芦苇除草活性初步研究学位论文.doc
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1、青岛农业大学本科生毕业论文题目: 芦苇除草活性初步研究 姓名: 学院: 农学与植物保护学院 专业: 植物保护 班级: 2010级4班 学号: 20103368 指导教师: 杨从军 完成时间: 2013.10.1 2013年 10月 1日目录中文摘要1Abstract 2引言31 材料与方法51.1材料51.1.1 芦苇51.1.2 受体植物61.1.3 试剂61.1.4 主要仪器61.2试验方法71.2.1 不同来源芦苇材料除草活性成分提取71.2.2 芦根中除草活性物质的提取与初步分离71.2.3抑制植物种子萌发试验81.2.3.1不同来源芦苇材料乙醇提取物对受体植物种子的萌发抑制作用测定8
2、1.2.3.2芦根乙醇提取物及其萃取相对种子萌发的抑制活性测定91.2.4抑制植物生长试验91.2.4.1 不同来源芦苇材料乙醇提取物对植物幼苗生长抑制活性测定91.2.4.2芦根乙醇提取物及其萃取相对幼苗生长的抑制作用测定91.2.4.3不同浓度甲醇萃取相对幼苗生长的影响102结果与分析102.1 不同芦苇材料乙醇提取物的除草活性102.1.1抑制种子萌发试验102.1.2幼苗生长试验112.2芦根乙醇提取物及各萃取相的除草活性142.2.1芦根乙醇提取物及各萃取相对种子萌发的抑制作用142.2.2芦根乙醇提取物及各萃取相对幼苗生长的影响162.2.3不同浓度甲醇萃取相对幼苗生长的影响20结
3、论与讨论20致谢22参考文献23 附录24芦苇除草活性初步研究植物保护专业 韩令喜指导教师 杨从军摘要:以小麦、萝卜和黄瓜作为受体植物,采用种子萌发法和幼苗生长试验法,测定了芦苇各器官乙醇粗提物的除草活性,并对芦根的活性物质进行了粗步分离和活性追踪。试验表明,芦根乙醇提取物除草活性较茎、叶、花高,而芦根乙醇提取物的乙酸乙酯萃取相除草活性最强。在种子萌发试验中,40 mg/mL时乙酸乙酯萃取相对小麦、萝卜和黄瓜种子的萌发抑制率分别为62.%、100.0%和10.0%,在80 mg/mL时乙酸乙酯萃取相对小麦、萝卜和黄瓜种子的萌发的抑制率分别为100.0%、100.0%和40.0%;在幼苗生长试验
4、中,乙酸乙酯萃取相对3种受体植物的根茎生长抑制率高达70.0%,抑制活性较好。本研究为进一步从芦苇中提取、分离除草活性物质提供了一定的试验依据。关键词:芦苇;芦根;除草活性;活性追踪1Preliminary Study on Herbicide Activity of ReedPlantprotectionprofessionals Han LingxiTutor Yang CongjunAbstract:In this study,the herbicide activity of the ethanolextractsof reedorgans was studied by seed ge
5、rmination and seedling growth experiments with 3 species of plants, including cucumber wheat and radish, then the activesubstancesof root were furtherisolatedand the activities weretracked. The results showed that the herbicidalactivityofethanolextracts of the root was higherthan that of theother or
