稗草潜在化感物质的排查

针对已报道属于羟基肟酸(丁布)、酚酸和酞酸酯类的稗草潜在的化感物质,本文以水稻、稗草和莴苣为试验材料,对2,4-二叔丁基酚、对羟基扁桃酸2种酚酸以及3种酞酸酯类物质的化感活性进行了研究.采用高效液相色谱法( HPLC)研究了上述5种物质以及丁布在稗草组织、根区土壤和种子萌发液的含量.结果表明:在100μg·ml-1作用浓度下,对羟基扁桃酸对莴苣、水稻以及稗草的种子萌发和幼苗生长的综合抑制活性最弱,2,4-二叔丁基酚化感抑制活性相对最强.酞酸二甲酯、酞酸二异辛酯和2,4-二叔丁基酚这3种物质对稗草的抑制活性大干水稻.通过HPLC只在稗草苗期叶、根和种子萌发液中检测出对羟基扁桃酸,其含量分别为9.72 μg·g-1、7.29 μg·g-1和0.24 μg·ml-1,而其他生长期组织以及根区土壤中均未检出.所有样品均未检测出2,4-二叔丁基酚、丁布和3种酞酸酯类物质.对羟基扁桃酸的浓度-效应试验显示,接近实测浓度(20 μg·g-1)时其对3种受试植物没有显著的化感抑制效应.本研究表明,对羟基扁桃酸不是稗草中主要的化感物质;通过HPLC-标准物质比对方法可以准确分析上述6种化合物,并证实了稗草不含有2,4-二叔丁基酚、丁布和酞酸酯类物质.     

低钾胁迫对水稻(Oryza sativa L.)化感潜力变化的影响

研究以国际公认的化感水稻P1312777和非化感水稻Lemont为供体,稗草（Echinochloa cru-galli L.）为受体,采用稻／稗共培体系,研究低钾胁迫对水稻化感潜力变化的影响及其机制。受体稗草的形态指标分析结果表明,低钾胁迫促使化感水稻P1312777对共培稗草的根长、株高和干重的抑制率均升高,增幅远大于非化感水稻Lemont。受体稗草生理生化指标分析结果表明,低钾胁迫下化感与非化感水稻对受体稗草保护酶系（SOD、POD、CAT）及根系活力的抑制作用增强,但化感水稻P1312777比非化感水稻Lemont的抑制程度大,且达极显著差异。实时荧光定量PCR分析结果表明,低钾胁迫下,化感水稻P1312777根部与叶部中酚类代谢的关键酶——苯丙氨酸解氨酶、肉桂酸-4-羟化酶、羟化酶、O-甲基转移酶的基因均上调表达,而非化感水稻根部相应酶均下调表达,叶部除苯丙氨酸解氨酶上调,其余酶也下调表达。而萜类代谢途径关键酶——HMG—CoA还原酶、角鲨烯合酶、单萜烯环化酶、倍半萜烯环化酶、二萜烯环化酶的基因,在两种水稻根部中呈现出相同或相似的表达方式（上调或下调）,即HMG—CoA还原酶上调表达,角鲨烯合酶、单萜烯环化酶、倍半萜烯环化酶、二萜烯环化酶下调表达;而在水稻叶部,非化感水稻Lmont相应酶基因表达方式仍然不变,化感水稻P1312777除了角鲨烯合酶下调表达,其余4个酶均上调表达。水稻根系分泌物中酚类物质的HPLC分析结果表明,低钾胁迫下,化感水稻P1312777根系分泌物中,所检出的酚酸类物质总量是正常营养条件下的2．30倍,而非化感水稻Lemont则是正常营养条件下的0．91倍。综合分析认为低钾胁迫下,化感水稻P1312777抑草能力增强主要是由于酚类代谢途径关键酶基因表达上调,导致酚类代谢途径旺盛,分泌出更多的酚类物质,进而破坏受体稗草保护酶系统,抑制了稗草的正常生长。     

