苯基脲衍生物的细胞分裂素活性
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第1034页（5027字）
关于某些苯基脲类化合物能促进植物细胞分裂的特性，最早是Shants和Steward(1952、1955)在椰子胚乳汁液(椰乳)中发现的。
椰乳是植物组织培养中常用的一种天然有机附加物。一般都认为它可以促进培养细胞的分裂。
现已查明，椰乳中含有多种氨基酸、碳水化合物、维生素以及多种植物激素和其他生理活性物质。Shants等当时报告从椰乳中分离出一个具活性的组分，经鉴定为N，N′－二苯基脲(DPU)。
但一直未得到其他作者证实。因此DPU可能并不存在于椰乳或其它植物体中。Shants等所得到的DPU可能是所用的试剂不纯带进来的。但无论如何是Shant等首先指出DPU具有刺激细胞分裂的活性，虽然他们认为这种活性很低，而且不稳定。
Bottomley等(1963)认为DPU活性不稳定，可能是其中含有抑制活性的杂质，掩盖了活性反应。他们将DPU用几种不同溶剂进行多次重结晶，然后进行生物试验，发现DPU在10mg／l浓度时确实具有稳定的、可重复的活性。但其所用DPU不是从椰乳提取的。Bruce和Zwar(1966)发表了对500多种苯基脲类化合物的研究结果，发现其中有半数以上都具有类似的活性。
与此同时，Skoog等在组织培养研究中也发现一种存在于动物DNA的降解产物中的物质，具有刺激植物细胞分裂的活性，分离和鉴定结果表明，这种物质为6－呋喃氨基嘌呤(动力精，KT)，在很低浓度(1．0mg／l)即可促使细胞分裂。后来又在一些植物中发现一些天然存在的、具有与KT同样活性的物质，如玉米素、2iP以及一些人工合成的类似物质，如BAP等。所有这类物质与KT一样都是腺嘌呤在N6－位置上的取代衍生物，其间的主要区别仅在于N6－位置上的取代侧链不同；基于这类物质分子结构和活性的相似性，即具有促进细胞分裂活性的，腺嘌呤在N6－位置上的取代衍生物，Skoog等统称之为细胞分裂素(CTK)。
一般认为，对于CTK的活性，一个完整的腺嘌呤“核”的存在是十分必要的；其次在N6－位置上侧链的长短、结构和不饱和度对活性影响也很大。
科学家们试图以此为基础进一步阐明CTK的作用方式和机理等，并已取得相当进展。
广泛的研究资料表明，CTK的活性不仅限于促进细胞分裂，作为一种植物激素，它与其它植物激素一起对植物的生长发育、植物细胞在离体条件下的分裂生长，脱分化和再分化以及形态发生等起重要的调节作用。
这些关于CTK的研究结果为进行PUD的活性研究提供了一个重要的依据。一般研究者也都是用CTK作为标准或对照来研究PUD的活性表现及其强弱，根据在各种不同植物中应用PUD所得的结果，PUD活性可概括为以下几个方面：(1)促进细胞分裂与种子萌发，打破芽的休眠，促进芽的生长。(2)促进愈伤组织的诱导和生长，促进离体条件下的形态发生(器官发生和体细胞胚胎发生)以及促进芽的繁殖。(3)通过对内源的CTK及其它激素的作用影响植物的代谢、生长发育、衰老成熟及形态发生。虽然大多数PUD的活性较CTK低，但也有如4PU－30和TDZ具有比CTK更高的活性。(4)总之，CTK活性谱中每一种效应均已在PUD中找到。
1991年周俊彦等在乌蔹莓中发现TDZ对体细胞胚发生有明显的促进作用，最近国外学者也在花生、天竺葵等植物中观察到相同结果。填补了以往这方面的空白。因此，“pUD的活性谱充分证明它是一种完全合格的CTK”(Letham，1978)。
