含氟低聚殼聚糖對(duì)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)活性及除草活性研究

范 露，姜賴(lài)優(yōu)美

（武漢設(shè)計(jì)工程學(xué)院食品與生物科技學(xué)院，湖北武漢 430205）

殼聚糖是來(lái)源于甲殼類(lèi)動(dòng)物的甲殼素，經(jīng)過(guò)脫乙?；蟮漠a(chǎn)物[1]。殼聚糖能有效促進(jìn)植物根、莖、葉的生長(zhǎng)，從而提高作物的產(chǎn)量，改善作物的品質(zhì)[2]。殼聚糖對(duì)植物病蟲(chóng)害還具備較強(qiáng)抑制作用，它可以誘導(dǎo)植物產(chǎn)生一系列防衛(wèi)反應(yīng)，誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗毒素，提高對(duì)病原菌的抗性[3]。但由于殼聚糖自身理化性能的局限性，需對(duì)殼聚糖結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)修飾，改造其分子結(jié)構(gòu)，改善理化性能，提高抑菌效果[4]，大量研究者合成了眾多殼聚糖衍生物，研究了其抗菌性能，發(fā)現(xiàn)很多衍生物比殼聚糖具有更好的抗菌效果。氟特殊的理化性質(zhì)為其在農(nóng)藥中贏得了重要地位，近20年來(lái)已成為新型農(nóng)藥開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，過(guò)去幾十年中含氟農(nóng)藥的數(shù)量增加了3倍多，表明氟在新農(nóng)藥發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在生物活性分子如殼聚糖等結(jié)構(gòu)-活性的設(shè)計(jì)過(guò)程中引入氟，在改變其生物活性達(dá)到增強(qiáng)化合物性能的同時(shí)，又能降低對(duì)環(huán)境的影響。

基于上述理論基礎(chǔ)，以殼聚糖為骨架，通過(guò)?；磻?yīng)接入高活性基團(tuán)含氟化合物制備含氟低聚殼聚糖衍生物，以水稻和油菜為對(duì)象研究6種含氟低聚殼聚糖對(duì)植物生長(zhǎng)活性調(diào)節(jié)作用，以白圓葉莧和狗牙根為對(duì)象研究6種含氟低聚殼聚糖的除草活性，以期為含氟新型有機(jī)農(nóng)藥的開(kāi)發(fā)提供支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

供試作物：雙子葉作物選擇油菜（滬油21） 為代表，單子葉作物選擇水稻（金優(yōu)38） 為代表；供試雜草：雙子葉雜草選擇白圓葉莧為代表，單子葉雜草選擇狗牙根為代表。

供試藥劑：化合物1：鄰氟低聚殼聚糖；化合物2：間氟低聚殼聚糖；化合物3：對(duì)氟低聚殼聚糖；化合物4：2,3-二氟低聚殼聚糖；化合物5：2,6-二氟低聚殼聚糖；化合物6：3,5-二氟低聚殼聚糖。上述6種含氟低聚殼聚糖由實(shí)驗(yàn)室合成，并經(jīng)紅外、核磁氫譜進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征確認(rèn)。

1.2 儀器設(shè)備

SPX-430型生化培養(yǎng)箱，寧波江南儀器廠產(chǎn)品；JJ-CJ-2FD型超凈工作臺(tái)，蘇州市金凈凈化設(shè)備科技有限公司產(chǎn)品；DHG-9240型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

采用室內(nèi)平皿法，研究6種化合物對(duì)植物的生長(zhǎng)活性影響。具體方法如下：用N,N-二甲基甲酰胺分別配制5，50，100，150，200 mg/L的含氟低聚殼聚糖溶液。移取5 mL上述溶液于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，選擇發(fā)芽一致的種子各10顆放入平皿中，每個(gè)濃度設(shè)重復(fù)2次，然后置于25℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5 d，期間不斷補(bǔ)充水分。培養(yǎng)結(jié)束后測(cè)量各種子的成活株數(shù)、根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)，按下式計(jì)算校正成活率、校正根（莖）長(zhǎng)增長(zhǎng)率。