6、gans and the ethyl acetate extract showed the highest activity in all extractions of ethanol extract. According to the seed germination test, the inhibitory rate of seed germination on wheat, radish and cucumber were 62.1% (100.0%), 100.0% (100.0%), and 10.0% (40.0%) at 40 mg/mL (80 mg/mL), respecti
7、vely. According to the seedlings growth test, the ethyl acetate extract showed the higher inhibitions for wheat, radish and cucumber seedlings, and the inhibitory rates were above 70.0%. The results provided the evidence for further extraction and separation of herbicidal active compounds from reed
8、plants.Key words: reed;root;herbicidal activity;activity tracking 引言全世界每年都有上千种杂草对农业生产造成不同程度的危害,每年都有高达10%以上的粮食产量的减产由此引起1。胡国锋对桦南县农用大豆田进行了杂草种类的调查,调查结果显示,仅大豆田杂草种类就高达50种以上2。岳茂峰通过田间试验,显示出在水稻田对水稻亩产量造成50%以上损失的主要是一些常见的杂草如禾本科、莎草科等3。杂草的存在不仅与农作物争夺空间和阳光,还大量消耗土壤中水分、养分,同时还为一些农业病虫害提供一定的生产空间。当今世界防治农田杂草的方法主要有农业防治、物理防
9、治、化学防治、生物防治、生态调控和杂草综合防治,其中以化学防治为主4,5。从1956年我国开始进行化学除草试验一直到现今,化学除草剂现在已经渗透到全国各地的农业生产中。近年来,我国除草剂的使用面积每一年以超过三千万亩的速度增加,现在市场上最常见的主要有苯氧羧酸类、三嗪类、酰胺类和磺酰脲类除草剂6。化学除草剂是控制杂草最直接有效的方法,农田化学除草剂的使用不仅给农业的生产带来了巨大的经济效益,并且有力的促进了现有农业耕作制度的改革。然而化学除草剂和其他化学农药一样,它的使用已经给环境、人畜和食品安全构成威胁。据试验研究,在农药使用时,仅有不到0.1%的农药能起到真正防虫治病的作用,剩余的以农药原
10、体或者以其代谢产物留在自然界中,对大气、水体、土壤和生物多样性等各方面造成不同程度的影响7。农药对高等动物的毒害作用主要表现在急性毒性、亚急性毒性和慢性毒性三个方面8。在接触到农药短时间内,急性中毒反应是对人类最主要和最显著的影响。据统计,每年大约有200万人因接触到农药而发生急性中毒事件,大约有超过五十分之一的人因急性中毒而丧命9。农药对人体的各个生命系统均会造成不同的危害,其中对人的生殖系统毒害最大。在1992年丹麦研究人员的一份报告中指出,世界上的男性的1毫升精液中平均精子数在1940年为1.13亿个,而到了1990年平均精子数几乎减少了一半,其最主要的原因是环境中的农药10。农药的单一
