CN105028494A - 一种飞机草植物源水葫芦生长调控剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机草植物源水葫芦生长调控剂及制备方法。该物质为浅黄色液体制剂，该制剂中固体物质含量为40.0±1.8%，其中多酚200~240毫克，黄酮410~460毫克。该液体制剂可通过稀释后喷洒在水葫芦茎叶表面使用，也可投入到水体中使用。所述的生长调控剂具有双重作用，可同时对水葫芦的根系和叶片的生长产生促进或抑制作用，从而实现对水葫芦植株各个部位产生均匀作用，以达到在不灭杀水葫芦的条件下，可持续地促进或抑制水葫芦生长繁殖，并保持水葫芦的飘浮状态和生长量及其水体治理等功效。所述的生长调控剂以自身低毒的飞机草为原料，具有安全、易降解、环境友好的特点，可为水葫芦防治提供一种新选择。

Description

一种飞机草植物源水葫芦生长调控剂及制备方法

技术领域

本发明属于植物生长调控剂领域，具体涉及一种飞机草植物源水葫芦生长调控剂及制备方法。

背景技术

20世纪50年代我国大量引入和种植水葫芦用作饲料，然而由于水葫芦繁殖速度极快以及人类的管理不善，水葫芦侵入了大量湖泊，造成了严重的危害，例如破坏航道、影响水体生态系统等，被列为了“十大恶草”，因此如何防范水葫芦的危害成为了社会的关注热点之一。

为消除水葫芦的入侵破坏，目前的解决方案为抑制水葫芦的生长或消灭水葫芦，主要有物理、化学和生物三类方法：(1)打捞和机械破碎的物理方法，该方法不能够破碎水葫芦的幼叶芽，当温度等环境条件适宜时，水葫芦幼芽能够死而复生；(2)化学类或植物源除草剂的杀灭方法，该方法通过叶面喷洒方式起效，但杀灭水葫芦的效果受日照、温度等环境条件影响较大，灭杀效果不稳定，此外，受污染的水葫芦茎叶失去进一步利用开发的价值，并且死亡的水葫芦容易沉入水底，造成二次污染；(3)引入生物类或微生物类天敌消除水葫芦，这种方法见效缓慢，且可能诱发新物种入侵的风险。

总的来说，现有的水葫芦防治方法着眼于减少水葫芦的存在，以消除水葫芦的破坏作用。然而，事实上水葫芦不仅具有水体治理作用，还能够被加工为饲料、肥料、消毒剂、燃料，甚至是药物辅助材料。目前已有的防治水葫芦的方法并不能达到既控制水葫芦危害，又保留水葫芦的水体治理作用和资源优势的效果。

发明内容

本发明目的在于针对现有水葫芦治理技术的不足，开发一种飞机草植物源水葫芦生长调控剂，能够有计划地实现对水葫芦生长的促进和抑制作用，从而在较长的水葫芦生长期内更好地发挥水葫芦的污水治理及其他资源化利用途径。

为完成本发明任务，本发明人在已有的防治或抑制水葫芦所公开的方法的基础上，深入研究了入侵植物飞机草对水葫芦的化感作用。在此基础上，提出将飞机草的水提取物经过粗分离处理，制备水葫芦生长调控剂。

本发明提供的一种飞机草植物源水葫芦生长调控剂，其特征在于该物质为浅黄色液体制剂，该制剂中固体物质含量为40.0±1.8％，其中多酚200～240毫克，黄酮410～460毫克。该液体制剂可通过稀释后喷洒在水葫芦茎叶表面使用，也可投入到水体中使用。采用喷洒方式，按照每平方米水葫芦茎叶铺展面积折算，当本发明提供的调控剂用量≤15克时，可明显促进水葫芦生长，而用量≥25克时，可明显抑制水葫芦生长。采用投入水体方式，按照每平方米水域折算，当本发明提供的调控剂用量≤25克时，可明显促进水葫芦生长，而用量≥35克时，可明显抑制水葫芦生长。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种飞机草植物源水葫芦生长调控剂的制备方法，该方法的工艺步骤和条件如下：

