紫茎泽兰叶片化感作用对10种草本植物种子萌发和幼苗生长的影响

化感作用在生物入侵过程中具有重要的意义,紫茎泽兰具有化感物质,它能抑制豌豆等一些对化感物质敏感的植物种子萌发,但它对入侵早期直接与之竞争的植物的影响以及化感作用与其入侵性的关系还知之甚少。以紫茎泽兰入侵早期直接与之竞争的草本植物和为替代控制紫茎泽兰引进的牧草为材料,利用培养皿滤纸法研究紫茎泽兰叶片提取液对种子萌发和幼苗生长的影响,探讨化感作用与其入侵性的关系,并为其替代控制提供依据。紫茎泽兰叶片提取液对10种受体植物种子萌发和幼苗生长均有化感作用,不同浓度的提取液对植物的化感作用强度不同,低浓度时较弱,高浓度时较强。高浓度的提取液能降低种子发芽率、发芽速率、胚轴和胚根长度,增加幼苗丙二醛含量,其中发芽速率更敏感,可能是衡量化感作用的最敏感指标。不同植物对紫茎泽兰化感作用的敏感程度不同,无芒虎尾草、白三叶、细叶苦荬和莎草砖子苗对紫茎泽兰化感作用较敏感,紫花苜蓿最不敏感。     

发育时期对紫茎泽兰化感作用的影响

为探讨紫茎泽兰化感作用与其入侵性的关系,利用生物检测法研究了不同发育时期紫茎泽兰叶片水提液对4种本地草本植物种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明,高浓度时紫茎泽兰叶片水提液能显著抑制4种本地植物种子发芽率、发芽速度,但低浓度时有时抑制作用不显著,甚至有促进作用;除狗肝菜胚轴生长外,不同浓度下紫茎泽兰叶水提液均能抑制4种本地植物胚轴和胚根生长,但有时对胚轴生长的抑制作用不显著,甚至有促进作用。不同植物和同种植物的不同参数对紫茎泽兰化感作用的敏感程度不同,拔毒散和狗肝菜的种子萌发参数较敏感,莎草砖子苗的生长参数较敏感,种子发芽速度和胚根生长较敏感。总的看,随发育时间的增加,紫茎泽兰抑制本地植物种子萌发和幼苗生长的最低叶片提取液浓度减小,相同浓度下叶片水提液对本地植物的抑制作用增强,表明紫茎泽兰化感作用增强。化感作用在紫茎泽兰入侵的不同阶段所起的作用可能不同。     

乡土植物白刺花对紫茎泽兰化感作用的响应

为了解乡土植物白刺花对紫茎泽兰化感作用的耐受程度及抵御机理,以2—3年生紫茎泽兰叶片为供体材料,用不同浓度的紫茎泽兰叶片浸提液处理白刺花种子及幼苗。结果表明:紫茎泽兰叶片浸提液对白刺花的影响为低浓度促进,高浓度抑制。当浓度为0.5%时促进效应最强,当浓度大于2.0%时抑制效应明显增加。白刺花种子萌发速率比萌发率对紫茎泽兰化感作用反应敏感,胚轴比胚根敏感,随着幼苗的生长,其抵御紫茎泽兰化感作用的能力逐渐增强,丙二醛的含量与植株生长响应规律相对应,并且经紫茎泽兰浸提液处理能极大的增加白刺花幼苗菌根率,缩短菌根形成的时间。     

丛枝菌根真菌在内的土壤真菌对入侵植物紫茎泽兰的正反馈:证据来自野外实验(英文)

【背景】包括紫茎泽兰在内的许多外来植物都能够与新入侵生境的丛枝菌根真菌(AMF)形成互利共生,因此菌根真菌如何调节外来植物种的入侵是当前亟待研究的问题。【方法】测定了紫茎泽兰入侵不同阶段(紫茎泽兰呈零星丛状分布于本地植物群落中[部分入侵生境]及紫茎泽兰单优群落形成期[入侵生境])的土壤化学性状,而后通过野外试验,采用杀真菌剂处理,研究了包括AMF在内的土壤真菌对紫茎泽兰入侵的反馈作用。【结果】紫茎泽兰入侵改变了土壤化学性状。施用杀真菌剂降低了紫茎泽兰叶面积、叶片碳、氮、磷、和δ13C含量。【结论与意义】综合分析发现,在紫茎泽兰与本地植物混生群落中,土壤真菌能够增加紫茎泽兰叶片碳和δ13C含量,但是不能提高紫茎泽兰的光合作用,表明碳和δ13C含量的提高,不是光合作用的结果,而是通过其他机制实现的。因此可以得出,在部分入侵生境中,碳从土壤或临近植物经由菌丝网向紫茎泽兰转移。紫茎泽兰入侵不同阶段土壤养分的变化利于紫茎泽兰种群建立,同时利于紫茎泽兰借助真菌(尤其是AMF)从土壤或临近植物转移碳,促进种群扩散,这可能是紫茎泽兰入侵的机制之一。     