校正成活率=處理組成活率-溶劑對(duì)照組成活率.莖（根）長(zhǎng)增長(zhǎng)率=

死亡率、校正死亡率、莖（根） 長(zhǎng)抑制率和校正莖（根）長(zhǎng)抑制率計(jì)算方法同上。

2 結(jié)果與分析

2.1 含氟低聚殼聚糖對(duì)水稻生長(zhǎng)活性的影響

6種含氟低聚殼聚糖對(duì)水稻生長(zhǎng)活性的影響見(jiàn)表1。

以成活率為指標(biāo)進(jìn)行分析，化合物1和化合物2可以抑制水稻的成活，其中化合物1處理的水稻成活率隨著質(zhì)量濃度的升高而降低，化合物2處理的水稻成活率隨著質(zhì)量濃度的升高而升高?；衔?在低質(zhì)量濃度（≤50 mg/L）時(shí)促進(jìn)水稻成活，而在高質(zhì)量濃度（≥100 mg/L）時(shí)抑制水稻的成活。化合物4，化合物5和化合物6可促進(jìn)水稻的成活，但成活率與質(zhì)量濃度間并沒(méi)有表現(xiàn)出一致的趨勢(shì)。

表1 6種含氟低聚殼聚糖對(duì)水稻生長(zhǎng)活性的影響

以莖長(zhǎng)增長(zhǎng)率為指標(biāo)進(jìn)行分析，化合物1抑制水稻莖的生長(zhǎng)，化合物4和化合物5促進(jìn)水稻莖的生長(zhǎng)?；衔?和化合物3在低質(zhì)量濃度時(shí)促進(jìn)水稻莖的生長(zhǎng)，高質(zhì)量濃度時(shí)抑制莖的生長(zhǎng)?；衔?在低質(zhì)量濃度（≤50 mg/L） 時(shí)促進(jìn)水稻莖的生長(zhǎng)，高質(zhì)量濃度（≥100 mg/L）時(shí)抑制水稻莖的生長(zhǎng)。

以根長(zhǎng)增長(zhǎng)率為指標(biāo)進(jìn)行分析，化合物1和化合物2抑制水稻根的生長(zhǎng)?；衔?在低質(zhì)量濃度時(shí)（≤100 mg/L）抑制水稻根的生長(zhǎng)，高質(zhì)量濃度（≥150 mg/L） 促進(jìn)水稻根的生長(zhǎng)。化合物4，化合物5和化合物6均能有效促進(jìn)水稻根的生長(zhǎng)。

“有錢(qián)人也賣(mài)里程啊。”粒粒一邊裝錢(qián)包，一邊小聲嘀咕一句。她以為只有自己這樣的窮人才會(huì)巴巴地在網(wǎng)上買(mǎi)里程積分，或者將多余的積分里程賣(mài)出去。

綜合分析，化合物4和化合物5和低質(zhì)量濃度（≤50 mg/L）的化合物6有利于水稻的成活及生長(zhǎng)。

2.2 含氟低聚殼聚糖對(duì)油菜生長(zhǎng)活性的影響

6種含氟低聚殼聚糖對(duì)油菜生長(zhǎng)活性的影響見(jiàn)表2。

以成活率為指標(biāo)進(jìn)行分析，化合物1，化合物2和化合物5可以抑制油菜的成活；化合物4和化合物6可促進(jìn)油菜的成活；化合物3在低質(zhì)量濃度（≤50 mg/L） 時(shí)促進(jìn)油菜成活，而在高質(zhì)量濃度（≥100 mg/L） 時(shí)抑制油菜的成活。

表2 6種含氟低聚殼聚糖對(duì)油菜生長(zhǎng)活性的影響

以莖長(zhǎng)增長(zhǎng)率為指標(biāo)進(jìn)行分析，化合物2和化合物3能夠抑制油菜莖的生長(zhǎng)；而化合物1，化合物4，化合物5和化合物6能夠促進(jìn)油菜莖的生長(zhǎng)。

以根長(zhǎng)增長(zhǎng)率為指標(biāo)進(jìn)行分析，化合物1和化合物2能夠抑制油菜根的生長(zhǎng)；而化合物4和化合物5則能夠促進(jìn)油菜根的生長(zhǎng)；化合物3在低質(zhì)量濃度（≤50 mg/L）時(shí)對(duì)油菜根的生長(zhǎng)沒(méi)有影響，而高質(zhì)量濃度（≥100 mg/L）時(shí)促進(jìn)油菜根的生長(zhǎng)；化合物6在低質(zhì)量濃度（≤150 mg/L）時(shí)抑制油菜根的生長(zhǎng)，高質(zhì)量濃度（≥100 mg/L）時(shí)對(duì)油菜根的生長(zhǎng)沒(méi)有影響。