11、大量重复使用也是杂草抗药性产生重要原因,自从首次发现抗三氮苯类除草剂杂草欧洲千里光后,人们发现的抗性杂草的种类每一年都在以惊人的数量增长,到目前为止,已经鉴定出了211种抗性杂草和超过400种抗性杂草生物型,抗性杂草的不断出现,一方面促使一些常见的除草剂退出历史舞台,另一方面也促使人类向一些新型的不同作用靶标的化学除草剂进行研究探索,但同时也耗费了大量的人力、物力和财力。植物源除草剂的开发和利用的原理主要是化感作用,又称为异株克生作用。异株克生作用的概念第一次由奥地利科学家Molisch提出,其概念为一种植物在其生命周期中,由于感受到周边其他种类植物的存在,向环境中释放在体内合成的某种或者某一
12、类化学物质,以抑制其他植物的生长,提高本种群的生存能力11。这些释放的化学物质被称为化感物质,目前以化感物质为主要成分的生物除草剂正引起人们的注意,一方面研究表明化感物质部分或者全部是水溶的,这使得它们在使用时无需额外的表面活性剂,对环境的污染小;另一方面,化感物质由于其结构一般较复杂,使用后一段时间内能产生较多的立体异构体,使整个化合物的生物活性显著降低,避免在环境中大量长时间残留12。世界上现已在多个科的植物体内发现近百种具有抑制植物生长的物质,其中一部分已被开发成农用除草剂,如从红千层植物体内提取出的纤精酮而开发出的三酮类除草剂和从桉树脑体内提取的活性成分并经过仿生合成出的环庚草醚除草剂
13、等13 。化感物质根据性质主要分为以下几类:水溶性有机酸、简单内酯、长链脂肪酸和聚乙炔、醌、酚、肉桂酸和它的衍生物、香豆素、类黄酮、单宁、类固醇和萜类化合物(倍半萜内酯,二萜,三萜类化合物)14。我国目前植物源除草剂的研究还主要集中在活性筛选方面。植物源除草剂最著名的例子是毒性植物高粱草和向日葵的水提取物,它可以在保护农作物时而不损失产量。余俐佳对广西十万大山25种植物进行了抑菌除草活性研究,以96孔琼脂板微量筛选法进行试验,结果显示出硫磺菊和马钱子对狼尾草、甜菜心和萝卜三种受体材料的抑制效果较好15。胡安龙对采自贵州大学农学院校园的14种植物进行除草活性的研究,实验结果显示蒜、雪松、枫树等1
14、1种植物对青萍的生长具有较强的抑制作用16。张媛媛等通过试验证明硬毛刺苞菊的各个器官对4种受体植物的种子萌发和幼苗发育均有一定的抑制效果17。我国植物种类极其丰富,特别是芦苇(Phragmites communis Trin)资源在我国分布广泛。芦苇是多年生禾本科近水生长的高大禾草植物,广泛分布于全球温带各地,适应性极强,生长快,易繁殖,产量高,尤其是作为湿地建群物种。在我国芦苇属有3个种,分别为卡开苇、日本苇和普通芦苇,普通芦苇在我国分布最广,一般分布在沿海一带或者海拔较低处,卡开芦仅分布于我国的南部和西南,日本苇分布在我国的东北地区18。芦苇在我国的利用历史悠久,有着几千年的历史,历代以来
15、人们主要将其用在编席绞绳、建造房舍等方面,汉代才开始发现芦苇的药用方面的功能。当今芦苇的应用主要在集中在生态应用和医用两个方面上。在前一方面,芦苇在吸附重金属、分解有机物、造纸废水净化、改良土壤环境、增强土壤肥力、湿地储水和防旱、防风固沙保持水土、改善区域空气湿度以及增加生物的多样性有着非常重要的作用19。医用方面,主要是在芦根的研究方面,芦根是一种重要的中药,具有清热、降血脂以及调节心血管等功效,目前从芦根中分离提取的主要活性物质有糖类、黄酮类、有机酸类、苯醌类、木质素类、生物碱类及其他一些物质如5-羟甲基糠醛、大黄素甲醚、-谷甾醇等20,21。在农药除草剂研究方面,郑曦等测定了芦苇的叶的水
16、提液对常见植物种子小麦、玉米和青菜的抑制作用,结果显示出在较低浓度下对种子的萌发起到促进作用,而在幼苗生长阶段使用水提液,则会抑制其生长22。门玉洁等采用溶剂提取的方法从芦苇中分离出化感物质2-甲基乙酞乙酸乙醋,并通过试验证明此物质在月牙藻生长期间,会改变其细胞的内部结构,具有较强的抑制作用23。郭欢采用水提法从芦苇中提取有效活性成分并测定了对铜绿微囊藻生长的抑制作用,处理组铜绿微囊藻色素明显减褪,部分细胞严重破碎,表现出较好的抑制作用24。杨从军等采用幼苗生长法测定了芦苇茎叶提取物对小麦和黄瓜的茎的抑制率,结果显示出在低浓度时(5 mg/mL)对黄瓜和小麦茎长的抑制率均高达90%以上25。谢
