草果及其废弃物在制备植物源除草剂中的应用

1.本发明属于生物农药技术领域，特别涉及草果及其废弃物在制备植物源除草剂中的应用。


背景技术：

2.农田杂草是生长在农作物田间的，除了有目的栽培的植物以外的农田其他植物，它是长期适应当地作物、耕作、气候、土壤等生态条件而生存下来的，与栽培作物争光、争水、争肥、传播病虫害，导致农作物产量与品质严重降低。据近年来联合国粮农组织的估计，全世界每年因杂草危害造成的农作物的经济损失约达400亿美元。除对农作物产量造成损失之外，杂草还能传播病虫害，影响人畜健康，破坏水利设施和风景景观，降低土地利用价值，提高农作物收获难度等，给人类生产和生活带来极大的不便。目前针对农田杂草的控制手段以物理清除和化学除草剂为主，但物理清除的方式效果良好但人工成本较高，且难以用于作物生长期的水田生态环境。
3.化学除草剂针对农田杂草治理具有一定的作用，但长期使用也带来较为严重的生态问题，如化学除草剂具有残留毒性，缺乏药效专一性，土壤中农药残留超标，抗药性杂草种群的上升等，对环境和生态安全以及农业可持续发展构成了潜在威胁。而植物源除草剂(plant derived herbicides)是从天然植物中分离得到具有除草活性的一类物质。较化学除草剂，植物源除草剂具有显著的使用价值与商业价值：第一，防治谱较窄，表现出一定的选择性，仅对特定的对象表现除草活性；第二，使用中对人类以及家禽等比较安全；第三，除草活性物质在环境中的半衰期短，易于降解，对环境压力小。因此，使用植物源除草剂防治农田杂草生长是一种环境友好型的治理方式。
4.草果(amomum tsaoko crevost et lemarie)是姜科豆蔻属多年生草本植物，其果实是一种重要的中药原材料和食品调料，同时也是重要的精油提取原料。现有的研究表明，草果提取物具有广泛的药理活性，包括抗氧化、抗菌、抗肥胖、抗炎、抗肿瘤等活性。然而，提取精油后的果实废弃物及废弃茎秆的二次利用却未见报道。


技术实现要素：

5.本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供草果及其废弃物在制备植物源除草剂中的应用。
6.本发明的另一目的在于提供草果及其废弃物在抑制浮萍属植物生长方面的应用。
7.本发明的又一目的在于提供草果及其废弃物在抑制农田杂草生长方面的应用。
8.本发明的再一目的在于提供草果及其废弃物在增加水稻产量方面的应用。
9.本发明的目的通过下述技术方案实现：
10.草果及其废弃物在制备植物源除草剂中的应用。
11.所述的草果(amomum tsaoko crevost et lemarie)为干燥草果果实。
12.所述的草果废弃物为经过二氯甲烷提取精油后的草果果实，草果茎和草果叶片中
的至少一种。
13.所述的经过二氯甲烷提取精油后的干燥草果果实优选为通过如下方法获得：将干燥后的草果果实粉碎，然后在室温下用二氯甲烷浸取，再进行超声处理，过滤，取固体晾干至恒重，得到草果果实粉末。
14.所述的浸取的时间为24～48h；优选为24h。
15.所述的超声处理的条件为：40khz超声0.5～1.0h；优选为：40khz超声0.5h。
16.所述的粉碎为采用研磨机进行粉碎。
17.所述的草果果实粉末的粒径大小为0.5mm以下；优选为0.05～0.5mm。
18.所述的草果茎优选为经粉碎获得的草果茎粉末，其粒径大小为0.5mm以下(优选为0.05～0.5mm)。
19.所述的草果茎粉末优选为通过如下方法制备得到：将干燥后的草果茎粉碎至粒径大小为0.5mm以下(优选为0.05～0.5mm)，晾干至恒重，得到草果茎粉末。
20.所述的草果茎为草果的成熟茎部；优选为至少4年生的草果的成熟茎。
21.所述的粉碎为采用研磨机进行粉碎。
