5種高原特色植物抑草活性分析

雷向榮， 沈 碩， 李 瑋

(1.青海大學農林科學院， 西寧 810016；2.農業農村部西寧作物有害生物科學觀測實驗站， 西寧 810016；3.青海省農業有害生物綜合治理重點實驗室， 西寧 810016)

雜草對作物的生長有重要影響，不僅消耗作物生長所必需的有限營養資源，造成不同作物生物量和產量的嚴重損失，也增加了生產成本和降低了產品質量。同時，雜草種類、雜草密度和出苗時間影響著田間條件下作物與雜草對空間、光照、水分和養分等資源的競爭[1-2]。目前通常采用人工和機械鋤草，以及使用化學除草劑來控制雜草的危害。由于人工除草耗費巨大的勞動力和資金，機械除草對地勢地形有嚴格的要求，而化學除草見效快且成本效益高，因而被廣泛應用于防治各種危害農田作物的雜草中，但化學除草劑也存在許多局限性，使用不當會對環境和人類健康構成嚴重威脅，同時還會引發雜草抗藥性的發展和雜草區系的變化，并可能影響易感輪作作物的生長發育[3-4]。

植物源農藥是一類重要的生物農藥，主要是利用植物的次生代謝產物對農業病蟲害進行防治。與化學合成農藥不同，它能夠在田間發揮一定積極功效而不會產生藥害，作為化學除草劑的安全替代品，受到新農藥研發界的高度重視[3-10]。目前黃花蒿利用的研究已經取得了一些成果，黃花蒿的抗瘧成分青蒿素是該植物葉片和花蕾中含量較高的成分，研究表明，該化合物對植物種子發芽及生長具有選擇性毒害作用[11-12]，通過殘體分解、根系分泌、地上部分淋溶和揮發作用等逐步將化感物質釋放到其周圍環境，從而抑制周圍植物的生長，如對黃瓜、蘿卜、小麥及燕麥的種子及幼苗產生綜合抑制效應[13]。魏傳斌等[14]研究表明，北美車前抽提液對花菜種子的萌發和生長會產生較大的影響，甚至影響其產量和品質。王婧怡等[15]研究表明，黃花草木樨水浸提液可以通過降低多花黑麥草和蘇丹草種子的發芽率、根長、根干重、莖長和莖葉干重等生長指標，減少植株體內葉綠素含量以及改變滲透調節物質含量和酶活性等生理生化指標來影響黑麥草和蘇丹草的生長。

野燕麥(AvenafatuaL.)是一種最常見、最具經濟危害性且在世界各地大量種植區存在的雜草。野生燕麥也是世界上15種最重要的抗除草劑雜草之一，在青海地區，它是危害青稞等農作物的農田惡性雜草之一[16-21]。旱雀麥(BromustectorumL.) 由于其對環境的適應能力強，繁殖能力強，有效防治時間短等原因廣泛存在于青稞和小麥田中[22-23]。目前對野燕麥、旱雀麥等農田雜草的控制仍然以燕麥畏、2,4-D丁酯、氟樂靈等化學除草劑為主。呂曉輝[24]研究表明，經過長期的單一用藥，青海地區的野燕麥對高效氟吡甲禾靈產生了不同程度的抗性，迫使雜草的防治方法趨于多樣化，而不是僅僅依靠除草劑。而關于藏薊(Cirsiumlanatum)、橐吾(Ligulariasibirica(L.) Cass.)、黃花蒿(ArtemisiaannuaL.)、車前(PlantagoasiaticaL.)、草木樨(MellilotusofficinalisL.)這5種植物粗提物對野燕麥和旱雀麥的抑制效果尚未得到充分的研究。因此，通過對5種高原特色植物的抑草活性的研究，旨在發現來源于這幾種植物的抑草活性物質，為生物除草劑研發提供基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

藏薊、橐吾、黃花蒿等采集于青海省西寧市湟中縣魯沙爾鎮；車前、草木樨采集及野燕麥、旱雀麥等種子均由青海省農林科學院植物保護研究所提供。

1.2 試驗方法

1.2.1不同質量濃度的5種植物粗提取物水溶液的制備

將新鮮的高原特色植物取回后置于陰涼干燥處翻動、陰干粉碎，然后稱取藏薊312 g、橐吾357 g、黃花蒿748 g、車前349 g、草木樨333 g，分別裝入玻璃柱子中，加甲醇直至蓋過粉碎物界面，充分搖勻，室溫下浸泡72 h。將浸提液過濾，45～50 ℃條件下低壓旋蒸至浸膏[25]。

