豚草的化感作用研究

本文研究了在我国东北地区广泛蔓延的菊科杂草－－豚草对大豆、玉米、小麦、水稻的化感作用,实验针对豚草的挥发物、茎叶和根的淋溶物、根区土壤水浸液等的化感活性进行了研究,研究发现豚草的挥发物对大豆和玉米的种子萌发有一定抑制作用,根区土壤对农作物无明显的作用;茎叶部分的水浸液对几种农作物的种子萌发和幼苗的幼根伸长有明显的抑制作用,同时使根系形态发生较大的变化,根系的水浸液对作物的幼芽伸长有一定的促进作用。     

植物挥发性单萜经土壤载体的化感作用——以三裂叶豚草(Ambrosia trifida L.)为例

植物释放的挥发性单萜在生态系统中起着重要的作用,这些单萜不仅能以空气为载体对其他植物显示直接的化感作用,而且也能以土壤为载体进行间接的化感作用.通过对三裂叶豚草挥发物对植物种子萌发和土壤微生物种群影响及其化学成分的鉴定研究,验证了以单萜类物质为主的三裂叶豚草挥发物可以经土壤载体对其他植物及土壤微生物显示化感效应.还对植物挥发物化学成分鉴定的GC(气相色谱)和GC-MS(气相色谱-质谱联用)方法存在的一些误区进行了澄清,这将有助于对生态系统中植物挥发物化感作用的研究和认识.     

植物挥发性单萜经土壤载体的化感作用——以三裂叶豚草（Ambrosia trifida L.）为例

植物释放的挥发性单萜在生态系统中起着重要的作用,这些单萜不仅能以空气为载体对其他植物显示直接的化感作用,而且也能以土壤为载体进行间接的化感作用。通过对三裂叶豚草挥发物对植物种子萌发和土壤微生物种群影响及其化学成分的鉴定研究,验证了以单萜类物质为主的三裂叶豚草挥发物可以经土壤载体对其他植物及土壤微生物显示化感效应。还对植物挥发物化学成分鉴定的GC (气相色谱) 和GC-MS (气相色谱-质谱联用) 方法存在的一些误区进行了澄清,这将有助于对生态系统中植物挥发物化感作用的研究和认识。     

六种农作物叶保卫细胞形态特征对不同入侵地土荆芥挥发物胁迫的响应

选择两个环境条件差异明显的土荆芥(Chenopodium ambrosioides L.)入侵地(四川成都和贵州安顺)为对象,以其入侵农田中6种农作物为受体,分析了两地土荆芥挥发油及其主要成分α-萜品烯和对伞花素对叶表皮保卫细胞活性和核结构的影响差异。结果表明:两地挥发油成分中,含量最多的成分均为α-萜品烯和对伞花素,成都植株二者的含量分别为21.07%和25.88%,安顺的分别为42.11%和24.04%;经挥发油、对伞花素、α-萜品烯、对伞花素+α-萜品烯处理后,保卫细胞活性下降,细胞核形态发生变化,除个别低剂量组(2μL)对保卫细胞无显著毒性外,各处理组毒性效应随处理浓度增加而显著升高(P0.05),当剂量为10μL时毒性效应最大,保卫细胞的最高死亡率达到93.85%,最高核畸变率达到81.16%;6种农作物保卫细胞对土荆芥挥发物的敏感程度由大到小依次为荞麦(Fagopyrum esculentum Moench.)、豌豆(Pisum sativum Linn.)、蚕豆(Vicia faba L.)、韭(Allium tuberosum Rottl.ex Spreng.)、花生(Arachis hypogaea Linn.)、白菜(Brassica campestris L.);细胞毒性表现为安顺挥发油大于成都挥发油、α-萜品烯大于对伞花素,对伞花素+α-萜品烯混合物的细胞毒性与α-萜品烯所占比例呈正相关。上述结果表明,土荆芥挥发物破坏了保卫细胞结构。入侵地环境较差时,土荆芥增加释放细胞毒性较大的化感物质。     

