5种高原特色植物抑草活性分析

雷向荣， 沈 硕， 李 玮

(1.青海大学农林科学院， 西宁 810016；2.农业农村部西宁作物有害生物科学观测实验站， 西宁 810016；3.青海省农业有害生物综合治理重点实验室， 西宁 810016)

杂草对作物的生长有重要影响，不仅消耗作物生长所必需的有限营养资源，造成不同作物生物量和产量的严重损失，也增加了生产成本和降低了产品质量。同时，杂草种类、杂草密度和出苗时间影响着田间条件下作物与杂草对空间、光照、水分和养分等资源的竞争[1-2]。目前通常采用人工和机械锄草，以及使用化学除草剂来控制杂草的危害。由于人工除草耗费巨大的劳动力和资金，机械除草对地势地形有严格的要求，而化学除草见效快且成本效益高，因而被广泛应用于防治各种危害农田作物的杂草中，但化学除草剂也存在许多局限性，使用不当会对环境和人类健康构成严重威胁，同时还会引发杂草抗药性的发展和杂草区系的变化，并可能影响易感轮作作物的生长发育[3-4]。

植物源农药是一类重要的生物农药，主要是利用植物的次生代谢产物对农业病虫害进行防治。与化学合成农药不同，它能够在田间发挥一定积极功效而不会产生药害，作为化学除草剂的安全替代品，受到新农药研发界的高度重视[3-10]。目前黄花蒿利用的研究已经取得了一些成果，黄花蒿的抗疟成分青蒿素是该植物叶片和花蕾中含量较高的成分，研究表明，该化合物对植物种子发芽及生长具有选择性毒害作用[11-12]，通过残体分解、根系分泌、地上部分淋溶和挥发作用等逐步将化感物质释放到其周围环境，从而抑制周围植物的生长，如对黄瓜、萝卜、小麦及燕麦的种子及幼苗产生综合抑制效应[13]。魏传斌等[14]研究表明，北美车前抽提液对花菜种子的萌发和生长会产生较大的影响，甚至影响其产量和品质。王婧怡等[15]研究表明，黄花草木樨水浸提液可以通过降低多花黑麦草和苏丹草种子的发芽率、根长、根干重、茎长和茎叶干重等生长指标，减少植株体内叶绿素含量以及改变渗透调节物质含量和酶活性等生理生化指标来影响黑麦草和苏丹草的生长。

野燕麦(AvenafatuaL.)是一种最常见、最具经济危害性且在世界各地大量种植区存在的杂草。野生燕麦也是世界上15种最重要的抗除草剂杂草之一，在青海地区，它是危害青稞等农作物的农田恶性杂草之一[16-21]。旱雀麦(BromustectorumL.) 由于其对环境的适应能力强，繁殖能力强，有效防治时间短等原因广泛存在于青稞和小麦田中[22-23]。目前对野燕麦、旱雀麦等农田杂草的控制仍然以燕麦畏、2,4-D丁酯、氟乐灵等化学除草剂为主。吕晓辉[24]研究表明，经过长期的单一用药，青海地区的野燕麦对高效氟吡甲禾灵产生了不同程度的抗性，迫使杂草的防治方法趋于多样化，而不是仅仅依靠除草剂。而关于藏蓟(Cirsiumlanatum)、橐吾(Ligulariasibirica(L.) Cass.)、黄花蒿(ArtemisiaannuaL.)、车前(PlantagoasiaticaL.)、草木樨(MellilotusofficinalisL.)这5种植物粗提物对野燕麦和旱雀麦的抑制效果尚未得到充分的研究。因此，通过对5种高原特色植物的抑草活性的研究，旨在发现来源于这几种植物的抑草活性物质，为生物除草剂研发提供基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

藏蓟、橐吾、黄花蒿等采集于青海省西宁市湟中县鲁沙尔镇；车前、草木樨采集及野燕麦、旱雀麦等种子均由青海省农林科学院植物保护研究所提供。

1.2 试验方法

1.2.1不同质量浓度的5种植物粗提取物水溶液的制备

将新鲜的高原特色植物取回后置于阴凉干燥处翻动、阴干粉碎，然后称取藏蓟312 g、橐吾357 g、黄花蒿748 g、车前349 g、草木樨333 g，分别装入玻璃柱子中，加甲醇直至盖过粉碎物界面，充分摇匀，室温下浸泡72 h。将浸提液过滤，45～50 ℃条件下低压旋蒸至浸膏[25]。

