，右侧为对胚根的抑制效果；

图5为乙酸乙酯相分离出的各馏分的收率；

图6为对羟基肉桂酸甲酯和二甲戊乐灵对反枝苋和稗草幼苗的抑制；其中左侧测试对象为反枝苋，右侧测试对象为稗草，其中，II为顺式对羟基肉桂酸甲酯，III为反式对羟基肉桂酸甲酯，VI为二甲戊灵。

注：图中垂直线表示标准误差；小写英文字母用于表示各溶剂提取物间对胚根或胚轴生长抑制作用的差异显著性分析，字母不同表示在5％水平上差异显著。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实验材料和活性追踪方法

1、供试植物材料

本研究以采自青岛即墨高盛农场的玉米秸秆(品种：寿佳益)为研究材料。该地气候适宜，四季分明，年均温度为12℃。用去离子水将玉米秸秆洗净，然后置于室外自然风干，最后用分级超细连续式粉碎机粉碎，存放于6℃低温冷藏种子柜中以备用。

2、受体植物种子

本研究以生菜(Lactuca sativa)、小麦(Triticum aestivum)、稗(Echinochloacrusgalli(L.)Beauv.)和反枝苋(Amaranthus retroflexus L.)为受体植物。其中，小麦品种为烟农24号，由烟台农科院提供；生菜品种为益农尼加拉黑核西生菜，采购于青岛城阳批发市场种子站；反枝苋和稗草都采自青岛农业大学附近未使用过除草剂的荒地。将所有的供试植物种子均存放于6℃的种子柜中保存、备用。

3、提取物的活性追踪

本研究采用琼脂法对各提取物、萃取物及单体化合物的除草(化感)活性进行测定。

1)供试植物种子的处理

用2％次氯酸钠溶液浸泡供试植物的种子10-15min后，用蒸馏水洗涤5-6次，然后放置在器皿中流水下冲泡6-8h让其吸水。在清洗干净并用75％酒精消毒的方盘中铺两层厨房用纸，用蒸馏水润湿，将吸水后的供试植物种子用蒸馏水冲洗数次后均匀摆放在厨房用纸上，上盖后置于25℃的恒温气候培养箱内催芽，待植物幼苗的胚根(种子根)长到3-5mm时备用。

2)含提取物琼脂的配制

将各阶段的提取物及单体化合物用DMSO溶解后配制成高浓度的母液。然后吸取一定量的母液于0.5％的琼脂溶液中，配制成含提取物的琼脂基质。以只含有DMSO的琼脂基质为空白对照处理。各处理中DMSO的含量保持一致。

3)受试植物幼苗的移栽

选择根长基本一致的受体植物发芽种子，先在已凝固的琼脂培养基表面用尖嘴镊子插5个小孔，然后将种子的胚根轻轻的***，每烧杯5粒，重复3次，放置在纸箱内遮光后，在植物生长箱内培养3-4天。生长箱的设置条件是光照14h(25℃)和黑暗10h(20℃)的不断循环，箱内相对湿度为60％。

4)结果测量及数据分析

将各处理的幼苗从烧杯中取出，用游标卡尺测量其种子根(胚根)和胚芽鞘(胚轴)的长度，计算生长量。用Excel软件对数据进行分析，计算对种子根(胚根)和胚芽鞘(胚轴)的抑制率及标准误差，用SPSS软件分析各处理的有效中浓度(EC50)。

生长量＝处理后的胚根(或胚轴)长－处理前的胚根(或胚轴)长

抑制率(％)＝(对照生长量－处理生长量)/对照生长量×100

实施例一除草活性物质的提取分离

1、提取溶剂的筛选

以提取物活性为指标，先以60％甲醇、60％乙醇和水为提取溶剂，筛选提取玉米秸秆中除草活性物质的溶剂。称取20g玉米秸秆粉末3份于三个锥形瓶中，分别用三种溶剂各350mL进行提取，用锡箔纸封闭锥形瓶口后，置于25℃的恒温震荡箱内浸提3天，过滤、收集提取液。按同样方法提取3次后，合并3次的滤液，真空抽滤。将60％甲醇、60％乙醇的提取液在40℃下用旋转蒸发仪旋转蒸干，得浸膏，而水提取液用冷冻干燥机清除水分，随后用于活性测定。所用的受体植物为小麦和生菜，分别代表禾本科和阔叶植物。