土荆芥挥发性化感物质对蚕豆叶表皮保卫细胞的影响

化感作用是外来植物土荆芥( Chenopodium ambrosioides)成功入侵的机制之一。为了探讨土荆芥挥发油的化感作用机制,该文以蚕豆( Vicia faba)叶的下表皮为材料,将表皮条孵育在分别含土荆芥挥发油、α-萜品烯和对伞花素的MES [2-( N-morpholino) ethanesulfonic acid]缓冲液中,25℃下光照培养30 min,采用吖啶橙/溴乙锭( AO/EB)双荧光染色法和Feulgen染色法,研究土荆芥挥发油、α-萜品烯和对伞花素对保卫细胞活性和细胞核形态的影响。结果表明：在土荆芥挥发油、α-萜品烯和对伞花素的作用下,蚕豆气孔保卫细胞活性降低,细胞核出现固缩、畸形或降解等细胞凋亡特征。随着处理剂量增加,保卫细胞活性显著下降,核异常率显著增加,表明土荆芥挥发油、α-萜品烯和对伞花素均对蚕豆保卫细胞具有细胞毒性,其中,挥发油毒性最大,α-萜品烯的毒性次之,对伞花素的毒性最小;Caspase抑制剂Z-VAD-FMK可缓解挥发油、α-萜品烯和对伞花素对保卫细胞的毒性,提高细胞活性,这种缓解效应随着抑制剂浓度的增加而增大。由此可见,土荆芥挥发油、α-萜品烯和对伞花素诱导蚕豆保卫细胞发生了Caspase依赖性的细胞凋亡。     

油松萜烯成分变化与红脂大小蠹的反应特性

采用顶空采样方法,比较健康油松、人工损伤油松以及抗性油松在单萜烯成分组成上的差异。GC-MS分析表明,在自然状况下,油松树干释放的萜烯类成分很少,以α-蒎烯占绝对优势(>97%);人工损伤后,油松萜烯类成分明显增多,除α-蒎烯为主要成分外,还包括β-蒎烯、月桂烯、柠檬烯、萜品油烯、β-水芹烯、长叶烯等;而抗性油松萜烯类成分更为复杂。对3类油松主要单萜类成分的相对含量方差分析表明,α-蒎烯的相对含量呈显著降低;3-蒈烯在损伤寄主中相对含量最高,在抗性寄主中相对含量与自然状态下没有差异。柠檬烯、莰烯、萜品油烯在抗性寄主中相对比率显著增加。而β-蒎烯、月桂烯、β-水芹烯相对含量在3个处理中变化不大。在此基础上,比较红脂大小蠹Dendroctonus valens LeConte对油松主要单萜类成分的触角电位及嗅觉行为反应。结果表明,室内触角电位、嗅觉试验与先前林间试验结果相一致,即红脂大小蠹对(+)-3-蒈烯表现出最强的电生理和行为反应。对R-(+)-α-蒎烯和S-(-)-α-蒎烯研究发现,红脂大小蠹对α-蒎烯2个对映体的触角电位、嗅觉行为无显著不同。结合油松单萜类含量变化特点与红脂大小蠹行为反应,认为3-蒈烯相对含量上升可能作为易感寄主特点;而柠檬烯、莰烯、萜品油烯相对比率增加则代表了抗性或者非适合寄主的特征。     

不同危害状态下寄主山核桃挥发物成分的比较及桑天牛对其组分的GC-EAD和行为反应

【目的】挖掘能影响桑天牛Apriona germari行为反应的山核桃Juglans mandshurica挥发物,为筛选桑天牛的植物源引诱剂或驱避剂提供理论依据。【方法】采用动态顶空套袋法收集不同危害状态[健康(CK)以及桑天牛取食、产卵和钻蛀危害]下山核桃释放的挥发物,并利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)、气相色谱-触角电位测量系统(GC-EAD)及Y型嗅觉仪分析鉴定出桑天牛成虫对其产生电生理及行为反应的挥发物。【结果】不同危害状态下山核桃释放的挥发物皆以萜烯类和芳香族化合物居多,且有多种成分相对含量存在显著性差异,其中每种危害状态下山核桃释放的挥发物都有一种或几种特有的成分。桑天牛成虫仅对不同危害状态下山核桃释放的蒎烯、乙酸叶醇酯、壬醛、α-萜品醇、丙烯酸-2-乙基己酯及正十六烷6种挥发物产生显著的电生理反应,对其他挥发物无反应,其中雌成虫对壬醛的电生理反应最强,而雄成虫对乙酸叶醇酯的电生理反应最强。嗅觉反应结果显示,丙烯酸-2-乙基己酯仅对桑天牛雌成虫有显著的引诱作用(P0.05),而乙酸叶醇酯则仅对雄成虫有极显著的引诱作用(P0.01);壬醛对桑天牛雌雄成虫均有显著的引诱作用(P0.05),而α-萜品醇则对其有显著的驱避作用(P0.05)。【结论】本研究结果表明,乙酸叶醇酯、壬醛和丙烯酸-2-乙基己酯对桑天牛成虫有较强的引诱作用,而α-萜品醇则对其有较好的驱避作用。     

