龍葵醇提物對(duì)水稻與大麻的安全性評(píng)價(jià)

李祖任，岳勇志，彭 迪,2，王立峰,2，周小毛，柏連陽(yáng)

（1.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖南省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125；2.雜草生物學(xué)及安全防控湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410125；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

化感作用是指植物、動(dòng)物或微生物的自身代謝分泌物對(duì)其他生物產(chǎn)生的有害或有利影響[1]。分離、鑒定、提取或合成化感物質(zhì)，并將其應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，這為植保領(lǐng)域開(kāi)展有害生物綠色防控提供了新的思路。以牻牛兒苗科植物為材料提取出的壬酸，就是一種化感物質(zhì)，以其為原料研制出了一種觸殺性、廣譜性、速效性、非選擇性除草劑，可用于防治一年生或多年生闊葉雜草[2]。研究發(fā)現(xiàn)，壬酸對(duì)三裂葉豚草防效十分顯著，噴施壬酸的地塊，有80%以上的三裂葉豚草不能產(chǎn)生種子，即使能結(jié)籽的植株其結(jié)籽量和出苗率也極低[3]。利用植物天然次生代謝產(chǎn)物開(kāi)發(fā)的除草劑具有資源豐富、環(huán)境兼容性好、低殘留、靶標(biāo)選擇性高等化學(xué)除草劑無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，在農(nóng)田雜草防控方面有著廣闊的應(yīng)用前景[4]。

龍葵（Solanum nigrum L.）為茄科（Solanaceace）茄屬（Solanum）植物，在國(guó)內(nèi)外分布廣泛，常見(jiàn)于田埂、菜地附近。龍葵還是一種中藥材，其性寒味苦、有小毒，具有清熱解毒、利水消腫之功效，主要成分包括糖苷生物堿（龍葵堿、澳洲茄堿等）、糖蛋白、多糖及多酚等，在臨床上常用于抗腫瘤治療，對(duì)抑制細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、阻滯細(xì)胞周期、誘導(dǎo)細(xì)胞自噬、增強(qiáng)化療作用、抑制上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化、抑制腫瘤轉(zhuǎn)移、抑制血管生成以及改善免疫功能有一定療效[5-8]。關(guān)于龍葵提取物在植保領(lǐng)域的應(yīng)用已有報(bào)道。王春霞等[9]通過(guò)微孔板法和稀釋法發(fā)現(xiàn)龍葵果對(duì)變異鏈球菌（Streptococcus mutans）和大腸桿菌（Escherichia coli）有體外抑制作用；趙博光[10]的研究結(jié)果表明龍葵對(duì)馬鈴薯甲蟲(chóng)雌成蟲(chóng)具有特殊產(chǎn)卵引誘力，甚至比馬鈴薯引誘力強(qiáng)3倍，但龍葵并不能支持其幼蟲(chóng)生長(zhǎng)；馬新耀等[11]采用玻片浸漬法發(fā)現(xiàn)龍葵醇提物對(duì)朱砂葉螨具有一定的觸殺活性；何付麗等[12]研究發(fā)現(xiàn)龍葵漿果汁液對(duì)反枝莧和龍葵自身種子萌發(fā)有強(qiáng)烈的抑制作用。因此，人們認(rèn)為可將龍葵植株的醇提取物開(kāi)發(fā)成一種植物源除草劑。但是作為除草劑，一方面要考慮其對(duì)雜草的防除效果；另一方面還要考慮其對(duì)作物是否產(chǎn)生藥害。為此，試驗(yàn)研究了龍葵植株醇提物對(duì)水稻和工業(yè)大麻種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響，以評(píng)價(jià)其作除草劑使用時(shí)的安全性，旨在為以龍葵醇提物為材料開(kāi)發(fā)植物源除草劑提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以龍葵為供體植物，2016年5月中旬于湖南農(nóng)科院周?chē)杉迈r植株制備醇提液。受體植物為水稻（品種為Y兩優(yōu)6號(hào)，購(gòu)于湖南隆平種業(yè)有限公司）和工業(yè)大麻（由云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院楊明研究員提供）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 龍葵提取液的制備 將龍葵陰干后置于60℃的鼓風(fēng)干燥箱中，待其吹干至發(fā)脆，用萬(wàn)能粉碎機(jī)粉碎并保存。取70 g龍葵干粉，用1 000 mL 90%乙醇4℃浸提3次，每次24 h，浸提液用紗布過(guò)濾后收集。將合并的提取液抽濾，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中將濾液于60℃左右減壓濃縮至膏狀物，依次配制為8、4、2、1 g/L 4種濃度供生物活性測(cè)定，配置好的提取液置于4℃冰箱中備用。

