全 文 ：第 11卷 第 3期
2 0 0 3年 7月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
Vo1．11 No．3
July， 2003
植物化感作用表现形式及其开发应用研究
黄 高宝 柴 强
(甘肃农业大学农业生态工程研究所 兰州 730070)
摘 要 综述 了作物 自毒现象、作物 间他感作用 以及作物 与杂草 间他感互作 的研 究进展 ，指 出化感作 用在 克服连
作障碍 、构建高效间套复合群体 、防除病虫草害和 生物调控方面的应用潜力。
关键 词 化感 作 用 表 现形 式 开发 应 用
Acting formations and applying development of allelopathy．HUANG Ga~Bao，CHAI Qiang(Institute of Agroecologic
Engineering，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070)，CJEA，2003，11(3)：172～174
Abstract The current advance of researches on the autotoxicity of crops and the allelopathy among crops or among crops
and weeds is reviewed in this paper and the great potentials of allelopathy are proposed，in getting rid of the obstacles of
continuous cropping，constructing the high efficient intercropping systems，regulating the crops growth and preventing the
pests and weeds．
Key words Allelopathy，Acting formations，Applying development
1 化感作用的表现形式
1．1 自毒作用
自毒作用是植物通过分泌与释放有毒化学物质对同种植物种子萌发和生长起抑制作用的现象 j。已有
研究表明，水稻、小麦、玉米、甘蔗等禾本科植物和大豆 、蚕豆、苜蓿等豆科类植物及人工林、茶园中均存在明
显 自毒现象。其中研究较多的作物为水稻 ，Chon C．H．等 研究发现水稻残茬及秸秆在分解过程 中能产生
某些有毒物质 ，抑制水稻幼苗生长 ，温度为 20～25℃时抑制作用最强，>30℃时抑制作用随时间推移显著下
降，其结果降低水稻的有效分蘖数、有效穗数、千粒重及产量。水稻的自毒作用同时受温度、光照、土壤湿度、
土壤肥力 、排水条件等环境要素以及同一环境中其他生物的影响，当环境要素接近水稻生长的最适条件时 自
毒效应明显降低 ，且水稻群体中存在其他物种 ，如不同水稻混种时也可降低 自毒作用。小麦 自毒作用研究主
要是小麦秸秆分解物所产生的化感效应，其分解物产生的自毒作用随分解时间延长而逐步增大 ，但一定时期
后其分解物质对根长和芽长等均有刺激作用 。鲜麦秸强烈抑制小麦幼苗生长，该抑制作用在传统耕作和
少耕 、免耕土壤中均存在 。连作障碍是作物栽培中常见现象 ，Assiumpcao(1979)研究发现玉米残茬对玉米
幼苗生长有抑制作用。Guenzi等(1966)报道玉米和高粱成熟时秸秆 中含较多有毒物质 ，需分解 154～196d
才能解除毒性。根系分泌物中的酚酸类物质是存在于土壤中典型化感物质 ，而分泌物及作物根茬等有机物
质的次生代谢物也多具有化感作用，通过影响土壤 C／N值而影响微生物种群结构和活力。
1．2 他感作用
作物间通过秸秆产生的他感作用。不同作物的茬 口含有不同种类化感物质 ，并对其他作物生长产生一
定促进或抑制作用，研究表明豆科类作物残茬和秸秆分解物能促进禾本科、茄科作物生长 ，作物秸秆腐解产
生的有机酸类化感物质可溶解和转移土壤 中的矿质养分 ，提高其利用效率 ，苜蓿秸秆覆盖可促进马铃薯 、黄