22.所述的草果叶片优选为经粉碎获得的草果叶片粉末，其粒径大小为0.5mm以下(优选为0.05～0.5mm)。
23.所述的草果叶片粉末优选为通过如下方法制备得到：将干燥后的草果叶片粉碎至粒径大小为0.5mm以下(优选为0.05～0.5mm)，晾干至恒重，得到草果叶片粉末。
24.所述的草果叶片为草果的成熟叶片；优选为至少4年生的草果的成熟叶片。
25.所述的粉碎为采用研磨机进行粉碎。
26.所述的草为浮萍属植物和农田杂草中的至少一种；优选为浮萍和稗草中的至少一种；更优选为稻田中的浮萍或稗草；其中，当草为浮萍属植物时，草果废弃物优选为经过二氯甲烷提取精油后的草果果实；当草为农田杂草时，草果废弃物优选为草果叶片。
27.所述的植物源除草剂的有效浓度为0.5～10mg/ml；优选为5～10mg/ml；更优选为10mg/ml。
28.所述的植物源除草剂使用时，可以直接添加到水域或稻田中，或先将草果及其废弃物的粉末先用水浸泡(纯水萃取)后再添加到水域或稻田中。
29.所述的浸泡的时间优选为48小时以上。
30.草果及其废弃物在抑制浮萍属植物生长方面的应用。
31.所述的草果废弃物为经过二氯甲烷提取精油后的草果果实，草果茎和草果叶片中的至少一种；优选为经过二氯甲烷提取精油后的草果果实。
32.所述的浮萍属植物为浮萍。
33.所述的草果或其废弃物的有效浓度为0.5～10mg/ml；优选为5～10mg/ml；更优选为10mg/ml。
34.草果及其废弃物在抑制农田杂草生长方面的应用。
35.所述的草果废弃物为经过二氯甲烷提取精油后的草果果实，草果茎和草果叶片中的至少一种；优选为草果叶片。
36.所述的农田杂草优选为稗草。
37.所述的草果或其废弃物的有效浓度为0.5～10mg/ml；优选为5～10mg/ml；更优选
为10mg/ml。
38.草果废弃物在增加水稻产量方面的应用。
39.所述的草果废弃物为经过二氯甲烷提取精油后的草果果实，草果茎和草果叶片中的至少一种；优选为经过二氯甲烷提取精油后的草果果实、草果茎和草果叶片按等重量混合得到的草果废弃物。
40.所述的增加水稻产量为通过增加水稻千粒重及降低水稻空穗率的方式实现。
41.所述的草果或其废弃物的有效浓度为0.1mg/ml。
42.草果及其废弃物在降低土壤细菌与真菌群落丰度方面的应用。
43.所述的草果废弃物为经过二氯甲烷提取精油后的草果果实，草果茎和草果叶片中的至少一种；优选为经过二氯甲烷提取精油后的草果果实、草果茎和草果叶片按等重量混合得到的草果废弃物。
44.所述的草果或其废弃物的有效浓度为1mg/ml。
45.本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
46.1、本发明中提供了草果废弃物(经过二氯甲烷提取后的草果废弃果实、草果的废弃茎以及草果的废弃叶片)的二次利用方向，并发现草果果实、茎、叶废弃物的纯水萃取物具有显著抑制浮萍属植物生长的作用，且对稗草生长也具有一定的抑制作用，因此可以将草果废弃物进一步分离提取应用于植物源除草剂方面，从而防治水稻田的浮萍暴发、抑制农田杂草生长。
47.2、本发明工艺简单、科学环保，该草果废弃物可应用到抑制浮萍属植物生长的研究上，可用于制备抗浮萍除草剂等，为草果废弃物在植物源农药领域应用的提供了可行性。
48.3、本发明通过实验发现，草果废弃物可以显著增加水稻的千粒重和降低水稻的空穗率，因此该草果废弃物还可以应用到水稻增产方面。
附图说明
49.图1是添加草果废弃物(草果果实、茎和叶粉末按等重量混合)后对水稻产量的影响图(采用graphpad作图，误差线表示均值
±
标准差(n＝6)，*表示两处理间差异性显著(p《0.05)，**表示两处理间差异性极显著(p《0.01))；其中，a为不同草果废弃物添加量对水稻空穗率的影响；b为不同草果废弃物添加量对水稻千粒重的影响。
