馮崗 陳敏 任承才 閆超 劉霞 葉火春 張靜

摘 要 為了進(jìn)一步明確假蒟提取物的除草作用，采用室內(nèi)種子萌發(fā)法和盆栽試驗(yàn)測(cè)定假蒟提取物的除草活性。結(jié)果表明：假蒟提取物對(duì)稗草等14種雜草均具有很強(qiáng)的除草活性，其中，對(duì)稗草、莧菜和虎尾草除草活性最強(qiáng)，在供試濃度為10 mg/mL時(shí)，對(duì)雜草的根長(zhǎng)抑制率和莖長(zhǎng)抑制率分別為92.42%、90.91%、91.41%和81.15%、63.68%、87.94%；進(jìn)一步的毒力測(cè)定結(jié)果表明，假蒟提取物對(duì)稗草等3種雜草的根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)EC50值分別為0.389、0.516、0.415 mg/mL和0.429、0.611、0.478 mg/mL；盆栽試驗(yàn)顯示，假蒟提取物對(duì)上述3種雜草具有明顯的防治效果，當(dāng)供試濃度為10 mg/mL時(shí)，對(duì)稗草和虎尾草的防治效果分別為79.85%和65.48%，與對(duì)照藥劑癸酸無顯著性差異。因此，假蒟在植物源除草劑的開發(fā)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 假蒟；提取物；除草活性；稗草；莧菜；虎尾草

中圖分類號(hào) S482.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Herbicidal Activity of Extract of Piper sarmentosum

FENG Gang1，2， CHEN Min1，3， REN Chengcai4， YAN Chao1，

LIU Xia1， YE Huochun1， ZHANG Jing1 *

1 Environment and Plant Protection Institute，Chinese Academy of Tropical Agricultural Science， Haikou， Hainan 571101， China

2 Key Laboratory of Pests Comprehensive Governance for Tropical Crops， Ministry of Agriculture， Haikou， Hainan 571101， China

3 Institute of tropical Agriculture and Forestry， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China

4 College of Plant Protection， Agricultural University of Hebei， Baoding， Hebei 071001， China

Abstract In an attempt to obtain novel botanical pesticides for weed control， the herbicidal activity of the extract of Piper sarmentosum was determined by seed germination and pot experiment methods. Among the 14 tested seeds， the extract exhibited the highest herbicidal activity against Echinochloa crusgalli， Amaranthus tricolor and Chloris virgata， with the inhibitions of shoot and root was 92.42%， 90.91%， 91.41% and 81.15%， 63.68%， 87.94%， respectively. In addition， the extract inhibited the seeding growth process in a concentration-dependent manner， with EC50 values of inhibitons of shoot and root were 0.389， 0.516， 0.415 mg/mL and 0.429， 0.611， 0.478 mg/mL， respectively. Herbicidal activity assay in the pot experiment showed the extract could effectively control E. crusgalli and C. virgata at the concentration of 10 mg/mL， with the inhibition rates 79.85% and 65.48%， respectively， which were not significantly differenr from those of decanoic acid. Thus， P. sarmentosum extract has interesting potential for the use in weed control program.

Key words Piper sarmentosum； extract； herbicidal activity； Echinochloa crusgalli； Amaranthus tricolor； Chloris virgata

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.10.007

雜草是威脅糧食高產(chǎn)的一個(gè)重要因素，使用化學(xué)除草劑不僅可以提高雜草控制效率，而且大大降低了生產(chǎn)成本[1]。然而，由于大量使用化學(xué)除草劑，一方面導(dǎo)致雜草抗藥性的增強(qiáng)，進(jìn)而增加農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面引起土壤和地下水的污染日益嚴(yán)重[2-4]。因此，從植物中尋找對(duì)雜草具有新的作用機(jī)制的天然物質(zhì)已成為開發(fā)新型環(huán)境友好型生物除草劑的重要途徑之一[5]。

