閆超 陳敏 周穎 劉霞 葉火春 張靜 馮崗

摘要 為探明石蟬草是否具有除草活性，本研究采用小杯法和盆栽試驗(yàn)法測(cè)定石蟬草乙醇提取物對(duì)13種植物的除草活性。結(jié)果表明，石蟬草乙醇提取物對(duì)13種植物的根莖生長(zhǎng)均有抑制作用，對(duì)苘麻和稗草根長(zhǎng)的抑制中濃度IC50分別為0.73和0.80 mg/mL，對(duì)莖長(zhǎng)的IC50分別為0.77和0.89 mg/mL；盆栽試驗(yàn)表明，5 mg/mL濃度對(duì)稗草和苘麻7 d的防治效果分別為90.73%和82.02%，與對(duì)照藥劑癸酸無(wú)顯著性差異。研究結(jié)果為研發(fā)新型除草劑提供了新思路。

關(guān)鍵詞 石蟬草； 乙醇提取物； 除草活性

中圖分類號(hào)： S 451

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2017275

Abstract The herbicidal activities of the ethanol extracts from Peperomia dindygulensis were evaluated on 13 species of weed plants. The results showed that the extracts had a strong inhibition effect to the roots and the stems of all the plants. The IC50 values of ethanol extracts on roots length were 0.73 and 0.80 mg/mL against Abutilon theophrasti and Echinochloa crusgalli， and the IC50 values on stems length were 0.77 and 0.89 mg/mL， respectively. Pot experiments indicated that the inhibition rates were 82.02% and 90.73%， respectively， after 7 days at a concentration of 5 mg/mL against A.theophrasti and E.crusgalli， which has no significant difference with the control herbicide decanoic acid. The results provide a new way for further research on the development of new herbicides.

Key words Peperomia dindygulensis； ethanol extracts； herbicidal activity

采用化學(xué)除草劑除草是農(nóng)田雜草管理中的主要手段。由于少耕農(nóng)業(yè)技術(shù)在種植時(shí)對(duì)除草劑高度依賴，除草劑品種呈現(xiàn)單一化，目前全世界已有188種雜草的324個(gè)生物型對(duì)19類化學(xué)除草劑產(chǎn)生了抗藥性，導(dǎo)致藥效降低、用藥量增加[14]。在利用化學(xué)除草劑防除雜草的同時(shí)，除草劑也對(duì)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生了嚴(yán)重威脅[57]。因此，研制高效、低毒的新型除草劑已成為市場(chǎng)急需，發(fā)展綠色除草劑特別是生物除草劑是緩解這一矛盾的重要途徑之一。

石蟬草Peperomia dindygulensis Miq.系胡椒科草胡椒屬植物，分布于我國(guó)南方各省區(qū)，具有清熱解毒、祛瘀散結(jié)、利水消腫的功效[8]。石蟬草的化學(xué)成分主要為斷鏈木脂素類、四氫呋喃木脂素類、黃酮苷及其苷元等[914]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)石蟬草的活性研究多集中在醫(yī)學(xué)方面[9， 1520]，而有關(guān)石蟬草的除草活性未見報(bào)道。項(xiàng)目組前期篩選發(fā)現(xiàn)石蟬草提取物具有較強(qiáng)的除草活性，為進(jìn)一步明確其作用譜，本研究以石蟬草為研究對(duì)象，以13種植物為供試材料，通過植株根莖生長(zhǎng)抑制和鮮重抑制試驗(yàn)對(duì)石蟬草乙醇提取物的除草活性進(jìn)行了篩選評(píng)價(jià)，現(xiàn)將研究結(jié)果報(bào)道如下。

1 材料和方法

1.1 供試植物

石蟬草Peperomia dindygulensis Miq.整株采自廣西壯族自治區(qū)百色市靖西縣，東經(jīng)105°56′～106°48′，北緯22°51′～23°34′。經(jīng)中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所程漢亭助理研究員鑒定。

