113种植物的乙醇提取物对反枝苋和马唐种子萌发及生长的抑制活性

李晶晶，田 赐，王明思，刘禄威，李沐阳，马树杰，张利辉，董金皋

（河北农业大学植物保护学院，保定 071001）

农田杂草是农业生产中的重要问题之一，其具有种类繁多、分布广泛、危害性大的特点，给农业生产造成了巨大损失[1-3]。化学除草剂的出现极大地推动了杂草防治效率和农业生产的发展，在杂草防治中发挥着无法替代的作用[4,5]。但化学除草剂的大量使用，也造成了土壤污染、杂草抗药性以及农药残留等系列问题[7,8]。植物源除草剂具有易降解、作用方式多样、不易产生抗药性等特点，是新农药创制的热点之一[9,10]。目前世界上已发现 30多科植物含有百余种天然除草化合物，其中有些已被开发成天然除草剂[11]。纤精酮是从红千层中分离得到的植物源除草先导化合物，以其为模板开发出了三酮类除草剂[12]；壬酸是从牻牛儿苗科植物中分离得到了羧酸类除草化合物，并得到专利保护和推广应用[13]；1,8-桉树脑是植物产生的天然挥发性单萜，对马唐等具有较好的除草活性[14]。因此，对具有除草作用的植物提取物及其次生代谢产物进行研究，有望发现新颖除草机制的化合物，可为新型天然除草剂的开发提供候选材料和理论依据。

本研究采用种子萌发法测定了113种植物乙醇提取物对马唐和反枝苋种子萌发的抑制作用，采用平皿法测定了对杂草幼根、幼芽生长的抑制作用；进一步评价了提取物对杂草幼根、幼芽的生长毒力，以期筛选出具较高除草活性的植物种类，为开发新型植物源除草剂提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 供试杂草种子 马唐Digitaria sanguinlis和反枝苋Amaranthus retroflexus种子由河北农业大学植物保护学院农药实验室提供。

1.1.2 供试植物 供试植物113种，分属56个科，购买于河北省安国市冷背药材有限公司，详细名称见表1。

表1 113种植物乙醇提取物对反枝苋和马唐种子萌发的影响Table 1 The effects of ethanol extracts from 113 kinds of traditional Chinese medicine on seed germination ofA. retroflexusandD. sanguinlis

续表1

续表1

1.2 植物乙醇提取物的制备

将上述113种植物放于40 ℃烘箱内烘干，粉碎后过孔径0.4 mm筛，采用超声波提取法提取供试植物样品[15]。具体如下：分别称取供试植物干粉20 g，加入无水乙醇，按料（g）液（mL）比为1:10进行提取，每次30 min，重复提取3次，过滤3次，滤液在52 ℃减压浓缩得乙醇浸膏，将乙醇浸膏配置成1 g DW/mL的母液。

1.3 除草活性的测定

1.3.1 113 种植物乙醇提取物对马唐和反枝苋种子萌发的影响 试验采用种子萌发法[16]，在培养皿（直径为9 cm，下同）中铺两层滤纸，处理组加入0.5 g DW/mL的植物乙醇提取液1.0 mL，对照组加入乙醇1.0 mL，待乙醇完全挥发后，加入蒸馏水4 mL，再将20粒供试植物种子在滤纸上摆成一行，所有处理重复3次，置于培养箱（25±1）℃、相对温度50%～70%、光周期14L:10D中培养，期间适时补充水分，3 d后观察杂草种子的萌发情况，按照公式计算：种子萌发抑制率＝（对照种子萌发数—处理种子萌发数）/对照种子萌发数×100%。

1.3.2 113 种植物乙醇提取物对马唐和反枝苋种子幼根、幼芽生长的影响 选取对种子萌发抑制率较高的中药提取物，进一步测定其对马唐和反枝苋种子幼根、幼芽的影响。在试验前1 d浸泡杂草种子，使其吸足水分，然后置于25 ℃恒温箱中催芽24 h至种子露白[17]。在培养皿中铺两层滤纸，处理组加入植物乙醇提取液1.0 mL，对照组加入乙醇1.0 mL，待乙醇完全挥发后，加入蒸馏水4 mL，再将20粒供试植物种子在滤纸上摆成一行，置于上述培养箱中培养，期间适时补充水分，3～7 d后（依据幼苗生长速度）测量种子主根（最长根）及芽长，按照公式计算幼根（芽）生长抑制率。幼根（芽）生长抑制率＝[对照根（芽）长度—处理根（芽）长度]/对照根（芽）长度×100%。

