胡桃果皮提取液对杂草种子萌发率的影响 毕业论文.doc
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1、胡桃果皮提取液对杂草种子萌发率的影响目 录摘要、关键词和创新点 21 引言 31.1相关背景资料和对我的启迪31.2研究现状与动态41.3试验方案设计与特点52 试验材料与方法步骤 72.1 材料与试剂与主要实验仪器 72.1.1 试验材料72.1.2 试验试剂72.1.3 主要试验仪器及用具72.2 试验方法与步骤 72.2.1胡桃果皮提取液制备 72.2.2草种预处理 82.2.3胡桃果皮提取液对杂草种子萌发率的影响 92.2.4 杂草幼苗形态指标观察与生长状况的测定93结果与分析 103.1不同浓度的胡桃果皮提取液对4种杂草种子萌发抑制作用的影响 3.2不同浓度的胡桃果皮提取液对4种杂草
2、种子萌发率的影响 103.3不同浓度的胡桃果皮提取液对4种杂草幼株形态特征的影响 113.4不同浓度的胡桃果皮提取液对4种杂草幼株生长状况的影响 133.5不同浓度的胡桃果皮提取液对4种杂草幼苗的抑制作用 144 结论 165 讨论 166 该试验存在的问题与将来的打算 17参考文献 18摘要:该项目以胡桃果皮废弃物作原料,利用原果胶酶、果胶甲酯水解酶与果胶酸酶分解胡桃果皮细胞胞间层与初生壁,使天然果胶完全分解,破坏细胞壁结构,以达到分离细胞的目的;利用纤维素酶分解初生壁与次生壁中的纤维素分子,以促进细胞内各种化学活性物质的释放;采用索氏抽取技术提取醌类及其衍生物;观察其对各杂草种子萌发及其幼
3、株生长的抑制效应。结果显示:胡桃果皮提取液对早熟禾、黑麦、高羊茅、紫羊茅种子萌发有明显的抑制作用,并且随着提取液浓度的加大其抑制作用越来越强。2.5%提取液浓度对高羊茅种子的抑制率为97%。同时对早熟禾、黑麦、高羊茅、紫羊茅幼株生长也有明显的抑制作用,结果致使其幼株矮小,株形萎缩、枯萎坏死;幼叶窄小、重度卷曲、失绿枯黄;根系发黑、畸形或烂根。其中提取液对黑麦与高羊茅幼株生长的抑制率分别为65.4%与64.5%;对高羊茅与紫羊茅幼根生长的抑制率分别为70.0%与69.2%。结论:通过胡桃果皮废弃物进行传导型生物除草剂研发,将解决当前胡桃采摘及加工过程中果皮废物物利用,变废为宝的问题。同时能有效地
4、消除含有胡桃(Juglans regia L.)醌及其衍生物等大量有毒有害物质的胡桃果皮遗弃物对农村生态环境造成严重的危害和对当地农业生产带来严重的次生灾害。关键词:胡桃果皮废弃物;酶解法;索氏抽取技术;醌及其衍生物;废物利用;传导型生物除草剂 创新点:利用果胶酶与纤维素酶处理胡桃果皮,采用索氏抽取法获取醌及衍生物,研制传导型生物除草剂。1前言1.1研究背景资料与对我的启迪地球上广泛分布的杂草有30000余种,约有1800种杂草会对农作物造成不同程度的危害,每年因杂草危害造成的农作物减产高达9.7。近一个世纪以来,采用化学除草剂有效地控制了很多杂草,但大量化学药剂的使用也引发了一系列的严重问题
5、,诸如除草剂抗性杂草植株的出现、土壤的严重污染、水质的严重退化、以及对其他生物(特别是人、畜)的危害等。随着人们全球环境保护、低碳生活与绿色消费意识的提高和农业可持续发展的需要,高效、环保、无害的生物除草剂的研究越来越显示其重要的社会意义和经济价值。因此研制新型的生物除草剂越来越受到重视,同时也具有非常广阔的应用前景1-3。胡桃属于胡桃科核桃属,学名胡桃(Juglans regia L.)。胡桃在我国栽培历史长达两千多年,山西、河北、河南、山东、陕西、甘肃、青海及新疆南部多有栽培。我国胡桃种植面积达到三千一百七十五万亩,产量近五十万吨,总面积和产量均居世界第一位。胡桃果皮含有丰富的1, 8-桉
6、叶素、胡桃醌、胡桃甙、金丝桃甙、挥发油等多种植物次生物质,具有明显的植物化感作用4。早在公元1世纪,普林尼5在自然历史中叙述了胡桃树的“树荫”是令人忧郁的,甚至会引起人的头痛和损伤种植在其附近的各种植物。R.F Davis从胡桃果和根中提取了胡桃醌,从而证实了普林尼所观察到的现象。我国老百姓也流传着这样一句俗语,“胡桃树下无丰草”。很显然胡桃的化感现象很早就被人们所认识,其危害也早已形成共识。二零零九年秋季,我回到了素有“天下胡桃数汾州”的汾阳市杨家庄老家,此时,正值核桃收获的季节,看到了房前屋后到处都堆积着胡桃果实,同时也看到了大量被遗弃的胡桃果皮。大量任意堆积的果皮废弃物任凭风吹日晒,不但