(1)原料处理：将飞机草植株自然干燥后，粉碎为尺寸为1厘米左右的颗粒备用；

(2)提取物的制备：称取飞机草颗粒，加入8倍重量的含有乙醇的pH值为5～9的水溶液，将温度控制在10～25℃，用28kHz、300W超声波处理30分钟，然后在相同温度、30r/min搅拌条件下提取4小时，重复以上超声波处理和常温水浴提取操作2次，合并提取液，将提取液在50℃、0.07MPa真空度条件下浓缩，回收乙醇并得到膏状物；

(3)提取物的分离：室温下，准备装填好100～200目硅胶(青岛海洋化工)的层析柱，按照层析柱中硅胶质量的1/40将上述膏状物装入到层析柱中，然后用乙醇水溶液进行洗脱，洗脱剂流速1.2～2mL/min，当洗脱液在248nm吸光度值大于0.3后，收集洗脱液，洗脱剂的总用量为层析柱中硅胶质量的20倍，将收集的洗脱液在50℃、0.07MPa真空度条件下浓缩，回收乙醇，并得到固体物质含量为40.0±1.8％的水葫芦生长调控剂。

所述的一种飞机草植物源水葫芦生长调控剂的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中飞机草可以为30～45厘米高度的飞机草幼苗植株或110～130厘米高度的无花飞机草成株。

所述的一种飞机草植物源水葫芦生长调控剂的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中提取物的制备用乙醇水溶液中乙醇的体积分数为20％～60％。

所述的一种飞机草植物源水葫芦生长调控剂的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中提取物的分离用乙醇水溶液中乙醇的体积浓度为60～80％。

本发明采用超声波处理物料，乙醇辅助常温水溶液提取的方法，提高飞机草中化感活性物质的提取率，并且提取、分离和浓缩温度控制在50℃以下，可有效避免破坏活性成分。本发明采用硅胶柱层析方法对飞机草提取物粗分离，不仅能够有效浅化飞机草提取物的颜色，还能够提高单位重量水葫芦生长调控剂中活性物质含量，从而有利于调控剂的使用。

本发明提供的水葫芦生长调控剂，巧妙地利用了飞机草中水溶和醇溶物质对水葫芦的化感作用，具体表现为两方面：(1)低浓度促进、高浓度抑制水葫芦根系活力，从而促进或抑制根系生长；(2)低浓度升高或高浓度降低叶片中叶绿素含量，从而影响叶的光合作用以及叶芽的繁殖。水葫芦可有性繁殖，也可无性繁殖。当温度高于13℃时，便可通过匍匐枝与母株分离的方式进行大量地无性繁殖(宋任彬，杨琏，何锋，等.水葫芦控制性种养技术研究[J].环境科学导刊，2011，30(4)：5-7，16.)。植物根系是活跃的吸收器官和合成器官，根的生长情况和活力水平直接影响茎叶的营养状况及产量水平。叶片的叶绿素是植物进行光合作用的重要场所，其产物为植物进一步生长提供所需的能量和物质。本发明提供的生长调控剂具有双重作用，可同时对水葫芦的根系和叶片的生长产生促进或抑制作用，从而实现对水葫芦植株各个部位产生均匀作用，达到有计划地调节和控制水葫芦幼苗和成株生长，避免水葫芦过度繁殖或水葫芦死亡。

本发明具有以下优点：

(1)新源开发，变废为宝：飞机草是一种入侵性杂草，繁殖能力极强，对生态破坏严重，本发明所述水葫芦生长调控剂以飞机草为原料，有助于将田间地头的有害杂草作为产品出售，增加农民收入，经济效益明显。

(2)无需合成，环境友好：本发明所述的水葫芦生长调控剂巧妙地利用了飞机草的化感作用，经过乙醇水溶液提取、浓缩和柱层析分离得到色度浅的液体制剂，无需化学合成，通过控制飞机草原料的生长状态和资源品质，使生长调控剂产品质量稳定可控、安全高效，且不会对水体色度、化学需氧量、pH值等指标产生明显影响，因此，本发明所述生长调控剂具有环境友好的特点。

