龙葵醇提物对稗草和菵草种子萌发及幼苗生长的影响

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）

植物源除草剂是近年来杂草生物防治关注的热点。筛选除草活性物质是研制植物源除草剂的前提。很多植物的化感物质或次生代谢产物都能够影响植物的萌发、生长发育、生长密度及分布。这些物质将是研发生物除草剂的重要库源[1]。例如小飞蓬、中国粗榧、黄顶菊、豆粕等植物的提取物先后被证明含有一定的除草活性成分[2-5]。三酮除草剂磺草酮（sulcotrione）和硝磺草酮（mesotrione，甲基磺草酮）就是以植物化感物质为原料成功研制的除草剂。它们以芳香油纤精酮（leptospermone）为先导化合物，纤精酮是Phydroxyphenyl-pyruvate dioxygenase（HPPD）酶的高效抑制剂，用该化合物进行芽前和苗后处理，可使一些禾本科与阔叶科杂草受害，产生白化症状而死亡。而该类物质对玉米无害，因此可以用来防治玉米田杂草[6]。

龙葵（Solanum nigrum L.）为茄科（Solanaceace）茄属（Solanum）植物，分布广泛，常见于田埂、菜地附近。研究发现，龙葵不仅能抑制肿瘤细胞的增殖，还能显著增强荷瘤小鼠血清肿瘤的治疗效果，在抗肿瘤治疗的临床上应用较多[7]。在抑菌和抗病毒作用方面，龙葵对大肠杆菌、猪霍乱杆菌等细菌都有一定的抑制效果[8]。还有研究发现，龙葵多糖对艾滋病病毒和乙肝病毒的复制有一定的抑制作用[9-10]。此外，在植保领域还发现龙葵提取液对红蜘蛛和棉蚜的防治效果高达60%[11]；龙葵浆果汁液对反枝苋和龙葵自身种子发芽有强烈的抑制作用[12]；龙葵全株对梨褐斑病菌的生长具有较强的抑制作用[13]。

稗草（Echinochloa crusgalli）和菵草（Beckmannia syzigachne）是水稻田中常见的2种杂草。目前，这2种杂草的防治仍以化学手段为主。但随着药剂使用频率和施用量的增加，2种杂草对现有药剂均产生了不同程度的抗药性[14-15]。因此，试验以龙葵醇提物为原料，研究了其对稗草和菵草种子萌发与幼苗生长的影响，以期利用龙葵醇提物为先导化合物研发出新的植物源除草剂。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以龙葵为供体植物，2016年5月中旬于湖南省农业科学院周围采集新鲜植株制备醇提液。稗草和菵草为受体植物，种子采集于长沙县高桥镇水稻田。

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 稗草和菵草种子萌发测定 测定前，稗草和菵草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，将露白一致的稗草和菵草种子（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的发芽情况进行统计，计算萌发率。

1.2.3 稗草和菵草幼苗生长测定 选取高度一致的正常萌发稗草和菵草幼苗，采用Hoagland营养液培养法[16]，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，观察龙葵提取物对稗草和菵草幼苗生长的影响。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天、第7天、第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[17]、氮蓝四唑还原法[18]、愈创木酚法[19]和考马斯亮蓝G-205法[20]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 龙葵提取液对稗草和菵草种子萌发的影响

从表1可以看出，龙葵提取液对稗草和菵草的种子萌发均有很强的抑制作用，其中对菵草的抑制作用明显强于稗草；1 g/L的龙葵提取液处理后，稗草和菵草的种子萌发率分别为91.66%和75.00%。同时，随着龙葵提取液浓度的增加，种子的萌发率随之降低，且差异达显著水平；其中， 4和8 g/L处理的稗草种子萌发率极显著低于1和2 g/L处理，8 g/L处理的菵草种子萌发率极显著低于1～4 g/L处理。这表明龙葵提取液对种子萌发的抑制作用与提取液浓度呈正相关关系。