紫茎泽兰一种潜在化感活性物质的分离鉴定

【背景】紫茎泽兰潜在的化感效应可能是其具有极强入侵性的重要原因。目前,针对紫茎泽兰潜在化感活性物质的研究主要集中于偏小极性的萜烯类化合物,而对大极性化学物质的研究相对较少。【方法】采用活性跟踪分析法对紫茎泽兰乙酸乙酯提取物大极性亚组分进行潜在化感活性物质的跟踪分离,并用现代波谱技术解析其化学结构,最后就分离获得的单体成分与已报道的化感活性物质羟基泽兰酮（2）和泽兰二酮（3）以及信号分子JA-Ile在抑制拟南芥种子萌发和幼苗根生长方面进行潜在化感活性的对比分析。【结果】分离鉴定出一个具有潜在强化感活性的大极性化合物2．香豆酸葡萄糖苷（1）,研究发现该化合物虽然对拟南芥种子萌发的抑制作用不显著,但在0．1mmol·L^-1的浓度条件下对拟南芥幼苗根生长却有着比羟基泽兰酮和泽兰二酮更为显著的抑制活性,且其抑制作用的浓度一活性关系与信号分子JA-Ile类似。【结论与意义】紫茎泽兰中潜在大极性的非萜烯类化感活性物质对于紫茎泽兰的综合化感效应可能同样具有重要而不可或缺的作用,化合物1等潜在大极性化感活性物质的逐步揭示对于系统解析紫茎泽兰的化感效应机制具有重要意义。     

紫茎泽兰种子形态特征和萌发特性与其入侵性的关系

利用纸皿法在不同条件下比较研究了紫茎泽兰(Ageratina adenophora)和3种同亚族本地植物种子萌发特性,同时比较了种子大小等形态特性,探讨了种子形态特征和萌发特性与紫茎泽兰成功入侵的关系。紫茎泽兰种子重量、长度、宽度以及冠毛长度均小于3种本地植物;在不同的释放高度下,紫茎泽兰种子的沉降速度低于本地植物。紫茎泽兰种子萌发温度范围广,在亚适宜的低温下,萌发率和萌发指数均高于本地植物白头婆和水泽兰。紫茎泽兰种子萌发对水和盐胁迫响应更强烈,但在适宜条件下,紫茎泽兰种子的萌发率和萌发速度均显著高于3种本地植物。这些特性可能与紫茎泽兰的入侵性有关。     

人工群落中苗期紫茎泽兰的化感作用和对光环境的适应

在有、无活性炭的条件下分别构建紫茎泽兰（Ageratinaa denophora）与4种受体植物——飞机草（Chromolaena odorata）、鬼针草（Bidenspilosa）、胜红蓟（Ageratum conyzoides）和兰花菊三七（Gynura sp.）混种的人工群落,研究了群落中紫茎泽兰的化感作用和对群落光环境的适应,探讨了化感作用和光适应特性与其入侵性的关系。结果表明,活性炭处理对4种受体植物的生长、生理特性影响不显著,说明苗期紫茎泽兰化感作用不明显,推测入侵初期化感作用不是紫茎泽兰排挤本地种的主要原因。4种受体植物可以通过化感作用对紫茎泽兰产生某些影响,但群落的光环境对其影响更大。紫茎泽兰能很好地适应群落中不同的光环境。苗期紫茎泽兰处于群落下层,叶片受光指数低,此时它能长期忍耐并缓慢生长;随着叶片受光指数的升高,其最大净光合速率、超氧化物歧化酶活性、叶绿素a／b比、总生物量、总叶面积、地茎、叶片数和分支数升高,比叶面积和比茎长降低,这有利于它维持叶片能量平衡并导致对邻近植物的严重遮荫。紫茎泽兰强的光适应能力、强光下对其它物种的遮荫效应与其入侵性密切相关。     

