6種香豆素類(lèi)物質(zhì)對(duì)4種植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

摘要：香豆素類(lèi)物質(zhì)在自然界中廣泛存且具有很強(qiáng)的雜草防除潛力，本試驗(yàn)利用培養(yǎng)皿生物檢測(cè)法，以多花黑麥草（Lolium perenne）、狗尾草（Setaria viridis）、白三葉（Trifolium repens L.）和馬齒莧（Portulaca oleracea）為受體材料，研究了6種香豆素類(lèi)物質(zhì)水溶液對(duì)植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，與對(duì)照相比，7-羥基香豆素、6-甲基香豆素、4-羥基香豆素、簡(jiǎn)單香豆素對(duì)黑麥草、狗尾草、白三葉種子的萌發(fā)有很強(qiáng)的抑制作用（P＜0.05）；7-羥基香豆素、4-羥基香豆素處理的狗尾草和馬齒莧根長(zhǎng)顯著降低（P＜0.05）；6-甲基香豆素與簡(jiǎn)單香豆素處理顯著降低了狗尾草與馬齒莧的鮮重與干重（P＜0.05）。因此，結(jié)合香豆素類(lèi)化合物功能結(jié)構(gòu)與合成水平，推測(cè)簡(jiǎn)單香豆素、6-甲基香豆素、7-羥基香豆素、4-羥基香豆素具有較大潛力開(kāi)發(fā)，可作為除草劑或除草劑中間體。

關(guān)鍵詞：羥基香豆素；香豆素衍生物；除草活性；生物源除草劑

中圖分類(lèi)號(hào)：S471文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-0435（2023）04-1254-10

Effects of Six Coumarins on Seed Germination and Seedling Growth

of Four Species Plants

LI Yan， YANG Yi-hu， HE Yu-chen， CAI Li-rong， ZHOU Xin-xin， YANG Yu-qing， WU Cai-xia

（College of Animal Science and Technology， Yangzhou University， Yangzhou， Jiangsu Province 225009， China）

Abstract：Coumarins exist widely in nature and have strong weed control potential. The effects of six coumarin aqueous solutions on seed germination and seedling growth were studied by Petri dish bioassay using Lolium perenne，Setaria viridis，Trifolium repens and Portulaca oleracea as receptor materials. The results showed that compared to the control，7-hydroxycoumarin，6-methylcoumarin，4-hydroxycoumarin and simple coumarin could significantly inhibit the seed germination of Lolium perenne，Setaria viridis and Trifolium repens （P＜0.05）. The root length of Setaria viridis and Portulaca oleracea treated with 7-hydroxycoumarin and 4-hydroxycoumarin was significantly decreased （P＜0.05）. The 6-methylcoumarin and simple coumarin significantly decreased the fresh and dry weight of Setaria viridis and Portulaca. oleracea （P＜0.05）. Combined with the functional structure and synthesis level of coumarin compounds，it can be inferred that，simple coumarin，6-methylcoumarin，7-hydroxycoumarin and 4-hydroxycoumarin have a great potential to be developed as coumarin herbicides or herbicide intermediates.

Key words：Hydroxycoumarin;Coumarin derivative;Weed control activity;Bio-sourced herbicide