化感水稻PI312777苗期根系分泌物中化学成分分析

在接近自然栽培的田间土壤条件下,以无种植水稻秧苗的田间土壤为对照,采用循环法分别收集化感水稻品种PI312777(PI)苗期(3～4叶)根系分泌物和对照土壤溶液,经乙醚萃取,GC-MS分析和仪器谱图库(NIST98 & WILEY)检索.结果表明,在水稻PI根系分泌物的乙醚萃取物中检测到3个化合物,其中萜类9个(峰面积10.97%)、酚醌类8个(5.87%)、酯类个(10.8%)、醛酮类3个(1.44%)、杂环类4个(8.04%)、醇类2个(1.23%)、醚类2个(0.57%)和其他物质2个(1.20%),萜类之间、酚醌类之间的化合物结构具有明显的相似性.在对照土壤溶液的乙醚萃取物中检测到39个化合物,其中有7个化合物与水稻PI根系分泌物中化合物相同.此外,还讨论了水稻根系分泌物与对照土壤溶液之间物质的差异和各类物质的化感作用机理.     

芦苇腐解土中酚酸类化感物质的水分响应特性研究

芦苇和虉草均具有较强的去污能力,常作为湿地植物配置于同一人工湿地进行污水处理。芦苇作为一种强化感植物对虉草具有较强的化感作用,在自然湿地和人工湿地中均会出现芦苇代替虉草的现象,且这一现象的发生与土壤含水量存在一定联系,此外,芦苇腐解土对虉草的化感抑制效应与腐解土中总酚酸的量密切相关。为了研究芦苇腐解土中主要酚酸类物质的水分响应特性,筛选出其中对水分响应较为明显的酚酸物质种类,该研究采用高效液相色谱法,通过芦苇枯落物腐解土的制备,对不同水分环境下芦苇腐解土中酚酸类物质进行了分离和鉴定。结果表明:芦苇腐解土中可分离出没食子酸、香豆酸、香草酸、丁香酸、对香豆酸、阿魏酸、水杨酸和苯甲酸等8种酚酸类物质,其中香豆酸、苯甲酸和阿魏酸等3种酚酸类物质含量较高。分离出的8种酚酸类物质的含量与腐解土的相对含水量均呈显著线性负相关关系,即随着腐解土相对含水量的上升,酚酸类物质的含量均呈现下降趋势,且各种酚酸类物质对水分的响应趋势均可用线性方程较好地拟合。其中,香豆酸、没食子酸和阿魏酸对芦苇腐解土的水分响应最为明显。因此,可将香豆酸、没食子酸和阿魏酸作为主要调控目标,通过调控湿地土壤中水分含量,削弱芦苇对虉草的化感抑制效应,从而维持人工湿地中虉草芦苇群落的长期稳定共存。     

外源水杨酸调控水稻化感抑草作用及其分子生理特性

为了探讨外源水杨酸（SA）调控水稻化感抑草效应的可行性,研究了不同浓度的外源SA对强化感水稻PI312777抑草效应的影响及其生理生化特性,并运用实时定量RT-PCR(FQ-PCR)技术检测SA介导的关键酶苯丙氨酸解氨酶基因（ZB8）的相对表达量.结果表明：外源SA能够诱导水稻化感抑草效应增强,而且这种诱导效应与SA的浓度和处理时间相关.叶面喷施SA后,PI312777对稗草的抑制率显著提高,其根系活力、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性增强,过氧化氢酶（CAT）活性降低;而伴生杂草稗草的相应生理指标的变化趋势则相反.PI312777植株中的苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性增强,总酚含量升高.0.2 mmol·L^-1的SA诱导水稻化感抑草效应最显著,该浓度下目的基因ZB8的相对表达丰度随处理时间先上调后下调,在24 h达到表达高峰.     

低磷营养胁迫下水稻化感抑草潜力的变化特性及其作用机理

在低磷(0.5 mg·L^-1) 营养胁迫下,运用生理生化方法分析了化感水稻PI312777（PI）与非化感水稻Lemont (Le) 对稗草抑制作用潜力的变化特性及其内在机理.结果表明,在低磷营养胁迫下,化感水稻品种PI对受体稗草根干重的抑制能力明显提高,在处理后的5 、10和15 d,其对稗草地下部干重的抑制率分别增加了5.64%、3.89%和12.13%,增加幅度比非化感水稻品种Le显著.生理生化分析结果表明,与正常营养条件相比,用低磷营养下生长的化感水稻PI的根系分泌物处理稗草5、10和15 d,受体稗草叶片中POD活性的促进率分别提高了20.19%、15.47%和6.68%,吲哚乙酸氧化酶活性的促进率分别提高了18.08%、17.71%和12.50%,硝酸还原酶活性的抑制率分别增加了13.89%、18.60%和2.10%. 在低磷营养胁迫下,化感水稻通过抑制受体植物的硝酸还原酶活性,影响其对氮营养的吸收,同时显著提高了吲哚乙酸氧化酶活性,减缓了受体稗草的生长速度,提高了其抑草作用潜力.     

