纳米乳剂化植物精油作为天然除草剂在藏红花田间杂草防控中的应用与机制研究

本研究针对藏红花等高价值作物种植中杂草防控难题，开发了基于药用植物精油的纳米乳剂除草策略。研究人员通过皿培法和棉签法筛选出丁香、阿育魏实、分药花和肉桂四种高效抑草精油，并优化HLB值为15的纳米乳剂配方（粒径<100 nm，PDI<0.25）。田间试验表明，1%纳米乳剂喷雾可在7天内引起90%以上杂草枯死，通过诱导离子渗漏、降低叶绿素指数（SPAD）、抑制SOD（超氧化物歧化酶）和CAT（过氧化氢酶）活性等机制实现除草效果。该研究为可持续杂草管理提供了新型生物除草剂解决方案。

　　

在农业生产中，杂草与作物的竞争关系一直是影响作物产量和品质的关键因素。尤其对于藏红花（Crocus sativus L.）这类高价值经济作物，杂草不仅争夺养分和水分，还会在采收期增加人工成本，甚至影响 saffron 品质。当前，化学除草剂虽然效果显著，但长期使用会导致土壤污染、农药残留和杂草抗性等问题，对生态环境和食品安全构成威胁。因此，开发高效、低毒、可降解的天然除草剂已成为农业可持续发展的重要方向。

在此背景下，植物源天然产物——特别是药用植物精油（Essential Oils, EOs）——因其广谱生物活性、环境兼容性和低哺乳动物毒性受到关注。精油中所含的萜烯类、酚类等次生代谢物可通过干扰细胞膜完整性、诱导氧化应激等途径抑制杂草生长，具备开发为生物除草剂的潜力。然而，精油易挥发、稳定性差、田间持效期短等缺点限制了其实际应用。近年来，纳米技术的引入为改善精油稳定性、提高生物利用度提供了新思路。通过构建纳米乳剂（Nanoemulsion），可有效包封精油活性成分，实现可控释放并增强叶面吸附能力。

为探索精油纳米乳剂在藏红花田间杂草防控中的应用潜力，由Majid Azizi领衔的研究团队在《BMC Plant Biology》上发表了题为“Herbicidal activity of medicinal plants essential oil using nanotechnology for saffron weed control”的研究论文。该研究系统评估了10种药用植物精油的化感作用，筛选出抑草活性最强的4种精油（丁香Syzygium aromaticum、阿育魏实Trachyspermum ammi、肉桂Cinnamomum cassia和分药花Perovskia abrotanoides），进而构建了不同HLB值（亲水-亲油平衡值）的纳米乳剂体系，并探究了其对常见杂草（如匍匐冰草Agropyron repens、日本雀麦Bromus japonicus、藜Chenopodium album和羊茅Festuca spp.）的除草效果及生理生化作用机制。

为系统评估精油纳米乳剂的除草潜力，研究团队采用了多阶段实验设计。首先通过皿培法（Dish-pack method）和棉签法（Cotton-swab method）以生菜（Lactuca sativa）为模型筛选具有强抑制活性的精油；进而利用气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析其化学成分；再通过超声乳化法制备不同HLB值的纳米乳剂，并利用动态光散射技术（DLS）表征其粒径、多分散指数（PDI）和稳定性；最后在温室条件下对4种藏红花田间常见杂草进行叶面喷施处理，测定离子渗漏率、叶绿素指数（SPAD）、抗氧化酶（SOD、CAT）活性、蛋白质含量等生理指标，并结合形态观察评估除草效果。

Experiment I: 皿培法筛选化感活性

通过近距离（41 mm）和远距离培养皿实验发现，丁香精油对生菜胚轴生长的抑制率最高（55.7%），而阿育魏实精油反而促进胚轴和胚根生长。不同器官（花、叶）的精油活性存在差异，例如罗勒（Ocimum basilicum）花部精油在近距离表现出显著抑制效应。

Experiment II: 棉签法验证精油抑草活性

在密闭小瓶体系中，1–3 μL精油蒸气即能显著抑制生菜幼苗生长。阿育魏实精油导致胚轴和胚根完全抑制，其余三种精油（丁香、肉桂、分药花）的抑制率均超过75%。GC-MS分析显示，肉桂精油主要成分为肉桂醛（86.93%），阿育魏实精油以百里香酚（61.3%）为主，分药花精油以樟脑（22.8%）和桉叶油素（18.7%）为主要成分。

Experiment III: 纳米乳剂构建与除草活性评价

当HLB=15时，纳米乳剂粒径最小（丁香12.84 nm、阿育魏实50 nm、分药花95.96 nm），PDI低于0.25，且在4°C下稳定性最佳。叶面喷施1%纳米乳剂5天内即引起杂草叶片黄化、失绿、坏死和尖端枯焦等症状，7天后肉桂和阿育魏实处理组杂草枯死率超过90%。生理检测表明：

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  离子渗漏：所有精油处理均显著增加细胞膜透性，其中肉桂精油在羊茅上诱导的离子渗漏率达93%。
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  叶绿素指数：肉桂精油使匍匐冰草SPAD值降低37.19%。
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  抗氧化酶活性：肉桂精油处理匍匐冰草后SOD活性下降40.7%；丁香精油使日本雀麦SOD活性降低24%；阿育魏实和肉桂精油分别使羊茅CAT活性下降74.87%和63.07%。
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  蛋白质含量：肉桂和丁香精油导致匍匐冰草蛋白质含量降低79.83%和87.7%。

本研究通过纳米技术成功提升了植物精油的除草活性和稳定性，阐明其通过破坏细胞膜完整性、诱导氧化应激、抑制光合作用和抗氧化防御系统等多途径发挥除草作用。研究结果不仅为藏红花田杂草治理提供了新型生物除草剂候选方案，也为天然产物在可持续农业中的应用提供了理论依据和技术支撑。未来研究需进一步评估这些纳米乳剂对藏红花植株的安全性，以推动其实际应用。