化學(xué)農(nóng)藥對(duì)作物增產(chǎn)、抵御病蟲(chóng)害有重要的作用，隨著其使用量的急劇增加［1］，在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用、廢棄等多個(gè)環(huán)節(jié)流入環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)，造成了諸如生態(tài)失衡［2］、生物多樣性的喪失［3］、滋生抗除草劑的“超級(jí)雜草”等問(wèn)題。香豆素類(lèi)物質(zhì)是自然界中廣泛存在的植物次生代謝物，具有抗蟲(chóng)、抑菌、抑制雜草生長(zhǎng)等多種生物活性，是多種植物的主要化感物質(zhì)［4］，因此，香豆素類(lèi)化合物在作為更為環(huán)保高效的生物源農(nóng)藥替代化學(xué)農(nóng)藥方面具有很大潛力。目前，香豆素類(lèi)物質(zhì)在農(nóng)業(yè)上主要應(yīng)用于對(duì)植物進(jìn)行生長(zhǎng)調(diào)節(jié)、幫助植物抵御病蟲(chóng)害及防控鼠害等方面［5］。此外，研究表明，香豆素及含有香豆素的化感植物也具有很強(qiáng)的抑草潛力［6，7］，從心葉木（Haldina cordifolia）樹(shù)皮和木材中分離的香豆素類(lèi)物質(zhì)異東莨菪內(nèi)酯和傘形酮可以延遲大含羞草（Mimosa pigraa）種子萌發(fā)，抑制其根的生長(zhǎng)［8］；用香豆素類(lèi)物質(zhì)東莨菪內(nèi)酯處理擬南芥（Arabidopsis thaliana）發(fā)現(xiàn)，擬南芥的根有細(xì)胞壁畸形、多核細(xì)胞、細(xì)胞核異常、組織解體等較強(qiáng)的細(xì)胞和組織異常，通過(guò)誘導(dǎo)錯(cuò)誤的微管聚集、線(xiàn)粒體膜去極化和最終的細(xì)胞死亡損害根的發(fā)育，與生長(zhǎng)素除草劑2，4-D的作用方式類(lèi)似［9］；瑞香狼毒（Stellera chamaejasme）中包含傘形酮和瑞香素2種香豆素類(lèi)化感物質(zhì)，瑞香素可以抑制有絲分裂，傘形酮可以通過(guò)誘導(dǎo)活性氧的過(guò)量產(chǎn)生引起膜脂過(guò)氧化和細(xì)胞死亡，影響細(xì)胞分裂，從而抑制受體植物的生長(zhǎng)［10］。因此，香豆素及其衍生物作為新型除草活性物質(zhì)有很大的開(kāi)發(fā)應(yīng)用潛力［11］。

草地學(xué)報(bào)第31卷第4期李琰等：6種香豆素類(lèi)物質(zhì)對(duì)4種植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響本研究選取6-甲基香豆素（6-Methylcoumarin）、7-羥基香豆素（7-Hydroxycoumarin）、4-羥基香豆素（4-Hydroxycoumarin）、秦皮甲素（Esculin）、7-氨基-4-甲基香豆素（Coumarin 120）和簡(jiǎn)單香豆素（Coumarin）6種常見(jiàn)的香豆素類(lèi)物質(zhì)，通過(guò)對(duì)黑麥草（Lolium perenne）、狗尾草（Setaria viridis）、白三葉（Trifolium repens）與馬齒莧（Portulaca oleracea）的發(fā)芽試驗(yàn)來(lái)研究比較其抑草活性，并討論其抑草與進(jìn)一步開(kāi)發(fā)為香豆素類(lèi)除草劑的潛力。

1材料與方法

1.1供試材料

供試草種為白三葉（Trifolium repens）（品種名‘麥克’）、多花黑麥草（Lolium perenne）（品種名‘疊綠’）、馬齒莧（Portulaca oleracea）、狗尾草（Setaria viridis），均購(gòu)于江蘇藍(lán)天種業(yè)有限公司。

1.2供試試劑

供試試劑6-甲基香豆素、7-羥基香豆素、4-羥基香豆素、秦皮甲素、7-氨基-4-甲基香豆素，購(gòu)于邁瑞爾公司，簡(jiǎn)單香豆素標(biāo)準(zhǔn)品購(gòu)于Sigma公司。各試劑分別配制 400 mg·L^-1水溶液加蒸餾水稀釋至對(duì)應(yīng)處理濃度。

1.3試驗(yàn)方法

采用培養(yǎng)皿生物檢測(cè)法進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)［12］。根據(jù)預(yù)試驗(yàn)選出各個(gè)香豆素類(lèi)合適的處理濃度：簡(jiǎn)單香豆素與6-甲基香豆素的抑草活性較強(qiáng)，在200 mg·L^-1時(shí)即可完全抑制黑麥草與狗尾草種子的萌發(fā)，試驗(yàn)濃度為50，100，150，200 mg·L^-1，7-羥基香豆素、4-羥基香豆素、秦皮甲素，7-氨基-4-甲基香豆素濃度對(duì)種子萌發(fā)的影響較弱，所以處理濃度設(shè)置為50，100，150，200，400 mg·L^-1。各培養(yǎng)皿分別鋪設(shè)雙層濾紙，均勻放入30 粒種子并按照設(shè)置的濃度加入處理液 5 ml，對(duì)照加入等量蒸餾水，每組處理重復(fù) 4次。培養(yǎng)皿置于光照培養(yǎng)箱中，每天觀(guān)察記錄發(fā)芽情況，胚根突破種皮 1 mm視為萌發(fā)。

