福寿螺(Pomacea canaliculata Lamarck) 是对农业生产造成严重危害的入侵水生动物，嗜食水稻幼茎、叶和有效分蘖，造成缺株少苗，给水稻生产造成重大损失^{[1, 2, 3]}。目前，福寿螺防治主要采用化学措施，对稻田生态环境危害严重，由于化学杀螺剂的长期使用，在一些地区福寿螺已产生了抗药性，防治难度和成本加大^{[4, 5]}。为了克服化学防治福寿螺的不足，国内外对非化学方法防治福寿螺进行了一些研究^{[4, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]}。五爪金龙(Ipomoea cairica)是华南地区危害自然和人工生态系统较严重的入侵植物^[13]。前期研究表明五爪金龙植株对福寿螺具有毒杀作用^{[4, 14]}，文献报道五爪金龙植株含有香豆素类次生物质伞形花内酯(UMB)和东莨菪亭内酯(SCO)^[15]，同时也有研究表明香豆素类物质对血吸虫寄主钉螺有毒杀作用^[16]。本研究在前期研究的基础上，研究五爪金龙植株中伞形花内酯和东莨菪亭内酯含量的变化规律，分析这两种次生物质对福寿螺的毒杀效果，并对这两种物质在土壤中的降解速度，以及这两种物质对水稻和稗草苗可能的影响做了研究。旨在为利用五爪金龙植株在稻田防治福寿螺提供依据，也为其资源化利用提供参考。

福寿螺(Pomacea canaliculata，英文名：Golden Apple Snail，本文简称：GAS)采集于华南农业大学农场水沟中，分选出厣高为12—24 mm福寿螺(前期实验表明，这种大小的福寿螺对抗五爪金龙的毒性的能力最强)。用自来水将收集的福寿螺冲净泥土后，放入盛有去离子水的容器中，禁食24 h挑选出活动正常的福寿螺供试验使用。收集区域经咨询农场管理人员，在收集前30天内没有采用化学防控措施。

在华南农业大学校园路边采集生长良好的五爪金龙。选取5 m×5 m的样地,分别于2011年4月15日(春季)、 2011年7月13日(夏季)、2011年10月20日 (秋季)和2012年1月22日(冬季) 采集株样本，室内将样品整理为花、幼茎(茎浅黄色段，约6—10 cm)、茎(幼茎以下至木质化段，深绿色段，约8—25 cm)、幼叶(茎尖段叶片)、成叶(茎上叶片)五部分。样品于室内通风阴凉处风干12 h后经80 ℃恒温干燥至恒重备用。

(1)色谱条件

高效液相色谱(岛津HPLC-20A)。色谱柱：Zorbas SB-C18；流动相为甲醇 ∶ 水(60 ∶ 40)，检测波长λ=345 nm；流速为0.6 mL/min。

(2)标准曲线

UMB和SCO纯品均配成5、10、20、40、80和160 μg/mL的标准溶液系列，0.45 μm膜过滤，10 μL进样3次，测定。UMB出峰时间为13.4 min，SCO出峰时间为12.34 min。以分3次峰面积的平均值对浓度得标准曲线。UMB标准曲线A_umb=1.96×10⁴+1.29×10⁴C，r²=0.9999；SCO标准曲线A_SCO=4.22×10⁴+1.5×10⁴C，r²=0.9999。 A为峰面积积分值，C为进样浓度(μg/10μL)。UMB和SCO均购自Alfa Aesar，纯度≥98%。

(3) 五爪金龙UMB和SCO含量分析溶液的制备和测定

将干燥的五爪金龙不同器官样品分别研磨成粉末，称取1.00 g置于100 mL三角瓶中，加入石油醚40 mL，提取6次，每次4 h(55 ℃水浴)。过滤，在65 ℃下将石油醚蒸干，残渣用色谱纯(甲醇)溶解并定容于5 mL容量瓶中，摇匀，过夜。次日取上清液过0.45 μm滤膜入样品瓶，按1.2.1.1条件进行测定。根据标准曲线和样品浓度体积比计算五爪金龙不同器官单位干物质中UMB和SCO的含量。

