龍葵醇提物對稗草和菵草種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

李祖任，岳勇志，彭 迪,2，王立峰,2，周小毛，柏連陽

（1.湖南省農(nóng)業(yè)科學院，湖南省農(nóng)業(yè)生物技術研究所，湖南 長沙 410125；2.雜草生物學及安全防控湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410125；3.湖南農(nóng)業(yè)大學植物保護學院，湖南 長沙 410128）

植物源除草劑是近年來雜草生物防治關注的熱點。篩選除草活性物質(zhì)是研制植物源除草劑的前提。很多植物的化感物質(zhì)或次生代謝產(chǎn)物都能夠影響植物的萌發(fā)、生長發(fā)育、生長密度及分布。這些物質(zhì)將是研發(fā)生物除草劑的重要庫源[1]。例如小飛蓬、中國粗榧、黃頂菊、豆粕等植物的提取物先后被證明含有一定的除草活性成分[2-5]。三酮除草劑磺草酮（sulcotrione）和硝磺草酮（mesotrione，甲基磺草酮）就是以植物化感物質(zhì)為原料成功研制的除草劑。它們以芳香油纖精酮（leptospermone）為先導化合物，纖精酮是Phydroxyphenyl-pyruvate dioxygenase（HPPD）酶的高效抑制劑，用該化合物進行芽前和苗后處理，可使一些禾本科與闊葉科雜草受害，產(chǎn)生白化癥狀而死亡。而該類物質(zhì)對玉米無害，因此可以用來防治玉米田雜草[6]。

龍葵（Solanum nigrum L.）為茄科（Solanaceace）茄屬（Solanum）植物，分布廣泛，常見于田埂、菜地附近。研究發(fā)現(xiàn)，龍葵不僅能抑制腫瘤細胞的增殖，還能顯著增強荷瘤小鼠血清腫瘤的治療效果，在抗腫瘤治療的臨床上應用較多[7]。在抑菌和抗病毒作用方面，龍葵對大腸桿菌、豬霍亂桿菌等細菌都有一定的抑制效果[8]。還有研究發(fā)現(xiàn)，龍葵多糖對艾滋病病毒和乙肝病毒的復制有一定的抑制作用[9-10]。此外，在植保領域還發(fā)現(xiàn)龍葵提取液對紅蜘蛛和棉蚜的防治效果高達60%[11]；龍葵漿果汁液對反枝莧和龍葵自身種子發(fā)芽有強烈的抑制作用[12]；龍葵全株對梨褐斑病菌的生長具有較強的抑制作用[13]。

稗草（Echinochloa crusgalli）和菵草（Beckmannia syzigachne）是水稻田中常見的2種雜草。目前，這2種雜草的防治仍以化學手段為主。但隨著藥劑使用頻率和施用量的增加，2種雜草對現(xiàn)有藥劑均產(chǎn)生了不同程度的抗藥性[14-15]。因此，試驗以龍葵醇提物為原料，研究了其對稗草和菵草種子萌發(fā)與幼苗生長的影響，以期利用龍葵醇提物為先導化合物研發(fā)出新的植物源除草劑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以龍葵為供體植物，2016年5月中旬于湖南省農(nóng)業(yè)科學院周圍采集新鮮植株制備醇提液。稗草和菵草為受體植物，種子采集于長沙縣高橋鎮(zhèn)水稻田。

1.2 試驗方法

1.2.1 龍葵提取液的制備 將龍葵陰干后置于60℃的鼓風干燥箱中，待其吹干至發(fā)脆，用萬能粉碎機粉碎并保存。取70 g龍葵干粉，用1 000 mL 90%乙醇4℃浸提3次，每次24 h，浸提液用紗布過濾后收集。將合并的提取液抽濾，在旋轉蒸發(fā)儀中將濾液于60℃左右減壓濃縮至膏狀物，依次配制8、4、2、1 g/L 4種濃度供生物活性測定，配置好的提取液置于4℃冰箱中備用。

1.2.2 稗草和菵草種子萌發(fā)測定 測定前，稗草和菵草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，將露白一致的稗草和菵草種子（100粒/皿）放置其上，分別加入8 mL不同濃度的提取液（對照則加8 mL蒸餾水），進行種子萌發(fā)測定。試驗中處理組和對照組各設置3組重復，于第3天分別對每種供試植物種子的發(fā)芽情況進行統(tǒng)計，計算萌發(fā)率。

1.2.3 稗草和菵草幼苗生長測定 選取高度一致的正常萌發(fā)稗草和菵草幼苗，采用Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)法[16]，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)，觀察龍葵提取物對稗草和菵草幼苗生長的影響。每個處理設置5組重復，對照組加入等量的營養(yǎng)液，在培養(yǎng)第7天測定幼苗的苗長、根長及鮮重。