2.3 含氟低聚殼聚糖對(duì)白圓葉莧生長(zhǎng)活性的影響

6種含氟低聚殼聚糖對(duì)白圓葉莧的生長(zhǎng)活性的影響見(jiàn)表3。

以死亡率為指標(biāo)進(jìn)行分析，除了5 mg/L的化合物2和化合物5外，其余所有質(zhì)量濃度的化合物處理后白圓葉莧校正死亡率均為正值，表明除上述2個(gè)處理組外，其余處理組均能有效抑制白圓葉莧的存活。

從表3可以看出，6種含氟低聚殼聚糖對(duì)白圓葉莧莖長(zhǎng)抑制率和根長(zhǎng)抑制率表現(xiàn)出相同的效果，在所試質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，6種含氟低聚殼聚糖均能有效抑制白圓葉莧的根和莖的發(fā)育，且抑制率隨著含氟低聚殼聚糖濃度的升高而上升。

表3 6種含氟低聚殼聚糖對(duì)白圓葉莧的生長(zhǎng)活性的影響

6種含氟低聚殼聚糖質(zhì)量濃度對(duì)數(shù)與白圓葉莧校正莖長(zhǎng)抑制率、校正根長(zhǎng)抑制率的相關(guān)性分析見(jiàn)表4。

由表4可知，6種含氟低聚殼聚糖在不同質(zhì)量濃度下對(duì)白圓葉莧莖長(zhǎng)和根長(zhǎng)抑制的IC50范圍在403.43～8 9321.05 mg/L。目標(biāo)化合物4在不同質(zhì)量濃度下對(duì)白圓葉莧莖長(zhǎng)和根長(zhǎng)抑制的IC50質(zhì)量濃度低于750 mg/L，其余化合物則均高于800 mg/L，表明化合物4在不同質(zhì)量濃度下對(duì)白圓葉莧莖長(zhǎng)和根長(zhǎng)的抑制效果較好。

2.4 含氟低聚殼聚糖對(duì)狗牙根生長(zhǎng)活性的影響

6種含氟低聚殼聚糖對(duì)狗牙根生長(zhǎng)活性的影響見(jiàn)表5。

表4 6種含氟低聚殼聚糖質(zhì)量濃度對(duì)數(shù)與白圓葉莧校正莖長(zhǎng)抑制率、校正根長(zhǎng)抑制率的相關(guān)性分析

表5 6種含氟低聚殼聚糖對(duì)狗牙根生長(zhǎng)活性的影響

從表5可以看出，6種含氟低聚殼聚糖對(duì)狗牙根的存活率、根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)均有抑制效果，且這種抑制效果隨其質(zhì)量濃度升高而上升。

其中，化合物5和化合物6在200 mg/L時(shí)對(duì)狗牙根成活抑制率皆為51.43%，個(gè)別化合物在低質(zhì)量濃度（5 mg/L） 時(shí)對(duì)狗牙根成活的影響較小，只有1.43%；化合物3對(duì)狗牙根莖長(zhǎng)的抑制作用是6種含氟低聚殼聚糖中最強(qiáng)的，對(duì)狗牙根莖長(zhǎng)抑制率達(dá)80.49%；化合物1對(duì)狗牙根根長(zhǎng)的抑制作用是6個(gè)含氟低聚殼聚糖中最強(qiáng)的，對(duì)狗牙根根長(zhǎng)抑制率達(dá)78.22%。