發(fā)芽勢(shì)（Germination percentage，GP）=發(fā)芽試驗(yàn)規(guī)定時(shí)期內(nèi)正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%。

發(fā)芽率（Germination rate，GR）=種子發(fā)芽總數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。

化感效應(yīng)指數(shù)［13］（Allelopathic response index，RI）。RI=1-C/T（T≥C），RI=T/C-1（T＜C）。式中：C為對(duì)照值；T為處理值；RI＞0為促進(jìn)作用，RI＜0為抑制作用，其絕對(duì)值大小反映化感作用的強(qiáng)弱。

綜合化感綜合效應(yīng)［13］（Synthetic allelopathic effect，SAE），SAE=（∑RIi）/m。其中：R，I，i分別代表發(fā)芽率、根長(zhǎng)和苗高的化感效應(yīng)指數(shù)；m為化感效應(yīng)指數(shù)的項(xiàng)數(shù)。

1.4幼苗生長(zhǎng)測(cè)定

處理濃度為0，50，100，150 mg·L^-1的種子發(fā)芽結(jié)束后繼續(xù)培養(yǎng)至14 d，后用游標(biāo)卡尺（精確度為 0.01 mm）測(cè)量發(fā)芽幼苗的根長(zhǎng)，用電子天平（精確度為0.1 mg）稱(chēng)量苗長(zhǎng)及鮮重等指標(biāo)。各培養(yǎng)皿隨機(jī)測(cè)定 10 株。

1.5數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用SPSS 25對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和Duncan's多重比較，采用SigmaPlot 14.0軟件作圖。

2結(jié)果與分析

2.1香豆素類(lèi)物質(zhì)對(duì)種子萌發(fā)的影響

如表1與圖1-A，不同香豆素類(lèi)物質(zhì)水溶液對(duì)于不同植物種子的發(fā)芽率呈現(xiàn)不同作用。7-羥基香豆素、6-甲基香豆素、4-羥基香豆素、簡(jiǎn)單香豆素對(duì)材料種子的發(fā)芽率均表現(xiàn)出明顯的抑制作用，且抑制作用隨著處理液濃度的增加呈變強(qiáng)趨勢(shì)。

簡(jiǎn)單香豆素與6-甲基香豆素對(duì)于種子萌發(fā)的抑制效果較為強(qiáng)烈，在較低的濃度（50，100 mg·L^-1）下即對(duì)黑麥草、狗尾草和白三葉表現(xiàn)出顯著抑制（P＜0.05），且抑制效果隨濃度上升而增強(qiáng)。6-甲基香豆素對(duì)黑麥草、白三葉萌發(fā)的抑制作用較簡(jiǎn)單香豆素更強(qiáng)，在100 mg·L^-1 濃度時(shí)對(duì)白三葉種子萌發(fā)的抑制效果最為顯著（P＜0.05），對(duì)于狗尾草與馬齒莧的發(fā)芽抑制效果較弱，在低濃度處理時(shí)差異不顯著。200 mg·L^-1的簡(jiǎn)單香豆素與6-甲基香豆素分別使白三葉發(fā)芽率降低了63.0%與97.6%，而黑麥草、狗尾草則受到完全抑制，未有發(fā)芽跡象。

黑麥草與狗尾草對(duì)于7-羥基香豆素較為敏感，不同濃度的7-羥基香豆素均顯著抑制了黑麥草與狗尾草種子的萌發(fā)（P＜0.05）。白三葉的種子萌發(fā)在7-羥基香豆素濃度較高（150，400 mg·L^-1）時(shí)受到顯著抑制（P＜0.05），而馬齒莧種子則僅在最高濃度400 mg·L^-1時(shí)中萌發(fā)抑制顯著（P＜0.05）。與對(duì)照相比，400 mg·L^-1濃度7-羥基香豆素處理下，馬齒莧的發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率分別降低了16.9%與18.5%，而白三葉的發(fā)芽勢(shì)下降了52.0%，發(fā)芽率下降了42.0%。不同濃度的4-羥基香豆素處理均顯著抑制了黑麥草和狗尾草種子的萌發(fā)，但對(duì)白三葉與馬齒莧的則在濃度大于150 mg·L^-1時(shí)達(dá)到顯著（P＜0.05）。

