Wśród różnych szkodliwych czynników wzrostu upraw, chwasty są szczególnie szkodliwe i powodują większe straty w plonach niż połączone straty spowodowane chorobami roślin i szkodnikami na całym świecie. Jeśli chwasty nie zostaną zwalczone, około 33 procent -53 procent upraw zostanie zniszczonych. Tradycyjnie w uprawie ziół chińskich na dużą skalę do usuwania chwastów stosowano chemiczne herbicydy. Jednakże, chociaż herbicydy chemiczne wpływają na wzrost i rozwój chwastów, mają również mniej lub bardziej niekorzystny wpływ na same zioła chińskie, co ostatecznie wpłynie na plon, jakość i skuteczność kliniczną chińskich ziół. Ponadto długotrwałe stosowanie dużych ilości herbicydów może spowodować, że chwasty rozwiną odporność, co utrudnia późniejsze zwalczanie chwastów. Chemosensybilizacja odnosi się do korzystnego i szkodliwego wpływu wtórnych metabolitów roślin, bakterii, grzybów i alg na wzrost i rozwój organizmów rolniczych i ekosystemów naturalnych, zwanych substancjami chemosensybilizowanymi. Stosowanie substancji chemowrażliwych jako herbicydów pochodzenia roślinnego staje się gorącym tematem badań, ponieważ nie mają one skutków rezydualnych ani toksycznych.
Bylica to suszony liść Artemisia argyi Levl. et Vanta. z rodziny Asteraceae, który działa rozgrzewająco na krwawienie miesiączkowe i hamując krwawienie, rozpraszając przeziębienie i łagodząc ból; jest stosowany zewnętrznie, aby rozproszyć wilgoć i złagodzić swędzenie. Już w starożytnych chińskich pismach poetyckich odnotowano, że liście moksy były używane do wywoływania ognia, a pierwsza książka medyczna w Chinach, Klasyka Medycyny Wewnętrznej Żółtego Cesarza, odnotowała użycie liści moksy do terapii moksowania. Współczesna farmakologia wykazała, że liście bylicy wykazują różne działanie farmakologiczne, takie jak działanie przeciwbakteryjne, przeciwwirusowe, hemostatyczne, przeciwnowotworowe, hepatoprotekcyjne i żółciopędne, przeciwutleniające, przeciwkaszlowe, przeciwbólowe i przeciwzapalne, hipoglikemiczne i immunomodulujące, przy czym głównymi składnikami są kwasy fenolowe, flawonoidy i seskwiterpeny składniki farmakologiczne. Jednak zespół zaobserwował w terenie, że bylica pospolita silnie konkuruje o nisze ekologiczne i jest zbiorowiskiem dominującym z niewielką liczbą otaczających chwastów i niską bioróżnorodnością, co sugeruje, że bylica może mieć bardziej nasilone działanie sensoryczne, biologiczne i ekologiczne. Tymczasem w poprzednim eksperymencie z ekologicznym sadzeniem ziół chińskich, proszek z bylicy został zaprojektowany do stosowania jako nawóz dla chryzantem, echinacei i atraktylodów, i przypadkowo stwierdzono, że zabiegi w proszku z bylicy średniej i wysokiej miały znaczący wpływ hamujący na chwasty. gatunków, liczebności i biomasy na polach chryzantemy, echinacei i atraktylodów w porównaniu z kontrolą ślepą. Wyniki sugerują, że liście bylicy mogą mieć znaczące działanie chwastobójcze i mogą być rozwijane jako herbicyd pochodzenia roślinnego, dlatego systematycznie oceniano jego działanie chwastobójcze oraz badano podstawy materiałowe i mechanizm działania.
Po raz pierwszy zespół odkrył, że wodne ekstrakty z liści bylicy wykazują silne działanie hamujące na chwasty jednoliścienne Setaria viridis i Echinochloa crusgalli oraz na chwasty dwuliścienne Portulaca oleracea i Amaranthus retroflexus. Stosując działanie chwastobójcze jako wskazówkę i w połączeniu z LC-MS w celu przeprowadzenia ukierunkowanej separacji, stwierdzono, że związek kwasu fenolowego, izochlorogenowy A, jest główną substancją aktywną chemicznie w bylicy i został wykryty w glebie rosnącej bylicy, co wskazuje, że bylica może hamować wzrost chwastów poprzez uwalnianie kwasu izochlorogenowego A do środowiska. Jednocześnie szerokie spektrum działania hamującego chwasty izochlorogenu A zostało potwierdzone przez hamowanie wzrostu chwastów w sześciu różnych rodzinach, co wskazuje, że izochlorogen A może być stosowany jako zielony herbicyd, a także może stanowić materiał do przemyśleń i inspiracji dla nowych herbicydy jako pionierski związek.
Rys. 1 Aktywna izolacja chemowrażliwych substancji czynnych z wodnych ekstraktów z liści bylicy
Rycina 2 Ocena działania chwastobójczego o szerokim spektrum działania kwasu izochlorogenowego A
Analiza fizjologiczna wykazała, że działanie kwasu izochlorogenowego A powodowało zgniatanie, żółknięcie i obumieranie liści chwastów. Mikroskopia świetlna i transmisyjna mikroskopia elektronowa ujawniły, że kwas izochlorogenowy A powodował kurczenie się komórek naskórka liścia, powiększenie komórek osłonki naczyń żylnych liścia i zmniejszenie poziomu chlorofilu wewnętrznego; błona komórkowa rozpuściła się i oderwała od ściany komórkowej, a organelle rozpadły się.
Zespół badawczy wykorzystał sekwencje RNA do wyjaśnienia zmian w poziomach transkrypcji chwastów po potraktowaniu kwasem izochlorogenowym A. 716 genów uległo zróżnicowanej ekspresji, z których 439 było regulowanych w górę, a 277 w dół. „Analiza wzbogacania KEGG wykazała, że hamowanie szlaku „biosyntezy diterpenoidów” jest ważnym mechanizmem działania chwastobójczego działania kwasu izochlorogenowego A, głównie hamowania giberelin chwastów i fitoplanktonu. Zostało to zweryfikowane przez pomiary zawartości RT-qPCR i giberelin.