提取率(%)=(浸膏的重量/新鲜植物的重量)×100% 。

各称取适量的粗提取物分别放入小烧杯中，分别加入一定量的丙酮助溶，期间不断搅拌使其充分溶解。最后将其分别配成质量浓度为100、50、25、10、5、2、1 mg·mL-1的水溶液待用。

1.2.2培养皿种子萌发及生长测定方法

将野燕麦和旱雀麦种子用次氯酸钠溶液(w=2.5%)浸泡，同时用磁力搅拌器搅拌10 min，再用无菌水搅拌冲洗3次(每次3 min)，用吸水纸吸干表面水分，加适量水放入25 ℃恒温培养箱中催芽培养3 d，然后挑选出露白一致的种子进行测定。

在高温灭菌后的玻璃培养皿中铺双层滤纸，分别取上述配置好的各浓度水溶液5 mL添加进处理好的培养皿中，以清水为对照(ck)。每个培养皿放14粒野燕麦种子，每个处理3次重复。将培养皿放在25 ℃恒温培养箱中培养7 d。培养期间加适量的无菌水保持种子及幼苗生长所需的水分。第7天同时测定根长、芽长、鲜质量、干质量及计算抑制率[25]，公式如下：

抑制率(%)=[(空白对照处理-粗提取物水溶液处理)/空白对照处理]×100%。

所得数据用SPSS 20.0软件进行方差分析，采用Origin 2019软件绘图。

2 结果与分析

2.1 5种植物粗提取物的提取率

由表1可知，藏蓟、橐吾、黄花蒿、车前、草木樨的提取率分别为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种植物粗提取物的提取

2.2 5种植物粗提取物对野燕麦和旱雀麦种子萌发的影响

由表2和表3可知，藏蓟、橐吾、黄花蒿、车前、草木樨等的粗提取物可以显著抑制野燕麦种子的萌发，藏蓟粗提取物在质量浓度为50 mg·mL-1以上时，野燕麦种子没有萌发，在质量浓度为25 mg·mL-1以上时，旱雀麦种子没有萌发；橐吾粗提取物在质量浓度为100 mg·mL-1时，野燕麦种子没有萌发，在质量浓度为25 mg·mL-1以上时，旱雀麦种子没有萌发；黄花蒿粗提取物在质量浓度为50 mg·mL-1以上时，野燕麦种子没有萌发，在质量浓度为2 mg·mL-1以上时，旱雀麦种子均没有萌发；车前粗提取物在质量浓度为100 mg·mL-1以上时，野燕麦种子没有萌发，在质量浓度为25 mg·mL-1以上时，旱雀麦种子无萌发迹象；草木樨粗提取物在质量浓度为5 mg·mL-1以上时，野燕麦种子没有萌发，在质量浓度为2 mg·mL-1以上时，旱雀麦种子没有萌发。

表2 5种植物粗提取物对野燕麦种子萌发的影响

表3 5种植物粗提取物对旱雀麦种子萌发的影响

藏蓟粗提取物对野燕麦的50%种子萌发受到抑制的质量浓度(ED50)和90% 种子萌发受到抑制的质量浓度(ED90)分别为35.86 mg·mL-1和74.80 mg·mL-1，对旱雀麦的ED50和ED90分别为5.9 mg·mL-1和18.03 mg·mL-1；橐吾粗提取物对野燕麦的ED50和ED90分别为51.65 mg·mL-1和95.68 mg·mL-1，对旱雀麦的ED50和ED90分别为1.47 mg·mL-1和16.2 mg·mL-1；黄花蒿粗提取物对野燕麦的ED50和ED90分别为5.27 mg·mL-1和59.74 mg·mL-1，对旱雀麦的ED50和ED90分别为0.74 mg·mL-1和1.54mg·mL-1；车前粗提取物对野燕麦的ED50和ED90分别为44.48 mg·mL-1和86.90 mg·mL-1，对旱雀麦的ED50和ED90分别为4.31 mg·mL-1和18.03 mg·mL-1；草木樨粗提取物对野燕麦的ED50和ED90为2.33 mg·mL-1和53.85 mg·mL-1，对旱雀麦的ED50和ED90分别为0.95 mg·mL-1和1.75 mg·mL-1。

