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5種中藥水浸提液對馬齒莧和狗尾草萌發(fā)的化感作用

2025-10-06 00:00:00嚴(yán)雪馬新樂王德昌張鋒單成鋼宋振巧
山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2025年8期

中圖分類號:S476 文獻(xiàn)標(biāo)識號:A 文章編號:1001-4942(2025)08-0085-07

AbstractIn order to explore the allelopathic efect of aqueous extracts of traditional Chinese medicines on seed germination of two kinds of weeds (Portulaca oleracea and Setaria viridis) in field,the aqueous extractsof five kinds of traditional Chinese medicines (Polygoni Cuspidati Rhizoma Et Radix,Sophorae Flavescentis Radix,Artemisiae Argyi Folium,Rehmanniae Radix, Scutellariae Radix) at 10O and 200g?L-1 were used to study their effects on seed germination and seedling growth of the two species of weeds,which was expected to explore a new direction of“traditional Chinese medicines for weeding”,and provide references for development of herbicides derived from traditional Chinese medicines and controlof weeds.The results showed that the five kinds of aqueous extracts exhibited allelopathic inhibitory effcts on germination of the two kinds of weeds,and most treatments reached a significant level with the inhibitory intensity showing S. viridisgt;P.oleracea. In terms of seedling growth, the five kinds of aqueous extracts at 100g?L-1 and 200g?L-1 showed significant allelopathic inhibitory effects on root length of S . viridis and P . oleracea. The aqueous extract of Polygoni Cuspidati Rhizoma Et Radix at 100g?L-1 and 200g?L-1 significantly promoted the seedling height of S viridis and P . oleracea,while that of the other four kinds of traditional Chinese medicines showed varing effects on seedling height of the two kinds of weeds,which exhibited inhibitory efects in most cases but promoting effects in few cases. In sum, the response of seed germination and seedling growth of P . oleracea and S . viridis to theallelopathic effects of the five kinds of aqueous extracts were different.The comprehensive index of allelopathiceffects indicated that the aqueous extract of Scutellariae Radix had greater inhibitory efects on seed germination and seedling growth of the two kinds of weeds.

KeywordsTraditional Chinese medicines;Aqueous extract; Portulacaoleracea ; Setaria viridis ; Alllop-athy

植物作為供體,通過揮發(fā)、淋溶、根分泌以及殘株降解等多種途徑[1],向周圍環(huán)境釋放出有顯著生理效應(yīng)的次生代謝物,這種化學(xué)生態(tài)學(xué)現(xiàn)象稱為植物化感作用[2]。植物化感物質(zhì)通過抑制胚生長、破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)等方式延緩種子萌發(fā)進(jìn)程、降低發(fā)芽率以及影響種子萌發(fā)后幼苗的生長發(fā)育[3],并表現(xiàn)出明顯的濃度效應(yīng)以及因植物種類、部位和化感物質(zhì)濃度不同所產(chǎn)生抑制作用的差異性。

農(nóng)田雜草危害常見于我國農(nóng)業(yè)及中藥材種植過程中,因其種子多且小、生命力頑強(qiáng)而易與其他植物形成資源競爭,甚至造成作物減產(chǎn)、中藥材品質(zhì)下降等問題。目前,人工合成化學(xué)除草劑在抑制雜草方面起著關(guān)鍵性作用,然而已有研究發(fā)現(xiàn),該類除草劑會產(chǎn)生化學(xué)徑流、改變土壤條件甚至?xí)a(chǎn)生抗除草劑雜草等危害[4],因此研發(fā)安全無污染、環(huán)境友好型的植物源除草劑越來越受到重視[5] 。