秦皮甲素與7-氨基4-甲基香豆素對(duì)于種子萌發(fā)的抑制效果不明顯，僅在較高濃度時(shí)對(duì)白三葉、黑麥草和狗尾草種子萌發(fā)抑制達(dá)到顯著（P＜0.05），對(duì)于馬齒莧種子萌發(fā)則表現(xiàn)出促進(jìn)作用。馬齒莧種子發(fā)芽較快，對(duì)于香豆素類(lèi)物質(zhì)較為不敏感。在50～150 mg·L^-1濃度的處理中，與對(duì)照比，不同香豆素處理對(duì)馬齒莧種子萌發(fā)的影響均無(wú)顯著差異，白三葉的萌發(fā)則在中高濃度（100，150 mg·L^-1）組中差異顯著（P＜0.05），低濃度時(shí)（50 mg·L^-1）抑制效果不顯著。

2.2香豆素類(lèi)物質(zhì)對(duì)植物幼苗苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)的影響

與地上部相比，植株幼苗根部對(duì)香豆素類(lèi)物質(zhì)更為敏感（圖2）。與對(duì)照相比，6-甲基香豆素水溶液對(duì)黑麥草、白三葉、馬齒莧幼苗生長(zhǎng)起抑制作用且差異顯著（P＜0.05），對(duì)狗尾草的苗長(zhǎng)則有促進(jìn)作用，并在在低濃度（50 mg·L^-1）時(shí)差異顯著（P＜0.05）。簡(jiǎn)單香豆素對(duì)白三葉、馬齒莧根的生長(zhǎng)有顯著抑制作用（P＜0.05），且抑制效果表現(xiàn)出良好的量化關(guān)系特征。簡(jiǎn)單香豆素在低濃度（50 mg·L^-1）時(shí)對(duì)狗尾草、白三葉的苗長(zhǎng)起促進(jìn)作用，在濃度較高（150 mg·L^-1）時(shí)苗長(zhǎng)則受到抑制，簡(jiǎn)單香豆素對(duì)狗尾草根長(zhǎng)有所抑制但與對(duì)照相比無(wú)顯著差異。

7-羥基香豆素顯著抑制了黑麥草的根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)和狗尾草根長(zhǎng)的生長(zhǎng)（P＜0.05），對(duì)白三葉的幼苗則無(wú)明顯作用。馬齒莧的根長(zhǎng)與苗長(zhǎng)也均受到7-羥基香豆素的制，且隨濃度升高抑制作用顯著增強(qiáng)（P＜0.05），表現(xiàn)出良好的量化關(guān)系特征。4-羥基香豆素對(duì)白三葉、黑麥草的苗長(zhǎng)與根長(zhǎng)均無(wú)明顯作用，對(duì)狗尾草的苗長(zhǎng)有顯著促進(jìn)作用（P＜0.05），對(duì)其根長(zhǎng)則表現(xiàn)為抑制但無(wú)顯著差異。在較低濃度（50 mg·L^-1）時(shí)，4-羥基香豆素顯著促進(jìn)了馬齒莧根長(zhǎng)的生長(zhǎng)，濃度較高（150 mg·L^-1）時(shí)則對(duì)馬齒莧的苗長(zhǎng)與根長(zhǎng)表現(xiàn)出顯著的抑制作用（P＜0.05）。為抑制但無(wú)顯著差異。在較低濃度（50 mg·L^-1）時(shí)，4-羥基香豆素顯著促進(jìn)了馬齒莧根長(zhǎng)的生長(zhǎng)，濃度較高（150 mg·L^-1）時(shí)則對(duì)馬齒莧的苗長(zhǎng)與根長(zhǎng)表現(xiàn)出顯著的抑制作用（P＜0.05）。

秦皮甲素與7-氨基-4-甲基香豆素對(duì)黑麥草的根長(zhǎng)與苗長(zhǎng)有所抑制，對(duì)白三葉的根長(zhǎng)與苗長(zhǎng)具有一定促進(jìn)作用（P＜0.05）。秦皮甲素與7-氨基-4-甲基香豆素在低濃度（50 mg·L^-1）時(shí)對(duì)于馬齒莧的根長(zhǎng)具有顯著促進(jìn)效果（P＜0.05），其他濃度時(shí)對(duì)馬齒莧則以抑制效果為主，且抑制效果隨香豆素類(lèi)物質(zhì)濃度上升而增加。幾種香豆素類(lèi)物質(zhì)均促進(jìn)了狗尾草的苗長(zhǎng)，但對(duì)其根的生長(zhǎng)則以抑制為主，所有香豆素較高濃度（150 mg·L^-1）的抑制作用達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。不同濃度的幾種香豆素均顯著抑制了馬齒莧的苗長(zhǎng)（P＜0.05），且隨著濃度的增加抑制效應(yīng)增強(qiáng)。試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)中高濃度（100，150 mg·L^-1）的簡(jiǎn)單香豆素與6-甲基香豆素處理下馬齒莧幼苗出現(xiàn)了變黑壞死現(xiàn)象（圖1-C）。