假蒟為胡椒科假蒟屬植物，主要分布于中國(guó)福建、廣西、廣東、云南、貴州、西藏等地。假蒟根可用作驅(qū)風(fēng)劑和健胃藥，其全草可用作治療牙痛、腳氣、咳嗽和胸膜炎等疾病的藥物[6]，莖葉提取物具有抗菌[7]、抗肌肉松馳[8]、降血糖[9]、抗癆和抗瘧活性[10]。在農(nóng)用活性方面，假蒟提取物對(duì)斜紋夜蛾[11]、螺旋粉虱[12]、椰心葉甲[13]和皮氏葉螨[14]等多種害蟲具有很強(qiáng)的殺蟲活性，對(duì)番木瓜炭疽菌、香蕉炭疽病、芒果炭疽菌等植物病原真菌[15-16]具有較好的生物活性。假蒟提取物對(duì)多種植物也具有一定的化感活性[17]。但對(duì)其除草活性的測(cè)試僅停留在提取物的離體化感作用，而有關(guān)假蒟提取物對(duì)農(nóng)業(yè)雜草的除草活性則報(bào)道較少。為了進(jìn)一步明確其殺草譜，本研究在室內(nèi)測(cè)定了假蒟提取物對(duì)14種雜草的除草活性，并通過活體盆栽試驗(yàn)對(duì)其結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 植物樣品 假蒟全株采自中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院儋州院區(qū)試驗(yàn)場(chǎng)7隊(duì)，經(jīng)中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院王祝年研究員鑒定為胡椒科胡椒屬植物。將假蒟全株100 g自然陰干后粉碎過40 目篩，用1 000 mL乙醇浸泡7 d后過濾，濾渣繼續(xù)用等量的乙醇提取，重復(fù)3次，合并3次濾液；減壓濃縮至干后得其浸膏7.2 g，加入72 mL乙醇使之充分溶解，配制成100 mg/mL的藥液，存于0 ℃冰箱中備用。對(duì)照藥劑癸酸購(gòu)于上海麥克林生化科技有限公司，用乙醇溶解配制成5 mg/mL的藥液供試。

1.1.2 供試雜草 稗草（Echinochloa crusgalli）、莧菜（Amaranthus tricolor）、反枝莧（Amaranthus retroflexus）、虎尾草（Chloris virgata）、茼麻（Abutilon hybridum）、小麥（Triticum aestivum）、蘿卜（Raphanus sativus）、水稗（Echinochloa phyllopogon）、藜（Chenopodium album）、馬唐（Digitaria sanguinalis）、鬼針草（Bidens pilosa）、野燕麥（Avena fatua）、香附子（Cyperus rotundus）和牛筋草（Eleusine indica），由中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所新型農(nóng)藥研制與應(yīng)用課題組提供。

1.2 方法

1.2.1 假蒟提取物離體除草活性篩選 采用種子萌發(fā)法[18]。將定容好的假蒟提取物用乙醇稀釋至1、10 mg/mL，每處理重復(fù)3次，每重復(fù)20粒雜草種子。將培養(yǎng)皿放入恒溫培養(yǎng)箱[（28±1）℃，相對(duì)濕度80%～85%，L/D=12 h/12 h]中培養(yǎng)，當(dāng)空白對(duì)照長(zhǎng)至合適長(zhǎng)度時(shí)測(cè)量幼苗的根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)，按下式計(jì)算抑制率。

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%

1.2.2 假蒟提取物對(duì)稗草等3種雜草的毒力測(cè)定

同1.2.1的方法，根據(jù)1.2.1篩選出敏感的雜草，用乙醇將假蒟提取物分別稀釋至1、0.5、0.25、0.125、0.0625 mg/mL，并分別用來處理雜草，每處理重復(fù)3次，測(cè)量每個(gè)處理雜草的根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)，計(jì)算抑制率。

1.2.3 假蒟提取物活體盆栽試驗(yàn) 采用盆栽法[19]。以稗草、莧菜和虎尾草為供試雜草，以清水為空白對(duì)照，乙醇為溶劑對(duì)照，每處理重復(fù)3次。處理濃度分別為10、5和1 mg/mL，對(duì)照藥劑癸酸為5 mg/mL。定期觀察并記錄處理植株的癥狀，于處理后7 d稱取地上部分鮮重，計(jì)算防治效果（%）。

防治效果=[對(duì)照（鮮重）-處理（鮮重）]/對(duì)照（鮮重）×100%

1.3 數(shù)據(jù)處理

將試驗(yàn)濃度取對(duì)數(shù)，抑制率取機(jī)率值，采用SPSS 16.0軟件通過機(jī)值分析法求出其回歸方程和EC50值，采用Duncan's新復(fù)極差法（p=0.05）進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 假蒟提取物除草活性

室內(nèi)測(cè)試了假蒟提取物對(duì)稗草等14種雜草的除草活性。結(jié)果表明，在供試濃度為10 mg/mL時(shí)，假蒟提取物對(duì)稗草、莧菜和虎尾草表現(xiàn)出很強(qiáng)的除草活性，其根長(zhǎng)抑制率和莖長(zhǎng)抑制率分別為92.42%、90.91%、91.41%和81.15%、63.68%、87.94%（表1）；對(duì)反枝莧、馬唐和假臭草也表現(xiàn)出較高的除草活性，其根長(zhǎng)抑制率分別為86.25%、84.17%和85.60%；對(duì)苘麻、小麥、蘿卜、水稗、藜和野燕麥也具有一定的除草活性，但其抑制率均在80%以下；而對(duì)鬼針草、香附子和牛筋草則表現(xiàn)出較差的除草活性，其根長(zhǎng)抑制率和莖長(zhǎng)抑制率均低于50%。