大叶桉挥发物对蚕豆细胞毒性效应及信号调节

为探讨大叶桉(Eucalyptus robusta)化感作用的细胞学机制，该研究以大叶桉挥发油及其主要成分α-蒎烯和桉油精为供体，以蚕豆(Vicia faba)的根细胞和叶保卫细胞为靶标，运用显微技术、细胞化学技术和qRT-PCR技术，研究了大叶桉挥发物的毒性效应。结果表明：(1)在大叶桉挥发物作用下，蚕豆幼根生长受抑制并表现为时间-浓度依赖效应，其化感效应强弱由大到小依次为挥发油、α-蒎烯和桉油精。(2)蚕豆根边缘细胞活性降低，分生区细胞微核率升高，有丝分裂指数下降且大部分细胞的细胞周期被阻滞在分裂前期。(3)蚕豆叶保卫细胞内NADPH氧化酶活性升高，活性氧(reactive oxygen species, ROS)爆发，微丝聚合，气孔开度下降；叶保卫细胞的核畸变率升高，细胞活性降低甚至发生caspase依赖性细胞凋亡，而Ca²⁺通道阻断剂(LaCl₃)、活性氧清除剂(AsA)和硝酸还原酶抑制剂(NaN₃)均可显著提高保卫细胞存活率，说明大叶桉挥发物改变了信号分子Ca²⁺、ROS和NO的信号调节。...     

土荆芥挥发性化感物质诱导蚕豆保卫细胞死亡及信号调节

为了探讨入侵植物土荆芥的化感作用机制,以其入侵地广泛种植的农作物蚕豆叶片下表皮为受试材料,通过对保卫细胞的活性分析,研究了土荆芥挥发油及其两种主要成分α-萜品烯和对伞花素诱导保卫细胞死亡及其信号调节的机制。结果表明:土荆芥挥发油、α-萜品烯、对伞花素具有显著的细胞毒性,随着处理剂量增加,保卫细胞存活率显著下降,细胞核出现了畸形、碎裂和降解等程序性细胞死亡的典型特征;活性氧(Reactive oxygen species,ROS)、一氧化氮合酶(Nitric oxide synthetase,NOS)和Ca~(2+)的组织化学定位显示,在土芥挥发油、α-萜品烯和对伞花素作用下,保卫细胞内ROS、NOS和Ca~(2+)的水平明显高于对照组;活性氧清除剂(AsA)、Ca~(2+)螯合剂(EGTA)和硝酸还原酶抑制剂(NaN——3)均可有效缓解土荆芥挥发油、α-萜品烯和对伞花素的细胞毒性,显著提高了保卫细胞的存活率(P0.05)。上述结果表明,ROS、NO和Ca~(2+)参与了土荆芥挥发油、α-萜品烯和对伞花素诱导蚕豆保卫细胞死亡的信号调节过程。土荆芥挥发油、α-萜品烯和对伞花素诱导的保卫细胞死亡,可能是通过ROS和NO调控保卫细胞内Ca~(2+)水平的变化而引起的。     

不同处理的豚草残留物对小麦的化感作用

豚草是一种危害性恶性入侵杂草,对农业生态系统造成了严重危害。本实验主要研究了燃烧及未燃烧的豚草残留物及其水浸提液对小麦的化感作用,探讨了是否可用燃烧的方法来消除或减弱豚草残留物的化感作用。结果表明:豚草的残留物及其水浸提液均对小麦的早期生长有抑制作用,且残留物水浸提液对苗长的影响较残留物大,说明豚草残留物的化感物质可能是一些水溶性的物质,水的浸提使植物体中的一些化感物质得到了较完全的释放;混有豚草残留物的土壤的理化性质也发生变化,且随着土壤中豚草残留物浓度的增加,土壤的pH、电导率、有机碳含量及酚酸含量均有不同程度的升高,这些因素的综合作用抑制了小麦幼苗的生长,其中酚酸是其主要化感组分之一;通过对燃烧和未燃烧的豚草残留物的化感作用比较研究发现,燃烧过的残留物与未燃烧的残留物对苗长均有显著的抑制作用,但二者之间的差异不显著,因此不能用燃烧的方法消除豚草残留物对本地植物的影响。     

2种杂草水提液对小麦种子萌发及幼苗生长的影响

以2种麦田伴生杂草播娘蒿(Descurainiasophia)和猪殃殃(Galiumtricorne)为供体,以关中地区15个主要的小麦(Triticumaestivum)栽培品种为受体,采用室内生物测定法,比较了2种杂草水提液对不同小麦品种种子萌发及幼苗生长的影响.结果表明:(1)播娘蒿水提液对所有小麦品种的发芽率、发芽势和发芽指数均具有显著的抑制作用,猪殃殃水提液对这3项指标的抑制作用相对较弱,甚至对某些品种的这3项指标没有影响或具有促进作用.(2)2种杂草水提液对供试15个小麦品种的活力指数,以及根长、苗高、根鲜重、苗鲜重等生长指标均表现出抑制作用,且同一种杂草水提液对不同小麦品种的影响程度存在差异.(3)以播娘蒿和猪殃殃的响应指数值(RI)为指标分别将15个小麦品种聚类为强、中、弱三组,并发现2种杂草水提液分别对小偃22和西农979的化感作用均较弱,即这2个品种对播娘蒿和猪殃殃的化感作用均具有较强抗性.     