(3)生产简单，工艺可行：本发明所述生长调控剂以飞机草为原料，具有来源广泛、价格低廉、易降解的特点，工艺和操作简单，仅仅需要使用化工厂常用的超声波破碎机、提取设备、真空浓缩设备、柱层析设备即可，推广使用方便。

(4)功能特别，应用广泛：本发明所述生长调控剂可通过喷洒在水葫芦叶面或投入到水体中两种方式使用，既能施用于水葫芦幼苗，也能施用于水葫芦成株。该调控剂的使用不受温度条件的限制，可通过调节施用量，实现可持续地促进或抑制水葫芦生长，并保持水葫芦的飘浮状态和生长量及其水体治理等功效。该生长调控剂仅含有飞机草提取物，飞机草自身低毒，因此经过处理的水葫芦不会受到污染，能够持续用于后续的饲料、肥料等产品加工。

具体实施方式

下面给出实施例以对本发明作更详细的说明，有必要指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。

另外，值得说明的是以下实施例所述生长调控剂中多酚类物质含量采用磷钼钨酸试液(F-D试剂)显色法测定，黄酮类物质含量采用金属离子络合法测定(龚英，刘光姣，陆俊余，等.飞机草鞣质的提取及其鞣性的初步研究[J].西部皮革，2014，36(20)：20-25.)；水葫芦根系活力采用α-萘胺氧化法测定(张志良，翟伟菁.植物生理学实验指导(第3版)[M].北京：高等教育出版社，2002.)，每株以根长为5厘米左右3个根的测定结果平均值表示；叶片中叶绿素含量依据Arnon法测定(ArnonDI,PlantPhysiology,1949,24:1-15.)，每株以中心叶芽开始的第2片、第3片和第4片叶的测定结果平均值表示。

实施例1

本实施例以云南省昆明市呈贡区产植株高度为30～45厘米的飞机草幼苗为原料，取下自然干燥后，粉碎为尺寸为1厘米左右的颗粒备用。配制乙醇体积浓度为20％的水溶液，用盐酸将其pH值调节为5。

称取飞机草颗粒，加入8倍重量的上述含有乙醇的pH值为5的水溶液，将温度控制在25℃，用28kHz、300W超声波处理30分钟，然后在相同温度、30r/min搅拌条件下提取4小时，重复以上超声波处理和水浴提取操作2次，合并提取液，将提取液在50℃、0.07MPa真空度条件下浓缩，除去乙醇并得到膏状物。

室温下，准备装填好100～200目硅胶(青岛海洋化工)的层析柱，按照层析柱中硅胶质量的1/40将上述膏状物装入到层析柱中，然后用体积浓度为60％的乙醇水溶液进行洗脱，洗脱剂流速1.2mL/min，当洗脱液在248nm吸光度值大于0.3后，收集洗脱液，洗脱剂的总用量为层析柱中硅胶质量的20倍。将收集的洗脱液在50℃、0.07MPa真空度条件下浓缩，回收乙醇，并得到固体物质含量为38.2％的水葫芦生长调控剂。经测定，该调控剂中多酚含量为232.5±7.7mg/g，黄酮含量为420.8±10.6mg/g。

实施例2

本实施例以云南省昆明市呈贡区产植株高度为110～130厘米的飞机草成株为原料，取下自然干燥后，粉碎为尺寸为1厘米左右的颗粒备用。配制乙醇体积浓度为60％的水溶液，用碳酸钠将其pH值调节为9。

称取飞机草颗粒，加入8倍重量的上述含有乙醇的pH值为9的水溶液，将温度控制在10℃，用28kHz、300W超声波处理30分钟，然后在相同温度、30r/min搅拌条件下提取4小时，重复以上超声波处理和水浴提取操作2次，合并提取液，将提取液在50℃、0.07MPa真空度条件下浓缩，除去乙醇并得到膏状物。