如图1所示，其中，三种溶剂提取的各提取物对生菜幼苗胚根的生长均表现出显著的抑制作用，在0.5g·L^-1的最低处理浓度下，抑制率分别达83.9％、70.4％和70.3％，且均随处理浓度的增加而显著提高，在4g·L^-1的最高处理浓度下，抑制率都达90％以上。但对生菜幼苗胚轴生长的抑制作用相对较低，且不同提取物间差异较大。其中，以60％甲醇和60％乙醇提取物的活性相对较高，在0.5g·L^-1～1g·L^-1处理浓度下的抑制率分别达83.9％～89.5％和70.4％～85.6％，在4g·L^-1时提高至93.7％和94.7％。而水提取物在0.5g·L^-1～1g·L^-1处理浓度下的抑制率均低于10％，只在高浓度处理下才有40％左右的抑制活性。

如图2所示，三种不同溶剂的提取物对小麦幼苗的生长也表现出较强的抑制作用，且对种子根的抑制活性高于对胚芽鞘的抑制。在0.5g·L^-1～4.0g·L^-1的处理浓度下，60％甲醇、60％乙醇和水提取物对小麦幼苗种子根(胚芽鞘)的抑制率分别为79.9％～92.0％(33.2～92.0％)、71.7％～90.7％(2.3～65.7％)和58.1～86.7％(23.9～51.2％)。

上述结果表明，相同浓度下甲醇和乙醇提取物对生菜和小麦幼苗生长的抑制活性基本相当，但高于水提取物的活性。考虑到甲醇的高毒性以及用水提取物时难以将脂溶性活性物质提取出来，因此，选择60％乙醇为提取溶剂。

2. 60％乙醇提取物的不同萃取相对小麦和生菜幼苗生长的影响

(1)实验方法：

称取10kg玉米秸秆粉末，分置于密封罐中，加入60％乙醇直至浸过粉末，置于25℃的恒温箱内浸提7天，期间每8小时左右搅拌一次，共提取3次，合并3次提取液，真空抽滤(2号滤纸，Whatman)后于40℃下用旋转蒸发仪蒸干，得到提取物浸膏。

取500mL的分液漏斗，固定后倒入用去离子水分散后的玉米秸秆60％乙醇溶液提取物的浸膏(40g)，而后加入一定量的石油醚进行萃取，一定时间后将石油醚相移出，再加入新的石油醚进行二次萃取，如此循环直到用TLC色谱板检测在紫外灯下显示没有化合物时为止，合并全部石油醚萃取液。而后再依次用乙酸乙酯和正丁醇按同样方法对残余物进行萃取。将合并后的不同溶剂萃取液真空抽滤(Whatman，No2.)后，再用旋转蒸发仪(40℃)旋转蒸干溶剂，得浸膏并称重。其中水相萃取液在冷冻干燥机内干燥后称重。测定各萃取物的除草(化感)活性。

(2)实验结果

如图3所示，对小麦幼苗而言，在0.25g·L^-1～2g·L^-1的处理浓度下，除正丁醇相萃取物在0.25g·L^-1～0.5g·L^-1的低浓度下对其胚芽鞘的生长表现为一定的刺激生长活性外，四种溶剂萃取物对其种子根或胚芽鞘的生长均表现出不同程度的抑制活性。其中，以乙酸乙酯相萃取物的抑制效果最高，在该供试浓度范围内，对种子根和胚芽鞘的生长抑制率分别达52.1％～94.6％和22.2％～84.4％；石油醚相萃取物次之，对二者的抑制率分别为28.9％～73.6％和11.1％～48.7％。而正丁醇相和水相萃取物的抑制活性相对较低。