提取率(%)=(浸膏的重量/新鮮植物的重量)×100% 。

各稱取適量的粗提取物分別放入小燒杯中，分別加入一定量的丙酮助溶，期間不斷攪拌使其充分溶解。最后將其分別配成質量濃度為100、50、25、10、5、2、1 mg·mL-1的水溶液待用。

1.2.2培養皿種子萌發及生長測定方法

將野燕麥和旱雀麥種子用次氯酸鈉溶液(w=2.5%)浸泡，同時用磁力攪拌器攪拌10 min，再用無菌水攪拌沖洗3次(每次3 min)，用吸水紙吸干表面水分，加適量水放入25 ℃恒溫培養箱中催芽培養3 d，然后挑選出露白一致的種子進行測定。

在高溫滅菌后的玻璃培養皿中鋪雙層濾紙，分別取上述配置好的各濃度水溶液5 mL添加進處理好的培養皿中，以清水為對照(ck)。每個培養皿放14粒野燕麥種子，每個處理3次重復。將培養皿放在25 ℃恒溫培養箱中培養7 d。培養期間加適量的無菌水保持種子及幼苗生長所需的水分。第7天同時測定根長、芽長、鮮質量、干質量及計算抑制率[25]，公式如下：

抑制率(%)=[(空白對照處理-粗提取物水溶液處理)/空白對照處理]×100%。

所得數據用SPSS 20.0軟件進行方差分析，采用Origin 2019軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 5種植物粗提取物的提取率

由表1可知，藏薊、橐吾、黃花蒿、車前、草木樨的提取率分別為2.9%、1.6%、1.7%、3.0%、3.2%。提取率最高的是草木樨，提取率最低的是橐吾。

表1 5種植物粗提取物的提取

2.2 5種植物粗提取物對野燕麥和旱雀麥種子萌發的影響

由表2和表3可知，藏薊、橐吾、黃花蒿、車前、草木樨等的粗提取物可以顯著抑制野燕麥種子的萌發，藏薊粗提取物在質量濃度為50 mg·mL-1以上時，野燕麥種子沒有萌發，在質量濃度為25 mg·mL-1以上時，旱雀麥種子沒有萌發；橐吾粗提取物在質量濃度為100 mg·mL-1時，野燕麥種子沒有萌發，在質量濃度為25 mg·mL-1以上時，旱雀麥種子沒有萌發；黃花蒿粗提取物在質量濃度為50 mg·mL-1以上時，野燕麥種子沒有萌發，在質量濃度為2 mg·mL-1以上時，旱雀麥種子均沒有萌發；車前粗提取物在質量濃度為100 mg·mL-1以上時，野燕麥種子沒有萌發，在質量濃度為25 mg·mL-1以上時，旱雀麥種子無萌發跡象；草木樨粗提取物在質量濃度為5 mg·mL-1以上時，野燕麥種子沒有萌發，在質量濃度為2 mg·mL-1以上時，旱雀麥種子沒有萌發。

表2 5種植物粗提取物對野燕麥種子萌發的影響

表3 5種植物粗提取物對旱雀麥種子萌發的影響

藏薊粗提取物對野燕麥的50%種子萌發受到抑制的質量濃度(ED50)和90% 種子萌發受到抑制的質量濃度(ED90)分別為35.86 mg·mL-1和74.80 mg·mL-1，對旱雀麥的ED50和ED90分別為5.9 mg·mL-1和18.03 mg·mL-1；橐吾粗提取物對野燕麥的ED50和ED90分別為51.65 mg·mL-1和95.68 mg·mL-1，對旱雀麥的ED50和ED90分別為1.47 mg·mL-1和16.2 mg·mL-1；黃花蒿粗提取物對野燕麥的ED50和ED90分別為5.27 mg·mL-1和59.74 mg·mL-1，對旱雀麥的ED50和ED90分別為0.74 mg·mL-1和1.54mg·mL-1；車前粗提取物對野燕麥的ED50和ED90分別為44.48 mg·mL-1和86.90 mg·mL-1，對旱雀麥的ED50和ED90分別為4.31 mg·mL-1和18.03 mg·mL-1；草木樨粗提取物對野燕麥的ED50和ED90為2.33 mg·mL-1和53.85 mg·mL-1，對旱雀麥的ED50和ED90分別為0.95 mg·mL-1和1.75 mg·mL-1。

