傳統中藥材艾葉在植物源除草劑方面的新應用

在影響農作物產量的有害生物中，雜草位居第一。近日，湖北中醫藥大學的一項研究發現，艾葉提取物及活性成分可作為綠色除草劑，為綠色環保的除草劑開發提供思考和啟示。相關成果發表于農林科學領域期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry。

據統計，雜草在全球范圍內造成的農作物產量損失每年達到33%~53%，超過病蟲害造成的作物產量損失之和。傳統中藥材規模化種植中多采用化學除草劑清除雜草，在一定程度上影響了中藥材的產量、質量以及臨床藥效。

此外，長期大量使用除草劑還會使雜草產生抗藥性，使后期除草工作更為艱難。植物化感作用是指高等植物次生代謝產生的化學物質釋放到環境中，對其它臨近植物或自身產生的不利或有利的作用，是化學生態學領域研究最為活躍的領域之一。化感物質因沒有殘留或毒性作用，在雜草控制以及可持續發展農業上的應用已經成為備受關注的研究熱點。

艾葉為菊科植物艾的干燥葉，具有溫經止血，散寒止痛，外用祛濕止癢的功效。《詩經》中記載可用艾葉引火，我國第一部醫書《黃帝內經》記載用艾葉進行灸療，最早醫學方書《五十二方》也記載兩則艾灸治病療法。現代藥理學表明，艾葉具有抗菌、抗病毒、止血、抗腫瘤、保肝利膽、抗氧化、止咳平喘、鎮痛抗炎、降血糖、免疫調節等多種藥理作用，酚酸、黃酮、倍半萜等是其主要藥效成分。

該校中藥生態農業創新團隊在野外觀察時發現，艾葉的群落生態位競爭能力強，為優勢群落，周邊雜草較少，生物多樣性低，表明艾葉可能有較強化感生物效應和生態效應。同時，前期在進行中藥材生態種植試驗時，設計將艾粉作為肥料撒施菊花、射干、蒼術種植基地，偶然發現同空白對照相比，中量和高量艾粉處理對菊花、射干、蒼術基地田間雜草種類、數量和生物量均有顯著抑制作用。結果暗示艾葉可能具有顯著抑草作用和開發為植物源除草劑的潛力，因此對其抑草效應進行了系統評價，并對藥效物質基礎和作用機制進行了探究。

研究團隊首次發現艾葉水提物對單子葉雜草狗尾草、稗草和雙子葉雜草馬齒莧、反枝莧具有較強的抑制活性。團隊以抑草活性為導向，并結合LC-MS開展定向分離，發現酚酸類化合物異綠原酸A為艾葉中主要化感活性物質，并在艾葉的生長土壤中檢測到異綠原酸A，表明艾葉可通過向環境中釋放異綠原酸A抑制雜草生長。同時，以對6種不同科屬雜草生長的抑制作用證實了異綠原酸A的抑草活性具有廣譜性，表明異綠原酸A可作為綠色除草劑，還可能作為先導化合物，為新的除草劑提供思考和啟示。

生理分析表明，異綠原酸A處理后雜草葉片皺縮、發黃、枯死，光學顯微鏡和透射電鏡觀察發現異綠原酸A可造成葉片表皮細胞萎縮，葉脈維管束鞘細胞增大，內部葉綠素下降；細胞膜溶解并脫離細胞壁，細胞器解體等。

研究團隊利用RNA-seq技術闡明了異綠原酸A處理后雜草的轉錄水平變化，共有716個基因差異表達，其中上調439個，下調277個。GO功能分類發現差異表達基因（DEGs）主要分布在“生物過程”“細胞組分”和“分子功能”。KEGG富集分析表明抑制“二萜類生物合成”途徑是異綠原酸A發揮抑草活性的重要作用機制，主要抑制雜草赤霉素和植物抗毒素的生物合成，并通過RT-qPCR和赤霉素含量測定進行了驗證。

目前，團隊相關研究成果已獲授權中國發明ZL1項。湖北中醫藥大學藥學院碩士陳樂和博士李金鑫為論文共同第一作者，教授劉大會、副教授杜鴻志為論文共同通訊作者。相關研究得到了國家中醫藥管理局青年岐黃學者支持項目，國家重點研發計劃和現代農業產業技術體系建設專項資金資助。