芥菜籽作为安全工具用于不同施用方式防控侵染蚕豆作物的列当杂草

《BMC Plant Biology》：Mustard seeds as a safe tool in different application methods for controlling broomrape weed infesting faba bean crop

　　

摘要 背景：列当（Orobanche spp.）是限制蚕豆（Vicia faba L.）生产力的破坏性寄生杂草之一。芥菜因具有化感潜力及富含生物活性次生代谢产物，作为一种可持续杂草管理工具受到关注。研究人员在连续两个冬季开展了田间试验，探究叶面喷施、土壤掺入芥菜籽粉、与蚕豆间作三种芥菜施用方式，以确定抑制列当侵害并提升蚕豆表现的最优策略。本研究共设10个处理：7个为不同芥菜施用处理，含2种种植密度的芥菜与蚕豆间作处理、每株蚕豆旁施10 g和15 g芥菜籽粉处理、浓度分别为15、30、45 g/L的芥菜提取物处理；其余3个处理为草甘膦-异丙胺盐（Roundup 48% WSC，0.18 L·ha?1）、人工拔除两次、无除草对照。 结果：草甘膦对列当的防效最优，依次为45 g/L芥菜提取物、30 g/L芥菜提取物、人工拔除、15 g/株芥菜籽粉、每穴3株芥菜间作。此外，草甘膦、45 g/L芥菜提取物、30 g/L芥菜提取物、人工拔除、15 g/L芥菜提取物、15 g/株芥菜籽粉处理的蚕豆产量及产量性状表现最优。 结论：与其他芥菜施用方式相比，喷施45 g/L和30 g/L芥菜提取物是防控列当的最有效且安全的芥菜施用方式。芥菜的生物除草活性可能归因于酚类、黄酮类成分及硫代葡萄糖苷（glucosinolates）。高效液相色谱（HPLC）分离显示，阿魏酸、绿原酸和鞣花酸是芥菜籽粉水提物中含量最高的酚酸，可能与芥菜籽粉的抑制性除草效应相关。

论文解读

本研究针对地中海地区蚕豆生产受列当（Orobanche crenata Forsk）严重危害、现有化学除草剂环境风险高、单一防控措施效果有限的问题，以埃及El Nubaria国家研究中心试验站的天然列当重发田为研究区域，探究芥菜（Sinapis alba L.）不同施用方式对列当的防控效果及对蚕豆生产的提升作用，相关成果发表于《BMC Plant Biology》。研究证实，45 g/L和30 g/L芥菜提取物喷施是替代化学除草剂的可持续防控方案，其活性与酚酸、硫代葡萄糖苷等化感物质直接相关，为寄生杂草治理提供了新的实践路径。

关键技术方法中，研究人员采用完全随机区组设计，于2023/2024和2024/2025连续两个冬季开展田间试验，设置10个处理，包含芥菜间作、芥菜籽粉土壤施用、芥菜提取物叶面喷施三类生物防控处理，以草甘膦、人工拔除、无除草为对照，每个处理4次重复。试验所用土壤为砂壤土，pH 8.31，电导率0.93 dS/m，前茬作物为玉米。芥菜提取物通过研磨种子后蒸馏水振荡提取制备，浓度梯度为15、30、45 g/L。所有处理均在蚕豆开花期（60和75天播后）施用，生长期配套统一的水肥管理。收获期测定列当发生量、蚕豆生长与产量性状、种子品质，并通过HPLC分析芥菜提取物的酚酸组成，数据经方差分析及Duncan多重比较检验差异显著性。

研究结果部分，首先为杂草生长参数：所有芥菜施用及草甘膦处理均显著降低列当块茎数、鲜重和干重。草甘膦防效最高，其次为45 g/L芥菜提取物、30 g/L芥菜提取物、人工拔除、15 g/株芥菜籽粉、每穴3株芥菜间作，上述处理较无除草对照的列当干重降幅分别为74.08%、56.63%、56.30%、56.10%、53.74%、53.66%。

其次为蚕豆生长性状：所有处理均显著提升蚕豆株高、叶片数、分枝数，其中草甘膦增幅最大，45 g/L、30 g/L芥菜提取物、人工拔除、15 g/L芥菜提取物、15 g/株芥菜籽粉的株高较无除草对照分别提高44.95%、43.27%、38.69%、37.00%、35.93%、31.35%。SPAD值除15 g/L芥菜提取物外均高于对照，每穴3株间作、45 g/L芥菜提取物、15 g/株芥菜籽粉的SPAD值最高。植株鲜重与干重同样以草甘膦最高，其次为45 g/L、30 g/L芥菜提取物、人工拔除、15 g/L芥菜提取物、15 g/株芥菜籽粉，植株干重较对照增幅分别为112.25%、86.57%、64.08%、59.47%、53.25%、47.93%。

第三为产量性状：所有处理均显著提升产量构成因素。草甘膦的增产效果最优，45 g/L、30 g/L芥菜提取物、人工拔除、15 g/L芥菜提取物、15 g/株芥菜籽粉的百粒重较对照分别提高42.55%、32.62%、29.80%、29.08%、26.98%、25.55%，种子产量较对照分别提高65.74%、50.46%、43.98%、41.90%、40.05%、37.27%。

第四为蚕豆种子品质：蛋白质含量以人工拔除最高（29.85%），其次为每穴3株芥菜间作（28.49%）、45 g/L芥菜提取物（27.43%）、10 g/株芥菜籽粉（25.56%）。碳水化合物含量以草甘膦、每穴3株间作、每穴2株间作、10 g/株芥菜籽粉、15 g/L芥菜提取物显著高于对照。

第五为芥菜活性次生代谢物定量：芥菜籽水提物的总硫代葡萄糖苷含量为288.59 μmol/g干重，总酚含量为43.6 mg/g干重。HPLC分析显示，水提物中主要酚酸为阿魏酸、绿原酸、鞣花酸，同时含有咖啡酸、没食子酸甲酯等次要酚酸。

讨论与结论部分，研究人员指出，芥菜籽粉及水提物的除草活性源于多种酚酸与硫代葡萄糖苷的协同作用：酚酸可通过改变细胞膜通透性、干扰细胞分裂与酶活性抑制列当萌发，硫代葡萄糖苷经黑芥子酶水解生成的异硫氰酸盐具有广谱抑菌与除草活性。芥菜与蚕豆间作则通过化感物质释放与资源竞争共同抑制列当。草甘膦虽防效最高，但通过抑制5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸合成酶（EPSPS）阻断芳香族氨基酸合成，存在生态风险；人工拔除无法应对地下早期侵染，且难以降低土壤种子库。本研究证实，45 g/L和30 g/L芥菜提取物喷施可在保障防效的同时规避化学药剂风险，为列当的可持续治理提供了可落地的技术方案。