7、污染了当地环境,而且还给当地农业生产带来了次生灾害,严重地影响了其他农作物的种植与生产。出于好奇,经过亲手试验,发现一斤去皮胡桃会产生3-4斤果皮废弃物。事后,经过走访有关专家与查阅相关资料得知,我国胡桃果皮废弃物年产量在35万t以上。而胡桃果皮废弃物的处理一直是国内外专家较为关注的热点问题,多年来相关领域专家都一直没有很好地解决这一大难题。因此,怎么样变废为宝,合理开发与利用胡桃果皮废弃物一直困惑着我,同时也激励着我的探究热情。 图1素有“天下胡桃数汾州”的胡桃 图2 胡桃脱皮过程1.2研究现状与动态胡桃果皮又称青龙衣,为胡桃外部的一层厚厚绿色果皮。胡桃果皮中化学成分有39种挥发油和7种脂肪
8、酸,结果显示挥发油占79.09%、脂肪酸占19.02%,其中的挥发油有烃类(26种、71.80%)、酮类(3种、10.83%)、醇类(6种、7.96%)、呋喃类(1种、5.79%)、酚类(1种、1.99%)、肟类(1种、0.95%)、酯类(1种、0.71%)七大类化合物6。1985年,许绍惠等7首次从胡桃果皮废弃物中分离提纯出胡桃醌(植物化感物质),实验结果显示:新鲜山胡桃青皮中胡桃醌含量较高,达到0.42%,随着存储时间的延长,胡桃醌含量逐渐减少,存储9年的青皮中只含有0.09%。另外,姚焕英等8人分析了胡桃果皮中的9种醌类衍生物。并且得知,胡桃醌是胡桃果皮中主要的毒性物质,具有明显的抑菌和
9、抗癌作用。醌类衍生物的毒性,一般都小于胡桃醌。胡桃果皮中的醌类物质对多种体内移植性肿瘤有明显的抑制作用,体外杀伤细胞的作用更强,且毒性较低,其他成分的提取物也有不同程度的抗菌、抗肿瘤、镇痛等作用。由此可见,胡桃果皮中含有大量的植物化感物质,可能会对其它生物有一定的化感抑制作用。核桃与其他植物一样,对其他植物生长的影响一定是通过化感作用方式来实现的。植物化感物质是通过淋溶9、挥发10、根系分泌11 和残体分解12向环境中释放化学物质,对自身或周围其他植物及微生物间接产生有利或有害的作用。胥耀平13等人就胡桃叶提取物对莴苣、小麦、西红柿种子萌发的化感作用做过一些研究。杨卫民14 等人为胡桃叶水提取
10、物对黑大豆种子萌发与黑豆幼苗形成有明显的抑制作用。1.3试验方案设计与特点废物利用,变废为宝,以及保护环境是当前果蔬采摘与加工过程中急需解决的一个问题,已经引起全社会的广泛关注。随着全球绿色农业的不断发展和人们环保意识的日益提高,各界政府部门和企业将会更加重视生物除草剂的开发和研究。生物除草剂以植物毒素自身广谱高效、易被生物降解等特点,将促进在杂草防除中的应用和发展。虽然前人已就胡桃叶提取物对植物的化感作用已做过初步的研究。但有关胡桃果皮胡桃醌及衍生物的除草作用的研究至今还未曾见报道。该项目以胡桃果皮废弃物作供试材料,选用早熟禾、黑麦、高羊茅、紫羊茅种子与幼株作为应试材料;以石油醚作提取剂,采
11、用索氏抽取法提取醌类及其衍生物,观察其对杂草种子萌发抑制作用与幼株生长状况,研究胡桃果皮废弃物提取液对4种杂草种子萌发和幼株生长的抑制效应。实验中利用原果胶酶、果胶甲酯水解酶与果胶酸酶分解胡桃果皮细胞胞间层与初生壁,使天然果胶完全分解,破坏细胞壁结构,以达到分离细胞的目的;利用纤维素酶分解初生壁与次生壁中的纤维素分子,以促进细胞内各种化学活性物质的释放。该实验将胡桃果皮醌及其衍生物研发为传导型生物除草剂,可以预防或消除有毒有害遗弃物对农村自然环境的造成的破坏,避免农业生产次生灾害发生以及保护农村生态环境有着十分重要的作用。为在全球气候变化莫测的条件下经济果林对主要杂草的化感种质资源信息库的建立