入侵植物野胡萝卜浸提液对4种草坪草的化感效应

【目的】明确入侵植物野胡萝卜水浸提液对4种草坪草的化感效应。【方法】采用培养皿滤纸法,观察记录不同浓度(0、10、20、30、40 g·L^-1)的野胡萝卜根、茎、叶水浸提液对4种草坪草种子萌发的影响,根据化感综合效应指数分析野胡萝卜水浸提液的化感作用。【结果】野胡萝卜不同部位浸提液对受体种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、根长和芽长均有一定的影响。化感综合效应指数表明,随着野胡萝卜浸提液浓度的增加,对白三叶、黑麦草、翦股颖的化感抑制作用均增强,对高羊茅的化感作用表现为“低促高抑”的双重效应。4种草坪草的耐受强弱顺序为:高羊茅＞黑麦草＞翦股颖＞白三叶;野胡萝卜叶浸提液对4种草坪草的化感作用强于根和茎。【结论】入侵植物野胡萝卜浸提液对4种草坪草的化感效应较为显著,在入侵严重地区,可选用耐受力强的草坪草建坪。     

用超微细胞化学定位技术揭示ATP酶 在紫茎泽兰高温适应性中的作用

【背景】外来入侵植物紫茎泽兰自然演化出耐高温种群,其适应机制与各种生理代谢有关。【方法】本文从超微细胞化学水平,对紫茎泽兰抗高温种群、敏感种群ATP酶活性定位,明确其在高温适应性中的作用,试图阐明该草的生态适应机制。【结果】正常情况下,紫茎泽兰ATP酶主要定位于细胞壁及细胞间隙周围的细胞壁表面;经40 ℃高温处理后,在不同的处理时间下,抗性、敏感种群之间ATP酶的活性表现出明显差异,其中以处理12 h时差异最大,具体表现为抗高温种群的ATP酶活性明显高于敏感种群,ATP酶的定位点除细胞壁外,在细胞膜上也呈现大量的分布,而敏感种群在处理12 h时的酶活性明显降低,只在细胞壁上有零星的分布。处理24 h时,敏感种群叶片已完全萎蔫,细胞结构毁坏,细胞膜破损;而抗高温种群叶片仍然完好,细胞膜上仍有ATP酶分布。【结论与意义】经40 ℃高温处理后,紫茎泽兰抗高温种群ATP酶活性明显高于敏感种群,初步认为紫茎泽兰对高温的适应性与ATP酶活性相关。本研究为进一步阐明与紫茎泽兰适应性相关的入侵机理提供了资料。     

紫茎泽兰不同入侵程度的土壤及其提取物对旱稻生长的影响

在室内人工气候箱条件下,研究了紫茎泽兰不同入侵程度下的土壤及其提取物对旱稻种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明：紫茎泽兰入侵地土壤及土壤提取物对旱稻种子萌发和幼苗生长存在不同程度的抑制作用,且随着紫茎泽兰入侵程度越重,土壤的抑制作用越明显;抑制作用强度大小依次为重度入侵地土>中度入侵地土>轻度入侵地土>当地植物土,紫茎泽兰入侵地的土壤提取物也呈现类似的规律。推测紫茎泽兰产生的化感物质随着入侵程度加深,而在土壤中逐步积累,对本地植物生长产生了不利作用。     

高寒草场优势杂草黄帚橐吾水浸液对牧草的化感作用

研究了高寒草场中主要毒杂草——黄帚橐吾水浸液对同域分布的5种牧草的化感作用.将反应指数(RI)相加平均后分为一、二、三级敏感指数,分别评价不同测定指标、不同发育期和物种水平对化感作用的敏感性;从供体角度对相应RI值做同样处理,以综合评价不同水浸液及其不同浓度的化感效应.结果表明,5种牧草对黄帚橐吾化感作用的敏感性从强到弱依次为早熟禾>大雀麦>中华羊茅>羊茅>垂穗披碱草;牧草种子萌发期的敏感性强于幼苗生长期,尤以萌发指数受化感作用的影响明显.黄帚橐吾根、叶水浸液对牧草生物测定结果大多达到显著差异水平,物种水平的化感效应均表现为抑制作用,说明雨水淋溶是黄帚橐吾向环境中释放化感物质的途径之一.黄帚橐吾根部化感效应强于叶片,可能与其地下种间激烈的资源竞争有关.化感作用在增强黄帚橐吾生存竞争力、扩大种群和入侵草场中起着不容忽视的作用,可能是黄帚橐吾单优势种群落形成和草场退化的原因之一.     