供試種子：藜Chenopodium album L.、千金子Leptochloa chinensis （L.） Nees、馬唐Digitaria sanguinalis （L.）Scop.、水田稗Echinochloa oryzoides（Ard.） Fritsch.和牛筋草Eleusine indica （L.） Gaertn.由山東農(nóng)業(yè)大學(xué)雜草實(shí)驗(yàn)室饋贈(zèng)，小麥Triticum aestivum L.、高粱Sorghum bicolor （L.） Moench、櫻桃蘿卜Raphanus sativus L.var. radculus、稗Echinochloa crusgalli（L.）P. Beauv.、紅滿堂蘿卜Raphanus sativus L.、生菜Lactuca sativaL.、苘麻Abutilon theophrasti Medicus、莧菜Amaranthus tricolor均購(gòu)自海口種子市場(chǎng)。

1.2 主要儀器及供試藥劑

RE-2000B型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；GXZ型智能光照培養(yǎng)箱，寧波江南儀器廠；AL204 型精密電子天平，梅特勒托利多，瑞士生產(chǎn)；數(shù)控超聲波提取機(jī)，濟(jì)寧天華超聲電子儀器有限公司；HHS（0-100）型水浴鍋，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；DFY400A型微型植物粉碎機(jī)，天津市泰斯特儀器有限公司；BBGZ-70型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海博訊醫(yī)用光學(xué)器械廠；乙醇和癸酸購(gòu)自上海麥克林生化科技有限公司。

1.3 石蟬草乙醇提取物的制備

采集新鮮的石蟬草植株，陰干后在50℃電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中烘干，粉碎機(jī)粉碎后過40～60目篩，得植物干粉，密封保存，備用。稱取100 g石蟬草干粉，用250 mL濃度為99%的乙醇浸泡48 h后超聲提取20 min，重復(fù)3～5次，直至溶劑無(wú)色。收集提取物，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在（45±1）℃下濃縮至干，得石蟬草乙醇提取物浸膏6.58 g，加入相應(yīng)量的乙醇配制成100 mg/mL母液，4℃冰箱中保存。

1.4 石蟬草乙醇提取物對(duì)植物根莖生長(zhǎng)的抑制作用

采用小杯法[21]。分別取10 μL和100 μL 1.3小節(jié)制備的石蟬草乙醇提取物母液用99%乙醇稀釋成1、10 mg/mL的供試藥液。在50 mL小燒杯底部放一張圓形濾紙片，放入直徑為1 mm的玻璃球，選取20粒籽粒飽滿、大小均一、剛露白的受體植物種子，分別加入3 mL濃度為1和10 mg/mL的供試藥液（供試藥液是以99%乙醇為溶劑，待乙醇充分揮發(fā)后補(bǔ)充3 mL蒸餾水）；以蒸餾水為對(duì)照，在（27±2）℃、80%±5%濕度、避光條件下培養(yǎng)，每處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。每天記錄發(fā)芽種子的數(shù)量，直到種子不再萌發(fā)時(shí)測(cè)量根莖長(zhǎng)度。

根長(zhǎng)或莖長(zhǎng)抑制率=[對(duì)照根長(zhǎng)（或莖長(zhǎng)）-處理根長(zhǎng)（或莖長(zhǎng)）]/對(duì)照根長(zhǎng)（或莖長(zhǎng)）×100%。

1.5 石蟬草乙醇提取物對(duì)稗草和苘麻的毒力測(cè)定

方法同1.4。供試植物為稗和苘麻，石蟬草乙醇提取物濃度分別配制為0.5、1、2、5、10 mg/mL，以蒸餾水為對(duì)照。

1.6 石蟬草乙醇提取物對(duì)稗草和苘麻植株鮮重的抑制作用

參照付磊磊[22]的方法測(cè)定石蟬草乙醇提取物對(duì)稗草和苘麻植株鮮重的抑制作用。在長(zhǎng)×寬×高為9 cm×9 cm×9 cm的花盆中按照1∶1的比例裝入蛭石和腐殖土，將已露白的稗草和苘麻種子播種于花盆，每盆20粒，其上覆土0.5 cm，用清水均勻澆灌至底部有水珠滲出，之后每4 d澆灌1次。生長(zhǎng)環(huán)境為室溫（27±2）℃，光照強(qiáng)度為3 800 lx，濕度為80%±5%。將石蟬草乙醇提取物浸膏用適量乙醇溶解，用0.1%吐溫80水溶液稀釋成1、5、10 mg/mL 3個(gè)劑量，待植株生長(zhǎng)至2～3葉時(shí)，用噴瓶噴灑，噴液量為3 mL/盆，7 d后用稱重法計(jì)算石蟬草乙醇提取物對(duì)稗草和苘麻鮮重的抑制作用。每處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，以0.1%吐溫80水溶液為空白對(duì)照，以癸酸為藥劑對(duì)照（5 mg癸酸溶解于1 mL 99%乙醇中）。