1.2.2 水稻和大麻種子萌發(fā)測(cè)定 測(cè)定前，水稻和大麻種子均先用蒸餾水浸種處理24 h；而后用3%高錳酸鉀溶液浸種40 min，用蒸餾水沖洗10次，放入培養(yǎng)箱催芽。在洗凈、烘干的培養(yǎng)皿中鋪兩層滅菌濾紙，將露白一致的水稻和大麻種子（100粒/皿）放置其上，分別加入8 mL不同濃度的提取液（對(duì)照則加8 mL蒸餾水），進(jìn)行種子萌發(fā)測(cè)定。試驗(yàn)中處理組和對(duì)照組各設(shè)置3組重復(fù)，于第3天分別對(duì)每種供試植物種子

1.2.3 水稻和大麻幼苗生長(zhǎng)測(cè)定 選取高度一致的正常萌發(fā)的水稻和大麻幼苗，采用Hoagland營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)法[13]，龍葵提取液的添加濃度分別為1、2、4、8 g/L，在光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)，觀察龍葵提取物對(duì)供試植物幼苗生長(zhǎng)的影響。每個(gè)處理設(shè)置5組重復(fù)，對(duì)照組加入等量的營(yíng)養(yǎng)液，在培養(yǎng)第7天測(cè)定幼苗的苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)及鮮重。

1.2.4 植株氧化還原系統(tǒng)酶活力測(cè)定 采集不同濃度龍葵提取液處理第3、7、10天的供試植物幼苗為樣品，測(cè)定植株的氧化還原系統(tǒng)酶活力。過(guò)氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）和可溶性蛋白含量分別采用紫外吸收法[14]、氮藍(lán)四唑還原法[15]、愈創(chuàng)木酚法[16]和考馬斯亮藍(lán)G-205法[17]測(cè)定。計(jì)算方法見(jiàn)公式（1）、（2）、（3）、（4）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007 和DPS 7.05軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 龍葵提取液對(duì)水稻和大麻種子萌發(fā)的影響

著，最高濃度（8 g/L）的抑制效果可達(dá)80%以上；

表1 不同濃度龍葵提取液處理下水稻和大麻的種子萌發(fā)率

從表1可以看出，龍葵提取液對(duì)2種供試作物種子的萌發(fā)均有較強(qiáng)抑制作用，并且隨著龍葵提取液濃度的增加，抑制作用越強(qiáng)；對(duì)水稻種子而言，不同濃度的龍葵提取液對(duì)其種子萌發(fā)的抑制作用均較為顯對(duì)大麻種子而言，在低濃度（1 g/L）龍葵提取液處理下種子萌發(fā)率比對(duì)照處理降低了10個(gè)百分點(diǎn)，但差異未達(dá)顯著水平；但當(dāng)龍葵提取液濃度≥2 g/L時(shí)，大麻種子萌發(fā)率極顯著下降。

2.2 龍葵提取液對(duì)水稻和大麻幼苗生長(zhǎng)的影響

由表2可知，不同濃度的龍葵提取液對(duì)2種供試作物的幼苗生長(zhǎng)產(chǎn)生了不同程度的化感效應(yīng)，既有抑制作用，也有促進(jìn)效果。總的來(lái)說(shuō)，對(duì)水稻而言，1 g/L的低濃度處理對(duì)幼苗的生長(zhǎng)有輕微的促進(jìn)作用；隨著龍葵提取液濃度的增加，水稻幼苗的生長(zhǎng)受到抑制，但抑制效果隨提取液濃度增加的上升幅度并不明顯。對(duì)大麻而言，其幼苗對(duì)龍葵提取液的化感效應(yīng)較為敏感，1 g/L的處理即可看到顯著的抑制效應(yīng)，表現(xiàn)為幼苗變矮、根長(zhǎng)縮短、鮮重變輕。從表2中還可以看出，供試植物在不同濃度提取液的處理下，根長(zhǎng)、苗高、鮮重各項(xiàng)指標(biāo)體現(xiàn)出的規(guī)律趨勢(shì)大致相同。其中，水稻幼苗在4～8 g/L濃度范圍內(nèi)，其根長(zhǎng)和鮮重的化感作用敏感度大于苗高，大麻幼苗在2～4 g/L濃度范圍內(nèi)，其鮮重和苗高的化感作用敏感度大于根長(zhǎng)。

表2 不同濃度龍葵提取液處理下水稻和大麻幼苗的生長(zhǎng)指標(biāo)

