可以开发为植物源除草剂的十种植物颜桂军朱朝华

可以开发为植物源除草剂的十种植物颜桂军朱朝华(华南热带农业大学,海南儋州571737)摘要:综述近几年来国内外植物源除草剂研究和发展现状以及发现的具有他感作用的物质,着重介绍了十种具有开发价值的具有化感作用的植物:猪毛蒿、烟管头草、核桃、飞机草、豚草、芒萁、蟛蜞菊、胜红蓟、桉树属植物、核桃楸及其各种化感植物的作用物质、产生途径以及生化特点。展望了一些具有开发成为除草剂的天然先导化合物的物质。关键词:生化他感作用他感物质除草剂植物源应用传统的随机合成筛选模式成功开发新除草剂的几率已越来越小,合成化学除草剂的环境毒性及药害问题也日益严重。天然除草活性化合物具有易生物降解、毒性低、开发费用少、化学结构新奇、作用方式独特、靶标选择性高等合成除草剂无法比拟的优势,其研究日益受到人们的重视。对生化他感(Allelopathy)现象的观察已有很长的历史,但在1900年之后才开始真正进行科学的实验和研究。Allelopathy一词是由Molisch(1937)首次提出的,通常指一种植物对其它植物的萌发,生长发育的毒害作用。他感物质是植物体在生命活动中和残体分解产生的初级或次级代谢产物。植物之间通过生化物质(即他感物质)相互促进和相互抑制的两方面效应。已被鉴定的他感化学物质大多数是莽草酸(shikimicacid)和乙酸途径(acetatepathways)的产物,包括酚类、肉桂酸(cinnamicacid)、苯甲酸(benzoicacid)、单宁、类黄酮(flavonoid)、类萜(terpenoids)、生物碱(alkaloid)、类固醇、甾类化合物(steroid)和醌。目前世界上已发现上百种具除草活性的天然化合物,有些已被开发为除草剂推广应用。环庚草醚(通用名:Cin2methylin)就是以植物性化合物1,4—桉树脑为先导化合物开发的一种新型除草剂;而捷利康公司研制的除草剂Triketones则是以植物次级代谢产物leptospermone为模板开发的。1999年,Dayan等报道人工合成的植物毒素和天然植物毒素作用的分子靶位很少有重叠,这样,就可能通过植物源的次级化合物来发现具有新的作用靶位,而且对环境友好的除草剂。越来越多的科研工作人员从事植物化感作用的研究,试图找出植物之间相生相克的规律以及发现一些先导物质去模仿从而得到高效低毒的具有除草、杀虫或植物生长调节等作用的新的化合物,笔者总结为以下十种植物具有开发潜力。1猪毛蒿(滨蒿)(Artemisiascoparia)为菊科蒿属植物,1～2年生草本,分布于全国各地,北方最为普遍。生于荒漠、路旁或农田中。部分麦类、豆类、薯类、幼林等受害较重。水蒸馏法和石油醚萃取可得油状的液体即为精油[1]。猪毛蒿含蒿属香豆素(scoparone),即6,7-二甲氧基香豆素(6,7-dimethoxycoumarin),全草含挥发油,其中有:侧柏醇(thujicalcoho1),正丁醛,糠醛(furfuraldehyde),甲基庚酮(methylheptenone),葛缕酮(carvone),1,8-桉叶素(1,8-Epoxymethane)等10多种组分。除草生物活性测定发现猪毛蒿精油对稗草(Echinochloacrusgalli)、马唐[Digitariasanguinalis(L.)Scop.]、含羞草(Mimosapudica.L)等杂草具有光活化防除效果[2]。在100mg/L的浓度下,猪毛蒿精油可引起稗草细胞结构损伤,特别在有光照的条件下,损伤程度更加严重。供体植物为猪毛蒿,受体分为非共生的圈外受体,即日本牛藤(Achyranthesjaponica)和车前(Plantagoasiatica),以及与供体共生的圈内受体北滨藜(Atriplexgmelini)2类,供体挥发性物质对3种受体植物种子发芽及幼根伸长都有不同程度的抑制[3]。