17、树莲实验结果表明芦苇的水提液对水华微囊藻的化感作用表现为低促高抑,在浓度为30 g/L和40 g/L时,水华微囊藻的形态结构和生理方面功能在短时间内受到了严重的破坏26。目前对芦苇除草活性的研究还不够深入,对活性成分的提取、分离和鉴定还需加强。本试验以小麦、萝卜和黄瓜三种植物为受体植物,对芦苇各器官的除草活性进行了筛选,并在此基础上,进一步对芦根除草活性物质进行了初步的分离追踪,以期扩大芦苇的应用范围。1 材料与方法1.1 材料1.1.1 芦苇芦苇分别采自山东省青岛市城阳区、山东省滨州市和四川省巴中市,按表1将不同植物材料剪成小段,置于阴凉通风处自然晾干,用高速万能粉碎机粉碎,冰箱中冷藏备用。
18、表1供试芦苇材料Tab.1 Reed material for testing植物材料采集部位采集时间采集地点材料编号大叶芦苇叶2012-10-2青岛城阳D-Y-Q-10-2大叶芦苇花2012-10-2青岛城阳D-H-Q-10-2大叶芦苇茎2012-10-2青岛城阳D-J-Q-10-2小叶芦苇茎2012-10-4青岛城阳X-J-Q-10-4小叶芦苇花2012-10-4青岛城阳X-H-Q-10-4小叶芦苇花2012-11青岛城阳X-H-Q-11小叶芦苇茎叶(新生)2012-11青岛城阳X-JY-Q-11小叶芦苇根茎叶2012-6四川巴中X-GJY-S-6小叶芦苇根茎叶2012-8四川巴中X-GJ
19、Y-S-8小叶芦苇根2013-3山东滨州X-G-SB-3芦根:产地山东省,购于青岛市城阳区新国华中医医院,粉碎后低温保存备用。1.12受体植物小麦(邯郸6172) 青岛农业大学植保学院罗兰老师提供萝卜(大连青) 昌邑市宏丰种业有限责任公司黄瓜(85F12) 北京沃瑞亨种业科技有限公司1.1.3 试剂 95%乙醇 青岛化学试剂厂 石油醚(分析纯) 山东莱阳康德化工厂 乙酸乙酯(分析纯) 山东莱阳康德化工厂 甲醇(分析纯) 青岛化学试剂厂硅藻土(分析纯) 天津市巴斯夫化工有限公司蒸馏水 青岛农业大学化学与药学院1.1.4 主要仪器减压旋转蒸发仪(RE-52A型) 上海亚荣生化仪器厂循环水式多用真空
20、泵(SHE-111型) 郑州长城科工贸有限公司恒温培养箱(XPX-9162 MBE) 上海浦东荣丰科学仪器有限公司电热恒温鼓风干燥箱(DHC-9245A) 上海柏欣仪器设备厂通风柜 浙江三和科教仪器有限公司电冰箱(BSD-539WT) 青岛海尔股份有限公司多动能粉碎机(LX-010A) 上海江信科技有限公司GXZ智能光照培养箱(GXZ-158A) 宁波科技园区新江南仪器有限公司1.2 试验方法1.2.1 不同来源芦苇材料除草活性成分提取称取已粉碎并在低温下保存的芦苇材料100 g,置于1000 mL具塞三角瓶中,加入500 mL 95乙醇进行常温浸提。提取3次,提取时间分别为3 d,5 d,7
21、 d。合并3次提取液,用旋转蒸发仪减压浓缩,浓缩物转移至50 mL具塞小三角瓶中冷藏备用。1.2.2 芦根中除草活性物质的提取与初步分离称取粉碎的芦苇根粉4.0 kg,置于25 L塑料容器中,加入12 L 95乙醇提取,每隔4-6 h人工反复摇动,使溶剂与材料充分混合,提取7次,每次浸泡材料7 d,抽滤提取液,减压浓缩,得乙醇提取物600 g。向乙醇提取物中缓缓加入500 g硅藻土,边加边用力搅拌,充分拌匀成粉末状。将粉末状混合物倒入瓷盘中,避光条件下自然晾干。然后依次用石油醚、乙酸乙酯和甲醇萃取,每次萃取加入的溶剂以淹没粉末混合物2-3 cm为宜。重复萃取,直至加入溶剂一段时间后提取液无色为
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