如图4所示，对生菜幼苗而言，乙酸乙酯相和石油醚相萃取物对其胚根和胚轴的生长均具有显著的抑制生长的作用，但对胚根的抑制活性高于对胚轴的抑制。它们在0.25g·L^-1～2g·L^-1的浓度下，对胚根(胚轴)生长的抑制率分别达81.8％～100％(35.2％～93.7％)和38.6％～97.2％(23.1％～79.0％)。而正丁醇相和水相萃取物的活性相对较低，在供试浓度范围内，对胚根的生长表现出一定的抑制活性，但对胚轴的生长仅在高浓度处理时有一定的抑制活性，而在低浓度处理下均表现为轻微的刺激生长活性。

上述结果表明，乙酸乙酯相萃取物的生物活性最高，石油醚相萃取物次之，而正丁醇相和水相的活性相对较差，因此，重点对乙酸乙酯相萃取物和石油醚相萃取物中的的活性物质进行了进一步分离。

3、乙酸乙酯相提取物中对羟基肉桂酸甲酯的分离

3.1乙酸乙酯相一级柱色谱分离结果及其活性测定

(1)实验方法：将12cm×80cm的色谱柱固定于铁架台上。称取200-300目的硅胶3000g于大烧杯中，添加石油醚至浸没硅胶，且边加边搅拌，以排除气泡。将处理后的硅胶湿法装柱，装柱后用石油醚跑空柱一天。称取40g的乙酸乙酯相浸膏于500ml烧杯中，用适量丙酮溶解，加入65g硅胶(200-300目)不断搅拌混匀，待溶剂挥发后上柱。以石油醚/丙酮混合溶液(1:0、50:1、25:1、15:1、10:1、5:1、1:1和0:1v/v)及丙酮/甲醇混合溶液(50:1、25:1、10:1、5:1、1:1和0:1v/v)为流动相进行梯度洗脱。以TLC追踪收集各组分，合并Rf值相同组分，分别旋转蒸发后，得到E1～En共n个馏分，称量并计算各组分得率。

以小麦和生菜为供试植物按照前述的方法进行活性测定。选择活性最佳且得率较高的馏分进行进一步的柱色谱分离，分离时所用的流动相组成见结果与分析部分。

(2)实验结果：

乙酸乙酯相一级柱色谱分离结果及其活性经薄层层析法(TLC法)确认不同比例的石油醚/丙酮和丙酮/甲醇为乙酸乙酯相物质分离的梯度洗脱剂。取40g乙酸乙酯萃取相进行一级柱色谱分离纯化，得到E1～E16共16个组分，各组分得率如图5所示。可见，以E13馏分的得率最高，达17.8％，E3馏分次之，为12.8％，其他馏分的得率则相对较低。

进而以小麦和生菜为受体植物，测定了0.5g·L^-1处理浓度下各馏分的除草(化感)活性，其结果见表1。可见，各馏分对生菜和小麦幼苗的生长除E1馏分对生菜幼苗胚根和胚轴的生长表现为轻微的刺激作用外，其余均表现为不同程度的抑制活性。其中以E3馏分的活性最高，对生菜胚根(胚轴)和小麦种子根(胚芽鞘)的抑制率分别高达100％(80.7％)和80.5％(69.2％)。E13馏分的次之，分别为90.3％(46.2％)和87.7％(75.7％)，而E1馏分的最低，仅为-9.7％(-7.3％)和8.4％(3.1％)。其它馏分的活性则介于它们之间。综合考虑各组分的得率及生物活性，选择E3和E13两个馏分进行进一步的分离纯化。