室温下，准备装填好100～200目硅胶(青岛海洋化工)的层析柱，按照层析柱中硅胶质量的1/40将上述膏状物装入到层析柱中，然后用体积浓度为80％的乙醇水溶液进行洗脱，洗脱剂流速2mL/min，当洗脱液在248nm吸光度值大于0.3后，收集洗脱液，洗脱剂的总用量为层析柱中硅胶质量的20倍。将收集的洗脱液在50℃、0.07MPa真空度条件下浓缩，回收乙醇，并得到固体物质含量为41.8％的水葫芦生长调控剂。经测定，该调控剂中多酚含量为209.7±9.5mg/g，黄酮含量为446.9±13.1mg/g。

验证实施例

采用盆栽实验法验证上述实施例所述生长调控剂对水葫芦的影响。水葫芦采自云南省昆明市呈贡区吴家营水库，然后于云南师范大学呈贡校区生命科学院简易大棚驯化。一周后选取大小、形态相近的水葫芦幼苗放入长方形透明塑料盆(长宽高为48厘米×36厘米×20厘米)中培养，培养液为10LHoagland营养液，每个盆放入5株水葫芦，水葫芦茎叶在水面的铺展面积平均约为25厘米×24厘米，每3盆为一组实验，试验期间通过定期加入去离子水保持营养液体积的恒定。

按照同样操作建立水葫芦成株试验组，塑料盆长宽高为150厘米×128厘米×50厘米，培养液为150LHoagland营养液，水葫芦茎叶在水面的铺展面积平均约为108厘米×102厘米。

将上述实施例1和2所述的生长调控剂分别按照水葫芦茎叶铺展面积每平方米15克、25克用量喷洒在水葫芦叶上，按照每平方米水域25克、35克用量投入到水体中。为使生长调控剂作用均匀，在施用前需将生长调控剂配制成固体物质含量为5％的水溶液。采用实施例1所述生长调控剂处理组依次编号为组1～组4，采用实施例2所述生长调控剂处理组依次编号为组5～组8。设置1个“喷洒”对照组，喷洒与15克用药量相当的去离子水，编号为组9；设置1个“投入水体”对照组，向水域中加入与25克用药量相当的去离子水，编号为组10。首次施用生长调控剂后，第3天观察水葫芦的生长情况。每隔5天再次按照上述操作施用生长调控剂，共施用生长调控剂5次，对水葫芦的生长响应进行观察统计，观察周期为30天。

30天实验期内各盆水体未出现发臭等异常变化，水体色度、化学需氧量以及pH值也未发生显著变化，且变化幅度均小于5％。

表1和表2中水葫芦叶芽新增数量以每组3盆共15株水葫芦的测定结果平均值表示。当喷洒15克或投入25克生长调控剂5天后，水葫芦幼苗和成株新增叶芽数量与对照组相当，但10天后大于对照组，说明该种处理方式促进了水葫芦繁殖；而当喷洒25克或投入35克生长调控剂10天后，水葫芦幼苗和成株均没有新增叶芽，说明该种处理方式抑制了水葫芦繁殖。

健康叶片指叶面的90％以上没有出现干枯、黄变、腐烂等异常现象的叶片，健康叶片比例为健康叶片占总叶片数量的百分比值。表3和表4中水葫芦健康叶片比例以每组3盆共15株水葫芦的测定结果平均值表示。喷洒15克或投入25克生长调控剂有助于水葫芦幼苗和成株生长，总体表现为健康叶片比例上升，实验期间30天处理期后均为健康叶片；而喷洒25克或投入35克生长调控剂后，水葫芦幼苗和成株健康叶片比例均有所下降，生长受抑制。