2.2 假蒟提取物對(duì)稗草、莧菜和虎尾草的毒力測(cè)定

在前述結(jié)果的基礎(chǔ)上，選用對(duì)假蒟提取物最為敏感的稗草、莧菜和虎尾草作為供試對(duì)象，系統(tǒng)測(cè)定假蒟提取物對(duì)上述3種雜草的毒力。結(jié)果表明，假蒟提取物對(duì)稗草的除草活性最高，其根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)EC50值分別為0.389和0.429 mg/mL（表2），優(yōu)于其對(duì)莧菜和虎尾草的毒力。

2.3 假蒟提取物對(duì)稗草、莧菜和虎尾草防治效果的盆栽試驗(yàn)結(jié)果

盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，假蒟提取物對(duì)3種雜草均具有較強(qiáng)的防治效果，總體趨勢(shì)表現(xiàn)為稗草>莧菜>虎尾草。在供試濃度為10 mg/mL時(shí)，對(duì)稗草的抑制作用最強(qiáng)，其處理后7 d的防治效果為79.85%（表3），與對(duì)照藥劑癸酸無顯著性差異；10 mg/mL的濃度對(duì)莧菜和虎尾草也具有較強(qiáng)的除草活性，其處理后7 d的防治效果分別為64.83%和65.48%。當(dāng)供試濃度降為5 mg/mL時(shí)，假蒟提取物對(duì)莧菜的防治效果較弱（42.38%），但對(duì)稗草和虎尾草仍具有一定的防治效果，二者處理后7 d的防治效果分別為65.48%和52.11%。而在最小濃度1 mg/mL處理下，假蒟提取物除對(duì)稗草表現(xiàn)出較強(qiáng)的防治效果（54.18%），對(duì)莧菜和虎尾草的防治效果均小于50%。

3 討論

本研究結(jié)果表明，假蒟提取物對(duì)稗草等14種雜草均具有一定的除草活性，能明顯影響雜草根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)的生長(zhǎng)，特別對(duì)稗草和虎尾草，在供試濃度為10 mg/mL的處理濃度下，其防治效果與對(duì)照藥劑癸酸無顯著性差異，說明假蒟在植物源除草劑的開發(fā)利用中具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前對(duì)植物源農(nóng)藥的研發(fā)主要有2種途徑：一方面從植物中尋找結(jié)構(gòu)新穎的先導(dǎo)化合物，以此為模板通過類推合成進(jìn)行新農(nóng)藥的開發(fā)，如煙堿、除蟲菊素等；另一方面通過研究植物源活性物質(zhì)的作用機(jī)理，探索新的作用靶標(biāo)，利用生物合理設(shè)計(jì)開發(fā)新型環(huán)境友好農(nóng)藥，如氯蟲苯甲酰胺。假蒟為胡椒科假蒟屬植物，其化學(xué)成分主要包括酰胺類生物堿[20-22]、苯丙酯類[7]、木脂素類[10]和倍半萜類等多種成分，研究表明其化學(xué)成分具有抗菌、抗瘧、殺蟲等多種生物活性。本研究從植物源農(nóng)藥開發(fā)的角度，通過室內(nèi)篩選發(fā)現(xiàn)假蒟提取物對(duì)稗草、莧菜和虎尾草具有較強(qiáng)的除草活性，能顯著影響雜草根莖的生長(zhǎng)；并通過盆栽試驗(yàn)進(jìn)一步確定假蒟提取物對(duì)稗草、莧菜和虎尾草具有較強(qiáng)的防治效果，這充分說明假蒟在植物源除草劑的開發(fā)中具有較強(qiáng)的應(yīng)用潛力。Huang等[19]采用生物活性追蹤法證實(shí)蓽茇中主要的除草活性成分為假蒟亭堿，但多種雜草具有很強(qiáng)的除草活性，2013年美國(guó)MBI公司更是獲得假蒟亭堿除草劑專利[23]。假蒟與蓽茇同為胡椒科植物，其化學(xué)成分在結(jié)構(gòu)上具有同源性，但假蒟亭堿是否為假蒟的除草活性成分目前并不清楚。因此，有必要通過生物追蹤法，對(duì)假蒟中具除草活性的物質(zhì)構(gòu)效關(guān)系和作用機(jī)理進(jìn)行深入研究，這對(duì)充分利用假蒟植物資源開發(fā)新型植物源除草劑具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] Duke S O， Cantrell C L， Meepagala K M， et al. Natural toxins for use in pest management[J]. Toxins， 2010， 2（8）： 1 943.

