龍葵醇提物對水稻與大麻的安全性評價

李祖任，岳勇志，彭 迪,2，王立峰,2，周小毛，柏連陽

（1.湖南省農業科學院，湖南省農業生物技術研究所，湖南 長沙 410125；2.雜草生物學及安全防控湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410125；3.湖南農業大學植物保護學院，湖南 長沙 410128）

化感作用是指植物、動物或微生物的自身代謝分泌物對其他生物產生的有害或有利影響[1]。分離、鑒定、提取或合成化感物質，并將其應用于生產實踐，這為植保領域開展有害生物綠色防控提供了新的思路。以牻牛兒苗科植物為材料提取出的壬酸，就是一種化感物質，以其為原料研制出了一種觸殺性、廣譜性、速效性、非選擇性除草劑，可用于防治一年生或多年生闊葉雜草[2]。研究發現，壬酸對三裂葉豚草防效十分顯著，噴施壬酸的地塊，有80%以上的三裂葉豚草不能產生種子，即使能結籽的植株其結籽量和出苗率也極低[3]。利用植物天然次生代謝產物開發的除草劑具有資源豐富、環境兼容性好、低殘留、靶標選擇性高等化學除草劑無法比擬的優勢，在農田雜草防控方面有著廣闊的應用前景[4]。

龍葵（Solanum nigrum L.）為茄科（Solanaceace）茄屬（Solanum）植物，在國內外分布廣泛，常見于田埂、菜地附近。龍葵還是一種中藥材，其性寒味苦、有小毒，具有清熱解毒、利水消腫之功效，主要成分包括糖苷生物堿（龍葵堿、澳洲茄堿等）、糖蛋白、多糖及多酚等，在臨床上常用于抗腫瘤治療，對抑制細胞增殖、誘導細胞凋亡、阻滯細胞周期、誘導細胞自噬、增強化療作用、抑制上皮-間質轉化、抑制腫瘤轉移、抑制血管生成以及改善免疫功能有一定療效[5-8]。關于龍葵提取物在植保領域的應用已有報道。王春霞等[9]通過微孔板法和稀釋法發現龍葵果對變異鏈球菌（Streptococcus mutans）和大腸桿菌（Escherichia coli）有體外抑制作用；趙博光[10]的研究結果表明龍葵對馬鈴薯甲蟲雌成蟲具有特殊產卵引誘力，甚至比馬鈴薯引誘力強3倍，但龍葵并不能支持其幼蟲生長；馬新耀等[11]采用玻片浸漬法發現龍葵醇提物對朱砂葉螨具有一定的觸殺活性；何付麗等[12]研究發現龍葵漿果汁液對反枝莧和龍葵自身種子萌發有強烈的抑制作用。因此，人們認為可將龍葵植株的醇提取物開發成一種植物源除草劑。但是作為除草劑，一方面要考慮其對雜草的防除效果；另一方面還要考慮其對作物是否產生藥害。為此，試驗研究了龍葵植株醇提物對水稻和工業大麻種子萌發及幼苗生長的影響，以評價其作除草劑使用時的安全性，旨在為以龍葵醇提物為材料開發植物源除草劑提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以龍葵為供體植物，2016年5月中旬于湖南農科院周圍采集新鮮植株制備醇提液。受體植物為水稻（品種為Y兩優6號，購于湖南隆平種業有限公司）和工業大麻（由云南省農業科學院楊明研究員提供）。

1.2 試驗方法

1.2.1 龍葵提取液的制備 將龍葵陰干后置于60℃的鼓風干燥箱中，待其吹干至發脆，用萬能粉碎機粉碎并保存。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，在旋轉蒸發儀中將濾液于60℃左右減壓濃縮至膏狀物，依次配制為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 水稻和大麻種子萌發測定 測定前，水稻和大麻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，放入培養箱催芽。在洗凈、烘干的培養皿中鋪兩層滅菌濾紙，將露白一致的水稻和大麻種子（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），進行種子萌發測定。試驗中處理組和對照組各設置3組重復，于第3天分別對每種供試植物種子

1.2.3 水稻和大麻幼苗生長測定 選取高度一致的正常萌發的水稻和大麻幼苗，采用Hoagland營養液培養法[13]，龍葵提取液的添加濃度分別為1、2、4、8 g/L，在光照培養箱內培養，觀察龍葵提取物對供試植物幼苗生長的影響。每個處理設置5組重復，對照組加入等量的營養液，在培養第7天測定幼苗的苗長、根長及鮮重。

1.2.4 植株氧化還原系統酶活力測定 采集不同濃度龍葵提取液處理第3、7、10天的供試植物幼苗為樣品，測定植株的氧化還原系統酶活力。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[14]、氮藍四唑還原法[15]、愈創木酚法[16]和考馬斯亮藍G-205法[17]測定。計算方法見公式（1）、（2）、（3）、（4）。

1.3 數據處理

采用Excel 2007 和DPS 7.05軟件對試驗數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 龍葵提取液對水稻和大麻種子萌發的影響