2.3 龍葵提取液對(duì)水稻幼苗體內(nèi)CAT、SOD、POD活性的影響

從圖1可以看出，隨著龍葵提取液濃度的增加，水稻幼苗體內(nèi)的CAT活性呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)提取液濃度在0～4 g/L范圍內(nèi)時(shí)，酶活力隨著濃度的增加而上升，在4 g/L處理時(shí)酶活力達(dá)到最高值，處理后3、7和10 d CAT活力分別比對(duì)照提高了1.06、1.18和1.86倍。不同濃度龍葵提取液對(duì)水稻幼苗體內(nèi)SOD活性的影響與CAT活性有一定差異，在處理3和7 d時(shí)，隨著龍葵提取液濃度的增加，水稻幼苗體內(nèi)的SOD活性呈上升趨勢(shì)，以8 g/L處理的SOD活性最高；但處理10 d時(shí)，SOD活性隨提取液濃度的增加表現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，以4 g/L處理的SOD活性最高，是對(duì)照組的2.33倍。而水稻幼苗體內(nèi)的POD活性隨龍葵提取液濃度的增加而提高，不同處理時(shí)間均以8 g/L的處理POD活性最高。

2.4 龍葵提取液對(duì)大麻幼苗體內(nèi)CAT、SOD、POD活性的影響

從圖2中可以看出，大麻幼苗體內(nèi)的CAT、SOD、POD活性隨龍葵提取液濃度的增加均呈現(xiàn)出先升后降的變化規(guī)律。其中，CAT、SOD的活性均以1 g/L的處理最高，并于處理的第10天達(dá)到最高，分別超出對(duì)照水平82.34%、73.93%；而POD活性以2 g/L的處理最高，于處理第10天達(dá)最高值，比對(duì)照提高了1.26倍。當(dāng)龍葵提取液濃度為8 g/L時(shí)，大麻幼苗體內(nèi)的CAT、SOD、POD活力均低于對(duì)照水平，并且隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，其活性下降幅度越大，處理10 d時(shí)活力值分別為70.20、144.22、182.55 U/g。

3 討 論

圖1 不同濃度龍葵提取液處理下水稻幼苗CAT、SOD和POD活性的變化

圖2 不同濃度龍葵提取液處理下大麻幼苗CAT、SOD和POD活性的變化

不同濃度的龍葵提取液對(duì)水稻和大麻2種作物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)有明顯的化感效應(yīng)，且化感效應(yīng)的強(qiáng)弱因濃度大小和供試材料而異。這說(shuō)明龍葵提取液中含有某些化感物質(zhì)，影響了供試植物種子的萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)。種子萌發(fā)對(duì)植物的更新起著關(guān)鍵作用，發(fā)芽率低則長(zhǎng)出的植物幼苗少，進(jìn)而影響該植物在群落中的優(yōu)勢(shì)度[18]。龍葵釋放出的化感物質(zhì)能抑制其周?chē)参锏姆N子萌發(fā)以及幼苗的正常生長(zhǎng)，從而使自身在群落中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。姜男等[19]發(fā)現(xiàn)羅勒提取液對(duì)馬齒莧、反枝莧、灰菜雜草種子萌發(fā)均有抑制作用，且受抑制的程度隨提取液濃度的增加而加大。王瑞龍等[20]發(fā)現(xiàn)豆科牧草對(duì)馬唐、稗草、狗牙根和牛筋草等農(nóng)田常見(jiàn)雜草均有顯著地化感抑制效果。Fujii[21-22]的研究表明毛苕子中的化感活性物質(zhì)能抑制部分雜草生長(zhǎng)，合理利用化感物質(zhì)的選擇抑制性，可間接地減少田間化學(xué)除草劑的使用。

試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低濃度（1 g/L）的龍葵提取液對(duì)大麻種子萌發(fā)的抑制作用不明顯，而對(duì)水稻種子萌發(fā)的抑制作用較大，當(dāng)龍葵提取液濃度為8 g/L時(shí)，水稻種子的萌發(fā)抑制率為81.67%。導(dǎo)致抑制效果差異的原因可能是不同作物種子的外殼堅(jiān)硬度、大小及質(zhì)量等有差別。

綜上所述，龍葵提取物對(duì)水稻種子的化感抑制作用強(qiáng)于大麻，而對(duì)水稻幼苗的抑制作用弱于大麻。在大麻生產(chǎn)中，龍葵提取物適合開(kāi)發(fā)成土壤封閉型除草劑；而在水稻生產(chǎn)中，龍葵提取物適合開(kāi)發(fā)成莖葉處理型除草劑。

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