PUD的分子结构与其活性的关系，据Bruce等(1966)的广泛研究，可得出以下结论：(1)对于活性的最低结构要求，N－苯基脲即可满足，亦即只需一个－NH－CO－NH－的“桥”和一个平面的环。
当然N－苯基脲的活性很低。(2)苯基脲中苯环上的氢原子被Cl－、NO3－等负电性原子或原子团取代，可明显增加其活性。
(3)N－苯基脲在桥的另一端出现第2个苯环可大大提高其CTK的活性，即N、N′－二苯基脲的活性较N－苯基脲要高得多，但此第二个苯环上如有氢原子被取代，一般会降低其活性。(4)PUD的一个苯环中的氢被甲基取代所产生的化合物，可抑制CTK或其他PUD的CTK活性。
(5)分子中“桥”的结构对活性也很重要。如使－HN－CO－NH－变成HN-CS－NH－(硫脲)会大大降低其活性。但是有些硫脲类化合物也具有一定活性，“桥”如发生其它改变或被破坏，即得到无活性的产物。
Isogai等研究了苯基脲的吡啶取代化合物，发现其中有些化合物具有很高的活性。
如N－(4－吡啶基)－N′－苯基脲(4PU)在吡啶环上的氢原子被负电性原子所取代，可大大提高其活性。如N－(2－氯－4－吡啶基－N′－苯基脲(4PU－30)和N－(2、6一二氯－4－吡啶基－N′－苯基脲，都具有很高的CTK活性。
Arndt(1976)报道了一种新的棉花落叶剂，代号SN49537．是一种苯基脲的噻重氮取代化合物，其化学名称为N－1，2，3，－噻重氮－N′－5－苯基脲，简称噻重氮苯基脲(TDZ)。
这种化合物具有非常高的CTK活性，如用其它杂环代替其中的苯环却均可使其活性降低。
对于这种活性的解释，最初认为PUD可能是CTK合成的前体物，它在细胞中的代谢物可能被用来合成CTK在N6－位置上的侧链。有人曾经设想在这两类化合物如4PU和BAP之间用一些中间产物如资料脲嘌呤等连结起来说明二者互相转变的可能性。
另一种说法认为，PUD可调节CTK的代谢、合成、分解和结合等，这些说法的基本出发点是：在细胞中真正起作用的是CTK，而PUD仅起间接的作用。但已有的研究资料表明PUD在细胞中的主要代谢产物为糖苷，而TDZ则在细胞中非常稳定，在培养33d内几乎不发生分解；而且PUD的作用可“立即”发生，无“滞后期”，这些证明PUD的作用并不是间接的。
用CTK活性抑制剂(CTK拮抗物或抗CTK)进行研究则表明：无论在诱导细胞分裂和促进生长、延缓衰老，还是在组织培养中的器官发生等方面，CTK的拮抗物对PUD和CTK产生相同的抑制效应。Kurosaki(1981)用N－苯甲基N′－4－溴苯基脲(BP)和环丁氨基－2－甲基吡咯［2，3－d］嘧啶(CP)这两种CTK活性的竞争性抑制剂分别与不同浓度的BAP和4PU结合处理烟草细胞，以不加抑制剂的BAP和4PU所达到的最大鲜重为100%，加入一定量的CP和BP以后，活性明显降低；但只要适当提高BAP或4PU的浓度，仍可使活性达到100%；将结果绘成BAP、BAP+CP、BAP+BP和4PU、4PU+CP、4PU+BP的浓度活性曲线，可得两组各自互相平行的3条曲线。
这些结果令人信服地表明：CP和BP对于BAP或4PU均有交叉的竞争性的抑制作用。也就是说，CP和BP都是BAP和4PU的竞争性抑制剂；一个BAP的活性位点可以被一个PUD竞争性地占据，反之亦然。
因此不可避免的结论是：PUD和CTK应具有共同的活性位点、相同的作用方式和机理。但是，这个结论似乎有悖于常理。
一般认为一种高度特异性的生物学活性与诱导这一活性的物质的分子结构的特异性密切相关。这是细胞内化学识别机制的基础。但无论从分子立体化学角度考虑，还是从分子电化学的角度考虑，CTK和PUD均为两类完全不同的分子，很难设想两者在细胞中可能在同一位置引起完全相同的反应。从所了解的程度看，就关于CTK作用以及对植物细胞的分裂、分化、生长及形态发生等的调节机理的研究结果及对这些结果的解释，应持谨慎的态度。