化感水稻不同组织水浸提液对稗草的化感作用

本研究利用HG1和HG2两个化感水稻品种和稗草为材料,研究了化感水稻品种的叶、叶鞘、根组织的水浸提液对稗草幼苗的化感作用。结果表明：HG1不论是对稗草幼苗的株高还是对稗草幼苗的根都有极强的化感作用,而HG2只对稗草的根有极强的化感作用。在不同组织之间,叶和叶鞘的水浸提液对稗草的抑制作用显著大于根的水浸提液和对照。两个化感水稻对稗草幼苗根的抑制更强于对苗高的抑制。随着稗草密度的增加,稗草受抑程度减少,这可能与单株吸收化感物质的量减少有关。     

水稻品种化感特性与农艺性状的关系

选用9个华南地区主栽水稻品种,用特征次生物质标记方法测定它们的化感指数,并通过田间实验确定这些水稻品种的抑草效应及主要农艺性状,在此基础上分析这些水稻品种的化感特性、抑草效应和农艺性状的关系.结果表明,具有化感特性的水稻品种并不都能在田间表现出抑草效应,化感特性与主要农艺性状均无显著的相关性,但同时具有化感特性和有利竞争农艺性状的水稻品种均能在田间显示抑草效应.水稻化感特性和农艺性状的不相关显示化感特性转入相关的水稻品种将不影响它们的农艺性状,这意味着能培育出各种农艺性状的水稻化感新品种.     

有机酸类化感物质对甜瓜的化感效应

以甜瓜种质“新银辉”为材料,用苹果酸、柠檬酸、对羟基苯甲酸、肉桂酸、阿魏酸、水杨酸和香豆酸等7种有机酸类化感物质处理甜瓜种子和幼苗,探讨其对甜瓜的化感效应及作用机理.结果表明:苹果酸可以促进甜瓜种子发芽和幼苗胚根生长,抑制植株鲜重增加和胚轴生长;柠檬酸促进发芽,对羟基苯甲酸和肉桂酸抑制发芽,但三者均抑制胚根生长,且对鲜重和胚轴生长表现为低促高抑效应,高浓度肉桂酸对种子发芽和胚轴生长的抑制效应最强,可能是甜瓜重要的化感物质;阿魏酸和香豆酸对发芽表现为低促高抑效应,抑制鲜重、胚根和胚轴生长;水杨酸对发芽和胚轴生长表现为低促高抑效应、抑制鲜重和胚根生长.7种有机酸处理后过氧化物酶活性均增强,有机酸类物质对甜瓜的化感效应可能和其体内的过氧化氢水平有较高的相关性;苹果酸、肉桂酸、对羟基苯甲酸和水杨酸处理后甜瓜幼苗体内超氧化物歧化酶的活性基本呈下降趋势,柠檬酸、阿魏酸和香豆酸则表现为低促高抑效应;过氧化物酶活性变化较复杂,但基本随处理浓度升高而上升;丙二醛含量大多低于对照.     

小麦化感作用研究进展

小麦是世界第一大粮食作物,在农业生产中占有重要地位.然而,由于人们为保证小麦产量往往施用大量的除草剂和杀菌剂,对环境造成了极大的危害.小麦化感作用是利用小麦活体或残体向环境中释放次生代谢物质对自身或其他生物产生作用,它克服了除草剂和杀菌剂等引起的环境污染问题,具有抑制杂草控制病害的潜力.本文对已有的小麦化感作用的研究进展情况进行了综合评述.其中小麦对杂草、虫害及病害产生防御功能的主要化感物质为异羟肟酸和酚酸类物质.小麦化感物质活性的发挥除了取决于化感物质的种类外,还由小麦自身的遗传因素、环境因素和生物因素的共同作用所决定.小麦化感物质在根际土壤中的滞留、迁移和转化过程、小麦化感作用与土壤生物的关系以及相关的作用机理是小麦化感作用研究的薄弱环节,其研究方法还需进一步探索改进.小麦化感作用在植物保护、环境保护以及作物育种等方面具有广泛的应用前景,促进了小麦抗逆性的增强以及产量和品质的提高.     