著，最高濃度（8 g/L）的抑制效果可達80%以上；

表1 不同濃度龍葵提取液處理下水稻和大麻的種子萌發率

從表1可以看出，龍葵提取液對2種供試作物種子的萌發均有較強抑制作用，并且隨著龍葵提取液濃度的增加，抑制作用越強；對水稻種子而言，不同濃度的龍葵提取液對其種子萌發的抑制作用均較為顯對大麻種子而言，在低濃度（1 g/L）龍葵提取液處理下種子萌發率比對照處理降低了10個百分點，但差異未達顯著水平；但當龍葵提取液濃度≥2 g/L時，大麻種子萌發率極顯著下降。

2.2 龍葵提取液對水稻和大麻幼苗生長的影響

由表2可知，不同濃度的龍葵提取液對2種供試作物的幼苗生長產生了不同程度的化感效應，既有抑制作用，也有促進效果。總的來說，對水稻而言，1 g/L的低濃度處理對幼苗的生長有輕微的促進作用；隨著龍葵提取液濃度的增加，水稻幼苗的生長受到抑制，但抑制效果隨提取液濃度增加的上升幅度并不明顯。對大麻而言，其幼苗對龍葵提取液的化感效應較為敏感，1 g/L的處理即可看到顯著的抑制效應，表現為幼苗變矮、根長縮短、鮮重變輕。從表2中還可以看出，供試植物在不同濃度提取液的處理下，根長、苗高、鮮重各項指標體現出的規律趨勢大致相同。其中，水稻幼苗在4～8 g/L濃度范圍內，其根長和鮮重的化感作用敏感度大于苗高，大麻幼苗在2～4 g/L濃度范圍內，其鮮重和苗高的化感作用敏感度大于根長。

表2 不同濃度龍葵提取液處理下水稻和大麻幼苗的生長指標

2.3 龍葵提取液對水稻幼苗體內CAT、SOD、POD活性的影響

從圖1可以看出，隨著龍葵提取液濃度的增加，水稻幼苗體內的CAT活性呈現出先上升后下降的趨勢，當提取液濃度在0～4 g/L范圍內時，酶活力隨著濃度的增加而上升，在4 g/L處理時酶活力達到最高值，處理后3、7和10 d CAT活力分別比對照提高了1.06、1.18和1.86倍。不同濃度龍葵提取液對水稻幼苗體內SOD活性的影響與CAT活性有一定差異，在處理3和7 d時，隨著龍葵提取液濃度的增加，水稻幼苗體內的SOD活性呈上升趨勢，以8 g/L處理的SOD活性最高；但處理10 d時，SOD活性隨提取液濃度的增加表現出先升后降的趨勢，以4 g/L處理的SOD活性最高，是對照組的2.33倍。而水稻幼苗體內的POD活性隨龍葵提取液濃度的增加而提高，不同處理時間均以8 g/L的處理POD活性最高。

2.4 龍葵提取液對大麻幼苗體內CAT、SOD、POD活性的影響

從圖2中可以看出，大麻幼苗體內的CAT、SOD、POD活性隨龍葵提取液濃度的增加均呈現出先升后降的變化規律。其中，CAT、SOD的活性均以1 g/L的處理最高，并于處理的第10天達到最高，分別超出對照水平82.34%、73.93%；而POD活性以2 g/L的處理最高，于處理第10天達最高值，比對照提高了1.26倍。當龍葵提取液濃度為8 g/L時，大麻幼苗體內的CAT、SOD、POD活力均低于對照水平，并且隨著處理時間的延長，其活性下降幅度越大，處理10 d時活力值分別為70.20、144.22、182.55 U/g。

3 討 論

圖1 不同濃度龍葵提取液處理下水稻幼苗CAT、SOD和POD活性的變化

圖2 不同濃度龍葵提取液處理下大麻幼苗CAT、SOD和POD活性的變化

不同濃度的龍葵提取液對水稻和大麻2種作物種子萌發和幼苗生長有明顯的化感效應，且化感效應的強弱因濃度大小和供試材料而異。這說明龍葵提取液中含有某些化感物質，影響了供試植物種子的萌發和幼苗的生長。種子萌發對植物的更新起著關鍵作用，發芽率低則長出的植物幼苗少，進而影響該植物在群落中的優勢度[18]。龍葵釋放出的化感物質能抑制其周圍植物的種子萌發以及幼苗的正常生長，從而使自身在群落中占據優勢地位。姜男等[19]發現羅勒提取液對馬齒莧、反枝莧、灰菜雜草種子萌發均有抑制作用，且受抑制的程度隨提取液濃度的增加而加大。王瑞龍等[20]發現豆科牧草對馬唐、稗草、狗牙根和牛筋草等農田常見雜草均有顯著地化感抑制效果。Fujii[21-22]的研究表明毛苕子中的化感活性物質能抑制部分雜草生長，合理利用化感物質的選擇抑制性，可間接地減少田間化學除草劑的使用。

試驗結果發現，低濃度（1 g/L）的龍葵提取液對大麻種子萌發的抑制作用不明顯，而對水稻種子萌發的抑制作用較大，當龍葵提取液濃度為8 g/L時，水稻種子的萌發抑制率為81.67%。導致抑制效果差異的原因可能是不同作物種子的外殼堅硬度、大小及質量等有差別。

綜上所述，龍葵提取物對水稻種子的化感抑制作用強于大麻，而對水稻幼苗的抑制作用弱于大麻。在大麻生產中，龍葵提取物適合開發成土壤封閉型除草劑；而在水稻生產中，龍葵提取物適合開發成莖葉處理型除草劑。

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