2.3香豆素類(lèi)物質(zhì)對(duì)植物幼苗鮮重和干重的影響

圖3可知，6-甲基香豆素與簡(jiǎn)單香豆素處理下4種植物的鮮重與干重均有所降低，且狗尾草和馬齒莧的鮮重和干重與對(duì)照相比差異顯著（P＜0.05）。7-羥基香豆素對(duì)4種植物幼苗的干重均無(wú)明顯作用。4-羥基香豆素處理下，白三葉、黑麥草、馬齒莧的干重、鮮重均有所降低，狗尾草的干重與鮮重有所升高，但與對(duì)照均無(wú)顯著差異。秦皮甲素則增加了狗尾草和馬齒莧的鮮重與干重，但差異不顯著。7-氨基-4-甲基香豆素增加了黑麥草與狗尾草的鮮重與干重，且干重隨7-氨基-4-甲基香豆素濃度的上升而增加，并在150 mg·L^-1濃度時(shí)達(dá)到顯著（P＜0.05）。白三葉與馬齒莧的干重則會(huì)被7-氨基-4-甲基香豆素抑制，且抑制作用隨濃度上升而增強(qiáng)，但三個(gè)濃度均未與對(duì)照差異顯著。7-羥基香豆素處理下馬齒莧種子的鮮重顯著增加（P＜0.05），但干重與對(duì)照相比有所減少且不顯著。150 mg·L^-1濃度的7-羥基香豆素處理時(shí)，白三葉、黑麥草、狗尾草的鮮重有所減少，但與對(duì)照相比僅黑麥草的鮮重達(dá)到顯著（P＜0.05）。

2.4香豆素類(lèi)物質(zhì)對(duì)4種植物的綜合抑制效應(yīng)

不同香豆素類(lèi)物質(zhì)抑草活性強(qiáng)度不同，不同種子對(duì)于不同香豆素類(lèi)物質(zhì)的敏感程度也有所不同（表2）。6-甲基香豆素對(duì)白三葉有著最強(qiáng)的抑制效果，簡(jiǎn)單香豆素則對(duì)狗尾草和黑麥草的抑制效果較強(qiáng)。7-羥基香豆素對(duì)于黑麥草具有強(qiáng)于6-甲基香豆素的抑制效果，但對(duì)白三葉、狗尾草、馬齒莧的抑制作用遠(yuǎn)小于香豆素與6-甲基香豆素。4-羥基香豆素對(duì)于馬齒莧與黑麥草的抑制效果強(qiáng)于對(duì)白三葉與狗尾草的抑制效果，但與簡(jiǎn)單香豆素和6-甲基香豆素相比較弱。7-氨基-4-甲基香豆素與秦皮甲素對(duì)于四種植物的抑制效果均弱于另外四種香豆素類(lèi)物質(zhì)。其中，秦皮甲素對(duì)狗尾草與馬齒莧起促進(jìn)作用，但促進(jìn)作用較其他抑制效果而言較弱。4種植物中，白三葉、狗尾草、馬齒莧對(duì)6-甲基香豆素與簡(jiǎn)單香豆素更為敏感，黑麥草則對(duì)簡(jiǎn)單香豆素與7-羥基香豆素更為敏感。因此，簡(jiǎn)單香豆素與6-甲基香豆素的綜合抑草能力最強(qiáng)。