在800 mL烧杯中分别加入600 mL浓度为C0为50 μg/mL，C1 100 μg/mL，C2 200 μg/mL，C3 400 μg/mL的UMB和SCO溶液(UMB和SCO均为微溶于水的化合物，C3浓度时已悬浮状态)，以及相同浓度的UMB和SCO混合溶液，放入15只1.1.1处理的福寿螺，3个重复，观察福寿螺死亡时间和死亡数量，去离子水中放入福寿螺为对照。

福寿螺死亡鉴定标准：按文献方法^[17]，每隔12 h后取出疑似死螺，放入蒸馏水中，浮于水面或悬浮于水中对接触刺激无反应，或者30 min内不能开厣活动的为死螺，沉于水底壳肉分离的也为死螺；沉于水底开厣活动的为活螺。

挑选颗粒饱满，大小一致的水稻种子(为杂交组合天优998)和稗草(Echinochloa crusgalli)种子(收集于稻田)用去离子水浸泡12 h，培养箱内30 ℃下催芽48 h。然后将种子置于垫有3层滤纸的培养皿(Φ 15 mm)中。每个培养皿放置水稻种子30粒，放置100粒稗草种子，分别加入C0，C1，C2，C3的UMB溶液、SCO溶液以及UMB+SCO的溶液5 mL，保持湿润，去离子水处理为对照，每处理3个重复。光照培养箱(25±1 ℃)培养10 d(12 h光照，12 h黑暗，光强为400 μmol · m^-2 · s^-1)分别测量水稻和稗草的株高、根长、鲜重、干重。

取24个50 mL烧杯，每个烧杯中分别加入10 g风干水稻土并加10 mL去离子水，再分别加入浓度为200 μg/mL的UMB和SCO溶液1 mL，相当于初始土壤中UMB和SCO的含量均为20 μg/g土壤,放置于室内，温度变幅为25—30 ℃下降解。分别于1、3、5、10d后分别随机选取加有UMB和SCO溶液的3个烧杯中的土壤。参照文献^[18]方法，每个烧杯中的水稻土分别加入甲醇50 mL提取，反复5次，合并提取液，过滤后浓缩至干，加1 mL液相色谱纯(甲醇)定量溶解，过0.45 μm过滤膜。按(3)中方法测定UMB和SCO在土壤中的残存量。

数据整理、绘图采用EXCEL 2010，数据分析采用Origin 7.5进行显著性分析。

图 1显示五爪金龙植株中UMB和SCO含量因季节、器官不同有差异。其中SCO的含量高于UMB，两者含量均是夏季最高，春季次之，秋冬季含量较低。SCO在夏季和春季所测器官中均能检测到，夏季是茎中含量高，达6 μg/g，春季则成熟叶片中含量较高，达1.6 μg/g；SCO秋季在幼茎中有较低的含量，为0.035 μg/g，冬季在幼叶中含量较高，达2.6 μg/g。

图 1 不同季节五爪金龙不同器官中UMB和SCO的含量 Fig. 1 Contents of UMB and SCO in different organs of I. cairica in different seasons

图选项

UMB在春季幼叶、夏季花中、秋季茎和冬季幼茎中含量较多，但这些器官的生物量占五爪金龙植株总生物量的比例较低，而SCO在茎和成熟叶片中含量较多，这些器官在五爪金龙的植株中占总生物量的比例较高，因此，UMB在五爪金龙中含量低于SCO。

图 2表明，UMB和SCO对福寿螺的毒杀效果与浓度有关，浓度大毒杀福寿螺效果强。C0浓度60 h内UMB和SCO对福寿螺均没有毒杀效果。C1浓度下两物质在60 h内虽对福寿螺致死率仍为零，但在实验中发现，部分福寿螺在此浓度下表现出逃逸的倾向，部分闭厣并减少活动。C2，C3浓度下12 h内均有福寿螺出现死亡，随着时间的增加死亡率也随之增加。C3浓度下60 h时，UMB和SCO毒杀福寿螺的死亡率分别为89%和82%，这也表明相同浓度SCO溶液对福寿螺的毒杀效果小于UMB溶液。