我國是中藥資源大國,其中藥用植物資源約占 18% 。現(xiàn)已識別出超過40萬種的植物次生代謝產(chǎn)物[6。其中,超過30科2000種以上的植物被證實(shí)能產(chǎn)生具備一種或多種天然除草活性的化感物質(zhì)[7]。截至目前,有關(guān)植物源除草研究的報道主要集中在“以草治草”[8]方面,即利用常見雜草對其他雜草的化感作用進(jìn)行防除,而有關(guān)中藥水浸提液與植物之間的化感作用并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“中藥治草”等相關(guān)研究鮮見報道,但有關(guān)中藥水浸提液的抗菌活性[9]、殺蟲效果[0]以及連作障礙[11]等方面均有報道。因此,本研究以虎杖、苦參、艾葉、地黃、黃芩5種中藥為原料,采用水浸提法和培養(yǎng)血濾紙法研究這5種中藥水浸提液對狗尾草和馬齒莧種子萌發(fā)和幼苗生長的影響,以期為農(nóng)作物與中藥材栽培過程中的雜草防控提供科學(xué)的參考依據(jù)

材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用地黃、黃芩、艾葉、虎杖和苦參飲片均購于省泰安市九州通上山醫(yī)藥有限公司上山大藥房,經(jīng)農(nóng)業(yè)大學(xué)宋振巧教授鑒定分別為玄參科植物地黃(Rehmannia glutinosa Li-bosch.)的干燥塊根、唇形科植物黃芩(ScutellariabaicalensisGeorgi)的干燥根、菊科植物艾(Artemis-iaargyiLevl.)的干燥葉、蓼科植物虎杖(Polygo-numcuspidatumSieb.)的干燥根莖和根、豆科植物苦參(Sophora flavescensAit.)的干燥根。馬齒莧(Portulacaoleracea)狗尾草(Setariaviridis)種子分別購于河北滿疇農(nóng)業(yè)科技有限公司和廣州璐芯扈國際貿(mào)易有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 中藥水浸提液的制備試驗(yàn)于2024年5月在農(nóng)業(yè)大學(xué)藥用植物遺傳育種實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。分別稱取干燥虎杖、苦參、艾葉、生地黃、黃芩飲片 100.200g 并分別置于 2L 燒杯中,各加入1L去離子水,室溫浸泡 24h ,之后 25~30°C 下超聲波提取 30min ,初步過濾。將所得濾液分別裝于 50mL 離心管中, 10000~10050r?min-1 離心10min ,取上清液,制成 質(zhì)量濃度的5種中藥水浸提液,置于 4~5°C 冰箱中備用。

1.2.2 雜草種子處理 選擇顆粒飽滿、整齊一致的馬齒莧、狗尾草種子,去離子水沖洗3~5次備用。

1.2.3 雜草種子發(fā)芽試驗(yàn)采用培養(yǎng)Ⅲ濾紙法進(jìn)行雜草種子發(fā)芽試驗(yàn)。選擇直徑 9cm 的培養(yǎng)皿,底部平鋪兩層無菌定性濾紙,之后選取顆粒飽滿的雜草種子各50粒均勻放置于培養(yǎng)皿中,再分別加入不同質(zhì)量濃度的地黃、黃芩、虎杖、艾葉和苦參水浸提液 2mL ,以蒸餾水為對照(CK),每個濃度處理設(shè)置3組重復(fù)。將各處理培養(yǎng)皿置于25°C 、光照 黑暗 8h 的人工氣候培養(yǎng)箱中培養(yǎng),并根據(jù)培養(yǎng)皿的水分情況及時添加 1~2mL 藥液保持濾紙表面濕潤。

1.3 測定指標(biāo)及方法

以雜草種子胚芽突破種皮 2mm 作為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn),每天拍照記錄發(fā)芽種子數(shù)。培養(yǎng)至發(fā)芽率連續(xù)2天保持不變后結(jié)束雜草種子發(fā)芽試驗(yàn)[2]。相關(guān)指標(biāo)計算公式為:

發(fā)芽率 (%)= (發(fā)芽數(shù)/總種子數(shù)) ×100 ;