瓜 、莴苣等几种作物生长，大豆残茬对玉米苗高和苗重有促进作用。自然界中他感抑制现象更为普遍 ，秸秆
经过雨水浸溶或微生物腐解产生的化感物质常对下茬作物产生不 良影响，研究表明雨量较多时小麦秸秆覆
盖后栽培玉米，其分解物对玉米幼苗生长具有化学肥料无法弥补的抑制作用。玉米 、高粱、燕麦残株腐解产
生的苯甲酸 、香草酸、香豆酸、阿魏酸和苯 甲醛等可抑制高粱、大豆、向 日葵、烟草正常生长。王璞 (1995)研
究发现小麦、向日葵 、羽扇豆和蚕豆植株的浸提液在浓度 <2．5g／kg时对玉米幼苗生长有一定促进作用 ，但
*国家 自然科学基金项 目(30170547)和教育部优秀青年教师奖励基金项 目及甘肃省 自然科学基金项 目(ZS021一A25—044一N)共同资助
收稿 日期 ：2002—08—10 改回日期 ：2002—09—14
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第 3期 黄高宝等 ：植物化感作用表现形式及其开发应用研究 173
浓度增大时对玉米种子主胚根和次胚根生长抑制作用显著。番茄不仅有 自毒作用 ，且植株挥发物和根系分
泌物对 黄瓜生长有 明显抑制作用 。
作 物间通过其他 途径产生 的他感 作用 。作 物根系分 泌的脂 肪酸在根 际环 境 中积 累 ，尤其在 还原 条件 下
积累可抑制其他作物生长 ，而分泌的酚酸类物质普遍被认为是化感物质，如野燕麦分泌的对小麦有抑制作用
的化感物质中含有对羟基苯甲酸 、香草酸和香豆素等 。董钻研究蓖麻间作复合群体时发现，鹰嘴豆根系分
泌的酸性物质对蓖麻根冠生长有毒害作用。沈立研究盆栽除 N条件下春玉米和春大豆混作时根系分泌物
间的关系表明，缺 N砂培下大豆排出的含 N化合物 90％被玉米吸收，混作玉米 比单作玉米叶面积大、干物
质量增加，根系发育 良好 ，体内含 N量增加 ；而混作大豆的根瘤数增加 ，总体积增大。大豆根系分泌物、叶片
经雨水淋溶液中均含对玉米等作物有促进作用的他感物质。叶片挥发物是产生化感作用的重要途径之一，
如自然界中胜红蓟通过向环境释放挥发性化感物质影响周围植物生长 。徐涛等研究表明随营养水平降
低 ，胜红蓟对受体植物产生的化感抑制效应明显增强。
1．3 作物与杂草间的他感作用
杂草对作物生长的影响。杂草与作物争夺光 、热、水、肥等 自然资源且产生抑制作物生长发育的化感物
质 ，可降低作物产 量并导致农 产品品质下 降。据 Chandler J．M ． 报道 ，美 国每 年 因杂 草导致 的水 稻 生产损
失约为潜在产量的 17％，约合 2亿美元。杂草防除手段如人工除草、化学除草和生物除草等均不 同程度存
在效率低 、环境 污染严重 、副作用强 等缺点 ，科 学利用作 物与 杂草间 的他感 抑制作 用 防除 杂草是 经济 、安 全 、
高效 的除草方法之一 。研究发现许 多杂草及杂草 残株能释放克 生物质影响谷物 生长 ，如豚草 、向 日葵产生 克
生物质 通过 抑制根瘤 菌 和 固 N作 用强 烈抑 制豆科植 物生 长 。曾任森 研 究发 现胜红 蓟和 三叶鬼针 草水 提
液对萝 卜、水稻 、黄瓜 均表现不 同程度 他感抑制作 用 ，且 胜红蓟地上部 和地下部均对 其他作 物表现 他感 作用 。
东北地区和长江中下游地区广泛蔓延且危害巨大的豚草和三叶裂豚草，能挥发对大豆、小麦等作物种子萌发
有较强 抑制作用 的他感 物质 ，并抑制玉 米根系生长发 育 ，豚草 浸提液对玉米 和大豆具有较 强抑制作用 。
作物对杂草生长的影响。有些谷物如燕麦 、高粱残体也能释放他感物质 ，强烈抑制某些杂草生长 ，如稞
麦和小麦残体均能有效杀死某些阔叶杂草。Dailay等研究发现许多水稻品种对稗草和其他杂草具有他感抑
制作用 。高粱 、向 日葵 、燕麦 、大麦 、小麦 和苏丹 草等残 留秸 秆或 堆肥 可显著 抑制 杂草生 长 ，而高 粱或 苏丹 草
堆肥施于果园可减少杂草生物量 85％～90％且无副作用。Olofsdotter(1996)在 IRRI筛选出 111个水稻材
料发 现 ，旱 季和雨季均有 13个水 稻 品种表 现出抑制杂 草的他感 效应 ，10个水 稻品系对 稗草 具有较 强他感 作