图 2 UMB和SCO对福寿螺毒杀效果 Fig. 2 Toxic effects of UMB and SCO on GAS 图中直线代表平均值±标准差，不同字母表示相同处理间差异达0.05显著水平; CK: 0 μg/mL，C0：50 μg/mL, C1：100 μg/mL，C2：200 μg/mL，C3：400 μg/mL

图选项

UMB和SCO混合后毒杀福寿螺的效果比任一单个物质的效果要强。在C1浓度下虽然UMB和SCO任一物质均对福寿螺没有致死效果，但在两者的混合溶液处理24 h后，福寿螺的死亡率为5%，60 h后，可达40%。C2浓度下处理48 h后，福寿螺的死亡率达100%，而C2浓度下UMB和SCO分别处理后的死亡率分别为63%和25%，显示两个物质混合后的毒杀福寿螺的效果不是简单的加和效应，而是比任一单独溶液的效果好。

图 3表明：UMB和SCO浓度不同对水稻的苗高和根长的影响也有差异。UMB在C0、C1、C2浓度时对水稻苗高均有促进作用，C1时促进作用最强，C2促进作用开始减弱，C3时对水稻苗高有显著的抑制作用(P<0.05)，与对照相比相差15.9 mm。SCO在C0，C1，和C2浓度时对水稻苗高有促进，并且随着浓度的增加，促进作用增强，但C3浓度时的促进作用下降，因此，在相同浓度下SCO的促进作用较UMB要强。UMB和SCO混合溶液在C0，C1浓度时对水稻苗高的促进作用比单一物质相同浓度时的促进作用要强，但C2浓度时已较单一物质相同浓度下的促进作用要弱，C3浓度时表现出抑制作用。

图 3 UMB和SCO对水稻苗高和根长的影响 Fig. 3 Effects of UMB and SCO on the growth of rice seedling A：UMB对水稻苗高的影响，B：SCO对水稻苗高的影响,C: UMB和SCO混合液对水稻苗高的影响，D： UMB对水稻根长的影响，E：SCO对水稻根长的影响，F：UMB和SCO混合液对水稻根长的影响

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UMB在C0和C1浓度时对水稻苗根长表现为促进作用，C2时与对照相近，C3时有显著的抑制作用(P<0.05),比对照根长短41.3 mm。SCO促进作用较UMB略强，在C2时仍有显著的促进作用(P<0.05)，比对照长了13.7 mm，但C3浓度下却有一定的抑制作用，比对照短了4.87 mm。UMB和SCO混合溶液在C0，C1，C2浓度时对水稻苗的根长促进作用和单一物质相同浓度时的促进作用相近，C3浓度时表现出抑制作用。UMB和SCO混合溶解的作用效果及其随浓度变化的规律与SCO溶液相近。

图 4显示，UMB和SCO对水稻苗鲜重和干重的影响与其对苗高和根长的影响相似。UMB在C0、C1、C2浓度时对水稻苗鲜重有促进作用，C3浓度时有抑制作用，SCO的促进作用较UMB要强。UMB和SCO混合后，C0，C1时较单一物质相同浓度时的促进作用要强，但C2，C3时促进作用下降。UMB和SCO对水稻苗干重的影响与其对水稻苗鲜重的影响相似。

图 4 UMB和SCO对水稻苗鲜重和干重的影响 Fig. 4 Effects of UMB and SCO on fresh weight and dry weight of rice seedling A：UMB 对水稻鲜重的影响，B：SCO对水稻鲜重的影响,C: UMB和SCO混合液对水稻鲜重的影响，D： UMB对水稻干重的影响，E：SCO对水稻干重的影响，F：UMB和SCO混合液对水稻干重的影响

