能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法与流程

1.本发明涉及植物生态学技术领域，尤其涉及一种能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法。


背景技术：

2.当今世界面临石化能源日益匮乏、环境污染日趋严重等全球性问题，持续开发生物质能等新能源，有利于从根本上解决能源与环境两方面的问题，关乎各国经济与社会可持续发展。生物质原料是生物质能产业发展的基础，木质纤维素是纤维素、半纤维素、木质素的统称，是地球上最为丰富的可再生资源和生物质原料，有望成为未来大农业生产的重要组成部分。木质纤维素生物质原料主要来源于木质纤维素植物与农林废弃物，其中，木质纤维素植物主要包括木本与草本植物两类，其中，木质纤维素草本植物，即通常所讲的能源草，是一类优质的生物质原料植物，多数为多年生禾草，植株高大，生长迅速，生物质产量高，富含木质纤维素，生物质品质优良，抗病虫害，耐干旱瘠薄，生态适应性强。常见的能源草包括柳枝稷（panicum virgatum）、芦竹（arundo donax）、荻（miscanthus sacchariflorus）、芒（miscanthus sinensis）、奇岗（miscanthus
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giganteus）、杂交狼尾草（pennisetum americanum
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pennisetum purpureum）等，在我国均有一定面积的自然群落分布或数十年的引种栽培基础，应用前景极为广阔。
3.杂草种类繁多，繁殖迅速，生长迅猛，常与栽培植物伴生，被视为有害之草和农业生产的大敌。然而，杂草本身也具有良好的生态效应，见草必除、除草务尽的做法在经济上不可取，也会对局部区域的生态环境造成一定的破坏。随着现代生物科学、生态科学的发展，以及自然资源可持续利用观念的增强，人们逐渐认识到，杂草并非无用，管理得当，杂草还可以防风固沙、保水肥土，并有利于保护物种多样性与生境多样性。
4.植物化感作用是指一种活或死的植物通过适当的途径向环境释放特定的化学物质从而直接或间接影响邻近或下茬（后续）同种或异种植物萌发和生长的效应，而且，这种效应绝大多数情况下是抑制作用，是共存、伴生或生态相关植物种间和种内在环境因子作用下自然发生的一种生态学现象，植物释放的这些特定的化学物质称为化感物质。与传统农作物栽培类似，在能源草规模化种植与管理中，人工防治杂草会耗费大量的人力、物力、财力，与推广能源植物、开发生物质能解决能源与环境问题的初衷背道而驰。
5.因此，准确地确定出能源草的化感物质提取及其对杂草的抑制作用成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明提供一种能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法，用以解决现有技术中能源草对杂草抑制作用不确定的缺陷，实现通过能源草抑制杂草生长的目标，避免了化学防治杂草对环境的破坏。
7.本发明提供一种能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法，包括：
确定待检测能源草样品；获取所述待检测能源草样品的待检测部位，所述待检测部位包括根、茎、叶、根际土壤和根系分泌物中的至少一种；通过乙酸乙酯溶剂提取所述待检测部位并进行样本处理，得到乙酸乙酯粗提物；配置所述乙酸乙酯粗提物为样品溶液，对所述样品溶液进行气相色谱质谱检测分析，确定所述样品溶液的成分；当所述成分为苯甲酸或香草醛时，通过所述苯甲酸或香草醛对目标杂草进行活性抑制测试，确定所述待检测能源草对所述目标杂草的抑制作用。
8.根据本发明提供的一种能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法，当所述待检测部位包括根、茎、叶或根际土壤时，所述通过乙酸乙酯溶剂提取所述待检测部位并进行样本处理，得到乙酸乙酯粗提物，包括：获取目标重量的根、茎、叶或根际土壤样品；通过乙酸乙酯溶剂浸泡所述根、茎、叶或根际土壤样品预设时间，得到浸泡溶液；对所述浸泡溶液进行抽滤挥干，得到乙酸乙酯粗提物。