抑制率=（對(duì)照草的整株鮮重-處理草的整株鮮重）/對(duì)照草的整株鮮重×100%。

1.7 統(tǒng)計(jì)分析

用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理和部分?jǐn)?shù)據(jù)的計(jì)算，采用SPSS 13.0進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 石蟬草乙醇提取物對(duì)植物根莖生長(zhǎng)的抑制作用

石蟬草乙醇提取物對(duì)13種植物根莖生長(zhǎng)均有不同程度的抑制作用（圖1～2）。濃度為10 mg/mL的石蟬草乙醇提取物對(duì)苘麻、稗、小麥和櫻桃蘿卜4種植物根莖生長(zhǎng)的抑制作用較強(qiáng)，其中對(duì)根長(zhǎng)的抑制率分別為100.00%、89.76%、87.54%和85.23%，對(duì)莖長(zhǎng)的抑制率分別為86.23%、85.82%、82.35%和57.62%。低濃度下（1 mg/mL）的石蟬草乙醇提取物對(duì)苘麻、稗、櫻桃蘿卜、小麥等9種植物的根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)也表現(xiàn)出一定的抑制作用，其中對(duì)苘麻幼苗根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)的抑制率分別為70.71%和63.63%。

2.2 石蟬草乙醇提取物對(duì)稗草和苘麻的毒力測(cè)定

根據(jù)2.1的結(jié)果，設(shè)置石蟬草提取物濃度分別為0.5、1、2、5和10 mg/mL，測(cè)定其對(duì)稗和苘麻的毒力。結(jié)果表明，隨著處理濃度的增高除草活性隨之增強(qiáng)，其中以10 mg/mL處理組的抑制率最高，對(duì)苘麻根、莖的抑制率分別為89.76%和85.82%，對(duì)稗草根、莖的抑制率分別為95.23%和85.26%。以幾率值分析法分別對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行擬合，得石蟬草乙醇提取物對(duì)苘麻根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)的IC50分別為0.73和0.77 mg/mL，對(duì)稗草根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)的IC50分別為0.80和0.89 mg/mL。

2.3 石蟬草乙醇提取物對(duì)稗和苘麻植株鮮重的抑制作用

石蟬草乙醇提取物對(duì)稗和苘麻的盆栽試驗(yàn)結(jié)果如表2。石蟬草乙醇提取物對(duì)稗和苘麻植株有較強(qiáng)的抑制作用，其中10 mg/mL的石蟬草乙醇提取物處理7 d后，稗和苘麻的單株重僅為4.21 mg和12.52 mg，防治效果高達(dá)90.73%和82.02%。藥后7 d，10、5 mg/mL的石蟬草乙醇提取物的作用效果與癸酸均無(wú)顯著性差異。

3 小結(jié)與討論

本研究以稗和苘麻等13種植物作為供試植物，研究石蟬草乙醇提取物的除草活性。結(jié)果表明，石蟬草乙醇提取物對(duì)稗草等13種植株根莖生長(zhǎng)均有一定的抑制作用，毒力測(cè)定和鮮重抑制試驗(yàn)中，5 mg/mL的石蟬草乙醇提取物對(duì)苘麻和稗具有較好的除草效果，與5 mg/mL的對(duì)照藥劑癸酸無(wú)顯著性差異，說(shuō)明石蟬草具有較強(qiáng)的除草活性，具備開發(fā)為新型植物源除草劑的潛力。

