Dittrichia graveolens对Amaranthus palmeri和A. retroflexus的生物除草活性及其潜在作用机制

《BMC Plant Biology》：Bioherbicidal activity and putative mode of action of Dittrichia graveolens against Amaranthus palmeri and A. retroflexus

　　

摘要

背景

控制苋属杂草的难度不断增加，同时除草剂抗性问题日益严重，这促使人们需要寻找替代性的杂草控制策略。植物提取物可能是具有植物毒性的化学物质的宝贵来源。不过，这些提取物对不同物种的萌发及幼苗早期生长所产生的影响仍有待研究。本研究探讨了Dittrichia graveolens的水提物对Amaranthus palmeri和A. retroflexus的化感作用。

方法

在受控实验室条件下，使用0、6.25%、12.5%、25%、50%和100%的不同浓度梯度，检测了D. graveolens的水提物对A. palmeri和A. retroflexus的影响。研究分析了最终的萌发率、根和茎的长度、萌发与生长的抑制情况以及萌发时间指标。通过物种特定的剂量-反应模型估算IC₅₀和IC₉₀值，并通过比较统计分析来评估不同物种间的敏感性差异。还利用LC–MS/MS技术分析提取物中的植物化学成分，通过分子对接预测这些化合物与特定萌发相关酶之间的相互作用。

结果

LC–MS/MS分析显示，该提取物富含酚类物质，其中奎宁酸是主要成分（占提取物的23.472毫克/克），其次是富马酸（0.577毫克/克）、水杨酸（0.254毫克/克）、原儿茶酸（0.238毫克/克）以及松脂酸（0.176毫克/克）。该水提物在不同浓度下均能显著抑制两种杂草的萌发和幼苗生长：在对照组和6.25%浓度处理组中，杂草的最终萌发率较高；在12.5%浓度时萌发率降至72%；而在25%浓度时则进一步下降到44%-46%。当浓度达到50%和100%时，萌发完全被抑制（低于5%）。根部生长也表现出较高的敏感性：在25%浓度处理下，A. retroflexus的根部抑制率为87.6%，而A. palmeri的这一数值为56.0%。比较剂量-反应分析表明，A. retroflexus的敏感性高于A. palmeri，体现在其萌发抑制、根部抑制以及茎部抑制的IC₅₀值均更低（分别为16.4%对比20.8%、11.4%对比20.5%、13.1%对比27.8%）。萌发时间指标显示，较高浓度的提取物会降低萌发速度、推迟平均萌发时间，并改变萌发的同步性。分子对接分析表明，某些黄酮类化合物与所研究的萌发相关酶之间具有较为理想的结合能：木犀草素和芹菜素与植酸酶的结合能最高，而花蕾黄酮则与儿茶酚氧化酶和β-葡聚糖酶的结合能较好。

结论

D. graveolens的水提物对A. palmeri和A. retroflexus具有浓度依赖性的化感作用，其中A. retroflexus的整体敏感性更高。该提取物能够抑制这两种杂草的萌发和幼苗生长，还会影响其萌发时间。植物化学分析鉴定出了多种酚类和黄酮类候选化合物，分子对接则为这些化合物与萌发相关酶之间的相互作用提供了可验证的假设。在明确其作用机制或将其实际应用于生物除草之前，还需要通过生化实验、温室试验和田间试验进行进一步验证。

图形摘要