入侵植物紫茎泽兰资源化利用研究进展

入侵植物紫茎泽兰资源化利用研究进展摘要:紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)是我国外来入侵物种中危害最为严重的植物之一,广泛分布于我国西南地区,并有向东南部和中南部蔓延的趋势,严重影响农林业生产､威胁生物多样性安全｡因此,加强对紫茎泽兰防治方法的研究显得尤为迫切｡近年来,越来越多的研究发现紫茎泽兰可以进行多种不同的资源化处理,在参考了国内外较大量紫茎泽兰的资源化利用的文献资料后,综述了紫茎泽兰资源化利用的研究进展,并就其利用前景进行了探讨｡关键词:紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum);活性炭;饲料;研究进展Research Progress of Resourceful Treatment of An Invasion Plant:Abstract: Eupatorium adenophorum is one of the most dangerous invasive plants in China. It has spread rapidly throughout south-western China and has a great potential for invading south-eastern and south-central China. It has influenced the farming and forestry production seriously,and threatened the biodiversity safety of China. Therefore, it’s urgent to study the successful control method of this weed. Recently, more and more studies indicated that E. adenophora can be adopted for many different kinds of resourceful treatments. According to the documents related with research progress of resourceful treatment of E. adenophora. research progress of resourceful treatment of E. adenophora were reviewed, and their prospects were also discussed. Key words: Eupatorium adenophorum; activated carbon; feed; research progress1 概况紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)为菊科一种入侵性极强的杂草,原产墨西哥至哥斯达黎加的中美洲地区,现在分布于世界30多个国家[1]｡20世纪40年代传入我国云南省,并在西南地区快速蔓延,由于其繁殖及扩散能力､环境适应能力都极强,不仅干扰了自然生态系统的平衡,还对农林牧业生产和人类的健康造成了巨大的负面影响,造成了严重的经济损失[2-5]｡因此,已被国家环保总局列为首批入侵我国的l6种外来物种之首｡1.1 紫茎泽兰的生物学特征紫茎泽兰是双子叶植物纲菊目菊科泽兰属多年生草本或半灌木状植物｡其根茎粗壮,直立,常呈紫色,因此被称为紫茎泽兰[6]｡紫茎泽兰植株茎上有细细茸毛,散发淡淡的腥味,花为筒状花,呈淡紫色或白色,成年植株高1~2 m,寿命可达15~20年｡紫茎泽兰主要以种子进行繁殖,种子结实力强,每株可结3万~4.5万粒,多达几十万粒,种子3~4月成熟,细小,顶端具冠毛且极轻,可随风四处飘散,根与茎都能生长不定根进行无性繁殖[7]｡紫茎泽兰喜温暖､湿润的环境,颇具侵占性与抗逆性,在农田､林间､牧草地､墙头甚至是石缝里均能生长｡由于其茎秆下部也能产生气生根,当在被砍伐或焚烧后,过一段时间又能从根茎部位再生新枝,是一种非常顽固的恶性杂草｡1.2 紫茎泽兰的化学成分紫茎泽兰是一种有毒害性的杂草,目前已有众多研究者从紫茎泽兰根､茎､叶､花的脂溶性提取物中,共分离鉴定了100余种化合物｡