全 文 ：草化感作用的研究
陈遂中 ,谢慧琴 ,王春娟 ,吴晓峰
(石河子大学农学院 ,新疆石河子 832003)
摘 要:【目的】以三种作物为研究对象 , 探讨 草的化感作用和作用机理。【方法】实验采用室内生测和生理
实验的方法 ,【结果】 草对三种作物生长均表现出化感效应 ,经不同组分处理后的作物种子发芽率明显降低 ,
五种组分中丙酮组分对种子萌发影响最大;同时 ,五种组分对作物幼苗生长均有不同程度的抑制 , 降低了根系
活力 ,不同组分对作物幼苗根系的的抑制作用表现为MDA含量增加 , POD酶活性升高 , CAT 酶活性降低 , 叶绿
素含量降低。【结论】 草确有化感作用。
关键词: 草;化感作用;种子萌发;幼苗生长
中图分类号:Q944.6 文献标识码:A 文章编号:1001-4330(2010)02-0303-05
Study on Allelopathic Effect of Triquetet
CHEN Sui-zhong ,XIE Hui-qin ,WANG Chun-juan ,WU Xiao-feng
(College of Agriculture ,Shihhotze University , Shihhotze Xinjiang ,832003 , China)
Abstract:【Objective and Method】Bioassay and physiological experiment were adopted to explore the
allelopathic effect and mechanism of triquete on three plant receptors.【Result】Aqueous extract triquetet has
allelopathic effect on three plant receptors.Seed ger mination rate index decreased significantly after processing.
Among the 5 components , acetone has the largest impact on seed germination rate.At the same time , the growth of
three plant seedlings was inhibited under the function of the five components.The different components have an
inhibition effect on the root system of crops seedlings ,【Conclusion】which showed that MDA content was increased ,
the vigor of POD enzyme was increased , the vigor of CAI enzyme was reduced , the chlorophyll content was
decreased ,which shows that the processed triquetet exudates has the function of allelopathic effect.
Key words:triquetet;allelopathic effect;seed germination;seedling growth
0 引言
【研究意义】化感作用(allelopathy),又称他感 、异株克生作用等 ,是指 一种植物包括微生物通过向环
境释放化学物质而对另一种植物包括微生物产生直接或间接的作用 ,根据作用对象的不同或浓度的不
同 ,可能产生抑制效应或促进效应 ,同时植物释放的化学物质不仅对其他植物有害 ,有时对自身也有毒
害作用 ,自毒作用液认为是化感作用的一方面[ 1] 。【前人研究进展】由于雨水或雾滴的作用 ,一些有机
酸 、氨基酸 、萜类和酚类等水溶性化合物易被从植株表面淋溶下来 ,对周围植物产生影响。许多菊科植
物含有大量的挥发性萜类化合物 ,如柠檬烯 、蒎烯 、樟脑 、长叶薄荷酮 、桉树脑 、香茅醇等。它们不仅保护
植物自身不受侵害外 ,还对其他植物生长产生抑制作用[ 2] 。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[ 3] 。 草(Scirpus triquetet L.)为莎草科多年生杂
草生 ,长于稻田 、低湿盐碱地或潜水中 ,常呈单一种群或与稗一起危害作物[ 4] 。【本研究切入点】目前对
草的防治还处在化学防治阶段 ,而对其发生的机理缺乏深入的认识。【拟解决的关键问题】通过分析
草新鲜植株水提液对不同作物种子发芽及幼苗生长的化感效应 ,探讨 草草害的危害及发生机理 ,最
终为采取科学合理的措施减轻草害提供理论依据 。
