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        龍葵醇提物對稗草和菵草種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

        2017-03-26 05:58:05李祖任岳勇志王立峰周小毛柏連陽
        湖南農(nóng)業(yè)科學(xué) 2017年12期
        關(guān)鍵詞:龍葵化感提取液

        李祖任,岳勇志,彭 迪,2,王立峰,2,周小毛,柏連陽

        (1.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,湖南省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究所,湖南 長沙 410125;2.雜草生物學(xué)及安全防控湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 長沙 410125;3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院,湖南 長沙 410128)

        植物源除草劑是近年來雜草生物防治關(guān)注的熱點(diǎn)。篩選除草活性物質(zhì)是研制植物源除草劑的前提。很多植物的化感物質(zhì)或次生代謝產(chǎn)物都能夠影響植物的萌發(fā)、生長發(fā)育、生長密度及分布。這些物質(zhì)將是研發(fā)生物除草劑的重要庫源[1]。例如小飛蓬、中國粗榧、黃頂菊、豆粕等植物的提取物先后被證明含有一定的除草活性成分[2-5]。三酮除草劑磺草酮(sulcotrione)和硝磺草酮(mesotrione,甲基磺草酮)就是以植物化感物質(zhì)為原料成功研制的除草劑。它們以芳香油纖精酮(leptospermone)為先導(dǎo)化合物,纖精酮是Phydroxyphenyl-pyruvate dioxygenase(HPPD)酶的高效抑制劑,用該化合物進(jìn)行芽前和苗后處理,可使一些禾本科與闊葉科雜草受害,產(chǎn)生白化癥狀而死亡。而該類物質(zhì)對玉米無害,因此可以用來防治玉米田雜草[6]。

        龍葵(Solanum nigrum L.)為茄科(Solanaceace)茄屬(Solanum)植物,分布廣泛,常見于田埂、菜地附近。研究發(fā)現(xiàn),龍葵不僅能抑制腫瘤細(xì)胞的增殖,還能顯著增強(qiáng)荷瘤小鼠血清腫瘤的治療效果,在抗腫瘤治療的臨床上應(yīng)用較多[7]。在抑菌和抗病毒作用方面,龍葵對大腸桿菌、豬霍亂桿菌等細(xì)菌都有一定的抑制效果[8]。還有研究發(fā)現(xiàn),龍葵多糖對艾滋病病毒和乙肝病毒的復(fù)制有一定的抑制作用[9-10]。此外,在植保領(lǐng)域還發(fā)現(xiàn)龍葵提取液對紅蜘蛛和棉蚜的防治效果高達(dá)60%[11];龍葵漿果汁液對反枝莧和龍葵自身種子發(fā)芽有強(qiáng)烈的抑制作用[12];龍葵全株對梨褐斑病菌的生長具有較強(qiáng)的抑制作用[13]。

        稗草(Echinochloa crusgalli)和菵草(Beckmannia syzigachne)是水稻田中常見的2種雜草。目前,這2種雜草的防治仍以化學(xué)手段為主。但隨著藥劑使用頻率和施用量的增加,2種雜草對現(xiàn)有藥劑均產(chǎn)生了不同程度的抗藥性[14-15]。因此,試驗(yàn)以龍葵醇提物為原料,研究了其對稗草和菵草種子萌發(fā)與幼苗生長的影響,以期利用龍葵醇提物為先導(dǎo)化合物研發(fā)出新的植物源除草劑。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        以龍葵為供體植物,2016年5月中旬于湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院周圍采集新鮮植株制備醇提液。稗草和菵草為受體植物,種子采集于長沙縣高橋鎮(zhèn)水稻田。

        1.2 試驗(yàn)方法

        1.2.1 龍葵提取液的制備 將龍葵陰干后置于60℃的鼓風(fēng)干燥箱中,待其吹干至發(fā)脆,用萬能粉碎機(jī)粉碎并保存。取70 g龍葵干粉,用1 000 mL 90%乙醇4℃浸提3次,每次24 h,浸提液用紗布過濾后收集。將合并的提取液抽濾,在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中將濾液于60℃左右減壓濃縮至膏狀物,依次配制8、4、2、1 g/L 4種濃度供生物活性測定,配置好的提取液置于4℃冰箱中備用。

