本發(fā)明屬于熒光示蹤劑制備，具體涉及氨基酸衍生物-羅丹明b偶合物及其制備方法和作為熒光示蹤劑的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在作物生長(zhǎng)過(guò)程中，雜草作為危害農(nóng)田的一類(lèi)有害生物，與作物競(jìng)爭(zhēng)陽(yáng)光、水分、空氣、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等資源，極大的影響了農(nóng)作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量。目前農(nóng)田雜草防控常用方式有物理防治、化學(xué)防治、生物防治和農(nóng)業(yè)防治等。其中化學(xué)防治因其高效、經(jīng)濟(jì)、省力等優(yōu)點(diǎn)，在雜草防除中被廣泛應(yīng)用，但同時(shí)除草劑的不合理使用也引發(fā)了環(huán)境污染、藥害、雜草抗藥性及農(nóng)藥殘留等問(wèn)題，因此提高農(nóng)藥有效利用率、減少農(nóng)藥使用量，研發(fā)精準(zhǔn)高效的智能植保機(jī)械和施藥技術(shù)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化植保發(fā)展的必由之路。其中利用現(xiàn)代信息技術(shù)區(qū)分農(nóng)田作物與雜草，明確雜草的空間分布規(guī)律，進(jìn)而針對(duì)雜草進(jìn)行精準(zhǔn)施藥或機(jī)械除草，對(duì)于有效降低除草劑用量，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田雜草防除智慧化具有重要意義，目前主要采用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)來(lái)識(shí)別作物與雜草。

2、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)利用深度學(xué)習(xí)等方法，建立作物與雜草形態(tài)特征數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而識(shí)別作物/雜草，具有快速、成本低、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，但是現(xiàn)有技術(shù)適用于行間雜草的防除，對(duì)株間雜草的識(shí)別度不夠高，且在復(fù)雜情境下（如高雜草密度條件下）識(shí)別度較低，還需要建立大量的雜草和作物特征數(shù)據(jù)庫(kù)，前期準(zhǔn)備工作較繁瑣；另外，隨著植物的生長(zhǎng)，作物和雜草的形態(tài)特征亦會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)一步增加了植物形態(tài)特征提取的難度。

3、作物植株信號(hào)技術(shù)通過(guò)種子處理等手段向作物施加外源熒光標(biāo)記物，使作物被熒光物質(zhì)標(biāo)記，而雜草不含標(biāo)記物，利用ccd相機(jī)捕獲標(biāo)記物的特征光譜即可準(zhǔn)確區(qū)分作物與雜草，因此作物植株信號(hào)技術(shù)有助于提高農(nóng)田自動(dòng)除草效率和準(zhǔn)確性，并能實(shí)時(shí)建立高空間分辨率的作物/雜草精確定位分布地圖，與基于計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)算法的視覺(jué)技術(shù)相比，作物植株信號(hào)技術(shù)具有簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

4、熒光標(biāo)記物是作物植株信號(hào)技術(shù)的核心和基礎(chǔ)，已有研究表明，能被植物吸收傳導(dǎo)的熒光示蹤劑主要是香豆素類(lèi)（如香豆素120）和羅丹明類(lèi)（如羅丹明b，rh-b）（wang,?z.;amirkhani,?m.;?avelar,?s.a.g.;?yang,?d.;?taylor,?a.g.?systemic?uptake?offluorescent?tracers?by?soybean?(glycine?max?(l.)?merr.)?seed?and?seedlings.agriculture?2020,?10,?248.?https://doi.org/10.3390/agriculture10060248），進(jìn)一步研究表明，羅丹明b具有獨(dú)特的熒光特性（λex/λem?=?555/582?nm），與植物葉綠素的熒光特性區(qū)分度高，在較寬泛的熒光條件下（λex=?535?nm，λem?=?580~?582?nm）均可與葉綠素相區(qū)分，可用于熒光成像檢測(cè)。與其他熒光示蹤劑相比，羅丹明b因其具有成本低、光穩(wěn)定性強(qiáng)、熒光產(chǎn)量高、波長(zhǎng)范圍寬以及ph適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，且細(xì)胞膜滲透性良好以及對(duì)細(xì)胞無(wú)毒副作用，在植物示蹤劑中更具應(yīng)用前景。

5、研究發(fā)現(xiàn)羅丹明b可被菜豆和大豆種子吸收并滲透到種子內(nèi)部，或者被芹菜、萵苣、番茄的根系吸收，通過(guò)植株木質(zhì)部向上傳導(dǎo)到幼苗上部。但從整體上看，羅丹明b主要分布在植物（大豆、菜豆）的下胚軸中，上胚軸中羅丹明b的熒光強(qiáng)度為下胚軸的35%（菜豆）和11%（大豆），而葉部羅丹明b的熒光強(qiáng)度僅為下胚軸的8%左右，表明羅丹明b的向上傳導(dǎo)能力較弱，需要進(jìn)一步改善該示蹤劑在植株中的內(nèi)吸傳導(dǎo)性能。