猪毛蒿精油为植物次生代谢产物,在环境中易降解,对人、畜低毒,加上此类物质又具光活化特性,可利用自然界取之不尽的光能提高除草活性,将成为新型除草剂开发的重要内容之一,猪毛蒿内的光敏异株克生物质,将为开发光活化除草剂提供重要的线索。2烟管头草(CarpesiumcernuumL.)菊科天名精属,大部分分布于亚洲中部,作为天名精属的模式种,在我国分布较广,生长于山坡、草地、林缘、路边。其根、茎、叶、果实在民间长期入药,主要活性成分为倍半萜内酯类。而对其化感作用研究甚少,郝双红等[4]曾报道烟管头草植物样品对供试的4种作物种子[油菜(BrassicacampestrisL.)、黄瓜(CucumissativusL.)、小麦(TriticumaestivumL)、高粱(SorghumvulgarePer.)]幼芽的生长具有接近或大于70%的抑制作用。烟管头草植物样品对反枝苋(AmaranthusretroflexusL.)、野燕麦(AvenafatuaL.)和多年生黑麦草(AmaranthuspaniculatusL.)种子幼根和幼芽生长抑制率都在95%以上,对紫花苜蓿(MedicagosativaL.)种子幼根幼芽生长的抑制作用也很强烈。从烟管头草的茎叶中分离并鉴定了11个化合物,其中包括6个倍半萜内酯类化合物和3个芳香族化合物。说明某些植物体内芳香酸和萜类物质具有他感作用。3核桃(JuglansregiaL.)胡桃科核桃属落叶乔木,在我国栽培历史悠久,分布很广,资源十分丰富,以山东、河北、河南、浙江、山西、陕西、甘肃、青海、四川、贵州、湖北西部及新疆南部所产尤多。据报道,核桃科植物具有化感作用和胡桃醌能够抑制植物生长发育,故有核桃木下不长杂草等的记载。基于前人的研究,以核桃叶作为供试材料,选用莴苣(LactucasativaL.)、小麦、西红柿(LycopersiconesculentumMill.)3种受体品种,首次通过发芽和生长试验,研究了核桃叶的化感作用。结果表明,不同浓度的核桃叶提取物对3种受体材料分别有抑制或促进作用。这为开发新型无公害植物源农药生物调节剂和除草剂提供依据。胥耀平等[5]报道了高浓度的核桃叶提取物对莴苣、小麦、西红柿3种受体幼苗的生长均有抑制作用,低浓度则有促进作用。核桃叶提取物中的主要化感物质有黄酮类、酚类(包括有机酚酸)、鞣质类化合物。化感物质一般都是次生代谢物质,种类繁多,既有水溶性的,也有醇溶性的等。这为开发新型无公害植物源农药生物调节剂和除草剂提供依据。4飞机草[Eupatoriumodoratum(L.)]为菊科泽兰属多年生草本植物,又名香泽兰,分布于海南、广东、广西、云南等地。它们发生区大肆排挤本地植物、影响林木生长和栽培植物生长,还堵塞水渠,阻碍交通。全草含挥发油、香豆素、α、β和γ谷甾醇。从飞机草的乙酸乙酯提取物中分离得到4个黄酮类化合物,经光谱分析鉴定为:山萘酚-4’-甲基醚、槲皮黄素-7,4’-二甲基醚、刺槐素、柑桔素-4’-甲基醚。从石油醚提取物中分离得到3个化合物,经光谱鉴定及与标准品对照确定为豆甾醇、β-谷甾醇、β-胡萝卜甙。凌冰等[6]报道了飞机草挥发油对黑麦草(LoliummultiflorumLam.)、水稻(OryzasativaL.)、萝卜(RaphanussativusL.)、白菜(BrassicachinensisL.)和四季豆(PhaseolusvulgarisL.)5种植物幼苗的生长均有明显的抑制作用。关于飞机草乙醇提取物对豇豆(VignasinensisL.)、青瓜(CucumissativusL.)、萝卜、菜心(BrassicaparachinensisL.H.Bailey)、大白菜(Brassicapekinensis(Lour.)Rupr.)、小白菜(BrassicachinensisL.)和水稻、稗草生长具有高抑低促的特点的报道。