龙葵醇提物对水稻与大麻的安全性评价

李祖任，岳勇志，彭 迪,2，王立峰,2，周小毛，柏连阳

（1.湖南省农业科学院，湖南省农业生物技术研究所，湖南 长沙 410125；2.杂草生物学及安全防控湖南省重点实验室，湖南 长沙 410125；3.湖南农业大学植物保护学院，湖南 长沙 410128）

化感作用是指植物、动物或微生物的自身代谢分泌物对其他生物产生的有害或有利影响[1]。分离、鉴定、提取或合成化感物质，并将其应用于生产实践，这为植保领域开展有害生物绿色防控提供了新的思路。以牻牛儿苗科植物为材料提取出的壬酸，就是一种化感物质，以其为原料研制出了一种触杀性、广谱性、速效性、非选择性除草剂，可用于防治一年生或多年生阔叶杂草[2]。研究发现，壬酸对三裂叶豚草防效十分显著，喷施壬酸的地块，有80%以上的三裂叶豚草不能产生种子，即使能结籽的植株其结籽量和出苗率也极低[3]。利用植物天然次生代谢产物开发的除草剂具有资源丰富、环境兼容性好、低残留、靶标选择性高等化学除草剂无法比拟的优势，在农田杂草防控方面有着广阔的应用前景[4]。

龙葵（Solanum nigrum L.）为茄科（Solanaceace）茄属（Solanum）植物，在国内外分布广泛，常见于田埂、菜地附近。龙葵还是一种中药材，其性寒味苦、有小毒，具有清热解毒、利水消肿之功效，主要成分包括糖苷生物碱（龙葵碱、澳洲茄碱等）、糖蛋白、多糖及多酚等，在临床上常用于抗肿瘤治疗，对抑制细胞增殖、诱导细胞凋亡、阻滞细胞周期、诱导细胞自噬、增强化疗作用、抑制上皮-间质转化、抑制肿瘤转移、抑制血管生成以及改善免疫功能有一定疗效[5-8]。关于龙葵提取物在植保领域的应用已有报道。王春霞等[9]通过微孔板法和稀释法发现龙葵果对变异链球菌（Streptococcus mutans）和大肠杆菌（Escherichia coli）有体外抑制作用；赵博光[10]的研究结果表明龙葵对马铃薯甲虫雌成虫具有特殊产卵引诱力，甚至比马铃薯引诱力强3倍，但龙葵并不能支持其幼虫生长；马新耀等[11]采用玻片浸渍法发现龙葵醇提物对朱砂叶螨具有一定的触杀活性；何付丽等[12]研究发现龙葵浆果汁液对反枝苋和龙葵自身种子萌发有强烈的抑制作用。因此，人们认为可将龙葵植株的醇提取物开发成一种植物源除草剂。但是作为除草剂，一方面要考虑其对杂草的防除效果；另一方面还要考虑其对作物是否产生药害。为此，试验研究了龙葵植株醇提物对水稻和工业大麻种子萌发及幼苗生长的影响，以评价其作除草剂使用时的安全性，旨在为以龙葵醇提物为材料开发植物源除草剂提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以龙葵为供体植物，2016年5月中旬于湖南农科院周围采集新鲜植株制备醇提液。受体植物为水稻（品种为Y两优6号，购于湖南隆平种业有限公司）和工业大麻（由云南省农业科学院杨明研究员提供）。

1.2 试验方法

1.2.1 龙葵提取液的制备 将龙葵阴干后置于60℃的鼓风干燥箱中，待其吹干至发脆，用万能粉碎机粉碎并保存。取70 g龙葵干粉，用1 000 mL 90%乙醇4℃浸提3次，每次24 h，浸提液用纱布过滤后收集。将合并的提取液抽滤，在旋转蒸发仪中将滤液于60℃左右减压浓缩至膏状物，依次配制为8、4、2、1 g/L 4种浓度供生物活性测定，配置好的提取液置于4℃冰箱中备用。

1.2.2 水稻和大麻种子萌发测定 测定前，水稻和大麻种子均先用蒸馏水浸种处理24 h；而后用3%高锰酸钾溶液浸种40 min，用蒸馏水冲洗10次，放入培养箱催芽。在洗净、烘干的培养皿中铺两层灭菌滤纸，将露白一致的水稻和大麻种子（100粒/皿）放置其上，分别加入8 mL不同浓度的提取液（对照则加8 mL蒸馏水），进行种子萌发测定。试验中处理组和对照组各设置3组重复，于第3天分别对每种供试植物种子

1.2.3 水稻和大麻幼苗生长测定 选取高度一致的正常萌发的水稻和大麻幼苗，采用Hoagland营养液培养法[13]，龙葵提取液的添加浓度分别为1、2、4、8 g/L，在光照培养箱内培养，观察龙葵提取物对供试植物幼苗生长的影响。每个处理设置5组重复，对照组加入等量的营养液，在培养第7天测定幼苗的苗长、根长及鲜重。

1.2.4 植株氧化还原系统酶活力测定 采集不同浓度龙葵提取液处理第3、7、10天的供试植物幼苗为样品，测定植株的氧化还原系统酶活力。过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和可溶性蛋白含量分别采用紫外吸收法[14]、氮蓝四唑还原法[15]、愈创木酚法[16]和考马斯亮蓝G-205法[17]测定。计算方法见公式（1）、（2）、（3）、（4）。

1.3 数据处理

采用Excel 2007 和DPS 7.05软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 龙葵提取液对水稻和大麻种子萌发的影响

