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。     

植物化感作用与生物多样性

本文简要地阐释了化感作用的含义、基本特征以及作用机制,并结合生物多样性理论,综述了化感作用研究中化感物种的多样性、化感物质的多样性及其释放途径的多样性,具体讨论了化感作用对物种多样性、遗传多样性及生态系统多样性中的种群生态、协同进化、土壤生境、生态系统功能和生物入侵等方面的可能影响。文中提出了化感作用的利用、管理应与生物多样性保护相统一的看法,并指出对化感作用与生物多样性的关系以及相互影响机制进行本质的探索,特别是对植物化感作用的生态服务功能与价值评估与探讨,可为保护生物学和系统生态学提供理论基础,这也是今后工作开展的一个重要方向。     

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.     

苜蓿化感作用研究进展

苜蓿是一种优良的多年生豆科牧草 ,具有多重生态功能 ,在世界范围内广泛种植。苜蓿在第 2～ 4年后产量逐渐下降 ,而且种过苜蓿的土壤 ,间隔较短时间再种苜蓿 ,很难建植成功。许多研究表明 ,苜蓿体内含有的一些水溶性化学物质不仅能够对其产生自毒作用 ,而且也能对其他植物具有化感作用。本文综述了苜蓿化感作用研究进展 ,包括苜蓿中主要的化感物质、影响苜蓿化感作用的因素、苜蓿化感作用的应用三个方面。同时就苜蓿化感作用今后的研究重点提出一些看法和展望。     

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.     

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。     

应用基因芯片技术研究日本曲霉(Aspergillus japonicus)化感物质SAF抑制植物生长的分子机理

利用基因芯片技术研究日本曲霉的化感物质SAF化感作用的分子机理,结果表明, SAF具有浓度效应,能诱导受体植物-拟南芥的多种调控细胞死亡相关基因的上调表达,高浓度处理表达的基因数量和倍数均高于低浓度处理的.此外,SAF也能诱导与防御反应相关基因的上调表达,高浓度处理表达的基因种类和倍数均低于低浓度处理的.SAF能诱导生长素响应基因、编码乙烯反应敏感蛋白等基因的上调表达.由实验结果推测,SAF具有生长素的性质,高浓度处理可以导致受体细胞中乙烯的积累,并引起对维持细胞正常稳态起重要作用的物质-神经酰胺水平的改变,从而产生受体植物叶片的衰老和死亡的结果,这是SAF具有化感作用的主要原因.研究对于揭示SAF化感作用的分子机理具有重要的意义,对于阐明寄主非选择性毒素作用的分子机理也提供参考依据.     

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。     

杨树-农作物复合系统中的化感作用

综述了植物化感作用的类型、作用机理、影响植物化感作用的因素,并从化感作用角度提出目前长江中下游主要农林复合系统(杨树-农作物)的研究方向,杨树与不同农作物种类配置研究;针对杨树主要害虫天牛进行生物防治的“相生植物”的筛选;杨树自毒作用以及对后续农作影响研究;杨树对土壤微生物区系和土壤酶活性的影响等。     

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。     

植物化感物质及化感潜力与土壤养分的相互影响

植物化感作用与许多生态因子有关.土壤养分缺乏,影响着许多植物化感物质的产生,从而影响植物的化感潜力;反过来,植物化感物质也通过络合、吸附、酸溶解、竞争、抑制等方式影响土壤的养分形态和水平.本文总结了植物化感物质及化感潜力与土壤养分的相互影响,并提出了今后该领域值得进一步研究的问题.包括以下几方面：加强植物化感研究与土壤 植物营养学研究的结合,以更深入地阐明植物化感物质、化感作用与土壤养分变化的关系;加强植物化感研究与生态系统养分循环研究的结合,以类似自然（nature-like）的方式模拟自然界植物所受的养分干,使养分干扰的化感研究结果更加逼真、可靠;加强对养分过量及受污染时植物化感作用的研究,为揭示农业和林业生产中植物的相互作用机制和生物量变化机制提供新的思路,为生态保护提供科学依据.     

菊科植物化感作用研究进展

对菊科植物化感作用的研究进展进行了综述。菊科植物中至少有 39个属存在化感作用 ,特别是一枝黄花属、向日葵属、胜红蓟属、银胶菊属、蒿属植物等有较多的研究报道。鉴定出的化感物质多为萜类、聚乙炔类、酚类、有机酸类等 ,这些化感物质对多种受体植物表现出程度不同的抑制或促进的效应。其化感作用机理表现在破坏受体膜系统的稳定性及水分平衡关系、抑制氧化磷酸化、促进或阻滞叶绿素的合成、影响矿质元素的吸收利用等。并对菊科植物化感物质在植物生长调节剂、天然除草剂和生物杀虫剂 ,或人工合成除草剂和杀虫剂上应用的前景进行了探讨。本文显示菊科植物的化感作用将在控制外来恶性杂草及维护生态平衡上扮演重要的角色。在当前菊科植物化感作用研究的基础上 ,提出了进一步研究的 6个方向 :(1)化感物质的生物合成途径与关键酶的特性研究 ;(2 )具化感潜势物种资源的调查评价及利用研究 ;(3)化感作用在自然生态系统中的演变规律 ;(4 )菊科重要作物自毒的生化机制及克服途径 ;(5 )具应用前景的菊科植物化感关键酶的基因克隆和转基因 ,并对受体植物基因的表达与调控进行研究 ;(6 )化感作用在可持续发展农业应用上的研究与开发 ,特别是作为天然除草剂及杀虫剂     