與合成除草劑相比，植物源除草劑不僅對(duì)環(huán)境友好，而且往往具有新穎的靶標(biāo)和作用機(jī)制。目前，已經(jīng)有2 000多種涉及30個(gè)科的植物被報(bào)道含有除草活性的次生代謝物質(zhì)[1]，其中有些已被成功開發(fā)為除草劑，如環(huán)庚草醚、假蒟亭堿等[2325]。這些天然物質(zhì)能夠影響植物的萌發(fā)、生長(zhǎng)發(fā)育及密度和分布，是研發(fā)植物源除草劑的重要庫(kù)源之一[26]。石蟬草屬胡椒科植物，目前已分離得到多種化合物，主要分為斷聯(lián)木脂素類、黃酮類和聚酮類等，活性成分主要為斷聯(lián)木脂素類化合物，國(guó)內(nèi)外對(duì)石蟬草的研究多集中在醫(yī)用活性。

Wu等[19，27]用乙酸乙酯從石蟬草中分離得到四氫呋喃木脂素和斷聯(lián)木脂素等成分，活性測(cè)試結(jié)果表明部分化合物對(duì)HepG2、VA-13細(xì)胞的增殖有一定的抑制作用；于大永等[15]的研究表明，石蟬草乙醇提取物對(duì)黑色素瘤A375細(xì)胞有明顯的抑制作用；陳立[9]研究發(fā)現(xiàn)，石蟬草乙醇提取物對(duì)A549和Lovo細(xì)胞的增殖也顯示了一定的抑制作用，其活性成分集中在氯仿餾分段；從石蟬草中分離獲取的化合物草胡椒素A/E具有抗腫瘤活性[1618]。而有關(guān)石蟬草的農(nóng)用除草活性經(jīng)文獻(xiàn)檢索鮮有報(bào)道。

Dayan等從胡椒科植物蓽拔Piper longum L.中分離而來(lái)的假蒟亭堿（sarmentine）[23]，作為新生物除草劑活性成分已獲批美國(guó)專利和商標(biāo)局授予專利[28]。石蟬草與蓽拔同屬胡椒科植物，本研究發(fā)現(xiàn)石蟬草乙醇提取物對(duì)稗草和苘麻有較好的除草活性，其活性部位及有效活性成分有待進(jìn)一步追蹤，因此可以將其作為生物除草劑的備選植物進(jìn)行深入研究，該結(jié)果為豐富新型植物源除草劑奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 強(qiáng)勝， 陳世國(guó). 生物除草劑研發(fā)現(xiàn)狀及其面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J]. 雜草科學(xué)， 2011， 29（1）： 16.

[2] MELLON M. Weed control： tactics to stamp out herbicide resistance [J]. Nature， 2014， 511（7510）： 410.

[3] QI Yue， YAN Bing， FU Gang，et al.Germination of seeds and seedling growth of Amaranthus retroflexus L.following sublethal exposure of parent plants to herbicides [J]. Scientific Reports， 2017， 7： 157.

[4] FREYDIER L， LUNDGREN J G. Unintended effects of the herbicides 2，4-D and dicamba on lady beetles [J]. Ecotoxicology， 2016， 25（6）： 12701277.

[5] SCHTTE G， ECKERSTORFER M， RASTELLI V，et al.Herbicide resistance and biodiversity： agronomic and environmental aspects of genetically modified herbicide-resistant plants[J]. Environmental Sciences Europe， 2017， 29（5）： 112.

[6] ROWEN D J， TEMPLEMAN M A， KINGSFORD M J. Herbicide effects on the growth and photosynthetic efficiency of Cassiopea maremetens [J].Chemosphere，2017，182：143148.

[7] OWAGBORIAYE F O， DEDEKE G A， ADEMOLU K O， et al. Reproductive toxicity of roundup herbicide exposure in male albino rat [J]. Experimental and Toxicologic Pathology， 2017， 69（7）： 461468.

[8] 廣西壯族自治區(qū)中醫(yī)藥研究所. 廣西藥用植物名錄[M]. 南寧： 廣西人民出版社， 1986： 89.

[9] 陳立. 石蟬草化學(xué)成分及抗腫瘤活性的研究[D]. 北京： 中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院， 2007.