        1.2.2 稗草和菵草種子萌發(fā)測定 測定前,稗草和菵草種子均先用蒸餾水浸種處理24 h;而后用3%高錳酸鉀溶液浸種40 min,用蒸餾水沖洗10次,放入培養(yǎng)箱催芽。在洗凈、烘干的培養(yǎng)皿中鋪兩層滅菌濾紙,將露白一致的稗草和菵草種子(100粒/皿)放置其上,分別加入8 mL不同濃度的提取液(對照則加8 mL蒸餾水),進(jìn)行種子萌發(fā)測定。試驗(yàn)中處理組和對照組各設(shè)置3組重復(fù),于第3天分別對每種供試植物種子的發(fā)芽情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì),計(jì)算萌發(fā)率。

        1.2.3 稗草和菵草幼苗生長測定 選取高度一致的正常萌發(fā)稗草和菵草幼苗,采用Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)法[16],龍葵提取液的添加濃度分別為1、2、4、8 g/L,在光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng),觀察龍葵提取物對稗草和菵草幼苗生長的影響。每個處理設(shè)置5組重復(fù),對照組加入等量的營養(yǎng)液,在培養(yǎng)第7天測定幼苗的苗長、根長及鮮重。

        1.2.4 植株氧化還原系統(tǒng)酶活力測定 采集不同濃度龍葵提取液處理第3天、第7天、第10天的供試植物幼苗為樣品,測定植株的氧化還原系統(tǒng)酶活力。過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和可溶性蛋白含量分別采用紫外吸收法[17]、氮藍(lán)四唑還原法[18]、愈創(chuàng)木酚法[19]和考馬斯亮藍(lán)G-205法[20]測定。計(jì)算方法見公式(1)、(2)、(3)、(4)。

        1.3 數(shù)據(jù)處理

        采用Excel 2007 和DPS 7.05軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 龍葵提取液對稗草和菵草種子萌發(fā)的影響

        從表1可以看出,龍葵提取液對稗草和菵草的種子萌發(fā)均有很強(qiáng)的抑制作用,其中對菵草的抑制作用明顯強(qiáng)于稗草;1 g/L的龍葵提取液處理后,稗草和菵草的種子萌發(fā)率分別為91.66%和75.00%。同時,隨著龍葵提取液濃度的增加,種子的萌發(fā)率隨之降低,且差異達(dá)顯著水平;其中, 4和8 g/L處理的稗草種子萌發(fā)率極顯著低于1和2 g/L處理,8 g/L處理的菵草種子萌發(fā)率極顯著低于1~4 g/L處理。這表明龍葵提取液對種子萌發(fā)的抑制作用與提取液濃度呈正相關(guān)關(guān)系。

        表1 不同濃度龍葵提取液處理下稗草和菵草的種子萌發(fā)率

        2.2 龍葵提取液對稗草和菵草幼苗生長的影響

        由表2可知,不同濃度的龍葵提取液對稗草和菵草的幼苗生長會產(chǎn)生不同程度的化感效應(yīng),既有抑制作用,也有促進(jìn)效果??偟膩碚f,供試植物在不同濃度龍葵提取液處理下,根長、苗高、鮮重各項(xiàng)指標(biāo)體現(xiàn)出的規(guī)律趨勢大致相同。對稗草而言,1 g/L處理對其幼苗生長表現(xiàn)出一定的促進(jìn)作用;當(dāng)處理濃度≥2 g/L時,龍葵提取液對其幼苗生長表現(xiàn)出明顯的抑制作用。對菵草而言,各濃度的龍葵提取液對其幼苗生長均表現(xiàn)出抑制效應(yīng);其中,1 g/L處理的抑制效應(yīng)不顯著,但當(dāng)處理濃度≥2 g/L時,抑制作用顯著增強(qiáng)。