9.根据本发明提供的一种能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法，所述获取目标重量的根、茎、叶或根际土壤样品之后，还包括：对所述根、茎、叶进行预设温度干燥处理；粉碎预设温度干燥处理之后的所述根、茎、叶，以通过所述乙酸乙酯溶剂进行浸泡。
10.根据本发明提供的一种能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法，当所述待检测部位为根系分泌物时，所述通过乙酸乙酯溶剂提取所述待检测部位并进行样本处理，得到乙酸乙酯粗提物，包括：采用连续性根系分泌物收集系统法，对所述待检测能源草样品的根系分泌物进行提取，得到乙酸乙酯粗提物。
11.根据本发明提供的一种能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法，所述采用连续性根系分泌物收集系统法，对所述待检测能源草样品的根系分泌物进行提取，得到乙酸乙酯粗提物，包括：培育能源草幼苗于水槽中；当所述幼苗长出预设密度的毛根时，将大孔吸附树脂与所述水槽相连；当大孔吸附树脂吸附所述毛根达到目标时间后，取出所述大孔吸附树脂，用乙酸乙酯洗脱所述大孔吸附树脂，得到乙酸乙酯粗提物。
12.根据本发明提供的一种能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法，所述用乙酸乙酯洗脱所述大孔吸附树脂之前，还包括：用蒸馏水浸泡所述大孔吸附树脂，以去除所述大孔吸附树脂中的无机盐和碳水化合物。
13.根据本发明提供的一种能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法，所述对所述样品溶液进行气相色谱质谱检测分析之前，还包括：采用ptfe膜对所述样品溶液进行过滤。
14.根据本发明提供的一种能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法，
所述通过所述苯甲酸或香草醛对目标杂草进行活性抑制测试，包括：配置第一预设数量的不同浓度的苯甲酸溶液和第二预设数量的不同浓度香草醛溶液；将所述第一预设数量的不同浓度的苯甲酸溶液分别滴加到放置有目标杂草种子的不同培养皿中；将所述第二预设数量的不同浓度的香草醛溶液分别滴加到放置有目标杂草种子的不同培养皿中；将不同的培养皿放入培养箱中预设时间后，观察所述目标杂草种子的发芽率。
15.根据本发明提供的一种能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法，所述培养皿铺设有定量滤纸。
16.根据本发明提供的一种能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法，所述确定所述待检测能源草对所述目标杂草的抑制作用之后，还包括：根据所述抑制作用，确定所述能源草的种植面积以及种植密度。
17.本发明提供的能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法，包括确定待检测能源草样品；获取待检测能源草样品的待检测部位，待检测部位包括根、茎、叶、根际土壤和根系分泌物中的至少一种；通过乙酸乙酯溶剂提取待检测部位并进行样本处理，得到乙酸乙酯粗提物；配置乙酸乙酯粗提物为样品溶液，对样品溶液进行气相色谱质谱检测分析，确定样品溶液的成分；当成分为苯甲酸或香草醛时，通过苯甲酸或香草醛对目标杂草进行活性抑制测试，确定待检测能源草对目标杂草的抑制作用，通过准确掌握能源草对杂草的抑制作用，可以实现利用能源草抑制杂草生长的目标，避免了采用化学防治的方法对生态环境造成的破坏。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本发明提供的能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法的流程示意图。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.图1是本发明提供的能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例提供的一种能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法，包括以下步骤：101、确定待检测能源草样品。