3討論

不同香豆素對(duì)種子萌發(fā)的作用效果存在差異，與種子的根系類(lèi)型及發(fā)芽速度不同有關(guān)。7-羥基香豆素可以延遲含羞草（Mimosa pudica）種子發(fā)芽，導(dǎo)致根系發(fā)育遲緩，根系腫脹［8］。這與本試驗(yàn)中7-羥基香豆素減少黑麥草與狗尾草的種子發(fā)芽和根長(zhǎng)的結(jié)果相符，其對(duì)白三葉、馬齒莧種子萌發(fā)抑制不明顯，本研究觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，白三葉與馬齒莧種子吸脹較快，尤其是馬齒莧數(shù)小時(shí)內(nèi)即有種子吸脹完畢并突破種皮，未受到明顯的萌發(fā)抑制作用。這可能是由于發(fā)芽快的種子發(fā)芽時(shí)受香豆素類(lèi)物質(zhì)脅迫時(shí)間較短，種子萌發(fā)機(jī)制還未遭到破壞；而萌發(fā)后隨著香豆素類(lèi)物質(zhì)處理時(shí)間的增長(zhǎng)，幼苗逐漸顯現(xiàn)出遭受損傷的現(xiàn)象（圖2-C）。而黑麥草、狗尾草種子吸脹和突破種皮需要較長(zhǎng)的時(shí)間，對(duì)照也需要3天左右，在這個(gè)過(guò)程中種子遭受的脅迫逐漸積累，細(xì)胞膜功能、抗氧化酶等被香豆素逐步破壞，因而它們的種子萌發(fā)出現(xiàn)了明顯的受抑制與延緩現(xiàn)象，即香豆素處理使它們發(fā)芽率降低、發(fā)芽也更慢。Samajdar等［14］研究發(fā)現(xiàn)，香豆素類(lèi)物質(zhì)抑制或延遲萌發(fā)主要有以下機(jī)制：早期抑制種子吸水，延遲或阻止穩(wěn)定膜構(gòu)型的恢復(fù)；干擾膜功能或抑制O2消耗；通過(guò)影響膜系統(tǒng)產(chǎn)生活性氧（ROS）；阻斷過(guò)氧化物酶的激活；干擾種皮中的基因，阻斷赤霉素的合成。香豆素可以通過(guò)抑制赤霉素分解來(lái)增加水稻（Oryza sativa）種子中赤霉素的含量，抑制水稻胚中活性氧的含量，從而影響種子的萌發(fā)［15］。用天仙子（Hyoscyamus niger L.）種子浸提液處理黑麥草處理也具有相似現(xiàn)象，即黑麥草種子活性降低，發(fā)芽受到抑制并有所延遲［16］。本研究中的黑麥草、狗尾草種子吸脹延緩發(fā)芽受到抑制可推知，香豆素類(lèi)物質(zhì)可能正是由于抑制種子吸水，干擾膜功能與活性氧水平等一種或多種機(jī)制干擾了種子萌發(fā)，但具體的作用方式差異還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

與香豆素類(lèi)物質(zhì)對(duì)種子萌發(fā)的影響相比，其對(duì)于植物幼苗生長(zhǎng)的影響有所不同。據(jù)報(bào)道，植物根系對(duì)于香豆素類(lèi)物質(zhì)的脅迫更為敏感，是由于根部是植物受到香豆素類(lèi)物質(zhì)作用的第一個(gè)器官，根部接觸香豆素類(lèi)化合物時(shí)間更長(zhǎng)，香豆素類(lèi)物質(zhì)對(duì)于不同植物根部的影響不同則與根系類(lèi)型有關(guān)［17］。據(jù)報(bào)道，用濃度高于50 mg·L^-1的香豆素對(duì)沙培紫花苜蓿（Medicago sativa L.）處理，即可使其根系受損嚴(yán)重，不能進(jìn)行正常的生長(zhǎng)發(fā)育［18］。本試驗(yàn)也表明，植物根部對(duì)于香豆素類(lèi)物質(zhì)的作用更敏感。在一些研究中，根長(zhǎng)被看作是證實(shí)香豆素類(lèi)物質(zhì)植物毒性的主要參數(shù)之一［19］。