        2.3 龍葵提取液對稗草幼苗體內(nèi)CAT、SOD、POD活性的影響

        由圖1可知,隨著龍葵提取液濃度的增加,稗草幼苗體內(nèi)CAT、SOD、POD的酶活力總體呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢。其中,當(dāng)龍葵提取液濃度為2 g/L時,CAT、SOD的活力隨時間的延長而上升,于第10天達(dá)到最高值,分別是對照酶活力水平的2.57和1.96倍;POD活力于第7天達(dá)到最高值,比對照處理酶活水平提高59.25%。當(dāng)龍葵提取液濃度為8 g/L時,保護(hù)酶活性均受到抑制,且隨著作用時間的延長,抑制效應(yīng)越顯著;同時,CAT和POD活力均低于對照水平,處理3、7、10 d后其酶活抑制率分別為12.10%、23.61%、23.00%和25.57%、40.78%、49.68%。

        表2 不同濃度龍葵提取液處理下稗草和菵草幼苗的生長指標(biāo)

        2.4 龍葵提取液對菵草幼苗體內(nèi)CAT、SOD、POD活性的影響

        由圖2可知,不同濃度龍葵提取液對菵草幼苗體內(nèi)CAT、SOD、POD的酶活力的影響與對稗草的大致相似,均呈現(xiàn)“低—高—低”的變化特點(diǎn)。龍葵提取液對菵草的氧化酶保護(hù)系統(tǒng)影響較大。當(dāng)龍葵提取液濃度為2 g/L時,處理第7天菵草的CAT、SOD活力最大,分別比對照提高39.35%和60.49%;處理第10天菵草的POD活力達(dá)到最大值,顯著高于其余各處理。當(dāng)龍葵提取液濃度為8 g/L時,CAT、SOD、POD的活力急劇下降,且隨著作用時間的延長,抑制效應(yīng)越顯著,處理第10天各酶活抑制率分別為50.39%、52.43%、39.22%。

        3 討 論

        圖1 不同濃度龍葵提取液處理下稗草幼苗CAT、SOD和POD活性的變化

        圖2 不同濃度龍葵提取液處理下菵草幼苗CAT、SOD和POD活性的變化

        同一化感物質(zhì)對不同科屬的植物作用效果不一樣,甚至對相同植物的葉、莖、根的作用都存在較大差異[21-22]。龍葵提取液對不同受體植物的影響存在一定差異,充分證明化感作用的選擇功能。試驗(yàn)結(jié)果表明,龍葵提取液對菵草種子萌發(fā)的抑制作用及對幼苗生長的影響均強(qiáng)于稗草。同時,龍葵的化感作用強(qiáng)弱與提取液的濃度密切相關(guān),除1 g/L濃度處理對稗草幼苗表現(xiàn)出促進(jìn)作用外,其余處理均對受體植物幼苗的生長表現(xiàn)出抑制作用,且濃度越高,抑制作用越強(qiáng)??傮w而言,龍葵提取液對受體植株幼苗存在低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的現(xiàn)象。導(dǎo)致低濃度促進(jìn)的原因可能是微量的化感活性物質(zhì)對抗性強(qiáng)的受體植物影響極小,而提取液又能供給幼苗生長所需的部分營養(yǎng)成分,因此會表現(xiàn)出促進(jìn)效應(yīng)。此試驗(yàn)結(jié)果與其他關(guān)于植物化感作用的研究結(jié)論相一致。例如:小飛蓬的萃取液對含羞草、稗草、鬼針草的幼苗生長顯示出“低促高抑”的效果[23];低濃度的一年蓬提取液能促進(jìn)番茄、長梗白菜的幼苗生長,而高濃度提取液可顯著抑制作物的種子萌發(fā)和幼苗生長[24]。因此,試驗(yàn)探索了不同濃度的化感物質(zhì)對稗草和菵草種子萌發(fā)及幼苗生長的影響,為研發(fā)新型植物源生長促進(jìn)劑和除草劑奠定了基礎(chǔ)。

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