飞机草挥发油的化学组成主要是单萜及倍半萜,这些化合物能在飞机草周围形成“萜类云”,拒避和抑制病虫侵害,如何将飞机草挥发油用于农田,保护农作物免遭病虫危害是值得研究的课题。5豚草(A.artemisiifolia)菊科豚草属的一种,1年生恶性杂草,40年代传入我国,至今已在东北地区广泛蔓延。形成了对自然植被、农业生产的巨大危害。新的研究发现豚草对其他植物具有化感作用也是其能畅通无阻的重要原因之一。王大力等[7]针对豚草的挥发物、茎叶和根的淋溶物、根区土壤水浸液等的化感活性进行了研究,发现豚草的挥发物对大豆(Soybean)和玉米(Maize)的种子萌发有一定抑制作用。豚草的茎叶水浸提液对萝卜、绿豆(Vignarabiata)、番茄、甜瓜(Cucumismelo)、大白菜种子的萌发率和发芽速度指数及幼苗的苗高和根长均有不同程度的抑制作用。由此可以看出豚草可能通过挥发、雨水淋溶和根系分泌等途径向环境中释放一些萜类、烯醇类和聚乙炔类等化合物,对周围的植物的种子萌发和幼苗生长产生抑制作用,从而使自身在生长发育过程中处于优势。6芒萁(Dicranopterispedata)里白科,芒萁属,是我国热带、亚热带地区广泛分布的酸性土指示植物,为亚热带丘陵灌木草丛的“识别种”或“标志种”植物。罗丽萍等[8]报道了芒萁地上部分的水提取液对刺览(Amaranthusspinosus)、鳢肠(Ecliptaprostrata)、豚草、稗草、牛筋草(Eleusineindica)、狗尾草(Setariaviridis)和萝卜、白菜的种子萌发具有极显著的抑制作用。对苍耳(Xanthiumsibir2icum)和油菜、绿豆的种子萌发作用不明显。实验指出,在高浓度芒萁水提液的作用下,受体植物种子淀粉酶活性降低,导致可溶性糖含量降低,从而影响种子萌发,幼苗及植物后期©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.期(总第99期)的生长发育。根系活力降低,其吸收能力必将减弱,致使植物生长失调。受抑制植物的NR也有降低,这将影响植物对氮素的吸收和蛋白质合成等生理生化过程。芒萁的生化他感作用具有选择性和阶段性,在种子萌发阶段,芒萁水提液对多数杂草种子有极显著抑制作用,对农作物种子抑制作用不明显,部分还有促进作用;而在出苗后的生长过程中,对植株普遍具有抑制作用。芒萁在天然群落中主要通过雨水或雾、露的淋洗将叶部液态分泌物通过淋溶过程释放到土壤中,然后通过根系产生抑制作用。7蟛蜞菊[Wedeliachinensis(Osb.)Merr.]菊科植物蟛蜞菊属,是华南常见的园林绿化草本植物。植被调查表明其群落中杂草很少,形成蟛蜞菊纯群落。曾任森等[9]用琼脂培养基培养蟛蜞菊发现其分泌物对萝卜和黄瓜的种子萌发和幼苗生长有生化他感作用。蟛蜞菊的组织抽提物对萝卜、稗草、马唐、莴苣和苜蓿(Medicagosati2va)5种植物幼苗生长都有抑制作用。用蟛蜞菊作覆盖物对马唐、大画眉草(Eragrostiscilianensis)和空心莲子草(Alternantheraphiloxeroides)幼苗生长有抑制作用。还有关于蟛蜞菊对异型莎草(CyperusdifformisL.)、雀稗草(PaspalumthunbergiiKunth)、莲子草(AlternantherasessilisDC.)、狗牙根草(CynodondactylonPers.)等杂草种子萌芽和生长的影响的报道,经蟛蜞菊浸液处理的杂草种子发芽率降低,植株生长势弱,叶子枯黄,植株抵抗力下降,出现病虫害。可以在种植作物以前直接喷施蟛蜞菊的浸提液,抑制杂草发芽。纯化合物用质谱、红外、核磁共振方法鉴定为2个倍半萜内酯。生物测定表明此2个化合物有很强的生化他感作用。从结构上看,此化合物十六烯酸甲酯和十八烯酸甲酯结构可能对今后设计新型除草剂结构有所启发。8胜红蓟(AgeratumconyzoidesL.)菊科胜红蓟属,原产墨西哥,我国分布于长江流域以南各地,低山、丘陵及平原普遍生长。