50.图2是添加草果废弃物(草果果实、茎和叶粉末按等重量混合)后水稻根际微生物的α多样性分析图(采用graphpad作图，误差线表示均值
±
标准差(n＝4)，**表示两处理间差异性极显著(p《0.01))；其中，a为水稻根际土壤微生物的its序列；b为水稻根际土壤微生物的16s序列。
51.图3是添加草果废弃物(茎、叶、果实)后浮萍的生长状况图；其中，a为添加草果茎秆对浮萍生长的影响；b为添加草果叶片对浮萍生长的影响；c为添加草果果实对浮萍生长的影响。
52.图4是添加草果废弃物(茎、叶、果实)对稗草根部伸长生长的影响图；其中，a为添加草果茎对稗草根部伸长生长的影响；b为添加草果叶片对稗草根部伸长生长的影响；c为添加草果果实对稗草根部伸长生长的影响。
具体实施方式
53.下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。下列实施例中未注明具体实验条件的试验方法，通常按照常规实验条件。除非特别说明，本发明所用试剂和原材料均可通过市售获得。
54.本发明中应用统计学方法，分析各实施例中3次以上独立实验的结果，分别计算“平均值
±
标准差”，使用单因素方差分析进行差异显著性分析(图中“*”表示p《0.05，“**”表示p《0.01)。
55.本发明中涉及的草果废弃物是经过二氯甲烷提取精油后的干燥果实碎渣以及干燥后的草果的废弃茎和废弃叶片；实施例中涉及的草果(amomum tsaoko crevost et lemarie)采自云南怒江种植园，具体处理方法如下：
56.(1)草果果实：将干燥后的草果的果实研磨机粉碎(室温，粒径0.5mm)，室温下用二氯甲烷浸取24h，40khz超声0.5h，过滤，取固体晾干至恒重，得到草果果实粉末，密封袋保存。
57.(2)将干燥后的草果茎及叶片(至少4年生草果的成熟茎及叶片)分别经研磨机粉碎(室温，粒径0.5mm)，晾干至恒重，得到草果茎粉末和草果叶片粉末，密封袋保存。
58.实施例1：草果添加物对水稻产量及其根际微生物的影响
59.(1)将废弃物草果果实、茎、叶片粉末按等重量混合均匀施加在分蘖期盆栽水稻(9311水稻，通过常规市售获得)根部，共设置4种草果添加物含量(草果质量/土壤质量)：0.00％，0.10％，0.50％，1.00％。夏季自然条件培养，水肥充足。水稻成熟后收获，统计不同处理下稻谷的千粒重、空穗率。
60.结果如表1和图1所示：与对照组ck(即草果添加物含量0.00％)相比，草果添加物含量0.10％处理组显著增加了水稻千粒重，且显著降低了水稻的空穗率；而草果添加物含量0.50％与1.00％处理组对水稻无显著性影响。
61.(2)取收获后的水稻根际土壤，提取土壤中的rna，测定其中的16s及its序列(委托美吉生物完成测序工作)，分析其检测结果。
62.结果如表2和图2所示：与对照组ck(未添加草果的处理组)相比，草果添加物含量1.00％处理显著降低水稻根际土壤细菌与真菌群落的丰富度。
63.表1添加草果废弃物后水稻的产量(n＝6)
[0064][0065][0066]
表2添加草果废弃物后水稻根际土壤微生物的α多样性指数
[0067]
草果添加物含量/％its-shannon index16s-shannon index
0.00％4.54
±
0.12a6.93
±
0.09a0.10％4.56
±
0.30a7.00
±
0.04a0.50％4.36
±
0.33a6.88
±
0.11a1.00％3.84
±
0.16b**6.45
±
0.13b**
[0068]
注：值为平均值
±
标准差(n＝4)，采用单因素方差分析(one-way anova)和duncan检验，不同字母表示同一添加物不同含量处理间的差异性显著(p《0.05),**表示与对照组之间差异极显著(p《0.01)。