表1 0.5g·L^-1浓度下乙酸乙酯相各馏分对生菜和小麦幼苗生长的影响

注：表中数据为3次重复平均值±标准误差。同列不同小写字母表示各馏分间在0.05水平上差异显著。

3.2 E3和E13馏分二级柱色谱分离结果及其活性测定

以不同比例的石油醚/丙酮混合溶液(25:1、20:1、15:1、10：1、5:1、3:1、1:1和0:1v/v)为洗脱剂，通过二级柱色谱分离，从E3馏分中得到E3-1、E3-2、E3-3和E3-4共4个馏分，它们的得率分别为17.1％、31.5％、25.6％和25.8％。4个馏分在0.3g·L^-1浓度下对小麦和生菜幼苗生长的影响见表2。可见，E3-2馏分对两种受体植物幼苗生长的抑制活性最高，对小麦种子根(胚根)和生菜胚根(胚轴)的抑制率分别达95.0％(74.5％)和100％(100％)，E3-3馏分次之，分别为77.5％(45.8％)和77.1％(57.7％)，第三为E3-4馏分，分别为36.8％(14.9％)和51.9％(31.1％)，而E3-1馏分最低，分别只有19.8％(8.2％)和23.4％(11.3％)。综合考虑各组分的得率及生物活性，选择E3-2馏分进行进一步的分离。

表2 0.3g·L^-1浓度下的E3各馏分对生菜和小麦幼苗生长的影响

注：表中数据为3次重复平均值±标准误差。同列不同小写字母表示各馏分间在0.05水平上差异显著。

以不同比例的石油醚/丙酮(10:1、5:1、3:1、2:1和0:1v/v)和丙酮/甲醇(10:1、5:1、3:1、1:1和0:1v/v)为洗脱剂，通过二级柱色谱分离，从E13馏分中分离得到E13-1、E13-2、E13-3、E13-4和E13-5共5个馏分，各馏分的得率分别为25.7％、16.5％、14.0％、13.2％和30.6％。它们在0.3g·L^-1浓度下对生菜和小麦幼苗生长的影响见表3。可见，E13-1和E13-2两个馏分均显著抑制了两种受体植物幼苗的生长，对它们胚根(胚轴)和种子根(胚芽鞘)的抑制率分别达98.8％～100％(81.6％～84.8)和87.0％～95.6％(78.7％～87.2％)。E13-3和E13-4两个馏分尽管也对它们的胚根(种子根)的生长表现出68.2％～85.1％(62.0％～76.7％)的抑制活性，但对它们的胚轴(胚芽鞘)的抑制效果则相对较低，只有16.2％～28.5％(31.7％～49.6％)。而E13-5馏分的活性则较差，只对小麦种子根表现出52.2％的较高抑制活性。综合考虑各组分的得率及生物活性，选择E13-1和E13-2两个馏分进行进一步的分离。其中，E13-1馏分直接用于制备色谱分离。

表3 0.3g·L^-1浓度下E13各馏分对生菜和小麦幼苗生长的影响

注：表中数据为3次重复平均值±标准误差。同列不同小写字母表示各馏分间在0.05水平上差异显著。

3.3E3-2和E13-2馏分三级柱色谱分离结果及活性

以不同比例的石油醚/丙酮溶液(10:1、5:1、3:1、1:1和0:1v/v)为洗脱剂，通过三级柱色谱分离，从E3-2馏分中分离得到E3-2-1、E3-2-2、E3-2-3和E3-2-4四个馏分，它们的得率分别为21.5％、23.6％、17.8％和37.1％。四个馏分对生菜和小麦幼苗生长的影响见表4。可见，在0.05g·L^-1浓度下，只有E3-2-3馏分显示出较高的抑制活性，对二者胚根(胚轴)和种子根(胚芽鞘)生长的抑制率分别达75.3％(46.6％)和73.8％(32.8％)，而其它三个馏分除E3-2-1馏分对生菜胚根显示出70.8％的抑制活性外，其余的活性均较低。因此，选择E3-2-3馏分进行进一步制备色谱分离。