[10]陳立， 周玉， 董俊興. 石蟬草化學(xué)成分的研究[J]. 中草藥， 2007， 38（4）： 491493.

[11]陳立， 周玉， 董俊興. 石蟬草中的三個(gè)新黃酮苷[J]. 藥學(xué)學(xué)報(bào)， 2007， 42（2）： 183186.

[12]陳立， 周玉， 周義龍， 等. 石蟬草中的一個(gè)新黃酮碳苷[J]. 中國(guó)中藥雜志， 2008， 33（7）： 772774.

[13]朱文君， 林夢(mèng)感， 楊國(guó)紅， 等. 石蟬草中兩個(gè)新的聚酮類化合物[J]. 中草藥， 2011， 42（3）： 420423.

[14]LIN Menggan， YU Dehong， WANG Qiwei， et al. Secolignans with antiangiogenic activities from Peperomia dindygulensis[J]. Chemistry & Biodiversity， 2011， 8（5）： 862871.

[15]于大永， 楊秀秀， 盧軒， 等. 草胡椒屬植物對(duì)人黑色素瘤A375細(xì)胞增殖的影響[J]. 時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥， 2016（5）： 10481050.

[16]WANG Xinzhi， WEN Hongmei， CHAI Chuan， et al.Determination of a natural DNMT1 inhibitor， peperomin E， in rat plasma by UFLC-MS/MS and method application in a pharmacokinetic study [J].Biomedical Chromatography，2017，31（8）：e3930.

[17]WANG Xinzhi， CHENG Ying， WU Hao，et al.The natural secolignan peperomin E induces apoptosis of human gastric carcinoma cells via the mitochondrial and PI3K/Akt signaling pathways in vitro and in vivo[J]. Phytomedicine， 2016， 23（8）： 818827.

[18]WANG Xinzhi， CHENG Ying， WANG Kuilong， et al. Peperomin E reactivates silenced tumor suppressor genes in lung cancer cells by inhibition of DNA methyltransferase [J]. Cancer Science， 2016， 107（10）： 15061519.

[19]WU Jianlin， LI Na， HASEGAWA T， et al. Bioactive tetrahydrofuran lignans from Peperomia dindygulensis[J]. Journal Natural Products， 2005， 68（11）： 16561660.

[20]賈曉東. 從石蟬草中分得5個(gè)具有生物活性的四氫呋喃木脂素[J]. 國(guó)外醫(yī)藥（植物藥分冊(cè)）， 2006， 21（5）： 212.

[21]龔占虎， 李永國(guó)， 張金林. 馬先蒿中除草活性物質(zhì)的初步研究[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2014， 37（2）： 9398.

[22]付磊磊. 無(wú)患子（Sapindus mukorossi Gaertn.）除草活性研究[D]. 楊凌： 西北農(nóng)林科技大學(xué)， 2016.

[23]DAYAN F E， OWENS D K， WATSON S B，et al.Sarmentine， a natural herbicide from Piper species with multiple herbicide mechanisms of action [J]. Frontiers in Plant Science， 2015， 6： 222.

[24]GROSSMANN K， HUTZLER J， TRESCH S， et al.On the mode of action of the herbicides cinmethylin and 5-benzyloxymethyl-1，2-isoxazolines： putative inhibitors of plant tyrosine aminotransferase [J].Pest Management Science， 2012， 68（3）： 482492.

[25]DAYAN F E， CANTRELL C L， DUKE S O.Natural products in crop protection[J]. Bioorganic & Medicinal Chemistry， 2009， 17（12）： 40224034.

[26]陳世國(guó)， 強(qiáng)勝. 生物除草劑研究與開發(fā)的現(xiàn)狀及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)[J]. 中國(guó)生物防治學(xué)報(bào)， 2015， 31（5）： 770779.

[27]WU Jianlin， LI Na， HASEGAWA T，et al. Bioactive secolignans from Peperomia dindygulensis[J]. Journal Natural Products， 2006， 69（5）： 790794.

[28]余露. MBI除草劑活性成分假蒟亭堿獲美國(guó)專利[J]. 農(nóng)藥市場(chǎng)信息， 2013（18）： 32.

（責(zé)任編輯：楊明麗）