不同植物對(duì)香豆素類(lèi)物質(zhì)的處理有著不同的響應(yīng)機(jī)制。有研究表明，6-甲基香豆素對(duì)于反枝莧與生菜的種子萌發(fā)具有一定的抑制作用，其對(duì)于莖的抑制強(qiáng)于對(duì)根長(zhǎng)的抑制［6］。本研究則發(fā)現(xiàn)，香豆素類(lèi)物質(zhì)處理的狗尾草傾向于維持莖干，處理后的狗尾草苗長(zhǎng)有所增加，而根系則受到抑制與破壞。燕志強(qiáng)等［20］關(guān)于青蒿素化感作用的研究表明，狗尾草的莖長(zhǎng)在低濃度時(shí)受到的抑制作用不明顯；利用青蒿素對(duì)馬齒莧的進(jìn)行處理時(shí)，馬齒莧種子萌發(fā)受到的抑制效果不明顯，而其苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)、鮮重則顯著降低。本研究中，香豆素類(lèi)物質(zhì)對(duì)于馬齒莧種子萌發(fā)的作用較為輕微，但對(duì)幼苗生長(zhǎng)抑制作用較強(qiáng)，根長(zhǎng)急劇減少，且隨濃度上升抑制效果增強(qiáng)，與青蒿素化感作用的研究結(jié)果相似。Ahrabi等［21］用香豆素和對(duì)羥基苯甲酸處理油菜籽種子時(shí)，也發(fā)現(xiàn)同樣的結(jié)果，種子萌發(fā)受到的影響較小，但幼苗的生長(zhǎng)受到顯著抑制，根、莖長(zhǎng)、鮮、干重均受到香豆素處理的抑制。

鮮重與干重可以反應(yīng)植物的生物量、含水量與干物質(zhì)量。香豆素類(lèi)物質(zhì)會(huì)影響植物內(nèi)源激素，從而影響生物量的積累［15］。Saleh等［22］研究證實(shí)，蠶豆（Vicia faba）受到香豆素的影響，正是由于植物內(nèi)源激素吲哚乙酸（IAA）、脫落酸（ABA）和赤霉素（GA3）被干擾。在本研究中，簡(jiǎn)單香豆素和6-甲基香豆素對(duì)植物的鮮重與干重抑制最強(qiáng)，推測(cè)可能是由于它們能夠調(diào)節(jié)植物內(nèi)源激素的合成與代謝，從而進(jìn)一步影響植物的生長(zhǎng)和調(diào)節(jié)。

此外，香豆素類(lèi)物質(zhì)也可以通過(guò)活性氧等間接調(diào)控幼苗生長(zhǎng)［15］。青蒿素處理的狗尾草與馬齒莧植株體內(nèi)的活性氧、丙二醛（MDA）、游離脯氨酸含量顯著上升，表明其均遭受過(guò)氧化脅迫與氧化應(yīng)激損傷［20］。本研究中，濃度大于等于100 mg·L^-1的簡(jiǎn)單香豆素與6-甲基香豆素，處理6 d后馬齒莧幼苗出現(xiàn)顏色黯淡發(fā)黑現(xiàn)象，表現(xiàn)出明顯的過(guò)氧化損傷，與Saleh等［22］對(duì)于蠶豆（Vicia faba）的結(jié)果相似，可能是遭受過(guò)氧化損傷和出現(xiàn)畸變的結(jié)果，這需要進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

除草劑的作用機(jī)制主要有抑制植物的酶、光合作用、脂質(zhì)合成、生長(zhǎng)素含量與運(yùn)輸、氨基酸合成、細(xì)胞分裂、微管形成、纖維素合成等［23］。種子萌發(fā)作為植物生長(zhǎng)脆弱的階段，發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的降低，發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)，出苗延后，幼苗矮小與畸變，這些會(huì)影響植物在生態(tài)系統(tǒng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力［24］。潛在的生物除草劑必須具有以上一種或一組作用機(jī)制。本研究表明，6-甲基香豆素與簡(jiǎn)單香豆素在100 mg·L^-1濃度時(shí)即可顯著抑制白三葉、黑麥草、狗尾草種子的萌發(fā)，并對(duì)植株的根長(zhǎng)、鮮重等也有所抑制。香豆素類(lèi)物質(zhì)還可以降低植物的有絲分裂指數(shù)，影響植株體內(nèi)的激素與過(guò)氧化酶，抑制或干擾細(xì)胞分裂，增加染色體異常的頻率［25］。這些抑制植物種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)，影響植物的生理活動(dòng)，降低植株生態(tài)競(jìng)爭(zhēng)力的現(xiàn)象與除草劑的作用機(jī)制相符，可以表明香豆素類(lèi)物質(zhì)具有開(kāi)發(fā)為新型除草劑的潛力。不同香豆素類(lèi)物質(zhì)與不同種子的作用之間有所差異，這有助于對(duì)其除草活性高度選擇性的開(kāi)發(fā)。因此，明確香豆素類(lèi)物質(zhì)的作用機(jī)制與差異有待進(jìn)一步深入研究。