萌發(fā)指數(shù) (GI)=Σ(GUDt) 。

式中, Gt 是第 t 天內(nèi)的發(fā)芽數(shù),Dt是相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)[12] 。

根長和苗高:培養(yǎng)第6天,取每個濃度處理的幼苗規(guī)則擺放,用 20cm 長直尺測量每株幼苗的根長和苗高,取3次重復(fù)的平均值

化感作用效應(yīng)指數(shù)[13] (RI)=1-C/T(ΩT?C) 或 T/C-1(T0 表示為促進(jìn)作用, RIlt;0 表示為抑制作用。

化感綜合效應(yīng)指數(shù)[14](SE)是對同一處理下5種中藥水浸提液對同種雜草的各測試項目RI值的算數(shù)平均值。參照文獻(xiàn)[15]的方法計算SE值: SE= (RI發(fā)芽率 +RI 萌發(fā)指數(shù) +RI 苗高 +RI 根長) /4 。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)采用MicrosoftExcel2021進(jìn)行整理,用SPSS軟件(IBM SPSS26.0 for windows)進(jìn)行單因素方差分析和顯著性檢驗(yàn)(One-wayANO-VA,Tukey’s HSD test),用GraphPad Prism 8.0.2軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 中藥水浸提液對馬齒莧和狗尾草種子發(fā)芽率的影響

如圖1A所示,不同質(zhì)量濃度的5種中藥水浸提液對馬齒莧種子發(fā)芽率的抑制效果不同。其中,苦參、地黃、黃芩水浸提液處理下發(fā)芽率隨著質(zhì)量濃度的升高而降低,虎杖、艾葉水浸提液處理下發(fā)芽率隨著質(zhì)量濃度的升高而升高,但仍均低于對照。黃芩水浸提液對發(fā)芽率的抑制作用最強(qiáng), 100,200g?L-1 質(zhì)量濃度處理分別較對照下降55.33、70.70個百分點(diǎn)。

如圖1B所示,5種中藥水浸提液處理下,狗尾草種子發(fā)芽率均隨質(zhì)量濃度升高而降低。虎杖、苦參、艾葉、地黃、黃芩這5種中藥水浸提液處理的狗尾草種子發(fā)芽率均在 200g?L-1 質(zhì)量濃度下最低,較對照分別下降16.7、44.7、43.4、32.0、60.7個百分點(diǎn)。對狗尾草發(fā)芽率的抑制強(qiáng)弱排名為:黃芩gt;苦參 gt; 艾葉gt;地黃gt;虎杖。

圖1中藥水浸提液對馬齒莧(A)、狗尾草(B)發(fā)芽率的影響

柱上不同大寫字母表示同濃度下5種中藥水浸提液間差異顯著0 (Plt;0.05) ,不同小寫字母表示同中藥水浸提液不同濃度處理間差異顯著( Plt;0.05) ,下同。

2.2 中藥水浸提液對馬齒莧和狗尾草種子萌發(fā)指數(shù)的影響

如圖2A所示,5種水浸提液對馬齒莧種子萌發(fā)指數(shù)均有抑制作用,除苦參和艾葉水浸提液處理下馬齒莧種子萌發(fā)指數(shù)隨質(zhì)量濃度升高而增大外,其余3種中藥水浸提液處理下萌發(fā)指數(shù)均隨質(zhì)量濃度升高而降低,其中黃芩水浸提液的抑制作用最強(qiáng)。

如圖2B所示,除 100g?L-1 質(zhì)量濃度的地黃水浸提液對狗尾草種子萌發(fā)指數(shù)的抑制作用不顯著外,其余4種中藥水浸提液在 100g?L-1 質(zhì)量濃度下均呈現(xiàn)顯著抑制作用;除 200g?L-1 質(zhì)量濃度虎杖水浸提液對狗尾草萌發(fā)指數(shù)的抑制作用小于100g?L-1 處理外,其余4種中藥水浸提液均表現(xiàn)為 200g?L-1 質(zhì)量濃度處理的抑制作用大于100g?L-1 處理。

