计算机分子模拟研究腐植酸分子结构特点及其与腐植酸生物活性的相关性

腐植酸是广泛存在于自然界的一类天然高分子物质，在土壤和水体里的腐植酸因浓度低而不具备使用价值；在低阶煤（风化煤、褐煤、泥炭）中的腐植酸含量高达30-90%。由低阶煤制备的腐植酸因具有较高的生物活性，作为有机肥料、肥料、农药增效剂、畜药、石油助剂广泛地应用在农业、工业、医药行业。由于低阶煤的复杂性，使腐植酸具有复杂的分子结构，至今不能确切地描述其分子结构以及分子结构对生物活性的影响。腐植酸结构的不确定性限制了腐植酸产品的深入研究和标准化。本项目利用计算机辅助设计工具建立腐植酸的分子结构模型；模拟该结构与功能蛋白质的作用方式预测活性位点，初步确定腐植酸具有生物活性的结构特点；探讨腐植酸分子结构特点对其生物活性的影响；建立可视化数据挖掘系统，腐植酸的主要结构特征为重要的挖掘参数来生成结果，通过化学方法测定腐植酸的结构参数来预测腐植酸的生物活性，为腐植酸的原料筛选、生产和产品的标准化提供理论基础。

本项研究（项目编号为51174275）主要进行了以下四个方面的工作：.1.首先对我国及部分具有腐植酸资源的国家的腐植酸原料进行了评价。.2.在腐植酸原料的评价基础上，选择具有代表性原料，分别采用氧化工艺和传统的碱抽提工艺制取适用于农业植物营养、农药增效以及工业用石油钻井液降滤失剂和防塌剂的腐植酸产品。探讨了利用微波、超声和高压装置对腐植酸产品生产工艺条件的影响。.3.针对以上工艺条件生产的腐植酸产品进行分子量、官能团和波谱学的结构研究；同时根据产品的适用性，分别进行了产品的田间农作物和油井的效果试验；抗氧化剂产品试验。.4.利用Discovery Studio软件研究了腐植酸增强植物保护酶的机理和腐植酸作为抗氧化剂的机理；利用Material Studio软件进行了低阶煤氧化制备水可溶腐植酸的机理研究。.研究结果表明：.1.以中国腐植酸工业协会腐植酸质量检测中心为平台，采集全国及部分国家的低阶煤（风化煤、褐煤和泥炭）腐植酸原料3000余个，初步建立了煤炭腐植酸原料产地、与产地对应的原料的加工工艺及相应产品适用领域三者关系的数据库。.2.研制了以腐植酸含量较低的低阶煤为原料，通过氧化的方法生产pH为6.0左右的水溶性腐植酸（WSHA），也称为类黄腐酸，其水溶性腐植酸含量可以达到70%左右。最高可达到90%。针对腐植酸产品的用途选择不同的氧化剂和催化剂。该产品生物活性高于目前用的腐植酸钾（pH=9.5-10.5），而且克服了腐植酸钾由于强碱性在生物应用领域的局限；在一些应用领域，其品质优于天然黄腐酸。.3.WSHA对农作物的根部生长发育、果实品质及产量均有显著的改善；极大地提高了植物体内抗自由基酶（SOD、POD和CAT）的含量；明显降低了超氧阴离子的产生速率和丙二醛的含量。.4.WSHA对于1,1-二苯基-2-三硝基苯肼和羟自由基有较强的消除作用.5.以WSHA为原料经改性制备的抗高温抗盐降滤失剂在新疆油田表现良好。.6.高压和超声设备可显著增加低阶煤的氧化反应产率。超声设备优于高压装置。.7.微波反应装置极大地提高了腐植酸产品的反应速率。.8.腐植酸产品的分子荧光性质与其原料的煤阶具有相关性。.9.腐植酸是否具备生物活性及其强弱的主要指标，主要指标是WSHA。.10.计算机分子模拟的结果指出，腐植酸降低了钙调蛋白与钙离子的结合能。

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