黄顶菊中除草活性物质分离鉴定及作用机理研究

摘要

黄顶菊是侵入河北省的一种外来入侵植物，生长力强，其产生的化感物质对其他植物的生长具有较强的抑制作用，有很好的除草活性。本试验利用色谱法，分离得到了黄顶菊根中的除草活性成分，并结合质谱分析、核磁共振分析和元素分析对其进行了结构鉴定，对其除草活性成分的除草作用机制进行了初步研究。
　　1.利用液-液萃取法、薄层层析法和高效液相色谱法相结合的方法对黄顶菊根的甲醇提取物中除草活性物质进行了分离，通过液-液萃取法确定了石油醚为最佳萃取溶剂，然后经薄层层析法对石油醚萃取物进行进一步的分离，得到了除草活性较强的蓝紫色条带，最后用高效液相色谱法对蓝紫色条带的洗脱液进行了分离制备，得到了保留时间分别为4.069 min和4.968 min的单峰，标记为成分Ⅰ和成分Ⅱ。生物活性测定发现，成分Ⅱ的除草活性较强，其对马唐生长的抑制率可高达90％以上。
　　2.利用液质联用、核磁共振分析和元素分析技术，对具有较强除草活性的成分Ⅱ进行了结构鉴定。液质联用分析结果发现，成分Ⅱ的m/z为247.979，则其分子质量为246.949。元素分析结果发现，成分Ⅱ中C、H、N和S的百分含量分别为58.165％、3.355％、0.145％和37.280％，则成分Ⅱ中C、H、N和S的原子数分别为11.97、8.29、0.026和2.88，N元素可以忽略不计。确定成分Ⅱ分子式为C12H8S3。核磁结果为δ7.22(dd, J=5.1,1.1 Hz,1H),7.18(dd,J=3.6,1.2 Hz,1H),7.08(s,1H),7.04～7.00(m,1H)。综合以上结果，成分Ⅱ被鉴定为α-三噻吩。通过茎叶处理法，对α-三噻吩的除草活性进行测定。结果发现，浓度为50 mg·L-1的α-三噻吩处理24 h，对马唐生长的抑制作用达到了4级;当浓度为100 mg·L-1时，其对马唐的生长抑制作用达到5级，由此确定，α-三噻吩具有较强的除草活性。
　　3.通过测定分配系数，确定了正己烷-乙酸乙酯-甲醇-水(6∶4∶5∶5，v/v)为高速逆流色谱分离的两相溶剂系统。在主机转速为900 r·min-1、顺时针旋转、流速为2mL·min-1、检测波长为214 nm的条件下，进行黄顶菊根的甲醇提取物的分离。结果得到3个主峰，分别编号为1、2和3。生物活性测定发现，3号峰具有较强的除草活性。用高效液相色谱法对3号峰进行进一步的检测，发现其含有2个独立的主峰，与用薄层层析法得到的2个峰相同。
　　4.为了明确黄顶菊根中除草活性成分的除草作用机制，测定了其在不同光照条件下对马唐和反枝苋的种子萌发和生长的抑制作用及其对叶片叶绿素含量、β-胡萝卜素含量、丙二醛、超氧阴离子自由基、希尔反应活力、水分代谢和几种防御酶活性的影响。结果发现，光照条件下，除草活性成分对马唐和反枝苋的根和茎的抑制作用较强。经除草活性成分处理后的普通小球藻和马唐，在光照条件下叶绿素和β-胡萝卜素的相对破坏率高于黑暗条件。同样，光照条件下丙二醛含量、超氧自由基含量和希尔反应的相对破坏率均高于黑暗条件。随除草活性成分浓度的增加，马唐叶片的水分亏损率也逐步增大。另外，苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)在光照条件下受到的影响也高于黑暗条件。表明，黄顶菊中的除草活性成分在光照条件下除草作用明显增强，其对植物的光合作用、水分代谢和防御酶活性均有影响。

目录

声明

摘要

引言

1 植物源除草剂

1．1 植物源除草剂基本概念及特点

1．2 植物源除草剂是开发天然产物除草剂的新思路之一

1．3 植物源除草剂的种类

1．4 植物源除草剂的发展现状

2 黄顶菊

3 高速逆流色谱

3．1 高速逆流色谱作用原理

3．2 影响高速逆流色谱分离效果的因素

3．3 高速逆流色谱的应用

4 除草剂作用机制

4．1 破坏植物细胞膜结构及干扰细胞分裂和伸长

4．2 对线粒体的影响

4．3 对叶绿体和光合速率的影响

4．4 对植物体内激素平衡的影响

4．5 对植物体内酶活性的影响

5 本研究目的与意义

第一章 黄顶菊根中除草活性物质的分离鉴定

1 材料

1．1 供试植物

1．2 试剂

1．3 仪器设备

2 方法

2．1 除草活性物质对马唐的生长抑制测定——茎叶处理法

2．2 黄顶菊根的甲醇提取物对马唐生长的抑制作用

2．3 甲醇提取物中除草活性物质的分离

2．4 除草活性成分的结构鉴定

3 结果与分析

3．1 黄顶菊根的甲醇提取物对马唐生长的抑制作用

3．2 黄顶菊根的甲醇提取物中除草活性物质的分离

3．3 成分Ⅱ的结构鉴定及除草活性测定

4 讨论

第二章 高速逆流色谱与高效液相色谱相结合分离黄顶菊根中的α-三噻吩

1 材料

1．1 供试植物

1．2 试剂

1．3 试验仪器

2 方法

2．1 黄顶菊根的粗提取物的制备

2．2 两相溶剂系统和样品溶液的配制

2．3 分配系数的测定

2．4 高速逆流色谱分离过程

2．5 高效液相色谱检测条件

3 结果与分析

3．1 高效液相色谱检测黄顶菊根的粗提物

3．2 高速逆流色谱溶剂系统的确定

3．3 高速逆流色谱分离纯化结果

3．4 除草活性测定

3．5 高效液相色谱检测结果

4 讨论

第三章 α-三噻吩作用机制的初步研究

1 材料

1．1 供试植物

1．2 供试培养基

1．3 仪器设备

1．4 试剂

2 方法

2．1 普通小球藻的预培养

2．2 除草活性成分对光合作用的影响

2．3 α-三噻吩对马唐水分代谢的影响

2．4 除草活性成分对防御酶活性的影响

2．5 不同光照条件下α-三噻吩对种子萌发的影响

3 结果与分析

3．1 不同光照条件下α-三噻吩对普通小球藻β—胡萝卜素含量的影响

3．2 不同光照条件下α-三噻吩对叶绿素含量的影响

3．3 Fe(CN)64-标准曲线的绘制结果

3．4 不同光照条件下α-三噻吩对希尔反应活力的影响

3．5 不同光照条件下α-三噻吩对丙二醛含量的影响

3．6 NaNO2标准曲线的绘制

3．7 不同光照条件下α-三噻吩对超氧自由基含量的影响

3．8 α-三噻吩对马唐叶片含水量的影响

3．9 不同光照条件下α-三噻吩对马唐苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的影响

3．10 不同光照条件下α-三噻吩对马唐过氧化物酶(POD)活性的影响

3．11 不同光照条件下α-三噻吩对马唐多酚氧化酶(PPO)活性的影响

3．12 不同光照条件下α-三噻吩对种子萌发和生长的抑制效果

4 讨论

第四章 结论

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简历

致谢