圖2中藥水浸提液對馬齒莧(A)、狗尾草(B)萌發(fā)指數(shù)的影響

2.3 中藥水浸提液對馬齒莧和狗尾草幼苗根長的影響

由圖3A可知,5種中藥水浸提液均顯著抑制馬齒莧幼苗根的生長。除虎杖和艾葉水浸提液處理外,其余3種中藥(苦參、地黃、黃芩)水浸提液對馬齒莧根長的抑制效果均隨質(zhì)量濃度增加而增強(qiáng)。受試各150粒馬齒莧種子中, 200g?L-1 質(zhì)量濃度的苦參、地黃、黃芩水浸提液處理分別僅有5、7、3粒長出根,最長的分別為 0.5,0.2,0.3cm。

由圖3B可知,5種中藥水浸提液對狗尾草幼苗根的生長均起顯著抑制作用,且根長隨水浸提液質(zhì)量濃度升高而縮短,其中, 200g?L-1 質(zhì)量濃度的地黃、黃芩水浸提液已完全抑制狗尾草根的生長。

圖3中藥水浸提液對馬齒莧(A)、狗尾草(B)幼苗根長的影響

2.4中藥水浸提液對馬齒莧和狗尾草苗高的影響

由圖4A可知,不同質(zhì)量濃度的5種中藥水浸提液對馬齒莧苗高的抑制作用有差異。100、200g?L-1 質(zhì)量濃度的虎杖水浸提液促進(jìn)幼苗生長;隨質(zhì)量濃度升高,苦參水浸提液處理對幼苗生長的作用表現(xiàn)為先促進(jìn)后抑制,艾葉水浸提液處理表現(xiàn)為先抑制后促進(jìn),地黃水浸提液表現(xiàn)為抑制作用加大;黃芩水浸提液表現(xiàn)為 100g?L-1 處理的抑制作用大于 200g?L-1 處理。

由圖4B可知,虎杖水浸提液對狗尾草幼苗生長起顯著促進(jìn)作用;質(zhì)量濃度由 100g?L-1 升高到 200g?L-1 時,地黃水浸提液處理對苗高的作用表現(xiàn)為促進(jìn)轉(zhuǎn)為抑制,苦參、艾葉、地黃水浸提液處理則表現(xiàn)為抑制作用加大,其中艾葉水浸提液的抑制作用最強(qiáng)。

圖4中藥水浸提液對馬齒莧(A)、狗尾草(B)苗高的影響

2.5 中藥水浸提液對馬齒莧和狗尾草種子萌發(fā)的化感效應(yīng)

由表1可知,5種中藥水浸提液中,對馬齒莧和狗尾草種子發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)抑制作用最強(qiáng)的均是質(zhì)量濃度為 200g?L-1 的黃芩水浸提液。5種中藥水浸提液對狗尾草和馬齒莧苗高的化感作用有差異。其中, 100,200g?L-1 質(zhì)量濃度的虎杖水浸提液對狗尾草和馬齒莧的苗高均起化感促進(jìn)作用( RIgt;0 ), 100g?L-1 質(zhì)量濃度的苦參水浸提液和200g?L-1 質(zhì)量濃度的艾葉水浸提液對馬齒莧苗高均起化感促進(jìn)作用, 100g?L-1 質(zhì)量濃度的地黃水浸提液對狗尾草苗高也起化感促進(jìn)作用,除此之外其余中藥水浸提液處理均對兩種雜草的發(fā)芽率、萌發(fā)指數(shù)、根長、苗高起化感抑制作用( RIlt; 0)。另外,5種中藥水浸提液處理下兩種雜草均呈現(xiàn)“根短苗長”現(xiàn)象。

