Van de verschillende schadelijke factoren bij de groei van gewassen, is onkruid bijzonder schadelijk en veroorzaakt het meer oogstverliezen dan de gecombineerde verliezen veroorzaakt door plantenziekten en plagen wereldwijd. Als onkruid niet wordt bestreden, wordt ongeveer 33 procent -53 procent van het gewas vernietigd. Bij de grootschalige teelt van Chinese kruiden worden van oudsher chemische herbiciden gebruikt om onkruid te verwijderen. Hoewel chemische herbiciden de groei en ontwikkeling van onkruid beïnvloeden, hebben ze echter ook min of meer nadelige effecten op de Chinese kruiden zelf, wat uiteindelijk de opbrengst, kwaliteit en klinische werkzaamheid van de Chinese kruiden zal beïnvloeden. Daarnaast kan door langdurig gebruik van grote hoeveelheden herbiciden onkruid resistentie ontwikkelen, waardoor latere onkruidbestrijding moeilijker wordt. Chemosensibilisatie verwijst naar de gunstige en schadelijke effecten van secundaire metabolieten van planten, bacteriën, schimmels en algen op de groei en ontwikkeling van landbouw- en natuurlijke ecosysteemorganismen, die chemosensibilisatiestoffen worden genoemd. Het gebruik van chemogevoelige stoffen als van planten afgeleide herbiciden wordt een hot topic van onderzoek, omdat ze geen residuele of toxische effecten hebben.
Bijvoet is het gedroogde blad van Artemisia argyi Levl. en Vant. van de Asteraceae-familie, die het effect heeft van het opwarmen van de menstruatie en het stoppen van bloeden, het verspreiden van koude en het verlichten van pijn; het wordt uitwendig gebruikt om vocht te verdrijven en jeuk te verlichten. Al in de oude Chinese poëtische geschriften werd vermeld dat moxabladeren werden gebruikt om vuur op te wekken, en het eerste medische boek in China, de Yellow Emperor's Classic of Internal Medicine, beschreef het gebruik van moxabladeren voor moxibustietherapie. Moderne farmacologie heeft aangetoond dat bijvoetbladeren verschillende farmacologische effecten hebben, zoals antibacteriële, antivirale, hemostatische, antitumorale, hepatoprotectieve en choleretische, antioxidant, hoestonderdrukkende, pijnstillende en ontstekingsremmende, hypoglykemische en immunomodulerende, met fenolzuren, flavonoïden en sesquiterpenen als belangrijkste farmacologische componenten. Het team constateerde echter in het veld dat bijvoet een sterke concurrentie heeft om ecologische niches en een dominante gemeenschap is met weinig onkruiden in de omgeving en een lage biodiversiteit, wat suggereert dat bijvoet een sterker sensorisch biologisch en ecologisch effect kan hebben. Ondertussen werd in een eerder experiment met ecologische aanplant van Chinese kruiden, bijvoetpoeder ontworpen om te worden gebruikt als meststof voor chrysanthemum, echinacea en atractylodes, en bij toeval werd ontdekt dat de medium en hoge bijvoetpoederbehandelingen een significant remmend effect hadden op onkruid soort, aantal en biomassa op het gebied van chrysant, echinacea en atractylodes vergeleken met de blanco controle. De resultaten suggereren dat bijvoetbladeren significante herbicide effecten kunnen hebben en potentieel om te worden ontwikkeld als een van planten afgeleid herbicide, dus de herbicide effecten werden systematisch geëvalueerd en de materiële basis en het werkingsmechanisme werden onderzocht.
Voor het eerst ontdekte het team dat waterige extracten van bijvoetbladeren een sterke remmende werking hadden tegen de eenzaadlobbige onkruiden Setaria viridis en Echinochloa crusgalli, en de tweezaadlobbige onkruiden Portulaca oleracea en Amaranthus retroflexus. Met behulp van de herbicide activiteit als richtlijn en gecombineerd met LC-MS om gerichte scheiding uit te voeren, bleek de fenolzuurverbinding isochlorogeenzuur A de belangrijkste chemogevoelige werkzame stof in bijvoet te zijn en werd het gedetecteerd in de groeiende grond van bijvoet, wat aangeeft dat bijvoet kan de groei van onkruid remmen door het vrijkomen van isochlorogeenzuur A in het milieu. Tegelijkertijd werd het brede spectrum van onkruidremmende activiteit van isochlorogeen A bevestigd door de remming van onkruidgroei in zes verschillende families, wat aangeeft dat isochlorogeen A kan worden gebruikt als groen herbicide en ook stof tot nadenken en inspiratie kan bieden voor nieuwe herbiciden als pionierverbinding.
Fig. 1 Activiteitsgestuurde isolatie van chemogevoelige actieve stoffen uit waterige extracten van bijvoetbladeren
Figuur 2 Evaluatie van de breedspectrum herbicide activiteit van isochlorogeenzuur A
Fysiologische analyse toonde aan dat behandeling met isochlorogeenzuur A ervoor zorgde dat onkruidbladeren kreukelen, vergelen en afsterven. Lichtmicroscopie en transmissie-elektronenmicroscopie onthulden dat isochlorogeenzuur A krimp van bladepidermale cellen, vergrote bladader vasculaire omhulselcellen en verminderde interne chlorofyl veroorzaakte; celmembraan loste op en kwam los van de celwand en organellen vielen uiteen.
Het onderzoeksteam gebruikte RNA-seq om de veranderingen in transcriptniveaus van onkruiden na behandeling met isochlorogeenzuur A op te helderen. 716 genen werden differentieel tot expressie gebracht, waarvan 439 opwaarts gereguleerd en 277 neerwaarts gereguleerd waren. "KEGG-verrijkingsanalyse onthulde dat remming van de "diterpenoïde biosynthese"-route een belangrijk werkingsmechanisme is voor de herbicide activiteit van isochlorogeenzuur A, voornamelijk remming van onkruidgibberellines en fytoplankton. Dit werd geverifieerd door RT-qPCR en gibberelline-gehaltemetingen.