对幼根、幼芽生长抑制较好的中药材提取物进一步进行毒力测定。采用二倍稀释法，将提取物稀释为5个待测浓度，每个浓度重复3次，每个培养皿放置20粒杂草种子。

1.4 数据统计与分析

采用SPSS 22.0软件的单因素方差分析法求出抑制中浓度（IC50）及95%置信区间、毒力回归方程等相关参数。

2 结果与分析

2.1 113种植物乙醇提取物对反枝苋和马唐种子萌发的影响

采用种子萌发法测定了113种植物乙醇提取物对反枝苋和马唐种子萌发的影响，结果见表1。由表1可知，在供试浓度125 mg DW/mL下，40种植物乙醇提取物对反枝苋种子萌发抑制率在80%以上，15种植物乙醇提取物抑制率为50%到80%，有64种植物乙醇提取物抑制率为低于50%。其中茖葱、建兰、楮、乌药、大叶钓樟、牡丹皮、木香、豨莶、漏芦、佩兰、马蹄决明、鹿藿、紫背浮萍、条叶龙胆、木芙蓉、蜀葵、九头狮子草、安息香树、昆明水金凤、泡桐、苏铁蕨、短叶罗汉松、竹叶菜、马蹄金、杜衡、橄榄和蜈蚣萍的种子萌发抑制率最高，均达到100%。

15种植物乙醇提取物对马唐种子萌发抑制率在80%以上，其中大黄、牡丹皮、大叶三升麻、佩兰、朝鲜淫羊藿、楸树、安息香树、泡桐、短叶罗汉松和杜衡等 10种植物乙醇提取物的种子萌发抑制率最高，均达到100%。

2.2 113种植物乙醇提取物对反枝苋和马唐幼根和幼芽的影响

2.2.1 对反枝苋幼根和幼芽的生长抑制作用 选取32种对反枝苋种子萌发抑制率较高的中药乙醇提取物，测定其对幼根、幼芽生长的影响，结果如表2所示。由表2可见，在供试浓度125 mg DW/mL下，测定的32种中药乙醇提取物对反枝苋幼根和幼芽生长均具有一定的抑制作用，其中牡丹皮、木香、佩兰、鹿藿和短叶罗汉松等5种提取物对幼根的抑制率最强，均为100%；紫背浮萍、蜈蚣萍、薜荔、茖葱、马蹄金、泡桐、杜衡和安息香树对幼根的抑制率在90%以上，分别为97.12%、94.88%、94.88%、94.56%、93.36%、93.29%、92.65%和 92.01%；木芙蓉、苏铁蕨、乌药、楮、九头狮子草、苦葫芦、建兰、竹叶菜和秋子梨对幼根的抑制率在80%以上，抑制率分别为89.45%、89.13%、89.13%、86.26%、85.87%、84.66%、84.66%、83.70%和80.51%。

表2 32种植物乙醇提取物对反枝苋幼根和幼芽的影响Table 2 The effects of 32 kinds of plant ethanol extracts on the root and stem ofA. retroflexus

牡丹皮、木香、佩兰、鹿藿和短叶罗汉松等5种提取物对幼芽的抑制率最强，为100%；紫背浮萍、蜈蚣萍、薜荔、竹叶菜和安息香树的抑制率在90%以上，分别为96.92%、94.61%、93.84%、92.01%和90.76%；乌药、苦葫芦、马蹄金、九头狮子草、楮和茖葱对幼芽的抑制率在 80%以上，分别为 89.23%、86.92%、84.61%、84.61%、83.07%和82.30%。

2.2.2 对马唐幼根和幼芽的生长抑制作用 选取了10种对马唐种子萌发抑制率为100%的植物提取物测定其对马唐幼根、幼芽的生长抑制作用。由表3可知，在62.5 mg DW/mL供试浓度下，木香、杜衡、泡桐、大叶三生麻和安息香树对马唐幼根的抑制率在 80%以上，分别为 95.25%、90.26%、85.26%、83.24%和80.36%；杜衡、木香、大叶三升麻、泡桐和佩兰对马唐幼芽的抑制率在80%以上，分别为90.26%、90.25%、88.85%、85.25%和80.29%。

表3 10种植物乙醇提取物对马唐幼根和幼芽生长抑制的影响Table 3 The growth inhibition effects of 10 kinds of plant ethanol extracts on the root and stem ofD. sanguinlis

