化学除草是实现农业现代化的重要标志,是保证粮食安全的迫切需求。然而,除草剂是一把“双刃剑”,使用不当或不利气候条件,易造成作物药害,使用安全剂是解决这一问题最为直接有效的方法。目前所有商品化安全剂都是化学合成,而且应用于水田保护水稻作物的安全剂很少。化学合成的安全剂在合成和使用过程中不可避免的会带来新的潜在环境污染风险,因此,寻求新的高效环境友好型安全剂成了除草剂领域中的当务之急,植物源安全剂正具备这些特质。本课题组经过10多年的植物源安全剂的探索积累,最新发现花椒提取物能够使水稻幼苗免遭精异丙甲草胺(S-metolachlor)药害的作用。因此,作者开展系列相关工作,旨在从新的视角阐明山椒素类物质的全新功能以及对水稻幼苗安全化作用机理,对发现高效、低毒/无毒的除草剂以及植物源安全剂具有重要的理论和现实指导意义。1.山椒素类物质的制备以及定性与定量分析运用CO2超临界萃取技术从花椒果实中成功提取了其中的山椒素类物质,提取效率达10.87%。然后用冷热石油醚对提取的花椒油树脂进行精制处理。精制后物质经HPLC分析,结果表明共有三个组分,其中两个组分占90%以上。进一步经UPLC-MS鉴定,包括各种异构体在内共有11种物质,即：羟基-α/β/ε-山椒素(70.06%)、γ-山椒素(10.54%)、羟基-γ-山椒素(9.60%)、2’,3’-二羟基-α/β-山椒素(4.65%)、α/β/ε-山椒素(2.13%)以及脱氢-Y-山椒素(3.02%)。2.山椒素类物质和花椒油树脂对精异丙甲草胺处理水稻的解毒效果基于精异丙甲草胺对水稻幼苗的IC50值,分别用0.25μM和0.31m·kg-1为琼脂法和土培盆栽法水稻幼苗处理浓度,研究山椒素类物质对水稻幼苗的解毒效果。株高恢复效果表明,山椒素类物质对水稻幼苗最佳恢复效果的浓度在琼脂法和土培盆栽法中分别为1.0mg·L-1和5.0mg·kg-1。田间小区试验水稻移栽后3d处理,处理后30d内定点定株调查株高和分蘖数4次；收割时调查株高以及主要经济性状指标；最后对稻米品质进行全项检测。结果表明,营养生长前期,精异丙甲草胺对水稻幼苗的株高和分蘖数均有较大影响,但随着时间的推移,有自我恢复迹象；而经花椒油树脂处理过的水稻幼苗则受到很好保护,尤其是高剂量处理组几乎接近空白对照组。主要经济性状指标统计结果表明,精异丙甲草胺主要影响水稻有效穗数、结实率以及实际产量,经花椒油树脂处理的水稻这些指标影响较小,与空白对照相比没有显著性差异；但是,精异丙甲草胺对水稻株高、千粒重、穗长以及稻米品质全项指标均没有显著性影响。所以,精异丙甲草胺对水稻造成的隐性药害不影响水稻稻米品质,但能导致水稻产量下降。3.山椒素类物质对水稻幼苗和除草效果的影响种子萌发试验结果表明,山椒素类物质浓度为1.5mg·L-1和0.15mg·L-1对萌发水稻胚芽有显著抑制作用,它们分别是空白对照组胚芽长的36.13%和56.44%；1.5mg·L-1对胚根的抑制最大,其次是0.15mg·L-1和0.015mg·L-1,它们之间存在极显著性差异,前者胚根平均长度是空白对照组的44.56%,后者胚根长度分别是空白对照组的69.01%和79.63%,其它处理组与空白组没有极显著性差异。山椒素类物质对水稻幼苗生长试验结果表明,1.5mg·L-1处理组明显抑制水稻幼苗的株高,与其它处理组相比存在极显著性差异；其它处理组间不存在显著性差异,且较对照组相比具有一定促进作用；山椒素类物质对水稻根长的影响相对复杂,1.5mg·L-1的浓度表现极显著性地抑制根长,0.015mg·L-1表现出极显著地促进根的生长。山椒素类物质对除草剂除草效果的影响,通过室内琼脂法培养观测和田间小区试验调查,结果表明,山椒素类物质不影响精异丙甲草胺对稗草的防控效果。4.山椒素类物质对水稻幼苗解毒机理研究分别以精异丙甲草胺IC50、山椒素类物质解毒最佳浓度及其组合处理琼脂法培养水稻幼苗。结果表明：山椒素类物质对药害水稻幼苗株高、根长、鲜重恢复率分别达到93%、97%和94%以上,出苗率也提高到80%以上；根系活力提高到空白对照组的87%以上；GST活力分别是阴性对照组的2倍和空白对照组的4倍；不同程度地提高了四个GST基因的相对表达量,与空白对照组相比,除草剂与安全剂组配处理组OsGSTU3和OsGSTU39分别提高了5.3倍和和8.3倍,与阴性对照组相比,分别提高了2.2倍和0.3倍,由此推断,在这些解毒基因中,OsGSTU3扮演着更主要的解毒角色。总之,运用CO2超临界萃取方法从花椒果实有效提取了山椒素类物质,提取效率达1%以上；通过室内和田间小区试验证明山椒素类物质能够很好缓解精异丙甲草胺对水稻药害的效果,并且对除草剂除草效果没有影响。山椒素类物质通过激活GSTs编码基因增强其缓解精异丙甲草胺对水稻药害的作用,尤其是OsGSTU3。本研究对除草剂安全剂的作用机理和开发高效、低毒除草剂以及植物源安全剂具有重要的理论和现实指导意义。