表4 0.05g·L^-1浓度下E3-2各馏分对生菜和小麦幼苗生长的影响

注：表中数据为3次重复平均值±标准误差。同列不同小写字母表示各馏分间在0.05水平上差异显著。

以不同比例的石油醚/丙酮溶液(3:1、2:1和0:1v/v)和丙酮/甲醇溶液(3:1、1:1和0:1v/v)为洗脱剂，通过三级柱色谱分离，从E13-2馏分中分离得到E13-2-1、E13-2-2和E13-2-3三个馏分，它们的得率分别为31.9％、42.7％和25.4％。四个馏分对生菜和小麦幼苗生长的影响见表5。可见，在0.05g·L^-1浓度下，只有E13-2-1馏分表现出较高的抑制活性，对二者胚根(胚轴)和种子根(胚芽鞘)生长的抑制率分别达71.8％(32.8％)和83.5％(72.7％)，而其它三个馏分除E13-2-3馏分对生菜胚根显示出69.3％的较高抑制活性外，其余的活性均较低。因此，选择E13-2-1进行进一步的制备色谱分离。

表5 0.05g·L-1浓度下E13-2各馏分对生菜和小麦幼苗生长的影响

注：表中数据为3次重复平均值±标准误差。同列不同小写字母表示各馏分间在0.05水平上差异显著。

3.4E3-2-3、E13-2-1馏分中活性物质的进一步分离及结构鉴定

利用制备色谱对E3-2-3和E13-2-1两个馏分进一步分离，从E3-2-3馏分(421mg)中分离纯化出5个化合物，即qn-1(13.1mg)、qn-3-1(2.0mg)、qn-4(50.0mg),qn-5-1(1.4mg)，qn-6(113.8mg)；从E13-2-1馏分(57.9mg)中分离纯化出2个化合物:qn-3-1(2.0mg)，qn-4(5.8mgin)。由上可知，qn-3-1和qn-4分别都存在于E3-2-3馏分和E13-2-1馏分中；最后分别合并两种馏分中qn-3-1和qn-4。

制备色谱分离方法具体为：采用HPLC制备色谱进行分离纯化，使用YMC-ODS半制备柱(250mm*10mm)。其中，从E3-2-3馏分中分离5种化合物，其流动相采用47％的甲醇水溶液(v/v)，流速4mL/min，洗脱得到五种化合物的顺序依次为qn-1(tR＝7.2min)、qn-3-1(tR＝17.7min)、qn-4(tR＝19.5min)、qn-5-1(tR＝30.7min)和qn-6(tR＝36.3min)，目标化合物qn-3-1和qn-4分别于第二、第三个被分离出来。

从E13-2-1馏分中分离qn-3-1和qn-4时，采用的流动相为35％的甲醇水溶液(v/v)，流速4mL/min，洗脱得到两种化合物的时间依次为qn-3-1(tR＝31.0min)和qn-4(tR＝36.5min)。

利用质谱、1H-NMR、13C-NMR、DEPT谱、一维和二维核磁共振谱等光谱对这些化合物进行结构鉴定，进一步分析鉴定了上述化合物的结构，分别为对羟基苯甲醛(qn-1)、顺式对羟基肉桂酸甲酯(qn-3-1，又称对羟基别肉桂酸甲酯)、反式对羟基肉桂酸甲酯(qn-4，又称对羟基肉桂酸甲酯)、顺式对羟基肉桂酸乙酯(qn-5-1，又称对羟基别肉桂酸乙酯)、对羟基肉桂酸甲酯(qn-6，又称对羟基肉桂酸乙酯)。它们的C、H信号归属如下：

对羟基苯甲醛(qn-1)：1H-NMR(500MHz,CD3OD)δ:9.71(1H,s,-CHO),7.73(2H,d,J＝8.6Hz,H-3,5),6.87(2H,d,J＝8.6Hz,H-2,6)；13C-NMR(125MHz，CD3OD)δ:192.8(C＝O),165.5(C-4),133.4(C-1),130.1(C-2,6),117.0(C-1)。

顺式对羟基肉桂酸甲酯(qn-3-1)：1H-NMR(500MHz,CD3OD)δ:7.62(2H,d,J＝8.7Hz,H-2,6),6.85(1H,d,J＝12.8Hz,H-7),6.75(2H,d,J＝8.7Hz,H-3,5),5.77(1H,d,J＝12.8Hz,H-8),3.70(3H,s,-CH3)；13C-NMR(125MHz，CD3OD)δ:168.8(C＝O),160.0(C-4),145.0(C-7),133.6(C-2,6),127.5(C-1),116.3(C-8),115.8(C-3,5),51.7(-CH3)。