2.3 5种植物粗提取物对野燕麦和旱雀麦幼苗生长的影响

由图1、图2可知，藏蓟粗提取物水溶液在质量浓度为50 mg·mL-1以上时，橐吾粗提取物水溶液在质量浓度为100 mg·mL-1时，黄花蒿粗提取物水溶液在质量浓度为50 mg·mL-1以上时，车前粗提取物水溶液在质量浓度为100 mg·mL-1时，草木樨粗提取物水溶液在质量浓度为5 mg·mL-1以上时，对野燕麦生长种子的根长和芽长生长抑制率为100%，对鲜质量和干质量的抑制率为100%。藏蓟粗提取物水溶液在质量浓度为25 mg·mL-1以上时，橐吾粗提取物水溶液在质量浓度为25 mg·mL-1以上时，黄花蒿粗提取物水溶液在质量浓度为2 mg·mL-1以上时，车前粗提取物水溶液在质量浓度为25 mg·mL-1以上时，草木樨粗提取物水溶液在质量浓度为2 mg·mL-1以上时，对旱雀麦生长种子的根长和芽长生长抑制率为100%，对鲜质量和干质量的抑制率为100%。由此可知，这5种高原特色植物的粗提取物水溶液均能抑制野燕麦和旱雀麦种子的萌发以及生长，随着质量浓度增大，影响作用加大。

图1 5种植物粗提取物对野燕麦种子幼苗生长特征的影响

图2 5种植物粗提取物对旱雀麦种子幼苗生长的影响

3 结论与讨论

3.1 5种植物粗提物对野燕麦和旱雀麦种子萌发的影响

种子萌发时期既是植物生活史起点，也是对外界环境变化最为敏感时期。种子萌发率降低可能会降低植物在群落中的多度，种子发芽速率降低，发芽时间延长，出苗延后，将严重影响植物对地上和地下资源的竞争能力。研究表明，藏蓟、橐吾、黄花蒿、车前、草木樨的粗提取物都显著抑制野燕麦和旱雀麦种子的萌发，但这5种植物粗提物对野燕麦和旱雀麦种子萌发100%的抑制所需要的质量浓度各不相同。藏蓟粗提取物在质量浓度为50 mg·mL-1以上时，野燕麦种子没有萌发，而质量浓度为25 mg·mL-1以上时，旱雀麦种子没有萌发。这说明旱雀麦种子萌发的100%抑制所需要的藏蓟粗体物质量浓度更低。而其他4种植物也出现了同样的现象，即旱雀麦种子萌发的100%抑制所需要的粗提物质量浓度更低。这可能与这两种杂草对粗提物中同种的除草物质的敏感度不同，旱雀麦种子更敏感一些，也可能是粗提物中不同的提取物质对两种杂草种子萌发发挥作用，具体的机理有待进一步研究。

3.2 5种植物粗提取物对野燕麦和旱雀麦幼苗生长的影响

本研究选用5种高原特色植物粗提取物来研究对野燕麦和旱雀麦幼苗生长的影响，选用根长、芽长、干质量、鲜质量为参考。研究表明，5种高原特色植物粗提取物对野燕麦和旱雀麦幼苗的生长具有显著抑制作用。同时这两种杂草对同种、同质量浓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质量浓度时，对两种供试杂草的幼苗生长的芽长、根长、干质量、鲜质量的抑制率达100%。研究表明，黄花草木樨植株地上部分含有较多的水溶性化感物质，能显著抑制多花黑麦草、红三叶以及一些杂草种子发芽、幼苗生长[26-30]。邬彩霞等[31]研究表明，黄花草木樨具有较强的化感抑草潜力，对杂草山苦荬、稗草、车前草的种子萌发抑制作用显著，对这几种杂草的幼苗茎、根的生长均有显著抑制作用。黄花草木樨的抑草能力具有选择性，苏丹草与黑麦草均为禾本科，但对其作用机理影响上存在差别，对黑麦草的抑制作用要强于苏丹草。黄花草木樨水浸提液在种子萌发和幼苗生长初期可以很大限度地起到抑制作用，随着处理时间的延长,黑麦草和苏丹草会通过自身的机制抵抗抑制，逐渐恢复生命力，具有时效性。此外，黄花草木樨水浸提液对根的抑制作用要强于茎[32-36]。在本试验中，草木樨对旱雀麦中的抑制作用强于野燕麦种子，据此，分析提纯草木樨水浸提液中主效化感物质，再结合其生长特性、提取工艺和除草谱将其进行结构优化研制开发出新型生物源除草剂。

结果表明，藏蓟、橐吾、黄花蒿、车前、草木樨的粗提物都能够抑制野燕麦和旱雀麦的生长，其中草木樨的粗提取物对野燕麦和旱雀麦的抑制作用高于其他4种植物，且随着浓度增加，抑制率逐渐增加。且5种植物中都存在具有抑制野燕麦和旱雀麦种子萌发的活性物质。可以将草木樨作为开发有效防治野燕麦和旱雀麦地植物源农药的重点目标。