22.通过制备柳枝稷水提物，得出柳枝稷对反枝苋和马唐造成一定的生长影响。采集柳枝稷根系，用自来水迅速洗净、晾干、截短，在
‑
35℃低温冰箱中冷冻24h，然后在低温冷冻干燥机中（
‑
50℃—
‑
80℃）干燥24h，用高速万能粉碎机粉碎。取粉碎样品10 g，加蒸馏水100ml，置超声波清洗机震荡30min后过滤，滤液即为0.1g/ml水提物。将该水提物加入蒸馏水分别获得0.05g/ml、0.02g/ml、0.01g/ml、0.005g/ml等质量浓度的稀释液，于4℃下贮藏备用。取不同质量浓度水提物3ml，加入铺有2层直径为9cm定性滤纸（滤纸经高温灭菌）的培养皿中，每个培养皿中均匀摆放50粒发育良好的杂草种子，以加3ml蒸馏水为对照，设3次重复，将培养皿用黑色塑料袋包扎，置于25℃的恒温培养箱中，72h后测定发芽率、胚根长度、胚芽长度。以发芽率、胚根长度、胚芽长度作为种子萌发参数，计算化感抑制效应：抑制率＝（对照－处理）/对照
×
100%。
23.得出结论为，柳枝稷水提物稀释溶液0.02g/ml及其以下浓度能够显著促进反枝苋和马唐两种杂草种子的萌发，只有稀释溶液0.05g/ml以及水提物原始浓度（0.1g/ml）才能显著抑制两种杂草种子的萌发，水提物稀释溶液0.05 g/ml对反枝苋和马唐种子萌发的抑制率分别为50.83%、19.30%。对于已经萌发的杂草种子，柳枝稷水提物稀释溶液0.01g/ml和0.005g/ml能够显著促进反枝苋和马唐胚芽、胚根的生长，柳枝稷水提物稀释溶液0.02g/ml及其以上浓度则表现出对反枝苋和马唐胚芽、胚根生长的化感抑制效应，柳枝稷水提物稀释溶液0.02g/ml对反枝苋和马唐种子胚芽生长的抑制率分别为4.48%、5.27%，对反枝苋和马唐胚根生长的抑制率分别为1.05%、3.28%。
24.能源草和杂草的种类繁多，本实施例中便以能源草选取柳枝稷（品种为alamo，panicum virgatum cv. alamo，2n=4x=36），杂草选取双子叶植物反枝苋（amaranthus retroflexus）和单子叶植物马唐（digitaria sanguinalis）为例进行说明。其中，确定待检测能源草样品也就是确定需要进行检测的能源草的种类，定义需要进行验证测试的能源草为待检测能源草样品。
25.102、获取待检测能源草样品的待检测部位，待检测部位包括根、茎、叶、根际土壤和根系分泌物中的至少一种。
26.在确定了待检测能源草样品之后，获取待检测能源草样品的待检测部位，待检测部位包括根、茎、叶、根际土壤和根系分泌物中的至少一种，也就是通过分别检测根、茎、叶、根际土壤和根系分泌物的化学成分对杂草的影响，全文对具体的验证过程及方式进行保护说明。
27.103、通过乙酸乙酯溶剂提取待检测部位并进行样本处理，得到乙酸乙酯粗提物。
28.当待检测部位包括根、茎、叶或根际土壤时，通过乙酸乙酯溶剂提取待检测部位并进行样本处理，得到乙酸乙酯粗提物，包括：获取目标重量的根、茎、叶或根际土壤样品。提取根茎叶的过程为采用乙酸乙酯溶剂提取的方法分别对两个柳枝稷品种的叶、茎和根样品进行提取，提取之后可以对其进行预设温度干燥处理，然后将其粉碎处理，分别准确称量柳枝稷样品后，分批次置于1000ml的烧杯中，用800ml乙酸乙酯浸泡48h，减压抽滤，合并滤液，挥干，得到根茎叶的乙酸乙酯粗提物（浸膏），称重并保存于1ml样品瓶中，密封后4℃冰箱保存。
29.提取根际土壤的过程为将两个柳枝稷品种的根坨完整取出，从根坨上磕下来的土为根际土，采用乙酸乙酯溶剂提取柳枝稷根际土，称量2.5kg的根际土样品，分批次置于
1000ml的烧杯中，用800ml乙酸乙酯浸泡48h，减压抽滤，合并滤液，挥干，得到根际土壤的乙酸乙酯粗提物（浸膏），称重并保存于1ml样品瓶中，密封后4℃冰箱保存。
30.当待检测部位为根系分泌物时，通过乙酸乙酯溶剂提取待检测部位并进行样本处理，得到乙酸乙酯粗提物，包括：采用连续性根系分泌物收集系统法，对待检测能源草样品的根系分泌物进行提取，得到乙酸乙酯粗提物。采用连续性根系分泌物收集系统法（crets），对柳枝根系分泌物进行收集具体为，培养两个柳枝稷品种幼苗各10株，栽种于2.5m
×
0.15m