从紫茎泽兰根提取物中分离出6种化合物､茎提取物中分离出23种化合物､叶提取物中分离出12种化合物､花提取物中分离出12种化合物｡另外,从紫茎泽兰叶的精油中分离出78种化合物,从花的精油中分离出64种化合物｡这些化合物的化学成分主要有:蛋白质､糖､有机酸､紫穗槐烯､单萜类､单萜､倍半萜类､三萜类､油脂､甾体､黄酮类､对-聚伞花素､苯丙素类及各类衍生物等[8-18]｡2 紫茎泽兰资源化利用紫茎泽兰虽然具有很强的生态破坏性,但是其在我国分布面积较大,数量众多,因此,在探寻紫茎泽兰的防治措施的同时,可对其进行有效的资源化处理,这样既能减少处理的成本,又可达到变废为宝､化害为利的目的｡2.1 紫茎泽兰制备活性炭紫茎泽兰植物体结构疏松,组分与木屑相似,以紫茎泽兰为原料制备活性炭产品,资源丰富,技术简单,价格低廉,可替代木质和煤质活性炭,这样不仅可以解决该种杂草对当地林业环境的危害,又能用于水质净化等环境保护方面,还可增加明显的经济效益,实现“以害制废,变害为宝”｡夏洪应等[19]以紫茎泽兰为原料,碳酸钾为活化剂,采用超声波浸渍,微波辐射法制备活性炭｡试验研究得到的此优化工艺条件:超声波浸渍20 min､120 ℃脱水2 h,微波功率700 W､微波辐射12 min､剂料比1.25∶1,制备的活性炭碘吸附值为1 470.27 mg/g,得率为16.35%,活性炭的吸附指标超过了国标GB/T 13803.1-1999和GB/T 13803.2-1999中一级品的标准｡吴春华等[20]采用微波辐照氯化锌法制取紫茎泽兰活性炭｡试验表明,微波功率800 W,辐照时间12 min,氯化锌质量分数50%｡在最佳工艺条件下制备的活性炭的得率为33.8%,碘吸附值为961 mg/g,其性能达到国家木质净水用活性炭一级品的要求｡此外,孙康等[21]以紫茎泽兰为原料,采用磷酸活化法制备粉状活性炭,并着重研究其吸附性能及微观结构｡结果表明,当磷酸与紫茎泽兰比为2∶1时制得的活性炭性质最优,碘吸附值为 1 056 mg/g,焦糖脱色率大于100%,灰分 1.2%,得率为40.2%,对发酵液的脱色效果很好,优于市售的脱色用粉状活性炭｡并且制得的活性炭样品的孔径分布宽,微孔及中孔均很发达,BET比表面积为1 767.9 m2/g,总孔容积为2.261 cm3/g｡2.2 紫茎泽兰制备饲料据研究发现,紫茎泽兰中蛋白质含量为20%,含有16种氨基酸,其中8种动物生长必需的氨基酸含量都较高,并且每公顷紫茎泽兰鲜草产量达45 t以上,其干物质能量为17.22 MJ/kg,是一种理想的饲料资源[22]｡周自玮等[23]采用山羊为试验对象,对脱毒紫茎泽兰和未脱毒紫茎泽兰在饲料中添加不同比例饲喂反刍动物的饲用价值p 2.3 紫茎泽兰提取物的杀虫作用紫茎泽兰除作为饲料以外,通过对其植物体内化学物质的提取,发现某些化学物质还具有杀虫作用｡张其红等[25]对紫茎泽兰的氯仿提取物在室内对棉蚜､麦蚜､烟蚜､果树蚜､蔬菜蚜进行了杀虫效果测定,结果显示,在2 000倍稀释度下,灭蚜活性大于95%｡李云寿等[26]通过从紫茎泽兰精油中析出的提取物,对米象､玉米象､绿豆象和蚕豆象等4种储粮害虫进行了杀虫活性研究｡结果显示,用44 mg/L的浓度熏蒸处理48 h后,每种成虫死亡率均达100%｡马安勤等[27]研究发现,紫茎泽兰甲醇提取物对胡萝卜蚜有一定的毒杀活性｡杨婕等[11]通过研究发现,紫茎泽兰的叶和根的石油醚提取物能有效毒杀线虫,并且还发现两者活性基本相同｡在国外,DEY S等[28]研究发现了紫茎泽兰叶提取物含有能使桃蚜､萝卜蚜感觉器官发生病变的毒害神经化学成分｡2.4 紫茎泽兰提取物的抑菌作用紫茎泽兰中所含有的β-蒎烯､柠檬烯､百里香酚､对-聚伞型花素､单萜类､倍半萜类､植物甾体类化合物等具有抗菌､消炎､抗病毒活性[29]｡梁晓华等[30]采用纸片琼脂扩散法､平板培养基连续稀释法对紫茎泽兰石油醚提取物进行了抑菌试验｡结果表明,紫茎泽兰提取液对供试金黄色葡萄球菌､大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的生长均有一定程度的抑制作用｡张培花等[31]报道紫茎泽兰石油醚提取物对马铃薯晚疫病菌的菌丝生长具有很好的抑制作用｡赵平等[32]研究发现,紫茎泽兰花､叶浸泡液对马圆线虫卵孵化有抑制作用,并可作为马粪中马圆线虫幼虫的防治药剂｡张妙直等[33]报道了紫茎泽兰6种有机溶剂提取物对棉花枯萎病原菌､辣椒疫霉病原菌､苹果腐烂病原菌和水稻稻瘟病原菌的抑菌试验,结果发现紫茎泽兰乙醇提取物在浓度为100 mg/mL时对4种真菌的抑制率均达到100%｡