化感綜合效應(yīng)指數(shù)表明,對馬齒莧和狗尾草種子萌發(fā)化感抑制作用最強(qiáng)的處理均為200g?L-1 質(zhì)量濃度的黃芩水浸提液,化感綜合效應(yīng)指數(shù)分別為 -0.812 4、-0.825 3 ;狗尾草種子萌發(fā)與幼苗生長對5種中藥水浸提液的敏感性整體高于馬齒莧。

表15種中藥水浸提液對馬齒莧和狗尾草種子萌發(fā)的化感效應(yīng)

3討論與結(jié)論

有研究顯示,包括酚酸類、香豆素類和黃酮類、生物堿等在內(nèi)的14類化合物[16-19]均具有化感活性,均屬于化感物質(zhì)。本研究中,對馬齒莧和狗尾草種子萌發(fā)抑制作用最強(qiáng)的為黃芩水浸提液,而對狗尾草和馬齒莧幼苗根長抑制作用相對較大的是苦參、地黃、黃芩中藥水浸提液。另外,兩種質(zhì)量濃度下除虎杖水浸提液對兩種雜草種子的化感綜合抑制效果相差較小外,其余4種水浸提液對兩種雜草種子的化感綜合抑制效應(yīng)均隨質(zhì)量濃度升高而增強(qiáng)(艾葉對馬齒莧的效應(yīng)除外)。這可能是因?yàn)椋攸S水浸提液含有環(huán)烯醚萜類、酚酸類、香豆素類、黃酮類、三萜類、木脂素類以及氨基酸等其他類化合物[20];黃芩水浸提液含有黃酮類和黃酮苷類、揮發(fā)油類、三帖皂甙類、香豆素類、多糖類等多種化合物[21];苦參水浸提液含氨基酸類、脂肪酸類和皂甙類、黃酮類等化合物[22]

本研究中,虎杖水浸提液促進(jìn)馬齒莧和狗尾草幼苗生長,而抑制二者根的生長,這與楊菲等[23]有關(guān)扁穗牛鞭草水浸提液對白三葉和紅三葉化感效應(yīng)的研究結(jié)果一致。同時可看出,5種中藥水浸提液處理下馬齒莧和狗尾草均出現(xiàn)“根短苗長\"現(xiàn)象,與何智榮[24]、藜蓉[25]等的研究結(jié)果一致。綜合研究表明,5種中藥水浸提液對根長的影響明顯大于苗高,這可能與根系在培養(yǎng)皿中直接接觸中藥水浸提液并吸收大量化感物質(zhì)有關(guān),而幼苗地上部需依靠根系運(yùn)輸相關(guān)化感物質(zhì)后才受到抑制[26-27]。這也進(jìn)一步表明根部對化感物質(zhì)的敏感性大于地上部,此結(jié)果與Shilling等[28]研究得出的根長是最敏感的生長指標(biāo)之一的結(jié)論相一致。

與傳統(tǒng)的化學(xué)除草劑相比,植物源除草劑具有綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[29]。中藥材的成分復(fù)雜多樣,包括酚酸、黃酮、倍半萜等多種類型。這些成分不僅對人體具有獨(dú)特的藥理作用,還可能對雜草的生長產(chǎn)生抑制作用,如艾葉中的異綠原酸A被發(fā)現(xiàn)具有顯著的抑草活性[30];黃花蒿中的青蒿素對馬齒莧和狗尾草具有顯著的化感效應(yīng)[31]。本試驗(yàn)從中藥材與植物源除草劑相聯(lián)系的角度開展研究,初步證明不同濃度虎杖、苦參、艾葉、地黃、黃芩水浸提液對馬齒莧和狗尾草的種子萌發(fā)與幼苗生長有不同程度的化感作用且多為抑制少為促進(jìn)。未來將對5種中藥中起關(guān)鍵性作用的化感物質(zhì)進(jìn)行分離與鑒定,同時將室內(nèi)盆栽試驗(yàn)與田間試驗(yàn)相結(jié)合,探討中藥水浸提液進(jìn)一步研制成具有實(shí)際生產(chǎn)意義的植物源除草劑的可行性。

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