6種含氟低聚殼聚糖濃度對(duì)數(shù)與狗牙根校正莖長(zhǎng)抑制率、校正根長(zhǎng)抑制率的相關(guān)性分析見(jiàn)表6。

由表6可知，6種含氟低聚殼聚糖在不同質(zhì)量濃度下對(duì)狗牙根莖長(zhǎng)和根長(zhǎng)抑制的IC50范圍2.51～8 103.08 mg/L；目標(biāo)化合物1，化合物2和化合物3在不同質(zhì)量濃度下對(duì)狗牙根根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)抑制的IC50質(zhì)量濃度在10.98～8 103.08 mg/L；化合物4，化合物和化合物6在不同質(zhì)量濃度下對(duì)狗牙根根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)抑制的IC50在2.51～181.27 mg/L?？梢钥闯觯罢呋衔飳?duì)狗牙根的莖長(zhǎng)和根長(zhǎng)的抑制作用弱于后者化合物；從目標(biāo)化合物4，化合物5和化合物6分析：化合物4和化合物5對(duì)狗牙根的根長(zhǎng)抑制效果較好IC50不高于185 mg/L（該質(zhì)量濃度下效果最佳），其中化合物5的IC50分別為41.22 mg/L和3.30 mg/L，對(duì)狗牙根的根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)抑制效果較好。

表6 6種含氟低聚殼聚糖質(zhì)量濃度對(duì)數(shù)與狗牙根校正莖長(zhǎng)抑制率、校正根長(zhǎng)抑制率的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

6種含氟低聚殼聚糖對(duì)4種植物生長(zhǎng)活性對(duì)比分析見(jiàn)表7。

從表7可以看出，試驗(yàn)研究的6種含氟低聚殼聚糖對(duì)4種植物的生長(zhǎng)活性表現(xiàn)出不同的作用。除了間氟低聚殼聚糖和2,6-二氟低聚殼聚糖的最低質(zhì)量濃度外，其余所有試驗(yàn)組化合物對(duì)白圓葉莧和狗牙根存活及生長(zhǎng)均表現(xiàn)出了較好抑制作用，表明上述6種含氟低聚殼聚糖具備較強(qiáng)的除草能力。而6種含氟低聚殼聚糖對(duì)水稻和油菜在不同質(zhì)量濃度時(shí)表現(xiàn)出不同程度的促進(jìn)或抑制作用。其中2,3-二氟低聚殼聚糖在所有質(zhì)量濃度下均對(duì)水稻和油菜的存活及生長(zhǎng)表現(xiàn)出促進(jìn)作用，鄰氟低聚殼聚糖和間氟低聚殼聚糖則整體表現(xiàn)出抑制作用，對(duì)氟低聚殼聚糖、2,6-二氟低聚殼聚糖和3,5-二氟低聚殼聚糖對(duì)水稻和油菜的存活及生長(zhǎng)表現(xiàn)取決于其質(zhì)量濃度。

表7 6種含氟低聚殼聚糖對(duì)4種植物生長(zhǎng)活性對(duì)比分析

目前針對(duì)新品農(nóng)藥生物活性研究，主要是探討其對(duì)植物病原菌和植物種子生長(zhǎng)活性的抑制或促進(jìn)效果。研究了6種含氟低聚殼聚糖對(duì)水稻紋枯病原菌等7種微生物的抑制作用，其對(duì)7種受試菌株都有不同程度的抑菌性，表明這6種含氟低聚殼聚糖有開(kāi)發(fā)成有機(jī)農(nóng)藥的可能性。李釗等人在苯甲?；螂寤衔镏幸敕?，合成了含氟苯甲?；螂?，當(dāng)其質(zhì)量濃度為100 mg/L時(shí)，部分目標(biāo)產(chǎn)物對(duì)油菜和水稻種子具有較好的促生長(zhǎng)作用，岳霞麗等人的研究也得出類(lèi)似的結(jié)論，含氟化合物具有較好的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)活性。但質(zhì)量濃度對(duì)化合物活性影響較大，部分質(zhì)量濃度下合成的化合物能夠抑制油菜和水稻的根和莖生長(zhǎng)，該研究結(jié)果與其有相似之處，質(zhì)量濃度對(duì)化合物活性有重要影響。

綜合而言，2,3-二氟低聚殼聚糖既能有效抑制雜草的生長(zhǎng)同時(shí)又能促進(jìn)作物的生長(zhǎng)，適合開(kāi)發(fā)有機(jī)農(nóng)藥。對(duì)氟低聚殼聚糖、2,6-二氟低聚殼聚糖和3,5-二氟低聚殼聚糖具有較好的除草活性，但在促進(jìn)作物生長(zhǎng)方面取決于其質(zhì)量濃度，可有條件地開(kāi)發(fā)有機(jī)農(nóng)藥。