1.2.4 植株氧化還原系統(tǒng)酶活力測定 采集不同濃度龍葵提取液處理第3天、第7天、第10天的供試植物幼苗為樣品，測定植株的氧化還原系統(tǒng)酶活力。過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和可溶性蛋白含量分別采用紫外吸收法[17]、氮藍四唑還原法[18]、愈創(chuàng)木酚法[19]和考馬斯亮藍G-205法[20]測定。計算方法見公式（1）、（2）、（3）、（4）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007 和DPS 7.05軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 龍葵提取液對稗草和菵草種子萌發(fā)的影響

從表1可以看出，龍葵提取液對稗草和菵草的種子萌發(fā)均有很強的抑制作用，其中對菵草的抑制作用明顯強于稗草；1 g/L的龍葵提取液處理后，稗草和菵草的種子萌發(fā)率分別為91.66%和75.00%。同時，隨著龍葵提取液濃度的增加，種子的萌發(fā)率隨之降低，且差異達顯著水平；其中， 4和8 g/L處理的稗草種子萌發(fā)率極顯著低于1和2 g/L處理，8 g/L處理的菵草種子萌發(fā)率極顯著低于1～4 g/L處理。這表明龍葵提取液對種子萌發(fā)的抑制作用與提取液濃度呈正相關關系。

表1 不同濃度龍葵提取液處理下稗草和菵草的種子萌發(fā)率

2.2 龍葵提取液對稗草和菵草幼苗生長的影響

由表2可知，不同濃度的龍葵提取液對稗草和菵草的幼苗生長會產(chǎn)生不同程度的化感效應，既有抑制作用，也有促進效果。總的來說，供試植物在不同濃度龍葵提取液處理下，根長、苗高、鮮重各項指標體現(xiàn)出的規(guī)律趨勢大致相同。對稗草而言，1 g/L處理對其幼苗生長表現(xiàn)出一定的促進作用；當處理濃度≥2 g/L時，龍葵提取液對其幼苗生長表現(xiàn)出明顯的抑制作用。對菵草而言，各濃度的龍葵提取液對其幼苗生長均表現(xiàn)出抑制效應；其中，1 g/L處理的抑制效應不顯著，但當處理濃度≥2 g/L時，抑制作用顯著增強。

2.3 龍葵提取液對稗草幼苗體內(nèi)CAT、SOD、POD活性的影響

由圖1可知，隨著龍葵提取液濃度的增加，稗草幼苗體內(nèi)CAT、SOD、POD的酶活力總體呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢。其中，當龍葵提取液濃度為2 g/L時，CAT、SOD的活力隨時間的延長而上升，于第10天達到最高值，分別是對照酶活力水平的2.57和1.96倍；POD活力于第7天達到最高值，比對照處理酶活水平提高59.25%。當龍葵提取液濃度為8 g/L時，保護酶活性均受到抑制，且隨著作用時間的延長，抑制效應越顯著；同時，CAT和POD活力均低于對照水平，處理3、7、10 d后其酶活抑制率分別為12.10%、23.61%、23.00%和25.57%、40.78%、49.68%。

表2 不同濃度龍葵提取液處理下稗草和菵草幼苗的生長指標

2.4 龍葵提取液對菵草幼苗體內(nèi)CAT、SOD、POD活性的影響

由圖2可知，不同濃度龍葵提取液對菵草幼苗體內(nèi)CAT、SOD、POD的酶活力的影響與對稗草的大致相似，均呈現(xiàn)“低—高—低”的變化特點。龍葵提取液對菵草的氧化酶保護系統(tǒng)影響較大。當龍葵提取液濃度為2 g/L時，處理第7天菵草的CAT、SOD活力最大，分別比對照提高39.35%和60.49%；處理第10天菵草的POD活力達到最大值，顯著高于其余各處理。當龍葵提取液濃度為8 g/L時，CAT、SOD、POD的活力急劇下降，且隨著作用時間的延長，抑制效應越顯著，處理第10天各酶活抑制率分別為50.39%、52.43%、39.22%。

3 討 論

圖1 不同濃度龍葵提取液處理下稗草幼苗CAT、SOD和POD活性的變化

圖2 不同濃度龍葵提取液處理下菵草幼苗CAT、SOD和POD活性的變化

同一化感物質(zhì)對不同科屬的植物作用效果不一樣，甚至對相同植物的葉、莖、根的作用都存在較大差異[21-22]。龍葵提取液對不同受體植物的影響存在一定差異，充分證明化感作用的選擇功能。試驗結果表明，龍葵提取液對菵草種子萌發(fā)的抑制作用及對幼苗生長的影響均強于稗草。同時，龍葵的化感作用強弱與提取液的濃度密切相關，除1 g/L濃度處理對稗草幼苗表現(xiàn)出促進作用外，其余處理均對受體植物幼苗的生長表現(xiàn)出抑制作用，且濃度越高，抑制作用越強?？傮w而言，龍葵提取液對受體植株幼苗存在低濃度促進、高濃度抑制的現(xiàn)象。導致低濃度促進的原因可能是微量的化感活性物質(zhì)對抗性強的受體植物影響極小，而提取液又能供給幼苗生長所需的部分營養(yǎng)成分，因此會表現(xiàn)出促進效應。此試驗結果與其他關于植物化感作用的研究結論相一致。例如：小飛蓬的萃取液對含羞草、稗草、鬼針草的幼苗生長顯示出“低促高抑”的效果[23]；低濃度的一年蓬提取液能促進番茄、長梗白菜的幼苗生長，而高濃度提取液可顯著抑制作物的種子萌發(fā)和幼苗生長[24]。因此，試驗探索了不同濃度的化感物質(zhì)對稗草和菵草種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，為研發(fā)新型植物源生長促進劑和除草劑奠定了基礎。

