6-苄基腺嘌呤和α-萘乙酸的环境化学：稳定性及其生态毒理学意义

《Journal of Hydrology X》：Environmental chemistry of 6-benzyladenine and α-naphthaleneacetic acid: stability and ecotoxicological implications

植物生长调节剂6-苯甲基腺嘌呤（BA）和α-萘乙酸（NAA）的环境稳定性及毒性影响，通过水解、光解、挥发特性测试及水生无脊椎动物社区实验评估，结合GC-MS和DFT/MD模拟分析。结果显示NAA更稳定，混合物矿化效率高，低挥发性，对水生生态影响小，且可延缓葡萄 berries成熟。

　　全球人口的持续增长使得确保稳定且安全的粮食供应成为一项严峻的挑战。为了在提高产量的同时保持其品质，可持续的农业实践显得尤为重要。在这其中，生物调节剂（Bioregulators）作为一种潜在的工具，展现出促进可持续农业发展的前景。它们能够增强植物的生长、抗逆性和资源利用效率。然而，目前对某些生物调节剂的降解路径和毒性研究仍显不足，这可能在未来对生态环境造成潜在风险。

本研究聚焦于生物调节剂的稳定性及其在环境中的行为，特别选择了6-苄基腺嘌呤（BA）和α-萘乙酸（NAA）这两种化合物，以及它们的混合物。通过评估这些物质在超纯水（UPW）和河流水（SW）中的水解、光解和挥发特性，我们得出了重要的结论。研究结果显示，在河流水中，NAA相较于BA表现出更高的稳定性。同时，在紫外光照射下，无论是超纯水还是河流水环境中，NAA的稳定性均优于BA。在混合物中，NAA的光解降解速率有所增加，而BA的降解速率虽然下降，但仍保持在显著水平，达到55%。化学需氧量（COD）的测定进一步表明，BA和NAA在混合物中的矿化效率较高，意味着它们在环境中能够较快地被分解为无害物质。气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析则表明，BA和NAA的挥发性较低，因此对空气污染的影响较小。此外，GC-MS还独特地识别出2,6-二异丙基萘，这一化合物随后通过计算研究，采用密度泛函理论（DFT）计算和分子动力学（MD）模拟进行了进一步分析。

我们的研究还关注了BA和NAA对水生无脊椎动物群落的影响。结果显示，这些生物调节剂在自然环境中未表现出有害影响，表明它们对生态环境的潜在风险较低。这一发现对于评估这些物质在农业中的应用安全性具有重要意义。此外，我们还研究了BA和NAA对两种葡萄品种在成熟和储存过程中物理特性的具体影响。研究发现，BA和NAA能够延缓葡萄的成熟过程，这对于应对夏季高温带来的不利影响具有积极意义。这一特性有助于延长葡萄的储存时间，从而提高其市场价值和供应稳定性。

植物生长调节剂，即生物调节剂，是能够以小剂量影响植物发育和代谢过程的化合物。合成的细胞分裂素6-苄基腺嘌呤（BA）被广泛用作生物调节剂，它是商业产品Globaryll的主要活性成分，能够促进植物细胞分裂。另一种合成的生物调节剂是α-萘乙酸（NAA），其在商业产品Ormoroc中存在。NAA与天然生长激素吲哚乙酸（IAA）相似，对于种子和根系的发育具有重要作用。由于植物对这些生物调节剂的吸收不完全以及它们的广泛应用，BA和NAA可能以较低浓度存在于环境中。因此，有必要对这些化合物的水解和光解稳定性进行研究，以理解它们在自然环境中的行为。

许多化合物对光敏感，因此研究BA和NAA对光的反应性显得尤为关键。特别是在农业中，这些生物调节剂被施用于作物，随后作物会暴露在阳光下，这使得它们在环境中的光解过程成为研究重点。在农业和食品工业的发展过程中，评估生物调节剂在水生环境中的光化学稳定性已成为一项重要考虑因素。然而，目前的研究尚未提供关于这些生物调节剂在真实环境条件下毒性的充分信息。

水生生物对各种环境压力具有多层次的响应能力。淡水生态系统中的生物群落主要对水生环境的变化做出反应，但同时也受到周围流域环境的影响。长期以来，人们利用水生生物来评估水质并量化人类活动对生态环境的影响。在众多可用于此目的的水生生物中，底栖无脊椎动物因其稳定性、广泛分布和对环境变化的敏感性而被广泛推荐。无脊椎动物已被用于评估人类活动带来的各种压力，从分子层面到生态系统层面。因此，我们选择研究底栖无脊椎动物群落，以量化BA和NAA对生态环境的具体影响。

葡萄果实是一种高度易腐的农产品，限制了鲜食葡萄的储存时间。果实品质的下降通常由灰霉菌（Botrytis）感染和果实软化引起。为了延长储存时间，研究新的抗病品种以及使用生物调节剂作为防治手段成为重要的研究方向。生物调节剂是直接施用于目标植物的天然或合成化合物，用于增强农业生产。在这些生物调节剂中，生长素和细胞分裂素是植物中自然存在的化合物，它们在植物的生长和发育过程中发挥关键作用。

研究表明，使用密度泛函理论（DFT）和分子动力学（MD）模拟进行计算机计算能够提供关于不同分子行为的重要信息。前线分子轨道（FMOs）是评估分子稳定性的重要参数，能够帮助识别可能参与各种反应的分子位点。此外，分析径向分布函数（RDF）能够提供有关溶剂分子如何围绕目标分子分布的信息，从而揭示分子间的相互作用。通过结合DFT和MD模拟，研究人员可以获得关于分子结构、电子特性和动态特性的深入见解，这为相关研究提供了新的视角。

本研究填补了当前科学文献中关于生物调节剂出现及其对生态环境影响的研究空白，特别聚焦于BA和NAA在环境中的行为。这是首次在模拟环境条件下，对BA和NAA在不同水体成分中的水解和光解稳定性进行全面调查。研究的重要贡献在于评估了BA和NAA降解后混合物对水生生态系统的影响，强调了它们对生态系统健康的潜在作用。我们还通过详细分析样品的挥发性，研究了空气污染的影响，并对所有分析样品进行了气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）检测，以评估其挥发性和对空气质量的潜在影响。

在研究中，我们采用了DFT和MD模拟对已识别的蒸发化合物进行了分析。考虑到时间和空间的差异，我们量化了BA和NAA在河流水（SW）中的生态影响。我们的主要目标是识别并评估这些生物调节剂对生态环境的具体影响。通过多方面的研究，我们对BA和NAA在葡萄园生态系统中的存在及其对环境的具体影响有了更深入的理解。此外，我们还研究了使用这些生物调节剂对葡萄果实物理特性的影响，涵盖了生长素和细胞分裂素的处理方式，以及它们在果实成熟和后续储存过程中的作用。

综上所述，BA和NAA作为现代农业中的关键生物调节剂，对于满足21世纪不断增长的粮食需求具有重要意义。为了确保它们的安全应用，有必要对其稳定性和环境影响进行全面研究。因此，本研究结合了实地、实验和计算方法，以全面了解BA和NAA生物调节剂的影响和行为。本研究的主要优势在于通过多种研究方法，对这些生物调节剂在环境中的具体影响进行了深入分析。此外，研究还提供了关于这些化合物在农业应用中的环境风险评估，有助于指导其合理使用。