黄瓜种子及其萌发期的化感作用研究

以大白菜、萝卜、番茄和黄瓜种子为受体,采用实验室培养皿种子发芽生物测试法研究了黄瓜种子浸提液、种子萌发、胚根和芽苗分泌物、芽苗腐解物和芽苗浸提液的化感效应。结果表明:(1)黄瓜种子浸提液对大白菜、萝卜、番茄和黄瓜种子萌发均有化感抑制作用,即黄瓜种子内含有某些化感抑制物质。(2)在水浸提过的黄瓜种子萌发过程中,它不仅对其近邻套种的大白菜、萝卜和番茄种子萌发产生化感抑制作用,而且其胚根和芽苗分泌物对后茬播种的4种蔬菜种子发芽也表现出不同程度的化感抑制作用;黄瓜芽苗腐解物和芽苗水浸提液也对各受体蔬菜种子发芽与生长产生不同程度的化感抑制作用,且随着腐解芽苗量的增加或浸提液浓度的升高,各受体蔬菜种子的发芽指标值、化感效应指数值和综合效应值随之降低。(3)黄瓜种子浸提液及芽苗各器官的化感物质对黄瓜种子的萌发与生长产生了自毒作用,且黄瓜芽苗腐解物、芽苗浸提液、胚根及芽苗分泌物对受体黄瓜的自毒作用均为最大。研究发现,黄瓜种子浸提液、种子萌发时期以及芽苗各器官的化感物质主要是通过抑制受体胚根的生长而起化感抑制作用,即受体蔬菜种子胚根对化感效应最为敏感;因黄瓜种子及萌发期释放化感物质的途径有所不同,导致受体大白菜、萝卜、黄瓜和番茄的化感响应也不相同;在黄瓜种子萌发和芽苗生长的早期,化感物质即开始在芽苗体内进行合成与积累,一部分可通过胚根和芽苗分泌途径释放到环境中,另一部分可通过芽苗腐解途径释放化感物质,并对受体蔬菜种子萌发与生长表现出较强的化感抑制作用。     

Differential belowground allelopathic effects of leaf and root of Mikania micrantha

This study evaluates the relative contributions of leaves and roots to the belowground allelopathic effects of Mikania micrantha. The hypothesis that leaves contribute more to the allelopathic effect than roots was experimentally tested. We assessed the allelopathic effects of aqueous extracts from Mikania leaves and roots on the seed germination and seedling growth of two co-occurring woody plants in southern China, Lagerstroemia indica L. and Robinia pseudoacacia L. The results showed that the aqueous extracts from Mikania leaves and roots had inhibitory effects on the woody species. Allelopathic activity depended on the concentration of the extracts, target species, and the extract sources (i.e., leaves vs. roots of Mikania). Leaf extract showed stronger allelopathic effects than root extract on germination percentage, initial germination time, speed of germination, and shoot height; while root extract had greater allelopathic effects on roots than leaf extract. The latter phenomenon might greatly promote the invasion success of Mikania due to more direct and effective allelopathy of root. Our results suggest that allelopathy of root extract on belowground biomass might be greater than that of leaf extract for some species in contrast allelopathy of leaf extract on belowground biomass might also be greater than that of root extract for other species, at least for their effects on root growth of the target species.     

4种植物水浸提液对乌丹蒿的化感作用研究

分布于科尔沁沙地西部的固沙先锋植物乌丹蒿近些年呈现出衰退趋势。本研究选取了该地区3种主要飞播植物白沙蒿、柠条、羊柴以及乌丹蒿自身进行了化感作用的研究,结果表明：3种飞播植物及乌丹蒿自身的水浸提液对乌丹蒿的生长均有不同程度的化感作用,并且不同部位（根、叶、果皮或总苞片）中存在的化感物质的作用不同。主要表现为：乌丹蒿种子的萌发率在各供体的根浸提液中均下降,除羊柴外均达到显著,白沙蒿总苞片和羊柴果皮浸提液也有着同样的结果,而乌丹蒿叶浸提液则有一定的促进作用;4种植物不同部位的水浸提液对乌丹蒿种子发芽速度及幼根的生长均有显著的抑制作用。从综合效应来看,4种植物对乌丹蒿均有抑制作用,抑制作用由强到弱的顺序为：白沙蒿>柠条>乌丹蒿>羊柴。     

Context dependency of the allelopathic effects of Lonicera maackii on seed germination