2.3 植物乙醇提取物对杂草种子生长的毒力

2.3.1 6 种植物乙醇提取物对反枝苋幼根和幼芽生长的毒力 为进一步筛选对反枝苋幼根抑制活性高的植物种类，测定了木香、牡丹皮、短叶罗汉松、鹿藿、佩兰和紫背浮萍对反枝苋幼根的室内毒力。结果表明，鹿藿、佩兰、木香、短叶罗汉松、紫背浮萍、牡丹皮对反枝苋幼根的IC50值分别为1.03、2.24、2.46、2.59、2.79和2.85 mg DW/mL，其中抑制活性最高的为鹿藿乙醇提取物，其他5种提取物的活性相当。

木香、牡丹皮、短叶罗汉松、鹿藿和佩兰对反枝苋幼芽也具有较强的抑制作用，活性排序为鹿藿≥木香≥短叶罗汉松≥牡丹皮≥佩兰，其IC50分别为4.52、7.05、24.17、31.21和32.72 mg DW/mL（表4）。

表4 6种供试植物提取物对反枝苋种子幼根和幼芽的生长抑制作用Table 4 The growth inhibition effects of 6 kinds of test plant extracts on the root and stem ofA.retroflexus

2.3.2 8种植物乙醇提取物对马唐幼根和幼芽的生长抑制毒力 根据表5可知，楸树、木香、泡桐、佩兰、杜衡、安息香树和大叶三升麻对马唐幼根具有较强的抑制作用，活性排序为木香≥杜衡≥泡桐≥大叶三生麻≥安息香树≥佩兰≥楸树，其IC50分别为5.93、8.72、13.93、15.20、19.20、28.70和39.30 mg DW/mL。

表5 8种供试植物提取物对马唐种子幼根和幼芽的生长抑制作用Table 5 The growth inhibition effects of 8 kinds of test plant extracts on the root and stem ofD. sanguinalis

楸树、木香、泡桐、佩兰、杜衡、安息香树、短叶罗汉松和大叶三升麻对马唐幼芽也具有较强的抑制作用，活性排序为杜衡≥木香≥大叶三升麻≥泡桐≥佩兰≥安息香树≥短叶罗汉松≥楸树，IC50分别为7.78、8.13、12.91、15.27、22.39、23.43、42.12 和 48.22 mg DW/mL。

3 讨论

我国中药植物资源丰富且独具特色，已经引起植物源农药研究者的广泛关注，但是通过文献调研发现对中药植物开展除草活性筛选的研究报道较少[18-20]。本研究通过对53科113种中药植物进行除草活性筛选，发现在125 mg DW/mL浓度下，对反枝苋种子萌发抑制率在80%以上的有40种，占所测试植物总数的35.40%；对马唐种子萌发抑制率在80%以上的有15种，占所测试植物总数的13.27%；牡丹皮、佩兰、木香、鹿藿和短叶罗汉松等5种中药植物对反枝苋和马唐幼根、幼芽的抑制率为100%。由此可以看出，筛选出的具有除草活性的植物种类所占比例较高，故有必要加强中药植物除草活性筛选，以期获得更多具有开发价值的除草植物资源。

本研究发现，牡丹皮、佩兰、木香、鹿藿和短叶罗汉松等植物提取物对马唐和反枝苋不仅具有种子萌发抑制作用，而且对幼根、幼芽生长的抑制作用较强，对反枝苋幼根的IC50分别为2.85、2.24、2.46、1.03和2.58 mg DW/mL。郭凤和罗小勇[21]测定了牡丹叶提取物对生菜Lactuca sativaL.、稗Echinochloa crusgalli、播娘蒿Descurainia sophia等幼苗生长的抑制作用，结果显示，该提取物对播娘蒿胚根或胚芽的IC50为1.02～9.65 g/L，与本研究结果较为一致。研究者已从牡丹中分离得到了芍药甙、丹皮酚、二羟基苯乙酮等化合物[22,23]，但除草活性是否与这些物质有关需要进一步研究。佩兰、木香、鹿藿和短叶罗汉松具有抗菌、抗炎、抗过敏、抗肿瘤等药用活性[24-27]，其农用活性研究报道较少，除草活性为首次报道。此外，牡丹皮、佩兰、木香、鹿藿和短叶罗汉松在我国分布广泛、易于繁殖、产量较高、价格便宜，具备开发成新型植物源除草剂的良好前景。

由此可见，牡丹皮、佩兰、木香、鹿藿和短叶罗汉松5种植物提取物的除草活性较好，具有作为植物源除草剂的价值。本研究为高效低毒植物源除草剂的发掘提供了线索，为新型植物源除草剂的创制奠定了基础。