反式对羟基肉桂酸甲酯(qn-4)：1H-NMR(500MHz,CD3OD)δ:7.50(1H,d,J＝16.0Hz,H-7),7.33(2H,d,J＝8.6Hz,H-2,6),6.71(2H,d,J＝8.6Hz,H-3,5),6.20(1H,d,J＝16.0Hz,H-8),3.65(3H,s,OCH3)；13C-NMR(125MHz，CD3OD)δ:169.7(C＝O),161.3(C-4),146.5(C-7),131.1(C-2,6),127.0(C-1),116.8(C-3,5),114.8(C-8),52.0(-CH3)。

顺式对羟基肉桂酸乙酯(qn-5-1)：1H-NMR(500MHz,CD3OD)δ:7.60(2H,d,J＝8.6Hz,H-2,6),6.84(1H,d,J＝12.8Hz,H-7),6.74(2H,d,J＝8.6Hz,H-3,5),5.75(1H,d,J＝12.8Hz,H-8),4.16(2H,q,J＝7.2Hz,H-10)1.25(3H,t,J＝7.2Hz,H-11)；13C-NMR(125MHz，CD3OD)δ:168.4(C＝O),160.0(C-4),144.7(C-7),133.5(C-2,6),127.7(C-1),116.9(C-8),115.8(C-3,5),61.2(C-10),14.5(C-11)。

反式对羟基肉桂酸乙酯(qn-6)：1H-NMR(500MHz,CD3OD)δ:7.35(1H,d,J＝16.0Hz,H-7),7.18(2H,d,J＝8.6Hz,H-2,6),6.59(2H,d,J＝8.6Hz,H-3,5),6.04(1H,d,J＝16.0Hz,H-8),3.95(2H,q,J＝7.2Hz,H-10)1.05(3H,t,J＝7.2Hz,H-11)；13C-NMR(125MHz，CD3OD)δ:169.2(C＝O),161.0(C-4),146.2(C-7),131.0(C-2,6),127.0(C-1),116.7(C-3,5),115.2(C-8),61.4(C-10),14.6(C-11)。

5种化合物的结构式如下，从左向右依次分别对羟基苯甲醛(qn-1)、顺式对羟基肉桂酸甲酯(qn-3-1)、反式对羟基肉桂酸甲酯(qn-4)、顺式对羟基肉桂酸乙酯(qn-5-1)、反式对羟基肉桂酸乙酯(qn-6)：

实施例二对羟基肉桂酸甲酯的除草活性检测

为了进一步确定提取的化合物的除草活性，分别测定了顺式对羟基肉桂酸甲酯、反式对羟基肉桂酸甲酯对生菜、小麦、反枝苋和稗幼苗生长的影响。

1、顺式对羟基肉桂酸甲酯的除草活性

其结果见表6，该药剂在不同浓度处理下均显著地抑制了生菜、反枝苋、小麦及稗幼苗的生长，且抑制率均随处理浓度的增加而提高。其中，在0.025g·L^-1～0.8g·L^-1浓度下对生菜、0.0125g·L^-1～0.2g·L^-1浓度下对反枝苋胚根(胚轴)生长的抑制率分别达58.5％～100％(33.0％～100％)和74.4％～100％(50.4％～100％)，在0.025～0.8g·L^-1浓度下对小麦和稗种子根(胚芽鞘)生长的抑制率分别达19.8％～100％(11.4％～78.3％)和86.7％～100％(45.4％～80.9％)，说明该提取物对反枝苋、稗两种杂草以及小麦和生菜两种作物均有较强的抑制活性，其选择性较差。