表1 不同浓度龙葵提取液处理下稗草和菵草的种子萌发率

2.2 龙葵提取液对稗草和菵草幼苗生长的影响

由表2可知，不同浓度的龙葵提取液对稗草和菵草的幼苗生长会产生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，供试植物在不同浓度龙葵提取液处理下，根长、苗高、鲜重各项指标体现出的规律趋势大致相同。对稗草而言，1 g/L处理对其幼苗生长表现出一定的促进作用；当处理浓度≥2 g/L时，龙葵提取液对其幼苗生长表现出明显的抑制作用。对菵草而言，各浓度的龙葵提取液对其幼苗生长均表现出抑制效应；其中，1 g/L处理的抑制效应不显著，但当处理浓度≥2 g/L时，抑制作用显著增强。

2.3 龙葵提取液对稗草幼苗体内CAT、SOD、POD活性的影响

由图1可知，随着龙葵提取液浓度的增加，稗草幼苗体内CAT、SOD、POD的酶活力总体呈现先升后降的变化趋势。其中，当龙葵提取液浓度为2 g/L时，CAT、SOD的活力随时间的延长而上升，于第10天达到最高值，分别是对照酶活力水平的2.57和1.96倍；POD活力于第7天达到最高值，比对照处理酶活水平提高59.25%。当龙葵提取液浓度为8 g/L时，保护酶活性均受到抑制，且随着作用时间的延长，抑制效应越显著；同时，CAT和POD活力均低于对照水平，处理3、7、10 d后其酶活抑制率分别为12.10%、23.61%、23.00%和25.57%、40.78%、49.68%。

表2 不同浓度龙葵提取液处理下稗草和菵草幼苗的生长指标

2.4 龙葵提取液对菵草幼苗体内CAT、SOD、POD活性的影响

由图2可知，不同浓度龙葵提取液对菵草幼苗体内CAT、SOD、POD的酶活力的影响与对稗草的大致相似，均呈现“低—高—低”的变化特点。龙葵提取液对菵草的氧化酶保护系统影响较大。当龙葵提取液浓度为2 g/L时，处理第7天菵草的CAT、SOD活力最大，分别比对照提高39.35%和60.49%；处理第10天菵草的POD活力达到最大值，显著高于其余各处理。当龙葵提取液浓度为8 g/L时，CAT、SOD、POD的活力急剧下降，且随着作用时间的延长，抑制效应越显著，处理第10天各酶活抑制率分别为50.39%、52.43%、39.22%。

3 讨 论

图1 不同浓度龙葵提取液处理下稗草幼苗CAT、SOD和POD活性的变化

图2 不同浓度龙葵提取液处理下菵草幼苗CAT、SOD和POD活性的变化

同一化感物质对不同科属的植物作用效果不一样，甚至对相同植物的叶、茎、根的作用都存在较大差异[21-22]。龙葵提取液对不同受体植物的影响存在一定差异，充分证明化感作用的选择功能。试验结果表明，龙葵提取液对菵草种子萌发的抑制作用及对幼苗生长的影响均强于稗草。同时，龙葵的化感作用强弱与提取液的浓度密切相关，除1 g/L浓度处理对稗草幼苗表现出促进作用外，其余处理均对受体植物幼苗的生长表现出抑制作用，且浓度越高，抑制作用越强。总体而言，龙葵提取液对受体植株幼苗存在低浓度促进、高浓度抑制的现象。导致低浓度促进的原因可能是微量的化感活性物质对抗性强的受体植物影响极小，而提取液又能供给幼苗生长所需的部分营养成分，因此会表现出促进效应。此试验结果与其他关于植物化感作用的研究结论相一致。例如：小飞蓬的萃取液对含羞草、稗草、鬼针草的幼苗生长显示出“低促高抑”的效果[23]；低浓度的一年蓬提取液能促进番茄、长梗白菜的幼苗生长，而高浓度提取液可显著抑制作物的种子萌发和幼苗生长[24]。因此，试验探索了不同浓度的化感物质对稗草和菵草种子萌发及幼苗生长的影响，为研发新型植物源生长促进剂和除草剂奠定了基础。

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