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图 5显示UMB在C0和C1浓度时对稗草苗高的促进作用较大，C2时促进作用减弱，C3浓度时表现为显著的抑制作用(P<0.05)，比对照短30.0 mm。SCO则均表现为促进作用，且促进苗高的幅度较相同浓度的UMB为大，在C2时促进效果最强(P<0.05)，比对照高出118 mm，C3浓度时促进作用下降，但仍比对照高75.5 mm。UMB和SCO混合溶液在C0，C1浓度时比任一单一物质相同浓度下的促进作用要大，但在C2，C3浓度时，比SCO相同浓度的促进作用要小，这可能与UMB在C3浓度下的抑制作用有关。UMB和SCO对稗草根长的影响与其对稗草苗高的影响趋势一致。

图 5 UMB和SCO溶液对稗草苗高根长的影响 Fig. 5 Effects of UMB and SCO on seedling growth of barnyard grass A：UMB 对稗草苗高的影响，B：SCO对稗草苗高的影响,C: UMB和SCO混合液对稗草苗高的影响，D：UMB对稗草根长的影响，E：SCO对稗草根长的影响，F：UMB和SCO混合液对稗草根长的影响

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图 6显示，UMB在C0浓度时对稗草鲜重有促进作用，C1，C2，C3浓度时抑制作用随浓度增加而增加。SCO的促进作用较强，C2时促进作用最大，C3促进作用有所下降。 UMB和SCO混合后，C0，C1，C2较SCO促进作用相同浓度时要强，C3时较SCO同浓度下要弱。UMB和SCO对稗草干重的影响与其对稗草鲜重的影响相似。

图 6 UMB和SCO溶液对稗草苗鲜重和干重的影响 Fig. 6 Effects of UMB and SCO on seedling growth of barnyard grass A：UMB 对稗草苗鲜重的影响，B：SCO对稗草苗鲜重的影响,C: UMB和SCO混合液对稗草苗鲜重的影响，D： UMB对稗草苗干重的影响，E：SCO对稗草苗干重的影响，F：UMB和SCO混合液对稗草苗干重的影响

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图 7表明，UMB和SCO常温下在土壤中降解较快。SCO降解的速度比UMB要快。1 d后两物质均降解超过一半。10 d后在土壤中基本检测不到。

图 7 UMB和SCO在土壤中含量随时间的变化 Fig. 7 Concentrations of UMB and SCO in the soil with time

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前期研究证实，五爪金龙对入侵动物福寿螺有毒杀作用^{[4, 14]}。因此，采集五爪金龙植株施放到稻田防治福寿螺取食水稻苗，以害治害，既可降低五爪金龙对生态环境的破坏，亦可防治福寿螺对水稻生长的影响，亦可以减少稻田杀螺化学农药的使用。本研究表明：五爪金龙植株中香豆素类次生物质UMB和SCO具有毒杀福寿螺的活性(图 2)。五爪金龙中UMB和SCO在不同器官中含量有差异，叶片、茎、花等器官中均有分布，且这些器官组织均没有木质化，施入田间易于分解，因此，可直接施放到田间不会对田间管理带来不利的影响。一方面五爪金龙植株中的次生物质UMB和SCO在夏季含量高，生物量大，资源丰富；另一方面，由于福寿螺来源于热带，夏季温度高，水分多，福寿螺生长快、取食能力强，对华南晚季稻苗的破坏也严重。因此，五爪金龙生物量高峰期，UMB和SCO高含量期与福寿螺危害严重发生期具有同步性，这对利用五爪金龙防治稻田福寿螺危害水稻苗是有利的。

香豆素类化合物，在植物体内是次生代谢产物，主要存在于伞形科、菊科、蝶形花科、莤微科、芸香科、虎耳草科和茄科植物中^[19]。它们的功能大多和防御有关，例如抗微生物、阻食、紫外线屏蔽、抑制种子的发芽等^[20]。图 1表明，夏季五爪金龙植株中UMB和SCO的含量较最高，这可能与夏季光热条件充足，植株生长旺盛有关。夏季含量高，在植株中分布广也可能与夏季微生物、取食昆虫等种类多，数量大，需要防御的物质较多有关。而秋冬季，温度低，生长慢，光合产物相对较少，另一方面，病原微生物和取食昆虫也相对较少。因此，秋冬季作为防御物质的UMB和SCO主要分布在易受伤害的幼叶和幼茎等器官中。