Allelopathic effect of <Emphasis Type="Italic">Nepeta meyeri</Emphasis> Benth. extracts on seed germination and seedling growth of some crop plants

In order to evaluate the allelopathic potential of Nepeta meyeri Benth., the effects of aqueous extracts (0.125, 0.25, 0.5, 1, 2.5 and 5%) prepared from roots and leaves of N. meyeri were studied on the seed germination and seedling growth of several economically important crops (barley, wheat, canola, safflower, and sunflower). Both the root and leaf extracts of N. meyeri caused a general phytotoxic effect on the seed germination and seedling growth of barley and sunflower at all concentrations. However, both the root and leaf extracts significantly increased the seedling growth of wheat, especially at the lower concentrations 0.125, 0.25 and 0.5%, whereas the higher concentrations had a neutral effect. The seed germination and the seedling growth of canola and safflower were also generally improved by both extracts, especially at lower concentrations. However, these advantages were not observed at higher concentrations, at which the extracts mostly had a phytotoxic effect on canola and safflower. The Allelopathic activity of N. meyeri depended on whether the extract was derived from the leaf or root parts of the plant. The maximum allelopathic effect occurred with leaf extracts. The results demonstrate that the aqueous extracts from N. meyeri have allelopathic potential and should be evaluated as an allelopathic species, presenting a risk or advantage to seed germination and seedling growth of crop or weed plants.     

苘麻挥发油对小麦、玉米和大豆萌发及幼苗生长的化感作用

苘麻是旱田常见杂草,可造成作物减产,化感作用是造成减产的可能原因之一。本研究分析了苘麻挥发油成分对3种旱田作物小麦、玉米和大豆种子萌发和幼苗生长的化感作用。结果表明: 应用气相色谱-质谱(GC-MS),从苘麻挥发油中鉴定出26种化学成分,占总峰面积的98.1%,其中,低分子量萜类成分有α-蒎烯、桉树醇、α-松油烯、β-松油烯、反式α-紫罗兰酮、反式β-紫罗兰酮。苘麻挥发油饱和水溶液能通过滤纸和土壤2种基质抑制3种作物种子萌发。苘麻挥发油能通过空气、滤纸和土壤3 种基质抑制3种作物幼苗生长,对小麦的抑制作用最强,玉米和大豆次之。苘麻挥发油对小麦生长的抑制作用以空气载体最强,滤纸和土壤载体次之。挥发油中低分子量的萜类成分可能是重要的化感成分。     

Some Soybean Cultivars Have Ability to Induce Germination of Sunflower Broomrape

Sunflower broomrape is a noxious parasitic weed which has caused severe damage to crop ecosystems. Trap crops can release a mixture of allelochemicals to induce the germination of sunflower broomrape. We studied the allelopathic effects of soybean on sunflower broomrape. Fourteen common soybean cultivars were grown in pots. Samples were collected from soybean plants and rhizosphere soil at five growth stages (V1, V3, V5, R2, and R4). The allelopathic effects of soybean reached highest at the V3 stage. Methanolic extracts of soybean roots induced higher broomrape germination than methanolic extracts of stems or leaves. The germination rates induced by root extracts (10-fold dilution) were positively correlated with germination rates induced by stem (10-fold dilution) and leaf extracts (10-fold dilution). The broomrape germination rates induced by root extracts were also positively correlated with soybean nodule diameter and dry weight. The results indicated that soybeans could induce sunflower broomrape germination. We conclude that soybean has the potential to be used as a trap crop for sunflower broomrape.     