參考文獻：

[1] Cespedes C L，Salazar J R，Castolo A A，et al. Biopesticides from plants：Calceolaria integrifoliasl[J]. Environmental Research，2014，132：391-406.

[2] 高興祥，李 美，高宗軍，等. 外來入侵植物小飛蓬化感物質(zhì)的釋放途徑[J]. 生態(tài)學報，2010，（8）：1966-1971.

[3] 馬樹杰，劉 琳，蘆小鵬，等. 中國粗榧生物堿的除草活性[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學，2016，（49）19：3746-3753.

[4] 李建強，霍靜倩，龔占虎，等. 黃頂菊中除草活性成分II作用機制的初步研究[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學學報，2012，35（6）：69-74.

[5] 陳業(yè)兵，王金信，吳小虎，等. 銀膠菊的花對稗草的化感作用及其化感物質(zhì)分離與鑒定[J]. 植物保護學報，2010，31（1）：73-77.

[6] Mitchell G，Bartlett D W，F(xiàn)raser T M，et al. Mesotrione，a new selective herbicide for use in maize[J]. Pesticide Management Science，2001，57（2）：120-128.

[7] 李明慧，孫世頃，曹 亮. 龍葵甾體類生物堿對S180及Lewis肺癌移植瘤小鼠的影響[J].中國天然藥物，2008，6（3）：223.

[8] 李秀霞，張海洋. 龍葵的藥理作用及臨床應用[J]. 佳木斯醫(yī)學院學報，1998，21（1）：23-25.

[9] Yasuhito K. Virucides containing sulfated car-boxymethyl polysaccharides[J]. Journal of Plant Botany，1990，7（2）：178.

[10] Perez R M，Perez J A，Garcia L M，et al. Neuropharma-cological activity of Solanum nigrum fruit[J]. Journal of ethnophar-macology，1998，（65）：43.

[11] 吳 瓊. 茄科植物殺蟲活性成分研究進展[J]. 植物醫(yī)生，2012，（6）：4-5.

[12] 何付麗，曲春鶴，閆春秀，等. 龍葵果實汁液的除草活性初探[J].雜草科學，2008，（4）：33.

[13] 鄧業(yè)成，楊林林，劉香玲. 50種植物提取物對梨褐斑病菌抑菌活性 [J]. 農(nóng)藥，2006，45（3）：206.

[14] 馬國蘭，柏連陽，劉都才，等. 我國長江中下游稻區(qū)稗草對二氯喹啉酸的抗藥性研究[J]. 中國水稻科學，2013，27（2）：184-190.

[15] 吳翠霞，路興濤，馬 沖，等. 山東省稻茬麥區(qū)菵草對炔草酯的抗性水平[J]. 雜草學報，2016，34（2）：45-48.

[16] 李合生. 植物生理生化試驗原理和技術[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[17] 王偉玲，王 展，王晶英. 植物過氧化物酶活性測定方法優(yōu)化[J].實驗室研究與探索，2010，29（4）：21-23.

[18] 郝再彬，蒼 晶，徐 仲. 植物生理實驗[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2005.

[19] 李忠光，龔 明. 愈創(chuàng)木酚法測定植物過氧化物酶活性的改進[J].植物生理學通訊，2008，44（2）： 323-324.

[20] 張志安，陳展宇. 植物生理學實驗技術[M]. 長春：吉林大學出版社，2008.

[21] 梁 斌，袁亞莉，谷文祥，等. 薇甘菊化感作用的初步研究[J]. 雜草科學，2006，（1）：21-23.

[22] Rani PU，Rajasekharreddy P，Nagaiah K. Allelopathic effects ofSterculia foetida（L.） against four major weeds[J]. Allelopathy Journal，2011，28（2）：179-188.

[23] 高 源，朱朝華，李雪楓，等. 小飛蓬對三種雜草種子萌發(fā)和幼苗生長的化感作用[J].湖北農(nóng)業(yè)科學，2012，（15）：3230-3233.

[24] 周志紅，駱世明，牟子平. 番茄植株中幾種化學成分的化感效應[J].華南農(nóng)業(yè)大學學報，1998，19（3）： 56-60.