Allelopathic effects of invasive plants on native flora may be mitigated by the abiotic and biotic environment into which the allelochemicals are released. Lonicera maackii (Amur honeysuckle), an invasive plant of the eastern deciduous forest, suppresses seed germination in laboratory assays. We investigated how L. maackii leachate interacts with abiotic conditions and with the soil microbial community. First, we tested the effects of leaf extract from L. maackii on germination of the native woodland herb, Blephilia hirsuta, under different light and soil conditions. We found that germination of Blephilia hirsuta was reduced by L. maackii extract, but abiotic conditions did not interact with this effect. We also tested the effects of leaf extract on germination of five native woodland species and L. maackii placed in sterile or live soil. There was an overall suppressive effect of L. maackii extract on itself and the other five native species tested. However, L. maackii extract interacted with live soil in ways that differed with the species being tested and, in some cases, changed over time. Our results indicate that allelopathic potential of L. maackii shows context dependency with respect to soil microorganisms and native species identity but not to light conditions or soil type. Our results imply that restoration of invaded areas may require active reintroduction of species sensitive to allelopathy in live soil. Further, laboratory assays of allelopathy should consider the interaction of allelochemicals with biotic and abiotic conditions to more accurately predict the impacts of allelopathy on plant communities.     

植物化感物质对种子萌发的影响

所有的化感物质都对一些植物的种子萌发产生影响.本文介绍了植物化感作用和化感物质的定义,化感物质的释放方式和种类,然后重点综述了化感物质影响种子萌发的作用机理、内外因素和生态学意义.化感物质通过影响细胞膜透性、细胞分裂生长和分化、呼吸作用、蛋白质合成、基因表达、激素合成和平衡,最终影响种子萌发.化感物质对种子萌发的影响与化感物质的种类、浓度、受体植物种类和环境条件等有关.     

岩生植物金发草对作物的化感效应

采用生物测定法研究金发草根、茎、叶水浸提液对水稻、小麦、油菜和莴苣等4种受体植物的化感作用。结果表明,金发草根、茎、叶水浸提液对4种受体植物种子萌发和幼苗生长均具化感作用,且随着水浸提液浓度的增高而增强。除水稻外,小麦、油菜、莴苣的发芽速率均受金发草水浸提液的显著抑制,但对最终发芽率影响不显著,说明金发草对植物种子萌发的化感作用主要是延迟种子发芽时间;金发草对作物幼苗生长的化感作用总体上表现为促进地上部分生长而抑制地下部分的生长。受体植物不同发育期对金发草化感作用的敏感程度不同,幼苗期高于萌发期;金发草叶的化感作用最强,其综合效应分别为根与茎的2.14倍和2.56倍。     

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).     

The allelopathy of horseweed with different invasion degrees in three provinces along the Yangtze River in China

The effect of allelopathy from invasive alien plants (IAPs) on native species is one of the main factors for their adaptation and diffusion. IAPs can have different degrees of invasion under natural succession and are distributed in numerous regions. Seed germination and seedling growth (SGe-SGr) play a crucial role in population recruitment. Thus, it is critical to illustrate the differences in the allelopathy caused by an IAP with different degrees of invasion in numerous regions on SGe-SGr of native species to describe the primary force behind their adaptation and diffusion. This study assessed the allelopathy of the notorious IAP horseweed (Conyza canadensis (L.) Cronq.) on SGe-SGr of the native lettuce species (Lactuca sativa L.) under different degrees of invasion (light degree of invasion and heavy degree of invasion) in three provinces (Jiangsu, Anhui, and Hubei) along the Yangtze River in China. The allelopathy of horseweed leaf extract on lettuce SGe-SGr remarkably increased with the increased degree of invasion, which may be due to the buildup of allelochemicals generated by horseweed with a heavy degree of invasion compared with a light degree of invasion. A high concentration of horseweed leaf extract resulted in noticeably stronger allelopathy on lettuce SGe-SGr compared to the extract with a low concentration. There are noticeable differences in the allelopathy of the extract of horseweed leaves from different provinces on lettuce SGe-SGr with the following order i.e. Jiangsu > Hubei > Anhui. This may be due to the high latitudes for the three sampling sites in Jiangsu compared with the latitudes for the collection sites in Hubei and Anhui. There are certain differences in the environments among the three provinces. Thus, the allelopathy of horseweed on SGe-SGr of lettuce may have a greater negative impact in Jiangsu compared to the other two provinces.Supplementary InformationThe online version contains supplementary material available at 10.1007/s12298-021-00962-y.