喜马拉雅紫茉莉根水浸提液对五种植物的化感作用研究

以采自西藏林芝地区的藏药植物喜马拉雅紫茉莉为试材,探讨其根部不同浓度(0.0125、0.025、0.05、0.1 g·mL-1)水浸提液对莴苣、绿豆、小麦、萝卜、油菜等5种植物的化感效应。结果表明,随着浸提液浓度的增加,受试植物的种子萌发及幼苗生长均受到不同程度的抑制,植株体内丙二醛含量持续升高,抗氧化酶活性及叶绿素含量逐渐下降,受试植物不同部位对浸提液敏感程度为地下部分>地上部分。另外,5种植物对浸提液敏感程度为莴苣>绿豆>小麦>萝卜>油菜。     

Effect of pinene isomers on germination and growth of maize

Terpenes, secondary metabolites that are present in the essential oils of aromatic plants, are responsible for the biochemical interaction between plants, known as allelopathy. Monoterpenes are a major component of essential oils. Pinene is a monoterpene well-known for its phytotoxic action, but little is known about the allelopathic effect of its isomers. The aim of this study is to determine the effect of pinene's structural isomers and enantioisomers [(−)-α-pinene; (+)-α-pinene; (−)-β-pinene and (+)-β-pinene] at 0.16 mM, on certain physiological parameters (growth, dry weight, phenol, photosynthetic pigments and abscisic acid content) in both the germination and growth of maize (Zea mays L.). In germination bioassays, neither of the α-pinene stereoisomers showed change when compared to the control with respect to seed vigour; but root growth was increased, while β-pinene (racemic mixture) inhibited germination and plant length. In the growth bioassay, all of the pinene isomers decreased the plant length. In general, β-pinene terpene was more phytotoxic than α-pinene in both bioassays. Differences in germination and growth of maize treated with the pinene isomers can be attributed to different action mechanisms which depends both on the growth phases of maize and on the particular pinene isomers.     

外来杂草加拿大一枝黄花对入侵地植物的化感效应

采用人工气候箱培养试验,初步研究了入侵杂草加拿大一枝黄花对本地植物的化感作用.测定了根系和根状茎的不同浓度浸提液对白三叶发芽率和幼苗生长的影响;不同播种密度下根系1:60提取浓度对白三叶种子萌发和幼苗生长的影响;根状茎1:60提取浓度对白三叶、红三叶、天蓝苜蓿、黑麦草、北美车前、鸡眼草、苇状羊茅、胜红蓟、马齿苋、碱蓬和刺苋的种子萌发和幼苗生长的影响.结果表明,加拿大一枝黄花根系和根状茎的化感抑制作用均随浓度的升高而增强,且根状茎提取物的抑制效应高于根系提取物的效应;在1:60低浓度根系浸提液作用下,不同密度的白三叶幼苗萌发率和幼根、幼芽长度差异不显著;1:60低浓度根状茎提取物对11个物种的种子萌发均有显著抑制作用,但对不同物种的抑制程度有差异,对禾本科植物的抑制作用大于非禾本科和豆科;1:60低浓度根状茎提取物对10个物种的幼根影响与对萌发率的影响相似,但在对幼芽的影响上,仅对鸡眼草、刺苋和苇状羊茅起抑制作用,而对其他植物无显著抑制(黑麦草、北美车前、胜红蓟、马齿苋和刺苋)或起促进作用(白三叶、红三叶、天蓝苜蓿).     

Allelopathic influence of Vigna mungo (black gram) seeds on germination and radical growth of some crop plants

Intercropping of Vigna mungo (black gram) isprevalent for varied crop regimes in subtropical northern plains of India. Insugarcane, the negative impacts of a black gram intercrop on crop yields,rhizosphere soil properties and benefit: cost ratio have been reported. Thepossible allelopathic potential of black gram seeds on the germination,seedlingemergence and root elongation of other commercial crops is reported here. Theeffects of imbibed seeds of black gram, their aqueous leachate and seedextractson the germination and root elongation of seeds of four test crops viz. wheat,maize, gram and lentil, both under aseptic and soil conditions, wereinvestigated. Inhibitory effects were evident in all the bioassays of seeds ofthese crops. The black gram seeds directly and leachates were highly inhibitorybut the aqueous seed extract was less so. The observations indicate a releaseofinhibitory substances from black gram seeds leading to the observed inhibitoryeffects.     

磁化水对小麦种子萌发、幼苗生长和生理特性的生物学效应

为研究磁化水对作物的生物学效应,本文详细分析了磁化水处理对小麦种子萌发、幼苗生长和生理特性的影响。研究结果显示：磁化水处理小麦的种子发芽参数与对照相比无显著差异;磁化水处理对小麦的株高、根长、地上部和根部鲜重等生长参数也无显著影响;同样,磁化水处理在叶片色素含量、可溶性糖、可溶性蛋白质含量、含水量、细胞汁液渗透势等重要生理特征参数方面也未显示出显著差异。此外,磁化水并未显著影响小麦叶片的光合作用。综上所述,磁化水处理对小麦种子萌发和幼苗生长无明显的生物学效应。