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为解决化学除草剂带来的系列问题,塞尔维亚的研究人员开展了乳草(Asclepias syriaca)叶提取物对杂草化感作用的研究,发现该提取物能显著抑制杂草种子萌发和幼苗生长,为生物除草提供了新思路。
在农业生产的 “战场” 上,杂草一直是让农民们头疼不已的 “顽固敌人”。长期以来,化学除草剂作为对抗杂草的 “常规武器”,虽然在一定程度上有效控制了杂草的生长,但随着时间的推移,它带来的问题也日益凸显。一方面,杂草逐渐对部分化学除草剂产生了抗性,使得除草效果大打折扣;另一方面,化学除草剂对环境和人类健康造成了诸多危害,比如污染土壤、水源,威胁生物多样性,甚至可能引发人体健康问题。与此同时,新型除草剂的研发速度较慢,很多传统除草剂也陆续被停用,而有机农业的兴起,更加促使人们去寻找一种绿色、环保、可持续的杂草控制方法。
在这样的背景下,塞尔维亚的研究人员将目光投向了大自然中的一种植物 —— 乳草(Asclepias syriaca)。这种原产于北美的多年生阔叶植物,具有强大的竞争和化感潜力,或许能成为解决杂草问题的 “秘密武器”。于是,研究人员开展了一项关于乳草叶提取物对杂草化感作用的研究,相关成果为生物除草领域带来了新的曙光。该研究成果发表于《Scientific Reports》。
为了深入探究乳草叶提取物的奥秘,研究人员采用了多种关键技术方法。在植物材料获取方面,严格按照相关规定采集乳草叶片以及杂草种子,并准确进行物种鉴定。提取乳草叶提取物时,运用液固超声辅助萃取法,得到富含酚类物质的提取物。借助 Folin-Ciocalteu 法、DPPH 和 FRAP 等实验测定提取物的总酚含量、抗氧化活性;利用超高压液相色谱 - 串联质谱(UHPLC-MS/MS)技术对提取物中的酚类化合物进行定性和定量分析。通过种子生物测定和盆栽生物测定,分别在体外和体内评估提取物对杂草种子萌发、幼苗生长以及植株生理指标的影响,同时运用多种统计分析方法确保实验结果的准确性。
研究结果主要从以下几个方面展开:
- 酚类物质分析:研究发现,乳草叶提取物中含有适量的酚类物质,总酚含量(TPC)为 43.3±1.5 mg GAE g?1 干提取物。通过 UHPLC-MS/MS 分析,共鉴定出 15 种酚类化合物,包括 4 种黄酮类、7 种羟基苯甲酸类和 4 种羟基肉桂酸类。其中,飞燕草素(delphinidin)含量最高,达 32.5 mg g?1 干提取物,此外还有 4 - 羟基苯甲酸、芦丁等多种酚类物质。在抗氧化活性方面,乳草叶提取物的 DPPH 自由基清除能力和铁离子还原抗氧化能力(FRAP)均低于抗坏血酸,其 IC??值为 0.651 mg ml?1 ,FRAP 值为 38.7±1.5 μmol Fe2? g?1 d.e.。
- 种子生物测定:不同浓度(1%、2%、3% ,w/v)的乳草叶提取物对反枝苋(Amaranthus retroflexus)、藜(Chenopodium album)和苍耳(Iva xanthifolia)的种子萌发和幼苗生长有显著抑制作用。在最低浓度(1%)时,对种子萌发的抑制率为 68 - 85.5%,最高浓度(3%)时可达 94 - 100%。对幼苗早期生长(胚根和胚芽长度)的抑制作用也十分明显,最高浓度下,反枝苋和苍耳的胚芽长度被抑制 100%,藜的胚芽长度被抑制 97%,胚根长度抑制率达 94 - 100%。而且,反枝苋种子相对更敏感。
- 盆栽生物测定:在盆栽实验中,最高浓度(3%)的乳草叶提取物会使杂草出现浅黄色失绿和叶片坏死等可视损伤,其中反枝苋症状最为明显。相对叶绿素含量(通过 CCI 值反映)也发生变化,反枝苋 CCI 值降低最多(11 - 31%),说明其叶绿素含量下降明显,受影响较大。虽然提取物会使杂草可溶性蛋白含量有所下降,但该参数与提取物浓度无明显相关性,对评估植物对提取物的敏感性意义不大。
- 体内氧化应激评估:乳草叶提取物对不同杂草的氧化应激影响各异。在反枝苋中,脂质过氧化强度显著增加,不同浓度处理下抗氧化酶活性有不同变化,高浓度(3%)处理使超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性下降,可能导致细胞损伤。藜的脂质过氧化未受明显影响,但处理后过氧化氢酶(CAT)和愈创木酚过氧化物酶(GPOD)活性升高,说明植株虽有应激反应,但能较好应对。苍耳经处理后脂质过氧化强度显著增加,多种抗氧化酶活性受到强烈干扰,GPOD 活性升高在一定程度上阻止脂质过氧化,但仍可能对植株造成不可逆损伤。
综合研究结果和讨论部分,乳草叶提取物对反枝苋、藜和苍耳等杂草具有显著的化感作用,能有效抑制杂草种子萌发和幼苗生长,引起杂草体内氧化应激反应,降低相对叶绿素含量。这表明乳草叶提取物具备开发为生物除草剂的潜力,为解决农业生产中的杂草问题提供了新的方向。不过,目前的研究还处于实验室和盆栽阶段,后续还需要在田间条件下进一步验证其效果,探索实际应用的可行性,评估其对生态环境的长期影响,以便更好地将这一研究成果转化为实际生产力,为农业可持续发展贡献力量。