2.5 其他研究紫茎泽兰作为我国一个重要的外来入侵植物,国内外学者对紫茎泽兰资源化处理方法进行了多种方向的研究｡查友贵等[34]对紫茎泽兰的除草活性进行系统研究,结果显示,紫茎泽兰提取物具有较强的除草活性,且具有较好的热稳定性和对水的稳定性｡刘燕萍等[35]研究发现,紫茎泽兰乙醇提取物对二斑叶螨和柑橘全爪螨有很好的触杀活性和一定的拒食活性,并对二斑叶螨的卵具有较好的触杀作用｡杨永红等[36]成功研究出紫茎泽兰微生物发酵生产木糖醇的工艺｡杨亚峰[37]通过对紫茎泽兰中密度纤维板的生产工艺参数和物理力学性能及其影响因素的研究表明,实验条件下制造的紫茎泽兰中密度纤维板,其MOR､MOE和IB 3项性能指标均能达到国家标准室内型中密度纤维板的要求｡3 展望紫茎泽兰虽然是对我国生物多样性和生物安全造成严重危害的外来入侵杂草,但是到目前尚没有可以大规模治理的方法,所以对紫茎泽兰资源化处理仍是今后研究的重要方向｡目前的研究表明,紫茎泽兰明显能在制备活性炭､饲料､杀虫､拒食､抑菌等方面起到积极的作用｡这样为紫茎泽兰的有效控制和利用开辟了新途径,真正使得紫茎泽兰得到资源化利用,可实现生态环境保护和经济效益的双重收益｡不仅如此,紫茎泽兰的成功资源化利用,也为我国对其他外来入侵植物的防治提供了一条变害为宝的新思路｡参考文献:[1] 强胜.世界性恶性杂草——紫茎泽兰研究的历史及现状[J]. 武汉植物学研究,1998,16(4):366-372.[2] WANG R,WANG Y Z.Invasion dynamics and potential spread of the invasive alien plant species Ageratina adenophora(Asteraceae)in China[J]. Diversity and Distributions,2006,12(4):397-408.[3] 叶喜. 我国紫茎泽兰的危害及其利用研究现状[J].西南林学院学报,2003,23(4):75-78.[4] 李渊博,徐晗,石雷,等. 紫茎泽兰对五种苦苣苔科植物化感作用的初步研究[J].生物多样性,2007,15(5):486-491.[5] 陈军,权文婷,周冠华,等. 外来物种紫茎泽兰光谱特征[J].光谱学与光谱分析,2010,30(7):1853-1857.[6] 王银朝,赵宝玉,樊泽锋,等.紫茎泽兰及其危害研究进展[J]. 动物医学进展,2005,26(5):45-48.[7] 高志勇,郭秦岭,孙强. 紫茎泽兰研究概况[J].陕西师范大学学报(自然科学版),2005,33(增刊):94-97.[8] 丁智慧,郭玉彬,丁靖垲. 紫茎泽兰花的化学成分[J]. 云南植物研究,1999,21(4):505-511.[9] 杨铁耀,杨海恩,葛发欢. 紫茎泽兰挥发性成分分析[J]. 中药材,1999,22(8):407.[10] 任杰,刘洪位,郭莉,等. 紫茎泽兰化学成分初步研究[J]. 广州化工,2011,39(15):123-124.[11] 杨婕,曹坳程,周东星,等.紫茎泽兰脂溶性化学成分的研究[J]. 中草药,2006,37(1):30-31.[12] HE L,YANG J,CAO A C,et al. A new Sequiterpenoid from Eupatorium adenophorum spreng[J].Chinese Journal of Chemistry,2006,24(10):1375-1377. [13] 闫乾胜,杨婕,李华民,等.入侵物种紫茎泽兰化学成分及生物活性研究进展[J].北京师范大学学报(自然科学版),2006,42(1):70-73.[14] ZHAO X,ZHENG G W,NIU X M,et al.Terpenes from Eupatorium adenophorum and their allelopathic effects on Arabidopsis seeds germination[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2009,57(2):478-482. [15] SHEN Y X,LIU W Y,BASKIN J M,et al.Persistent soil seed banks of the globally significant invasive species,Eupatorium adenophorum in Yunnan Province,south—western China[J].Seed Science Research,2006,16(2):157-162. [16] ZAKARIA E A.The inhibitory action of aqueous garlic extract on the growth of certain pathogenic bacteria[J].European Food Research and Technology,2004,218(5):460-464.