著，最高浓度（8 g/L）的抑制效果可达80%以上；

表1 不同浓度龙葵提取液处理下水稻和大麻的种子萌发率

从表1可以看出，龙葵提取液对2种供试作物种子的萌发均有较强抑制作用，并且随着龙葵提取液浓度的增加，抑制作用越强；对水稻种子而言，不同浓度的龙葵提取液对其种子萌发的抑制作用均较为显对大麻种子而言，在低浓度（1 g/L）龙葵提取液处理下种子萌发率比对照处理降低了10个百分点，但差异未达显著水平；但当龙葵提取液浓度≥2 g/L时，大麻种子萌发率极显著下降。

2.2 龙葵提取液对水稻和大麻幼苗生长的影响

由表2可知，不同浓度的龙葵提取液对2种供试作物的幼苗生长产生了不同程度的化感效应，既有抑制作用，也有促进效果。总的来说，对水稻而言，1 g/L的低浓度处理对幼苗的生长有轻微的促进作用；随着龙葵提取液浓度的增加，水稻幼苗的生长受到抑制，但抑制效果随提取液浓度增加的上升幅度并不明显。对大麻而言，其幼苗对龙葵提取液的化感效应较为敏感，1 g/L的处理即可看到显著的抑制效应，表现为幼苗变矮、根长缩短、鲜重变轻。从表2中还可以看出，供试植物在不同浓度提取液的处理下，根长、苗高、鲜重各项指标体现出的规律趋势大致相同。其中，水稻幼苗在4～8 g/L浓度范围内，其根长和鲜重的化感作用敏感度大于苗高，大麻幼苗在2～4 g/L浓度范围内，其鲜重和苗高的化感作用敏感度大于根长。

表2 不同浓度龙葵提取液处理下水稻和大麻幼苗的生长指标

2.3 龙葵提取液对水稻幼苗体内CAT、SOD、POD活性的影响

从图1可以看出，随着龙葵提取液浓度的增加，水稻幼苗体内的CAT活性呈现出先上升后下降的趋势，当提取液浓度在0～4 g/L范围内时，酶活力随着浓度的增加而上升，在4 g/L处理时酶活力达到最高值，处理后3、7和10 d CAT活力分别比对照提高了1.06、1.18和1.86倍。不同浓度龙葵提取液对水稻幼苗体内SOD活性的影响与CAT活性有一定差异，在处理3和7 d时，随着龙葵提取液浓度的增加，水稻幼苗体内的SOD活性呈上升趋势，以8 g/L处理的SOD活性最高；但处理10 d时，SOD活性随提取液浓度的增加表现出先升后降的趋势，以4 g/L处理的SOD活性最高，是对照组的2.33倍。而水稻幼苗体内的POD活性随龙葵提取液浓度的增加而提高，不同处理时间均以8 g/L的处理POD活性最高。

2.4 龙葵提取液对大麻幼苗体内CAT、SOD、POD活性的影响

从图2中可以看出，大麻幼苗体内的CAT、SOD、POD活性随龙葵提取液浓度的增加均呈现出先升后降的变化规律。其中，CAT、SOD的活性均以1 g/L的处理最高，并于处理的第10天达到最高，分别超出对照水平82.34%、73.93%；而POD活性以2 g/L的处理最高，于处理第10天达最高值，比对照提高了1.26倍。当龙葵提取液浓度为8 g/L时，大麻幼苗体内的CAT、SOD、POD活力均低于对照水平，并且随着处理时间的延长，其活性下降幅度越大，处理10 d时活力值分别为70.20、144.22、182.55 U/g。

3 讨 论

图1 不同浓度龙葵提取液处理下水稻幼苗CAT、SOD和POD活性的变化

图2 不同浓度龙葵提取液处理下大麻幼苗CAT、SOD和POD活性的变化

不同浓度的龙葵提取液对水稻和大麻2种作物种子萌发和幼苗生长有明显的化感效应，且化感效应的强弱因浓度大小和供试材料而异。这说明龙葵提取液中含有某些化感物质，影响了供试植物种子的萌发和幼苗的生长。种子萌发对植物的更新起着关键作用，发芽率低则长出的植物幼苗少，进而影响该植物在群落中的优势度[18]。龙葵释放出的化感物质能抑制其周围植物的种子萌发以及幼苗的正常生长，从而使自身在群落中占据优势地位。姜男等[19]发现罗勒提取液对马齿苋、反枝苋、灰菜杂草种子萌发均有抑制作用，且受抑制的程度随提取液浓度的增加而加大。王瑞龙等[20]发现豆科牧草对马唐、稗草、狗牙根和牛筋草等农田常见杂草均有显著地化感抑制效果。Fujii[21-22]的研究表明毛苕子中的化感活性物质能抑制部分杂草生长，合理利用化感物质的选择抑制性，可间接地减少田间化学除草剂的使用。

试验结果发现，低浓度（1 g/L）的龙葵提取液对大麻种子萌发的抑制作用不明显，而对水稻种子萌发的抑制作用较大，当龙葵提取液浓度为8 g/L时，水稻种子的萌发抑制率为81.67%。导致抑制效果差异的原因可能是不同作物种子的外壳坚硬度、大小及质量等有差别。

综上所述，龙葵提取物对水稻种子的化感抑制作用强于大麻，而对水稻幼苗的抑制作用弱于大麻。在大麻生产中，龙葵提取物适合开发成土壤封闭型除草剂；而在水稻生产中，龙葵提取物适合开发成茎叶处理型除草剂。

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