研究表明香豆素类化合物具有杀虫、抑菌、抗病等功能^{[21, 22, 23]}。例如张国洲等报道UMB对菜粉蝶5龄幼虫具有较强的拒食和致死的生物活性^[24]；SCO在较高浓度下引起细胞膜完整性缺失和细胞凋亡^[25]；SCO有神经毒性^[26]。但对水生动物的影响没有报道，本研究首次确定了五爪金龙中含有的香豆素UMB和SCO对水生入侵动物福寿螺也有较强的毒杀活性(图 2)。

报道显示香豆素类化合物还具有化感功能^[27]，对青藏高原主要杂草箭叶橐吾种子^[28]、水稻苗^[29]、大麦^[30]、胡萝卜^[31]等植物均具有化感作用。已有研究结果表明，五爪金龙提取物对植物的化感作用均表现出低浓度促进，高浓度抑制植物生长的特征。这与本研究结果吻合(图 3—图 6)。另外，由于含有香豆素的植物资源较丰富，表明有较多植物资源可以有于控制福寿螺。

本研究进一步表明：五爪金龙中对水稻和稗草起作用的化感物质包括UMB和SCO两种香豆素，在对水稻和稗草起促进作用的C2浓度时，即可对福寿螺产生致死的效果。因此，在稻田施用五爪金龙植物控制福寿螺，只要施用量得当，会起到控螺，促进水稻生长的良好效果。虽然，较高浓度的UMB和SCO对稗草有抑制作用，但由于在此浓度下对水稻苗的生长也有抑制作用,而稗草和水稻总是伴生生长的，因此，稻田施放较大量的五爪金龙，发挥UMB和SCO控制稗草的作用也会影响水稻的生长,可见利用五爪金龙的化感作用控制稻田稗草在生产上是不可取的。

虽然UMB和SCO都对福寿螺、水稻和稗草具有活性，但本研究表明，UMB对福寿螺的毒杀活性比SCO强，而SCO对水稻和稗草的化感活性强，UMB和SCO的主要生态功能是有差异的。五爪金龙同时含有UMB和SCO，这显示，在五爪金龙植株中既可同时获取具有控制福寿螺的植物源农药和促进作物生长的化感物质，也可以将五爪金龙植株中UMB和SCO分离出来，分别获取控制福寿螺和促进作物生长的物质，因此，入侵植物五爪金龙是可以资源化利用的。又由于夏季五爪金龙植株中UMB和SCO含量高，实际上夏季其生物量也很大(图 1)，生长快，因此资源是丰富的，不会出现资源不足。由于UMB和SCO在土壤中降解速度快，在10 d内UMB和SCO基本降解完全(图 7)，因此，不会在土壤中发生富积，不会对农田土壤环境产生不利影响。

以上分析表明：入侵植物五爪金龙中的香豆素类化合物UMB和SCO在C2浓度下具有毒杀福寿螺和促进水稻生长的效果；UMB和SCO在土壤中降解快，不会形成富积，所以不会对环境产生危害；同时，入侵植物五爪金龙分布广泛，危害严重，其资源化利用对减轻其对环境的危害也有贡献。进一步，可以通过田间试验构建UMB和SCO对福寿螺、水稻、稗草的致死、抑制作用的最优方程，找出对福寿螺致死率高、对水稻有促进、对稗草有抑制作用的最佳浓度。

UMB和SCO合成并不困难，表明对香豆素的结构改造有可获得高效、无残留或低残留的杀螺剂的潜力，值得进一步的探讨。应当指出，本研究报道了五爪金龙植株中UMB和SCO两种次生物质对福寿螺、水稻和稗草的效应，但五爪金龙中的次生物质种类远不只这两种，各种次生物质的生物活性也是多种多样的，五爪金龙中次生物质的种类、生态功能值得进一步深入研究。