6、針對(duì)現(xiàn)有示蹤劑內(nèi)吸傳導(dǎo)性不足，限制機(jī)器捕獲熒光信號(hào)的問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有示蹤劑羅丹明b進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改善其內(nèi)吸傳導(dǎo)性能，開(kāi)發(fā)一種用于精準(zhǔn)除草技術(shù)的熒光示蹤劑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提出了一系列氨基酸衍生物-羅丹明b偶合物及其制備方法和作為熒光示蹤劑的應(yīng)用。本發(fā)明在現(xiàn)有熒光標(biāo)記物羅丹明b的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在羅丹明b的分子結(jié)構(gòu)上引入氨基酸片段，構(gòu)建氨基酸衍生物-羅丹明b新型熒光標(biāo)記物，開(kāi)發(fā)出適宜于作物植株信號(hào)技術(shù)的熒光標(biāo)記物。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

3、氨基酸衍生物-羅丹明b偶合物，其結(jié)構(gòu)式如下：

4、；

5、其中，上述結(jié)構(gòu)中偶合鍵為氨基酸衍生物的胺基與羅丹明b的羧基形成的酰胺鍵。

6、基團(tuán)r選自、、、、、、、、、中的一個(gè)。

7、進(jìn)一步優(yōu)選地，基團(tuán)r選自或。

8、本發(fā)明還提供了上述氨基酸衍生物-羅丹明b偶合物的制備方法。

9、本發(fā)明進(jìn)一步提供了上述氨基酸衍生物-羅丹明b偶合物作為熒光示蹤劑的應(yīng)用。

10、優(yōu)選地，氨基酸衍生物-羅丹明b偶合物作為熒光示蹤劑在作物與雜草識(shí)別中的應(yīng)用。

11、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述作物為大豆、玉米和煙草。

12、本發(fā)明中氨基酸衍生物-羅丹明b偶合物包括了氨基酸甲酯與羅丹明b形成的偶合物以及酸化后的氨基酸與羅丹明b形成的偶合物。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：

14、本發(fā)明所得氨基酸衍生物-羅丹明b偶合物作為熒光示蹤劑應(yīng)用后，示蹤劑在作物植株地上部的含量明顯增加，利于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行作物-雜草識(shí)別，可根據(jù)雜草的空間分布進(jìn)行精準(zhǔn)噴藥或使用機(jī)械除草，實(shí)現(xiàn)雜草防除自動(dòng)化、智慧化，可顯著減少除草劑的使用量，有效降低化學(xué)除草劑對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，減輕除草劑藥害的發(fā)生狀況，延緩抗藥性的發(fā)展，降低農(nóng)藥殘留風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)特征：

1.氨基酸衍生物-羅丹明b偶合物，其特征在于，所述氨基酸衍生物-羅丹明b偶合物的結(jié)構(gòu)式如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨基酸衍生物-羅丹明b偶合物，其特征在于，基團(tuán)r選自或。

3.氨基酸衍生物-羅丹明b偶合物的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，氨基酸甲酯鹽酸鹽、n-甲基嗎啉、羅丹明b、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳化二亞胺鹽酸鹽、4-二甲氨基吡啶的摩爾比為15:20:10:15:1，反應(yīng)溫度為室溫，反應(yīng)時(shí)間為2-4小時(shí)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，氨基酸甲酯-羅丹明b偶合物和氫氧化鋰的摩爾比為5:15，反應(yīng)溫度為室溫，反應(yīng)時(shí)間為1-2小時(shí)。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述氨基酸甲酯鹽酸鹽選自異亮氨酸甲酯鹽酸鹽、酪氨酸甲酯鹽酸鹽、色氨酸甲酯鹽酸鹽、脯氨酸甲酯鹽酸鹽、丙氨酸甲酯鹽酸鹽中的一種。

7.權(quán)利要求1所述氨基酸衍生物-羅丹明b偶合物作為熒光示蹤劑的應(yīng)用。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，氨基酸衍生物-羅丹明b偶合物作為熒光示蹤劑在作物與雜草識(shí)別中的應(yīng)用。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述作物為大豆、玉米和煙草。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于熒光示蹤劑制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及氨基酸衍生物?羅丹明B偶合物及其制備方法和作為熒光示蹤劑的應(yīng)用。所述氨基酸衍生物?羅丹明B偶合物的結(jié)構(gòu)式如下：。本發(fā)明所得氨基酸衍生物?羅丹明B偶合物作為熒光示蹤劑定向施用于作物植株后，可使作物植株被熒光標(biāo)記，輔助機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)區(qū)分作物與雜草，根據(jù)雜草的空間分布進(jìn)行精準(zhǔn)噴藥或使用機(jī)械除草，實(shí)現(xiàn)雜草防除自動(dòng)化、智慧化，減少除草劑的使用量。

技術(shù)研發(fā)人員：王振,魏宏,王志剛,李猛,王東,杜建偉,周洪友,趙明敏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24