[17] SOMCHIT M N,REEZAL I,ELYSHA N I,et a1.In vitro antimicrobial activity of ethanol and water extracts of Cassia alata[J].Journal of Ethnopharmacology,2003,84(1):1-4.[18] 李永明,李正跃,叶敏. 紫茎泽兰不同部位的化学成分及其生物活性[J].云南农业大学学报,2008,23(1):42-46,72.[19] 夏洪应,彭金辉,杨坤彬,等. 微波辐射紫茎泽兰制备优质活性炭的研究[J].离子交换与吸附,2008,24(1):16-24.[20] 吴春华,秦永剑,张加研,等.微波辐照紫茎泽兰秆制取活性炭[J].福建农林大学学报(自然科学版),2009,38(4):428-430.[21] 孙康,蒋剑春,李静,等.紫茎泽兰制备活性炭及其性质[J].林业科学,2010,46(3):178-182.[22] 韩龙,唐华,郭芸江.紫茎泽兰作为饲料原料的研究进展[J].江西饲料,2010(1):22-24.[23] 周自玮,段新慧,徐驰.紫茎泽兰作为反刍动物饲料的研究[J].草业与畜牧,2007(10):41-45.[24] 张无敌,江蕴华,赵凡,等. 亚热带恶性杂草——紫茎泽兰脱毒处理饲养肉鸡的研究[J].草与畜杂志,1992(2):13-15.[25] 张其红,侯太平,侯若彤,等.对紫茎泽兰中灭蚜活性物质的初步研究[J].四川大学学报(自然科学版),2000,37(3):481-484.[26] 李云寿,邹华英,汪禄祥,等. 紫茎泽兰提取物对四种储粮害虫的杀虫活性[J]. 昆虫知识,2001,38(3):214-216.[27] 马安勤,钟国华,胡英明,等. 骆驼蓬等植物提取物杀虫活性研究[J]. 华南农业大学学报,2003,24(1):38-41.[28] DEY S,SINHA B,KALITA J. Effect of Eupatorium adenophorum Spreng leaf extracts on the mustard aphid, Lipaphis Erysimi Kalt:a scanning electron microscope study[J]. Microscopy Research and Technique,2005,66(1):31-36.[29] 谭仁祥. 植物成分功能[M]. 北京:科学出版社,2003.[30] 梁晓华,梁晓东,徐成东,等.紫茎泽兰提取液的抑菌活性研究[J]. 甘肃农业大学学报,2010,45(4):116-118.[31] 张培花,罗文富,杨艳丽. 紫茎泽兰汁液及其萃取物对马铃薯晚疫病菌的抑制作用[J]. 西南农业学报,2006,19(2):246-250.[32] 赵平,王荣琼,杨晓乾,等. 恒温条件下紫茎泽兰花､叶提取液对马圆线虫虫卵的孵化试验[J].山东畜牧兽医,2010,31(11):2-3.[33] 张妙直,田兆丰,刘佳磊,等. 紫茎泽兰提取物对几种植物病原真菌的抑制作用[J]. 安徽农业科学,2010,38(12):6090-6091,6105.[34] 查友贵,杨娟娟,王斌,等.紫茎泽兰提取物的除草活性研究[J]. 安徽农业科学,2010,38(7):3528-3530.[35] 刘燕萍,高平,潘为高,等. 紫茎泽兰等几种植物提取物对两种农业害螨的毒力作用研究[J]. 四川大学学报(自然科学版),2004,41(1):212-215.[36] 杨永红,李国权.紫茎泽兰微生物发酵生产木糖醇的工艺[J].植物资源与环境,1999,8(1):61-62.[37] 杨亚峰.紫茎泽兰制造中密度纤维板的研究[J].中国人造板,2006(10):13-16.。