表1实施例1、2制备的生长调控剂对水葫芦幼苗叶芽繁殖影响

表2实施例1、2制备的生长调控剂对水葫芦成株叶芽繁殖影响

表3实施例1、2制备的生长调控剂对水葫芦幼苗叶片衰老的影响

表4实施例1、2制备的生长调控剂对水葫芦成株叶片衰老的影响

表5和表6中根系活力是以每组3盆共15株水葫芦的测定结果平均值表示。喷洒15克或投入25克生长调控剂后，水葫芦幼苗和成株根系活力得到显著提高，促进了根系生长和营养吸收；当喷洒25克或投入35克生长调控剂后，水葫芦幼苗和成株根系活力明显下降，抑制了根系生长和营养吸收，与表1和表2所示该种处理方式水葫芦新增叶芽数量少，甚至没有新增叶芽是相呼应的。

表5实施例1、2制备的生长调控剂对水葫芦幼苗根系活力的影响

表6实施例1、2制备的生长调控剂对水葫芦成株根系活力的影响

表7和表8中叶绿素含量是以每组3盆共15株水葫芦的测定结果平均值表示。喷洒15克或投入25克生长调控剂后，水葫芦幼苗和成株叶片叶绿素含量有所提高，这有利于光合作用的进行，为水葫芦生长提供能量和物质；当喷洒25克或投入35克生长调控剂后，水葫芦幼苗和成株叶片叶绿素含量有所下降，这抑制了光合作用的进行，与表3和表4所示该种处理方式水葫芦健康叶片比例下降是相呼应的。

表7实施例1、2制备的生长调控剂对水葫芦幼苗叶片叶绿素含量的影响

表8实施例1、2制备的生长调控剂对水葫芦成株叶片叶绿素含量的影响

Claims (5)

1.一种飞机草植物源水葫芦生长调控剂，其特征在于该物质为浅黄色液体制剂，该制剂中固体物质含量为40.0±1.8%，其中多酚200~240毫克，黄酮410~460毫克，该液体制剂可通过稀释后喷洒在水葫芦茎叶表面使用，也可投入到水体中使用；采用喷洒方式，按照每平方米水葫芦茎叶铺展面积折算，当本发明提供的调控剂用量≤15克时，可明显促进水葫芦生长，而用量≥25克时，可明显抑制水葫芦生长；采用投入水体方式，按照每平方米水域折算，当本发明提供的调控剂用量≤25克时，可明显促进水葫芦生长，而用量≥35克时，可明显抑制水葫芦生长。

2.一种制备权利要求1所述的飞机草植物源水葫芦生长调控剂的方法，该方法的工艺步骤和条件如下：

1）原料处理：将飞机草植株自然干燥后，粉碎为尺寸为1厘米左右的颗粒备用；

2）提取物的制备：称取飞机草颗粒，加入8倍重量的含有乙醇的pH值为5~9的水溶液，将温度控制在10~25℃，用28kHz、300W超声波处理30分钟，然后在相同温度、30r/min搅拌条件下提取4小时，重复以上超声波处理和常温水浴提取操作2次，合并提取液，将提取液在50℃、0.07MPa真空度条件下浓缩，回收乙醇并得到膏状物；

3）提取物的分离：室温下，准备装填好100~200目硅胶（青岛海洋化工）的层析柱，按照层析柱中硅胶质量的1/40将上述膏状物装入到层析柱中，然后用乙醇水溶液进行洗脱，洗脱剂流速1.2~2mL/min，当洗脱液在248nm吸光度值大于0.3后，收集洗脱液，洗脱剂的总用量为层析柱中硅胶质量的20倍，将收集的洗脱液在50℃、0.07MPa真空度条件下浓缩，回收乙醇，并得到固体物质含量为40.0±1.8%的水葫芦生长调控剂。

3.根据权利要求2所述的制备飞机草植物源水葫芦生长调控剂的方法，其特征在于：飞机草可以为30~45厘米高度的飞机草幼苗植株或110~130厘米高度的无花飞机草成株。

4.根据权利要求2所述的制备飞机草植物源水葫芦生长调控剂的方法，其特征在于：提取物的制备用乙醇水溶液中乙醇的体积分数为20%~60%。

5.根据权利要求2所述的制备飞机草植物源水葫芦生长调控剂的方法，其特征在于：提取物的分离用乙醇水溶液中乙醇的体积浓度为60~80%。