香豆素類(lèi)物質(zhì)的活性因母體苯環(huán)或吡喃環(huán)上取代基的不同而異，也與取代基的位置密切相關(guān)［6］。香豆素類(lèi)化合物根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征與環(huán)上取代基及其位置的不同，常將香豆素分為簡(jiǎn)單香豆素、呋喃香豆素、吡喃香豆素和其他香豆素類(lèi)等。其中簡(jiǎn)單香豆素類(lèi)是指僅在苯環(huán)有取代基的香豆素類(lèi)，7-羥基香豆素（圖4-a）、4-羥基香豆素（圖4-c）與6-甲基香豆素（圖4-e）等均屬此類(lèi)。絕大部分香豆素在7位都有含氧基團(tuán)的存在，如本試驗(yàn)中的7-羥基香豆素（圖4-a）與秦皮甲素（圖4-d），7-羥基香豆素又被稱(chēng)為傘形酮或傘形花內(nèi)酯，被認(rèn)為是部分香豆素類(lèi)成分的母體，它的5位、6位、8位都有含氧基團(tuán)取代的可能，常見(jiàn)的基團(tuán)有羥基、甲氧基等。近年來(lái)在天然植物中發(fā)現(xiàn)的香豆素以簡(jiǎn)單香豆素類(lèi)化合物居多，大多簡(jiǎn)單甲基香豆素均具有殺蟲(chóng)抑菌活性以及一定的除草活性［26］。本試驗(yàn)中，綜合除草活性較強(qiáng)的6-甲基香豆素即屬于此類(lèi)（圖4-e）。有研究表明，香豆素類(lèi)物質(zhì)在8位與6位有取代基時(shí)活性較更強(qiáng)，在7位時(shí)則較弱，而當(dāng)取代基中有羥基等極性較大的基團(tuán)時(shí)活性則會(huì)有所降低［27］。本研究中，活性較強(qiáng)的6-甲基香豆素（圖4-e）取代基在6位，而7-羥基香豆素（圖4-a）、7-氨基-4-甲基香豆素（圖4-b）、秦皮甲素（圖4-d）均在7位有取代基且取代基含有極性較大的羥基或氨基，與上述結(jié)論較為相符。丁建芬［28］等合成了4個(gè)7-羥基香豆素衍生物和8個(gè)新型的7-苯氧乙酰氧基香豆素衍生物，初步的除草活性試驗(yàn)結(jié)果顯示，部分目標(biāo)化合物對(duì)雙子葉植物有較高的防效，與商品化除草劑 2，4-D相當(dāng)。4-羥基香豆素類(lèi)易于合成且具有一定的除草活性，可以作為先導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)修飾，從而提高其活性［29］。綜上所述，香豆素類(lèi)物質(zhì)活性與結(jié)構(gòu)特征的相關(guān)性研究，和可以通過(guò)化學(xué)修飾提高香豆素類(lèi)物質(zhì)生物活性的大量試驗(yàn)結(jié)果，論證了開(kāi)發(fā)香豆素類(lèi)除草劑的可能性，簡(jiǎn)單香豆素、6-甲基香豆素、7-羥基香豆素與4-羥基香豆素在開(kāi)發(fā)為除草劑或成為除草劑中間體方面具有較大潛力。

4結(jié)論

簡(jiǎn)單香豆素、6-甲基香豆素、7-羥基香豆素、4-羥基香豆素對(duì)于4種植物具有較強(qiáng)的抑制作用。簡(jiǎn)單香豆素與6-甲基香豆素的綜合抑草作用最強(qiáng)，其中6-甲基香豆素對(duì)白三葉抑制效果最強(qiáng)，簡(jiǎn)單香豆素對(duì)黑麥草與狗尾草也有著較強(qiáng)的抑制效果；7-羥基香豆素與4-羥基香豆素次弱。結(jié)合簡(jiǎn)單香豆素、6-甲基香豆素、7-羥基香豆素、4-羥基香豆素已有較高的工業(yè)生產(chǎn)合成水平，推斷簡(jiǎn)單香豆素、6-甲基香豆素、7-羥基香豆素、4-羥基香豆素具有較大潛力開(kāi)發(fā)為香豆素類(lèi)除草劑或成為除草劑中間體，而除草高效應(yīng)用機(jī)制機(jī)理等影響除草效果的因素有待進(jìn)一步探究。

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（責(zé)任編輯 彭露茜）