因为单纯用CTK进行研究无法解决上述问题，必须对CTK、PUD及其它一些无嘌呤环但具有CTK活性的化合物如2－苯并噻唑基氧乙酸和某些硫脲衍生物等进行更加深入的比较研究。
PUD除了以上与CTK表现一致的方面之外，也有其特殊性，首先，这种特殊性的一个最明显的例子是DPU可以在一次培养中诱导出CTK自养性及关于激素代谢的遗传调节方面的研究结果。这表明PUD对激素代谢的影响大大超过一般CTK。很可能PUD不仅能作为CTK在细胞中发挥作用，而且能同时起着改变CTK代谢及其遗传控制的作用，且这种改变可以在很短时间内完成，因此利用PUD可能对CTK自养性的产生及其遗传调节等方面的机理做更深入的探索。
其次，不同PUD的CTK活性相差极大，特别是其中有些化合物如4PU－30、TDZ等在烟草、番木瓜中诱导细胞分裂和愈伤组织生长的活性，可能高达一般CTK的干倍以上，而且PUD的分子中一个原子或原子团的改变可能引起其活性不仅是成倍地而且常常是10倍、100倍增强或大幅度减弱(如4PU变成4PU－30，就使其活性增加近100倍)，这些都是一般CTK所难以达到的。最后，人们至今未能在植物体中发现天然存在的PUD或其有活性的代谢物；无论是PUD或TDZ等，都是人工合成的产物。
这一点与CTK也明显不同，后者在植物体中有天然产物，可以与合成的类似物相互参照进行研究。PUD就缺乏这样一个参照系，而且用放射性标记化合物研究证明，PUD的主要代谢产物为糖苷，而TDZ则在细胞中非常稳定，不仅在48h内不发生代谢，而且在12～33d内TDZ仍然是未分解的有活性分子，在β－葡萄糖苷酶作用下也只有极少数分子在其完整结构上发生小的改变，产生一些活性较低产物，如N－对羟基－苯基－N′－1，2，3－噻重氮－5－脲。这种情况无疑增加了其研究的难度，对有关PUD在细胞中代谢及受体识别等的研究很少，其原因可能与此有关。
总之，近30多年来对PUD的CTK活性研究已做了大量的工作，虽然与一般CTK的研究相比现有的结果只是初步的，但已显示出其重要性；加强这方面的研究，对于植物生长发育及形态发生机理的理论探索和植物生长物质的实际应用均有重大的意义。
。【参考文献】：1 Shants E M，et al．J Amer Chem Soc．1955，77：6351～6353
2 增田忠雄，等着．辽宁铁岭农学院植物激素翻译小组译．植物激素4细胞激动素．北京：科学出版社，1976．231～320
3 Letham D S. A Comprehensive Treatise. Eloevier/North -Holand,1987,1:205-263
4 Mok M Cet al. Hort Sci. 1987,22:1194-1197
5 Reynold J F. Hort Sci. 1987.22:1192-1194
6 Preece J E,et al. Hort Sci. 1988,23:1071
7 Chalupa V. Biol Plant. 1989,30 = 414 - 421
8 Fasolo F,et al. Plant Cell.Tis Org Cult. 1987,16:75-87
9 周俊彦，郭扶兴．植物生理学通讯，1990，5：7～13
10 Leblay C，et al．Plant Cell Tis Org Cult．1991，25：99～105
(中国科学院西北植物研究所周俊彦研究员、郭扶兴副研究员撰)