[0069]
实施例2：草果果实、茎、叶片添加对浮萍生长的影响
[0070]
(1)准备若干相同大小的水培盒(16cm
×
10cm
×
5cm)，在每个水培盒中先加入350ml 1/2ms培养液(购自百思生物；浓度0.247mg/ml，不含琼脂和蔗糖)，之后每盒接种浮萍0.5
±
0.1g(浮萍生长状况良好且一致)，室外培养3天恢复生长。每个处理分别加入不同浓度(0mg/ml、0.5mg/ml、1.0mg/ml、5.0mg/ml、10.0mg/ml)的草果废弃果实、茎、叶片粉末，混合均匀，均设置3个重复。
[0071]
(2)在浮萍生长期间，每天定时观察浮萍长势，并拍照记录，用刻度法每天加水至初始水位。9d后取出全部浮萍，分别统计每个容器中浮萍的叶面积和生物量(采用imagej计算浮萍叶面积，称重法测定浮萍鲜重)。
[0072]
结果如表3和图3所示：通过所得的数据可以发现，添加5mg/ml和10mg/ml的草果果实处理组及草果叶处理组显著抑制浮萍叶表面积的增长；添加10mg/ml草果茎处理组，添加1mg/ml、5mg/ml、10mg/ml草果叶处理组以及添加0.5mg/ml、1mg/ml、5mg/ml、10mg/ml的草果果实处理组均显著抑制浮萍生物量的增长。图3显示，随着草果添加物浓度的增加，浮萍生长受抑制的情况愈发严重，且对浮萍的抑制作用：草果果实》草果叶片》草果茎。
[0073]
表3草果茎、叶、果实添加对浮萍生长状况的影响
[0074][0075][0076]
注：值为平均值
±
标准差(n＝3)，采用单因素方差分析(one-way anova)和duncan检验，不同字母表示同一添加物不同浓度处理间统计结果差异显著(p《0.05)，*表示与对照
组之间差异显著(p《0.05),**表示与对照组之间差异极显著(p《0.01)。
[0077]
实施例3：草果果实、茎、叶添加对稗草生长的影响
[0078]
(1)取草果废弃果实、茎、叶片粉末以纯水浸泡48h，每种材料设置4个浓度：0.5mg/ml、1.0mg/ml、5.0mg/ml、10.0mg/ml，每个处理加50ml纯水，获得草果废弃果实、茎、叶片提取液；
[0079]
(2)准备若干大小相同、垫有两层滤纸的培养皿，每个培养皿均匀放入饱满、完整的30粒稗草种子，分别加入10ml茎、叶片及果实的不同浓度(0.5mg/ml、1.0mg/ml、5.0mg/ml、10.0mg/ml)的提取液，以纯水(0.0mg/ml)为对照，每个处理3个重复。用称重法每天补充蒸发的水分，使各处理浓度基本保持不变。将培养皿放入有恒定光照、恒温(25
±
1℃)的人工气候箱内培养10d。
[0080]
(3)每天定时观察稗草的长势，10d后，随机选取10株幼苗(不足10株的则全选)，测量幼苗的苗长与根长；计算各培养皿稗草的发芽率及根冠比(采用imagej计算稗草苗长与根长，根冠比＝根长/苗长)。
[0081]
结果如表4和图4所示：与无添加对照组相比，添加5mg/ml和10mg/ml的草果茎及叶片处理组显著抑制稗草根部的伸长生长，且草果叶片的抑制效果显著优于草果茎。添加10mg/ml的草果果实处理组对稗草的伸长生长具有抑制效果，但不显著。另外，草果茎、叶片、果实添加对稗草的发芽率无显著性影响。
[0082]
表4草果茎、叶片、果实添加对稗草生长状况的影响
[0083][0084][0085]
注：值为平均值
±
标准差(n＝3)，采用单因素方差分析(one-way anova)和duncan检验，*表示与对照组之间差异显著(p《0.05),**表示与对照组之间差异极显著(p《0.01)。
[0086]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。