用 。埃及科学家 Hassan 1993～1996年对水 稻一稗草 的化感 研究 发 现 ，约 30份 材料 可控 制 50％ ～90％的稗
草生长，10余份材料对异型莎草有抑制作用，这些化感作用主要体现在抑制杂草发芽及三叶期生长。
2 化感作用开发潜力及其研究应注意问题
化感作用在现代农业中的开发潜力一是有助于克服连作障碍 ，连作障碍主要成因是作物根系或地上组
织 产生对本 身生 长具有潜 在抑制作用 的化感 物质 ，化感作用研究 有助 于了解 产生抑制作用 的根 本原 因 ，为建
立 高效种植 制度 提供理论 依据 。如禾 本科作 物与豆科 类作 物轮作增 强前后 茬 口间 的互补性 ，弱化 了连作 障
碍，明显提高作物产量，改善土壤理化性状。同时化感作用研究有助于秸秆资源化 ，通过适时适量秸秆还田
和适宜的配套措施减少对下茬作物的不利影响，提高秸秆利用效率。二是有助于构建高效复合群体 ，间作套
种使不同组分间存在互补和竞争作用 ，复合群体高产的根本保障是强化互补、弱化竞争，构建间套复合群体
时应充分研究组分间可能产生的化感作用 ，将产生互补作用较强的作物组合在同一群体内。如豆科作物与
禾谷类作物间套作可明显提高后者对 I 、K、Ca的吸收；洋葱和棉花间套种 ，前者分泌的挥发气体能抑制棉蚜
生长 ；大蒜和油菜间作 ，大蒜素可大幅降低油菜菌柱病发生 ；豆科类根系分泌的氨基酸可被其他作物根系吸
收，而其他作物分泌的部分酸类物质能被豆科作物吸收利用。三是有助于开发环保型农药和植物生长调节
剂 ，植物化感物质来 自于植物体 ，为天然的除草剂‘ 且是环境长期选择的结果 ，不会对环境造成不利影响 ，
是未来农业中极具开发价值的环保型农药。目前生产中已有几例成功运用化感物质作除草剂，如桉树脑、根
瘤生物毒素、独脚金酚和麦仙翁素等。现代农业生产中应用的许多化学调节剂已被证实为化感物质，如水杨
酸、赤霉素、乙烯利等，植物体中可供开发的化感物质资源十分丰富，对其进行科学筛选必能发现生物活性更
强的植 物生 长调节 剂 。
目前化感作用研究中应注意的问题一是正确选择生物测定方法 ，化感作用研究中存在许多说服力较强
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的生物测定方法 ，但国内外表述化感效应的方法尚存在一定差异 ，给相互交流带来不便 ，故设计测定方法时
可 在严格遵循公认 原则基础上 ，根据试 验的特殊性加 以选择和配置 。二是确定化感 物质来源 ，生态 系统产生
的化感物质种类较多，但对特定群体而言产生化感作用的物质可能是 1种或少数几种，并可能来 自自身分泌
物 、前茬作物残留物或其他物种。分清化感物质的真正来源 ，正确确定化感物质的受体与供体，才能模拟、了
解 自然界确实存在的化感现象及其机理并运用于现实生产。三是合理选择化感物质的分离和鉴定手段，现
代科学技术为研究化感作用提供了先进的分离和测试手段 ，但尚需合理筛选与规划分离和鉴定的基本程序 ，
如不能磨碎后提取鲜植物组织的化感物质，不能用有机溶剂提取证实淋溶的化感物质。分离化感物质要尽
可能在 自然状态下进行或尽可能使其所处环境与 自然环境相似 ，以提高其可信度和应用价值。应联合多种
方法进行化感物质的鉴定 ，GC—MS是 目前公认的鉴定能力较强的方法之一。四是正确区分化感作用与其他
效应，化感物质必须达到界限浓度时才能产生化感作用 ，自然界中单纯某一物质一般难以产生效应 ，但化感
物质的累加和协同效应使界限浓度大幅下降，故研究中要区分化感物质的单一效应和累加效应。此外化感
物质与逆境间产生的复合效应易被研究者忽视为化感物质的单一效应，渗透胁迫、酸碱等对植物体产生的抑
制或破坏作用也易被误解为化感作用 ，要对其正确 区分 ，深入研究 ，使化感作用在现代农业中发挥更大作用。
参 考 文 献
1 何水林 ，郑金贵 ，黎红志 种植制度中作物他感作用及其应用 中国集约型农作制 可持续发展．南昌：江西科学技术出版社．2000．219
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