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0.1m的水槽中，观察植株生长情况，培养出大量毛根后，可以是根毛密度达到预设密室时进行下一步富集。采用amberlite xad
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4树脂，用泵将大孔吸附树脂柱与水槽相连，每天循环一次，每次循环2h，7天后取出树脂,用蒸馏水浸泡树脂24 h,以去除无机盐和碳水化合物。用100ml乙酸乙酯洗脱树脂，超声30min。减压抽滤，挥干，得到根系分泌物的乙酸乙酯粗提物（浸膏），称重并保存于1ml样品瓶中，密封后4℃冰箱保存。
31.104、配置乙酸乙酯粗提物为样品溶液，对样品溶液进行气相色谱质谱检测分析，确定样品溶液的成分。
32.具体为，在得到乙酸乙酯粗提物之后，以乙酸乙酯为溶剂，将提取物配制为20mgml
‑1的样品溶液，用孔径0.22μm的ptfe膜过滤后进行气相色谱质谱（gcms）检测，确定样品溶液的不同的化学成分，也就是分别确定根茎叶、根际土壤和根系分泌物中不同的化学成分含量。其中，ptfe膜是采用聚四氟乙烯分散树脂，经预混、挤压、压延、双向拉伸等特殊工艺生产的微孔性薄膜，分为服装膜、蒲微防水膜、过滤膜、净化膜。
33.105、当成分为苯甲酸或香草醛时，通过苯甲酸或香草醛对目标杂草进行活性抑制测试，确定待检测能源草对目标杂草的抑制作用。
34.具体的，当检测到成分为苯甲酸或香草醛时，通过苯甲酸或香草醛对目标杂草进行活性抑制测试，可以是配置第一预设数量的不同浓度的苯甲酸溶液和第二预设数量的不同浓度香草醛溶液，也就是分别针对苯甲酸溶液和香草醛溶液配置不同的浓度，可以是配置（0.32，1.6，8，40和200μg
·
ml
‑1）五种不同浓度的苯甲酸溶液和对应的（0.32，1.6，8，40和200μg
·
ml
‑1）五种不同浓度的香草醛溶液，然后将第一预设数量的不同浓度的苯甲酸溶液分别滴加到放置有目标杂草种子的不同培养皿中；将第二预设数量的不同浓度的香草醛溶液分别滴加到放置有目标杂草种子的不同培养皿中；可以是通过移液枪将5ml不同浓度的溶液分别滴加到直径为9cm、铺有2层定量滤纸的培养皿中，每个浓度均设置3次重复，将不同的培养皿放入培养箱中预设时间后，观察目标杂草种子的发芽率。培养箱条件：光照16h，30℃，黑暗8h，25℃，培养2天后，统计发芽种子数、计算发芽率；再培养3天后，测量并记录根芽长，从而确定出能源草的化感物质提取对杂草的抑制作用。之所以选用苯甲酸溶液和香草醛溶液进行验证，是因为柳枝稷根、茎、叶、根际土壤及根系分泌物的共有物质为苯甲酸和香草醛，这两个化合物是对周边植物具有抑制作用的化学成分，其中最主要的便是苯甲酸。
35.本发明实施例提供的能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法，包括确定待检测能源草样品；获取待检测能源草样品的待检测部位，待检测部位包括根、茎、叶、根际土壤和根系分泌物中的至少一种；通过乙酸乙酯溶剂提取待检测部位并进行样本处理，得到乙酸乙酯粗提物；配置乙酸乙酯粗提物为样品溶液，对样品溶液进行气相色谱质谱检测分析，确定样品溶液的成分；当成分为苯甲酸或香草醛时，通过苯甲酸或香草醛对目
标杂草进行活性抑制测试，确定待检测能源草对目标杂草的抑制作用，通过准确掌握能源草对杂草的抑制作用，可以实现利用能源草抑制杂草生长的目标，避免了采用化学防治的方法对生态环境造成的破坏。
36.进一步的，在上述实施例的基础上本实施例中，在确定待检测能源草对目标杂草的抑制作用之后，还包括：根据抑制作用，确定能源草的种植面积以及种植密度，通过上述实施例可以确定出不同浓度的苯甲酸和香草醛对杂草的抑制效果是不同的，因此，便可以根据具体的浓度关系，确定出最合适能源草生长的种植密度以及种植面积，既可以避免杂草对能源草带来的影响，也避免了采用化学方式进行除草对生态环境带来的破坏。
37.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
38.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
39.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。