Rice allelopathy and the possibility for weed management

In attempts to control weeds in rice, much effort has been focused on rice allelopathy research for more than 30 years. Among screening methods that have been developed, some estimate the allelopathic potential of various rice cultivars in a limited time and space, which is less costly and can be conducted year round. Rice allelopathy activity is variety dependent and origin dependent, where Japonica rice shows greater allelopathic activity than Indica and Japonica–Indica hybrids. Allelopathic characteristics in rice are quantitatively inherited and several allelopathy‐involved traits have been identified. Numerous phytotoxins such as cytokinins, diterpenoids, fatty acids, flavones, glucopyranosides, indoles, momilactones (A and B), oryzalexins, phenols, phenolic acids, resorcinols and stigmastanols have been identified and determined as growth inhibitors in rice. However, the fate and actual modes of action of these compounds as well as other potent rice phytotoxins in nature are not well understood. The question of which compounds play a major role in rice allelopathy has remained obscure; however, rice allelopathy might be attributable to the interaction of all present allelochemicals. Despite locating genes determining or involving allelopathy in rice having attracted much effort, the introduction of these genes into target rice cultivars has not yet been achieved. Success in breeding new rice cultivars having good weed‐suppressing ability would benefit farmers in rice‐cultivating countries and play an important role in sustainable agricultural production.     

水稻化感作用及其分子生态学研究进展

综述了近年来国际上研究水稻化感作用的新进展,比较分析了当前常用于室内评价水稻化感作用潜力的几种生物测试法的优缺点,指出了琼脂迟播共培法是较为理想的室内生物测试法并已广泛应用于化感作用研究中。在此基础上,分析了水稻化感作用的数量遗传特性及其QTL定位的研究现状;阐明了水稻化感作用的遗传多样性及其分子生态特性;并就当前普遍关注的焦点问题：逆境条件（如低氮或高伴生杂草密度胁迫）常引起水稻化感作用潜力增大的生理过程与分子机制作了阐述。结合近年来应用差异蛋白组学和生物信息学的研究实例,阐明了逆境引起水稻化感作用增强与其酚类合成代谢相关酶蛋白表达丰度增加,萜类合成代谢相关酶蛋白表达丰度下降有关。就究竟什么是水稻的化感物质及其作用方式等问题作了分析与讨论．指出水稻的化感抑草效应是其众多化感物质综合作用的结果,应重视区分化感物质对靶标杂草的原生作用和进入土壤生态系统中经生物转化后的次生作用。根据当前植物化感作用研究的发展趋势,阐明了进一步研究水稻化感作用的焦点问题,提出了水稻化感作用的根际生物学特性与分子生态学机制,是未来国际上竞相角逐的重点研究领域,并认为以现代系统生物学理论为指导,运用基因组学、蛋白质组学和代谢组学等技术方法,是揭示这一分子生态学过程与机制的重要技术选择和优先研究领域。     