12、提供科学信息与依据。2 材料与方法2.1 材料、试剂与主要实验仪器2.1.1 试验材料供试材料:胡桃果皮采集于山西省吕梁市离石区王营庄,为中科农1号。应试材料:早熟禾(Poa annua L.)、黑麦(Secale cereale L.)、高羊茅(Festuca arundinacea Schred)、紫羊茅(Festuca rubra L.)种子由吕梁市园林处提供。2.1.2 试验试剂高锰酸钾、原果胶酶、果胶甲酯水解酶、果胶酸酶、纤维素酶与石油醚等。2.1.3 主要试验仪器及用具主要仪器:智能型人工气候植物箱(HPG280HX)、振荡仪、真空干燥箱、FA2104N电子天平(上海精密科学仪器有
13、限公司)。索氏抽取装置、锥形瓶(100mL)、容量瓶(250mL)、橡皮手套、镊子、培养皿、新华滤纸、纱布、研钵、金属筛、微型喷壶、尺子、放大镜、计算器。 (以上药品、仪器及用品均由吕梁学院生命科学系提供)2.2 试验方法与步骤2.2.1 胡桃果皮提取液制备剥取新鲜胡桃果皮(带上橡皮手套,因为对皮肤氧化能力很强),置室温下自然干燥7d,待彻底干燥后于研钵中碾碎,80目金属筛过筛。用电子天平准确称取胡桃果皮粉5g,各10份,分别装入10个100 mL的锥型瓶中,按固液比1:10的比例加入50mL蒸馏水,加2.5g/L原果胶酶、2.5g/L果胶甲酯水解酶、2.5g/L果胶酸酶与2.5g/L纤维素酶
14、各2mL,调节PH值为4.5后加塞, 30恒温振荡处理48h。然后用新华滤纸进行连续三次过滤,最后合并滤液。经旋转蒸发仪蒸馏浓缩后得到褐色药膏,烘干后,准确称取5g,5份,各加100mL石油醚,抽取2h。蒸馏水定容至250mL的容量瓶中,保存备用。实验流程如下:胡桃果实三次水洗剥取果皮(带橡皮手套)自然干燥7d(室温下)碾碎(研钵)过筛(80目)准确称量(5g10)加蒸馏水(固液比1:10)加各种酶液恒温振荡(48h)过滤(三次)合并滤液浓缩(真空干燥)褐色药膏石油醚抽取定容(250mL)。2.2.2 草种预处理分别选择早熟禾、黑麦、高羊茅、紫羊茅草种子各30颗,50份,在0. 3%高锰酸钾溶
15、液中浸泡10 min,用自来水冲洗3次,再用蒸馏水冲洗3次,蒸馏水浸种2 h,备用。2.2.3 胡桃果皮提取液对杂草种子萌发率的影响在先后用自来水、蒸馏水洗净、烘干的培养皿中铺上两层滤纸,上层滤纸画上直径7 cm的圆,然后将配制好的提取液按处理溶液5mL(2.5%)、4mL(2.0%)、3mL(1.5%)、2mL(1.0%)、1mL(0.5%)、0mL(0%)注入圆心位置,不足5mL的补足蒸馏水。将种子环绕在圆周上等距离摆放,每处理3次重复。每皿摆放30粒饱满的早熟禾、黑麦、高羊茅、紫羊茅草种子。在光照培养箱中于25下黑暗培养,每天观察发芽情况,定时记录实验现象和实验数据,5-7d后计算种子萌
16、发率与种子抑制率。萌发率与抑制率取3 次重复的平均值。抑制率计算公式:种子抑制率(%)=(供试种子总数-萌发个数)/供试种子总数100萌发率计算公式:种子萌发率(%)=萌发个数/供试种子总数1002.2.4 杂草幼苗形态指标观察与生长状况的测定取经过预处理的早熟禾、黑麦、高羊茅和紫羊茅草种子,置于经高压灭菌、垫有二层湿润纱布的培养皿中,并加入适量蒸馏水,在温度25,湿度85%,光强6800lux下,于植物光照培养箱中进行发苗试验,当幼苗长出3-5片小叶时,分别用2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0%不同浓度的胡桃果皮提取液喷洒,早晚各一次,共喷洒2次,每次用量每皿5mL。每天观
17、察幼苗生长情况,定时记录实验现象和实验数据。重复3次,取平均值。生长抑制率计算公式:根(株高)生长抑制率(%) = 对照根(株高) 最大长度-处理根(株高) 最大长度/对照根(株高) 最大长度1003 结果与分析3.1不同浓度的胡桃果皮提取液对4种杂草种子萌发抑制作用的影响由图3可知,胡桃果皮不同浓度提取液对杂草种子萌发抑制率的影响差异很大。总体来看,提取液浓度越大对杂草种子萌发抑制越强,抑制率表现为2.5%2.0%1.5%1.0%0.5%0%。各种子萌发抑制率变化趋势反应比较一致,其中对高羊茅种子萌发抑制率最为明显,为97%,说明胡桃果皮提取液对高羊茅种子萌发抑制效果最明显。 图3不同浓度的
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