Challenges,achievements and opportunities in allelopathy research

Abstract

Allelopathy is defined as the suppression of any aspect of growth and/or development of one plant by another through the release of chemical compounds. Although allelopathic interference has been demonstrated many times using in vitro experiments, few studies have clearly demonstrated allelopathy in natural settings. This difficulty reflects the complexity in examining and demonstrating allelopathic interactions under field conditions. In this paper we address a number of issues related to the complexity of allelopathic interference in higher plants: These are: (i) is a demonstrated pattern or zone of inhibition important in documenting allelopathy? (ii) is it ecologically relevant to explain the allelopathic potential of a species based on a single bioactive chemical? (iii) what is the significance of the various modes of allelochemical release from the plant into the environment? (iv) do soil characteristics clearly influence allelopathic activity? (v) is it necessary to exclude other plant interference mechanisms?, and (vi) how can new achievements in allelopathy research aid in solving problems related to relevant ecological issues encountered in research conducted upon natural systems and agroecosystems? A greater knowledge of plant interactions in ecologically relevant environments, as well as the study of biochemical pathways, will enhance our understanding of the role of allelopathy in agricultural and natural settings. In addition, novel findings related to the relevant enzymes and genes involved in production of putative allelochemicals, allelochemical persistence in the rhizosphere, the molecular target sites of allelochemicals in sensitive plant species and the influence of allelochemicals upon other organisms will likely lead to enhanced utilization of natural products for pest management or as pharmaceuticals and nutraceuticals. This review will address these recent findings, as well as the major challenges which continue to influence the outcomes of allelopathy research.     

Plant allelochemical interference or soil chemical ecology?

While allelopathy has been defined as plant-plant chemical interference, there has been much confusion about what the concept encompasses and how important it is in nature. We distinguish between (1) direct plant-plant interference mediated by allelochemicals, and (2) the effects of secondary compounds released by plants on abiotic and biotic soil processes that affect other plants.It very difficult to demonstrate direct effects of chemicals released by a plant on nearby plants. Although soil ecology-mediated effects of secondary plant compounds do not fit the classical concept of allelopathy, we find support in the literature for the hypothesis that the most important effects of compounds released into the soil environment by plants on other plants occur through such indirect effects. The emphasis on, and skepticism of, direct plant-plant allelopathic interference has led some researchers to demand unreasonably high standards of evidence for establishing even the existence of allelopathic interactions, standards that are not demanded for other plant-plant interactions such as resource competition. While the complete elucidation of the mechanisms by which allelochemicals function in the field is many years away, such elucidation is not necessary to establish the existence of allelopathic interactions.We propose that most of the phenomena broadly referred to as allelopathic interference are better conceptualized and investigated in terms of soil chemical ecology. Even when direct plant-plant allelochemical interference occur, the levels of allelochemicals in the environment and their effects on plants are heavily influenced by abiotic and biotic components of the soil ecosystem. Putting allelopathy in the context of soil ecology can further research and reduce some of the less fruitful controversy surrounding the phenomenon.     

化感水稻种质资源鉴定及基因定位研究进展与展望

稻种资源化感作用的鉴定评价与深入研究是化感水稻品种选育的基础.本文概要介绍了化感水稻种质资源鉴定评价方法、化感作用生理生化机理以及化感特性遗传与基因定位方面的主要研究进展,并进一步讨论了水稻化感作用研究与利用的发展方向.     

Unravelling the beneficial role of microbial contributors in reducing the allelopathic effects of weeds

The field of allelopathy is one of the most fascinating but controversial processes in plant ecology that offers an exciting, interdisciplinary, complex, and challenging study. In spite of the established role of soil microbes in plant health, their role has also been consolidated in studies of allelopathy. Moreover, allelopathy can be better understood by incorporating soil microbial ecology that determines the relevance of allelopathy phenomenon. Therefore, while discussing the role of allelochemicals in plant–plant interactions, the dynamic nature of soil microbes should not be overlooked. The occurrence and toxicity of allelochemicals in soil depend on various factors, but the type of microflora in the surroundings plays a crucial role because it can interfere with its allelopathic nature. Such microbes could be of prime importance for biological control management of weeds reducing the cost and ill effects of chemical herbicides. Among microbes, our main focus is on bacteria—as they are dominant among other microbes and are being used for enhancing crop production for decades—and fungi. Hence, to refer to both bacteria and fungi, we have used the term microbes. This review discusses the beneficial role of microbes in reducing the allelopathic effects of weeds. The review is mainly focused on various functions of bacteria in (1) reducing allelopathic inhibition caused by weeds to reduce crop yield loss, (2) building inherent defense capacity in plants against allelopathic weed, and (3) deciphering beneficial rhizospheric process such as chemotaxis/biofilm, degradation of toxic allelochemicals, and induced gene expression.     

化感作用的研究意义及发展前景

对化感作用在生态学、林业、农业等领域的理论及实践意义进行综述与探讨,并分析了其今后的发展方向.化感作用有助于更加合理地解释生态系统中植物组成与分布、群落演替、协同进化和生物入侵等现象;在林业生产的森林更新、混交林培育中有时会起到决定性作用;在农业上,单作、轮作、覆盖等各种种植方式均受化感影响,此外,一些化感物质可用作杀虫剂和除草剂,从而减轻对环境的污染水体中同样存在化感作用.培育新的抗虫害、抑草品种,分离、鉴定新的化感物质,深入揭示化感作用的机制,是今后化感作用的研究重点.