[2] Duke， S O， Dayan F E， Romagni J G， et al. Natural products as sources of herbicides： current status and future trends[J]. Weed Res， 2000， 40（1）： 99-111.

[3] Stillerman K P， Mattison D R， Giudice L C， et al. Environmental exposures and adverse pregnancy outcomes： a review of the science[J]. Reprod Sci， 2008， 15（7）： 631-650.

[4] Whaley C M， Wilson H P， Westwood J H. A new mutation in plant ALS confers resistance to five classes of ALS-inhibiting herbicides[J]. Weed Sci， 2007， 55（3）： 83-90.

[5] Kordali S， Aydin T， Kilic H， et al. Antifungal and herbicidal properties of essential oils and n-hexane extracts of Achillea gypsicola Hub-Mor. and Achillea biebersteinii Afan.（Asteraceae）[J]. Industrial Crops and Products， 2009， 29（2）： 562-570.

[6] Perry L. Medicinal plants of east and southeast Asia[M]. MIT Press， Cambridge， MA， 1981： 314-315.

[7] Masuda T， Inazumi A， Yamada Y， et al. Antimicrobial phenylpropanoids from Piper sarmentosum[J]. Phytochemistry， 1991， 30（10）： 3 227-3 228.

[8] Ridtitid W， Rattanaprom W， Thaina P， et al. Neuromuscular blocking activity of methanolic extract of Piper sarmentosum leaves in the rat phrenic nerve-hemidiaphragm preparation[J]. J Ethnopharmacol， 1998， 61（2）： 135-142.

[9] Peungvicha P， Thirawarapan S S， Temsiririrkkul R， et al. Hypoglycemic effect of the water extract of Piper sarmentosum in rats[J]. J Ethnopharmacol， 1998， 60（1）： 27-32.

[10] Rukachaisirikul T， Siriwattanakit P， Sukcharoenphol K， et al. Chemical constituents and bioactivity of Piper sarmentosum[J]. J Ethnopharmacol， 2004， 93（93）： 173-176.

[11] 劉紅芳. 假蒟提取物對(duì)斜紋夜蛾幼蟲拒食及成蟲產(chǎn)卵的驅(qū)避活性[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2014， 42（6）： 64-68.

[12] 馮 崗， 袁恩林， 張 靜， 等. 假蒟中胡椒堿的分離鑒定及殺蟲活性研究[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)， 2013， 34（11）： 2 246-2 250.

[13] Qin W Q， Huang S C， Li C X， et al. Biological activity of the essential oil from the leaves of Piper sarmentosum Roxb. （piperaceae） and its chemical constituents on Brongtispa longissima（Gestro）（Coleoptera： Hispidae）[J]. Pesticide Biochemistry and Physiology， 2010， 96（3）： 132-139.

[14] 張方平， 王 幫， 畢仁軍， 等. 假蒟提取物對(duì)皮氏葉螨的生物活性測(cè)定[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)， 2009， 30（6）： 851-855.

[15] 孫 丹， 劉業(yè)平， 張世瑞， 等. 假蒟和草胡椒提取物對(duì)植物病原菌的抑制作用初探[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2008（8）： 95-96.

[16] 袁宏球， 孫 丹， 張世瑞. 假蒟甲醇提取物的抑制真菌作用[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2009， 37（17）： 8 044-8 045.

[17] Pukclai P， Katonoguchi. H. Allelopathic activity of Piper sarmentosum Roxb[J]. Asian Journal of Plant Sciences， 2011， 10（2）： 147-152.

[18] Shao H， Huang X L， Wei X Y， et al. Phytotoxic effects and a phytotoxin from the invasive plant Xanthium italicum Moretti[J]. Molecules， 2012， 17（4）： 4 037-4 046.

[19] Huang H Z， Morgan C M， Asolkar R N， et al. Phytotoxicity of sarmentine isolated from long pepper （Piper longum）fruit[J]. J Agric Food chem， 2010， 58（18）： 9 997-10 000.

[20] Sim K M， Ho L P. A new amide alkaloid from the leaves of Piper sarmentosum[J]. Journal of Asian Natural Products Research， 2009， 11（8）： 757-760.

[21] Ee G C， Lim C M， Lim C K， et al. Alkaloids from Piper sarmentosum and Piper nigrum[J]. Natural Product Research， 2009， 23（15）： 1 416-1 423.

[22] Tuntiwachwuttikul P， Phansa P， Pootaengon Y， et al. Chemical constituents of the roots of Piper sarmentosum[J]. Chemical & Pharmaceutical Bulletin， 2006， 54（2）： 149-151.

[23] 余 露. MBI除草劑活性成分假蒟堿獲美國(guó)專利[J]. 農(nóng)藥市場(chǎng)信息， 2013（18）： 32.