表6顺式对羟基肉桂酸甲酯对4种供试植物幼苗生长的影响

注：表中数据为3次重复平均值±标准误差。同列不同小写字母表示各馏分间在0.05水平上差异显著。

2、反式对羟基肉桂酸甲酯的除草活性

反式对羟基肉桂酸甲酯对小麦、生菜、反枝苋和稗草的影响见表7。由表可见，不同的浓度处理下反式对羟基肉桂酸甲酯均显著地抑制了4种供试植物幼苗的生长，与顺式对羟基肉桂酸的作用效果相似，其中表现为对受试植物的种子根/胚根的抑制活性明显高于胚芽鞘/胚轴，在0.025g·L^-1的处理浓度下，对生菜和反枝苋的胚根以及小麦和稗草的种子根的抑制率分别为60.5％、82％、17.25％和56.2％，而对生菜和反枝苋的胚轴以及小麦和稗草的胚芽鞘的抑制率分别为35.9％、55.3％、4.92％和24.9％。总体看，对双子叶植物的抑制作用要优于单子叶植物，如在0.2g·L^-1的供试浓度下，对生菜和反枝苋的胚根/胚轴的抑制率均达到100％，植物幼苗全部死亡，但对小麦和稗草的种子根/胚芽鞘的抑制率要相对低一些，分别达92.7％/75.8％和98.0％/73.6％。

表7反式对羟基肉桂酸甲酯对生菜、反枝苋、小麦和稗草幼苗生长的影响

注：表中数据为3次重复平均值±标准误差。同列不同小写字母表示各馏分间在0.05水平上差异显著。

3、与常用除草剂的对比试验

为了进一步验证对羟基肉桂酸甲酯的除草活性，选择常用除草剂二甲戊乐灵进行了对比试验，其结果见图6和表8。可见在0.05g·L^-1浓度下，两种对羟基肉桂酸甲酯对受体植物反枝苋和0.1g·L^-1浓度下对稗草幼苗的生长均具有显著的抑制作用。反式对羟基肉桂酸甲酯和顺式对羟基肉桂酸甲酯对反枝苋胚根生长的抑制活性(96.3％～97.0％)高于对照药剂二甲戊乐灵(92.0％)；两者对反枝苋胚轴的抑制活性(67-74.3％))也高于对照药剂二甲戊乐灵(65.8％)；对稗种子根的抑制与对照间无显著差异(98.9％～100％)；这些结果说明，上述两种分离化合物高于对照药剂二甲戊灵。

表8对羟基肉桂酸甲酯与二甲戊乐灵的除草活性比较

注：表中数据为3次重复平均值±标准误差。同列不同小写字母表示各馏分间在0.05水平上差异显著。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种从玉米秸秆中提取对羟基肉桂酸甲酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.提取：称取玉米秸秆粉末，置于密封罐中，加入60％乙醇直至浸过粉末，置于25℃的恒温箱内浸提7天后收集提取液，期间每7-9小时搅拌一次，按照此方法先后提取2-4次，并合并所有提取液，对提取液进行真空抽滤后，进行旋转蒸发，得到第一浸膏；

B.萃取：用去离子水对第一浸膏进行分散，并将分散液用5倍体积的石油醚萃取6次，去除石油醚萃取液，对残余物用5倍体积的乙酸乙酯萃取6次，合并乙酸乙酯萃取液，进行真空抽滤后，再通过旋转蒸发蒸干溶剂，得第二浸膏；

C.色谱柱分离：

对第二浸膏进行初级柱色谱分离：将第二浸膏用丙酮溶解后，加入硅胶，搅拌均匀，待丙酮挥发后添加至硅胶色谱柱；先后依次以体积比为1:0、50:1、25:1、15:1、10:1、5:1、1:1和0:1的石油醚/丙酮混合溶液及体积比为50:1、25:1、10:1、5:1、1:1和0:1的丙酮/甲醇混合溶液作为流动相进行梯度洗脱，以薄层色谱追踪收集各洗脱组分，将Rf值相同的组分进行合并后，再分别进行旋转蒸发去除溶剂，按照洗脱顺序得到E1～E16共16个馏分，收集高活性的馏分E3和E13；