Allelochemicals released by rice roots and residues in soil

A few rice (Oryza sativa L.) varieties or rice straw produce and release allelochemicals into soil in which interfere with the growth of neighboring or successive plants. Allelopathic rice PI312777 and Huagan-1 at their early growth stages released momilactone B, 3-isopropyl-5-acetoxycyclohexene-2-one-1, and 5,7,4′-trihydroxy-3′,5′-dimethoxyflavone into soil at phytotoxic levels, but non-allelopathic rice Huajingxian did not. Both allelopathic and non-allelopathic rice residues released momilactone B and lignin-related phenolic acids (p-hydroxybenzoic, p-coumaric, ferulic, syringic and vanillic acids) into the soil during residue decomposition to inhibit successive plants. The results indicated that allelochemicals involved in rice allelopathy from living and dead plants are substantially different. Interestingly, the concentrations of the allelochemicals released from the allelopathic rice seedlings in soil increased dramatically when they were surrounded with Echinochloa crus-galli. The concentrations of the allelochemicals were over 3-fold higher in the presence of E. crus-galli than in the absence of E. crus-galli. However, the same case did not occur in non-allelopathic Huajingxian seedlings surrounded with E. crus-galli. In addition to allelochemical exudation being promoted by the presence of E. crus-galli, allelopathic rice seedlings also increased allelochemical exudation in response to exudates of germinated E. crus-galli seeds or lepidimoide, an uronic acid derivative exuded from E. crus-galli seeds. These results imply that allelopathic rice seedlings can sense certain allelochemicals released by E. crus-galli into the soil, and respond by increased production of allelochemicals inhibitory to E. crus-galli. This study suggests that rice residues of both allelopathic and non-allelopathic varieties release similar concentrations and types of allelochemicals to inhibit successive plants. In contrast, living rice plants of certain allelopathic varieties appear to be able to detect the presence of interspecific neighbors and respond by increased allelochemicals.     

Allelopathic substance in rice root exudates: rediscovery of momilactone B as an allelochemical

Much research on rice allelopathy has been directed toward the selection of allelopathic rice strains and the identification of allelochemicals in rice. This paper briefly summarizes recent progress in the rice allelopathy and focuses on rediscovery of momilactone B as an allelochemical. A large number of rice varieties were found to inhibit the growth of several plant species when grown together under field and/or laboratory conditions. These findings suggest that rice probably produces and releases allelochemical(s) into the environment. The putative compound causing the inhibitory effect of rice was recently isolated from rice root exudates, and the chemical structure of the inhibitor was determined by spectral data as momilactone B. In addition, it has been found that momilactone B is released from rice roots into the neighboring environment, and the release level of momilactone B from rice may be sufficient to cause growth inhibition of neighboring plants. These findings suggest that momilactone B may play an important role in rice allelopathy.     

水稻化感物质抑草作用机理的分子生物学研究

水稻化感作用是通过水稻植株体向环境中释放化感物质来实现的．水稻化感物质的主要抑草作用机理有：抑制杂草种子的发芽,影响激素平衡,破坏细胞膜系统的完整性,影响光合作用和呼吸作用,干扰对营养和水分的吸收,影响蛋白质合成和基因表达等．水稻化感作用是由多基因控制的,表现为数量性状．利用分子生物学技术和化感生物检测技术等研究手段检测到了多个水稻化感作用的主效应(QTLs)位点,但不同水稻化感种质其主效应QTLs位点明显不同．通过分子辅助选择和建立近等基因系的方法对检测到的QTLs作进一步的精细定位,最终实现水稻化感抑草有利基因的克隆是今后研究的重要方向。     

水稻化感作用研究综述

主要对水稻化感现象发现,化感生物检测,化感物质分离和鉴定,化感种质资源等方面的研究进展了系统的综合论述,在此基础上,进一步对化感作用研究中的主要问题,例如;生物检测手段,化感作用利用途径等进行了分析。并对我国的化感作用研究的存在问题及发展方向作出了论述。     

小麦化感作用研究进展

小麦是世界第一大粮食作物,在农业生产中占有重要地位．然而,由于人们为保证小麦产量往往施用大量的除草剂和杀菌剂,对环境造成了极大的危害．小麦化感作用是利用小麦活体或残体向环境中释放次生代谢物质对自身或其他生物产生作用,它克服了除草剂和杀菌剂等引起的环境污染问题,具有抑制杂草控制病害的潜力．本文对已有的小麦化感作用的研究进展情况进行了综合评述．其中小麦对杂草、虫害及病害产生防御功能的主要化感物质为异羟肟酸和酚酸类物质．小麦化感物质活性的发挥除了取决于化感物质的种类外,还由小麦自身的遗传因素、环境因素和生物因素的共同作用所决定．小麦化感物质在根际土壤中的滞留、迁移和转化过程、小麦化感作用与土壤生物的关系以及相关的作用机理是小麦化感作用研究的薄弱环节。其研究方法还需进一步探索改进．小麦化感作用在植物保护、环境保护以及作物育种等方面具有广泛的应用前景,促进了小麦抗逆性的增强以及产量和品质的提高．