2.3 5種植物粗提取物對野燕麥和旱雀麥幼苗生長的影響

由圖1、圖2可知，藏薊粗提取物水溶液在質量濃度為50 mg·mL-1以上時，橐吾粗提取物水溶液在質量濃度為100 mg·mL-1時，黃花蒿粗提取物水溶液在質量濃度為50 mg·mL-1以上時，車前粗提取物水溶液在質量濃度為100 mg·mL-1時，草木樨粗提取物水溶液在質量濃度為5 mg·mL-1以上時，對野燕麥生長種子的根長和芽長生長抑制率為100%，對鮮質量和干質量的抑制率為100%。藏薊粗提取物水溶液在質量濃度為25 mg·mL-1以上時，橐吾粗提取物水溶液在質量濃度為25 mg·mL-1以上時，黃花蒿粗提取物水溶液在質量濃度為2 mg·mL-1以上時，車前粗提取物水溶液在質量濃度為25 mg·mL-1以上時，草木樨粗提取物水溶液在質量濃度為2 mg·mL-1以上時，對旱雀麥生長種子的根長和芽長生長抑制率為100%，對鮮質量和干質量的抑制率為100%。由此可知，這5種高原特色植物的粗提取物水溶液均能抑制野燕麥和旱雀麥種子的萌發以及生長，隨著質量濃度增大，影響作用加大。

圖1 5種植物粗提取物對野燕麥種子幼苗生長特征的影響

圖2 5種植物粗提取物對旱雀麥種子幼苗生長的影響

3 結論與討論

3.1 5種植物粗提物對野燕麥和旱雀麥種子萌發的影響

種子萌發時期既是植物生活史起點，也是對外界環境變化最為敏感時期。種子萌發率降低可能會降低植物在群落中的多度，種子發芽速率降低，發芽時間延長，出苗延后，將嚴重影響植物對地上和地下資源的競爭能力。研究表明，藏薊、橐吾、黃花蒿、車前、草木樨的粗提取物都顯著抑制野燕麥和旱雀麥種子的萌發，但這5種植物粗提物對野燕麥和旱雀麥種子萌發100%的抑制所需要的質量濃度各不相同。藏薊粗提取物在質量濃度為50 mg·mL-1以上時，野燕麥種子沒有萌發，而質量濃度為25 mg·mL-1以上時，旱雀麥種子沒有萌發。這說明旱雀麥種子萌發的100%抑制所需要的藏薊粗體物質量濃度更低。而其他4種植物也出現了同樣的現象，即旱雀麥種子萌發的100%抑制所需要的粗提物質量濃度更低。這可能與這兩種雜草對粗提物中同種的除草物質的敏感度不同，旱雀麥種子更敏感一些，也可能是粗提物中不同的提取物質對兩種雜草種子萌發發揮作用，具體的機理有待進一步研究。

3.2 5種植物粗提取物對野燕麥和旱雀麥幼苗生長的影響

本研究選用5種高原特色植物粗提取物來研究對野燕麥和旱雀麥幼苗生長的影響，選用根長、芽長、干質量、鮮質量為參考。研究表明，5種高原特色植物粗提取物對野燕麥和旱雀麥幼苗的生長具有顯著抑制作用。同時這兩種雜草對同種、同質量濃度的高原特色植物粗提取物有不同的敏感度。值得注意的是：草木樨的粗提取物在很低的質量濃度時，對兩種供試雜草的幼苗生長的芽長、根長、干質量、鮮質量的抑制率達100%。研究表明，黃花草木樨植株地上部分含有較多的水溶性化感物質，能顯著抑制多花黑麥草、紅三葉以及一些雜草種子發芽、幼苗生長[26-30]。鄔彩霞等[31]研究表明，黃花草木樨具有較強的化感抑草潛力，對雜草山苦荬、稗草、車前草的種子萌發抑制作用顯著，對這幾種雜草的幼苗莖、根的生長均有顯著抑制作用。黃花草木樨的抑草能力具有選擇性，蘇丹草與黑麥草均為禾本科，但對其作用機理影響上存在差別，對黑麥草的抑制作用要強于蘇丹草。黃花草木樨水浸提液在種子萌發和幼苗生長初期可以很大限度地起到抑制作用，隨著處理時間的延長,黑麥草和蘇丹草會通過自身的機制抵抗抑制，逐漸恢復生命力，具有時效性。此外，黃花草木樨水浸提液對根的抑制作用要強于莖[32-36]。在本試驗中，草木樨對旱雀麥中的抑制作用強于野燕麥種子，據此，分析提純草木樨水浸提液中主效化感物質，再結合其生長特性、提取工藝和除草譜將其進行結構優化研制開發出新型生物源除草劑。

結果表明，藏薊、橐吾、黃花蒿、車前、草木樨的粗提物都能夠抑制野燕麥和旱雀麥的生長，其中草木樨的粗提取物對野燕麥和旱雀麥的抑制作用高于其他4種植物，且隨著濃度增加，抑制率逐漸增加。且5種植物中都存在具有抑制野燕麥和旱雀麥種子萌發的活性物質。可以將草木樨作為開發有效防治野燕麥和旱雀麥地植物源農藥的重點目標。