对馏分E13进行二级柱色谱分离：先后依次以体积比为10:1、5:1、3:1、2:1和0:1的石油醚/丙酮混合溶液和10:1、5:1、3:1、1:1和0:1的丙酮/甲醇混合溶液作为洗脱剂进行梯度洗脱，合并Rf值相同的组分后，再分别进行旋转蒸发去除溶剂，从E13馏分中按照洗脱顺序分离得到E13-1、E13-2、E13-3、E13-4和E13-5共5个馏分，收集高活性的E13-2馏分；

对馏分E13-2进行三级柱色谱分离：先后依次以体积比为3:1、2:1和0:1的石油醚/丙酮溶液以及体积比为3:1、1:1和0:1的丙酮/甲醇溶液混合液作为流动相进行梯度洗脱，通过三级柱色谱分离，合并Rf值相同的组分后，再分别进行旋转蒸发去除溶剂，按照洗脱顺序从E13-2馏分中分离得到E13-2-1、E13-2-2和E13-2-3三个馏分，收集高活性的E13-2-1馏分；

纯化：通过HPLC制备色谱对E13-2-1馏分进行进一步纯化，得到2种化合物:qn-3-1，即顺式对羟基肉桂酸甲酯；qn-4，即反式对羟基肉桂酸甲酯。

2.根据权利要求1所述的从玉米秸秆中提取对羟基肉桂酸甲酯的方法，其特征在于，步骤C中还包括：

对馏分E3进行二级柱色谱分离：先后依次以体积比为25:1、20:1、15:1、10:1、5:1、3:1、1:1和0:1的石油醚/丙酮混合溶液作为流动相进行梯度洗脱，对馏分E3进行二级柱色谱分离，将分离的Rf值相同的组分进行合并后，通过旋转蒸发去除溶剂，按照洗脱顺序分别得到4个馏分E3-1、E3-2、E3-3和E3-4，收集馏分E3-2；

对馏分E3-2进行三级柱色谱分离：先后依次以体积比为10:1、5:1、3:1、1:1和0:1v/v的石油醚/丙酮溶液作为流动相进行梯度洗脱，通过三级柱色谱分离，从E3-2馏分中分离得到E3-2-1、E3-2-2、E3-2-3和E3-2-4四个馏分；

通过HPLC制备色谱对E3-2-3进一步分离，从E3-2-3馏分中分离纯化出馏分qn-3-1、qn-4，分别为顺式对羟基肉桂酸甲酯和反式对羟基肉桂酸甲酯；

最后，分别合并步骤C得到的顺式对羟基肉桂酸甲酯和反式对羟基肉桂酸甲酯。

3.根据权利要求1所述的从玉米秸秆中提取对羟基肉桂酸甲酯的方法，其特征在于，步骤C中采用200-300目的硅胶，三次柱色谱分离采用的色谱柱规格为12cm×80cm。

4.根据权利要求1所述的从玉米秸秆中提取对羟基肉桂酸甲酯的方法，其特征在于，步骤C中，HPLC制备色谱进行分离纯化时，使用的是规格为250mm×10mm的YMC-ODS半制备柱。

5.根据权利要求1所述的从玉米秸秆中提取对羟基肉桂酸甲酯的方法，通过制备色谱从E13-2-1馏分中分离qn-3-1，qn-4的方法具体为：流动相采用体积百分比为35％的甲醇水进行洗脱，流速为4mL/min，qn-3-1的保留时间tR为31.0min，qn-4的保留时间tR为36.5min。

6.根据权利要求2所述的从玉米秸秆中提取对羟基肉桂酸甲酯的方法，通过制备色谱从E3-2-3馏分中分离qn-3-1，qn-4的方法具体为：流动相采用体积百分比为47％的甲醇-水进行洗脱，流速为4mL/min，qn-3-1的保留时间tR为17.7min，qn-4的保留时间tR为19.5min。

7.如权利要求1所述的对羟基肉桂酸甲酯作为除草剂的应用。

8.一种除草剂，其特征在于，包括作为活性成分的对羟基肉桂酸甲酯，对羟基肉桂酸甲酯的使用浓度为0.025-0.4g·L^-1；所述对羟基肉桂酸甲酯为顺式对羟基肉桂酸甲酯和反式对羟基肉桂酸甲酯中的至少一种。

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