收稿日期:2009-09-08
基金项目:石河子大学自然科学基金项目(ZRKX200705)
作者简介:陈遂中(1984-),男 ,四川人 ,硕士研究生 ,研究方向为植物源农药 ,(E-mai l)suizhong@qq.com
通讯作者:谢慧琴(1962-),女 ,河南人 ,副教授 ,研究方向为植物源农药 ,(E-mai l)xhqin100@163.com
新疆农业科学 2010 ,47(2):303-307
Xinjiang Agricultural Sciences
1 材料与方法
1.1 材 料
取莎草新鲜植株 5 kg , 用清水清洗植株及根部 。整株用蒸馏水于室温下浸泡 48 h , 后经 4 层定性
滤纸抽滤 , 得水提液10 L , 将水提液(10 L)用旋转蒸发仪(45℃, -0.1MPa )减压浓缩 ,搜集到浓缩液(2
L)。再用五种极性递增的有机溶剂(正己烷 、二氯甲烷 、乙酸乙酯 、正丁醇 、丙酮)依次萃取浓缩 ,除水后
浓缩各萃取组分 ,称重 ,以少量丙酮助溶 ,用蒸馏水定容 ,配成供试浓度药液 。
1.2 方 法
1.2.1 种子发芽试验
将植物种子用 10%的 H2O2 消毒处理 ,然后均匀放入底垫两层滤纸的培养皿中(直径 9 cm),用移液
管加入5 mL 100 mg/kg 的浸提液 ,以蒸馏水为对照 ,3次重复 ,盖上皿盖 ,置于培养箱中恒温 27℃保湿培
养 ,每天光照时间 10 h。48 h后检查受体植物种子的萌发率(胚根或胚轴破皮 1 ～ 2 mm 时为萌发),72 h
后记录根长和苗高(cm),并称其鲜重。
1.2.2 幼苗生长试验
采用加营养液(含有不同有机溶剂萃取液)培养实验[ 5] 。将已催芽且芽长基本一致的作物种子播于
盛有蛭石的营养钵中 ,每隔2 d浇灌上述含有不同组分的营养液 ,每处理10株 ,重复 3次 ,7 d后取样 ,测
定形态指标和叶片 、根系生理生化指标 。
1.2.3 形态和生理生化指标
发芽率(%)=发芽种子数/供试种子数×100.
化感效应指数(RI)采用Williamson 等[ 6]的方法进行 ,当 T ≥C时 , RI =1-C/ T ;当 T
绝对值大小与作用强度一致);
生理生化指标测定:过氧化氢酶采用 KMnO4滴定法[ 7] ;过氧化物酶采用愈创木酚法[ 7] ;细胞膜脂的
损伤程度用脂质过氧化产物丙二醛(MDA)生成量反映[ 7] ;超氧化物歧化酶(SOD)活性用 NBT 还原抑制
法测定[ 8] ;根系活力测定用TTC法[ 9] 。
试验数据采用 DPS v7.05版统计软件进行统计分析 。
2 结果与分析
2.1 不同萃取溶剂对作物种子发芽的影响
草不同溶剂萃取液对作物种子萌发的影响表明 , 草不同溶剂萃取液对作物种子萌发均表现为
抑制作用 ,不同组分对于小麦种子发芽抑制顺序为:丙酮>正丁醇>乙酸乙酯>二氯甲烷>正己烷;不
同组分对于萝卜种子发芽抑制顺序为:丙酮>正己烷>正丁醇>乙酸乙酯>二氯甲烷;不同组分对于黄
瓜种子发芽抑制顺序为:丙酮>正丁醇>乙酸乙酯>二氯甲烷>正己烷。表 1
表1 不同组分对作物种子萌发的影响
Table 1 Effect of different components on seed germination
小麦发芽率(%)
Wheat
germination rate
RI
萝卜发芽率(%)
Radish germina-
tion rate
RI
黄瓜发芽率(%)
Cucumber
germination rate
RI
CK 100 0 100 0 100 0
正己烷 0.86 -0.14 0.8 -0.2 0.96 -0.04
二氯甲烷 79 -0.21 93.30 -0.06 93.30 -0.07
乙酸乙酯 76 -0.24 90 -0.1 84 -0.16
正丁醇 69 -0.31 84 -0.16 80 -0.2
丙酮 61 -0.39 79 -0.21 78 -0.22
2.2 不同萃取溶剂对作物幼苗生长的影响
草水提液的五种不同萃取组分对三种作物的苗高均表现出不同的抑制作用 ,对于小麦幼苗 ,各组
分与对照相比差异显著 ,抑制强度为乙酸乙酯>丙酮>二氯甲烷>正丁醇>正己烷;对于萝卜幼苗 ,抑
·304· 新疆农业科学 47卷
制强度为正丁醇>乙酸乙酯>二氯甲烷>丙酮>正己烷;对于黄瓜幼苗 ,抑制强度为丙酮>正丁醇>乙
酸乙酯>二氯甲烷>正己烷。表 2
表2 不同组分对作物幼苗生长的影响
Table 2 Effect of different components on seedling growth
项目
小麦 Wheat 萝卜 Radish 黄瓜 Cucumber
根长
Length of root
苗高
Height
根长
Length of root
苗高
Height
根长
Length of root
苗高
Height
CK 12.12a 10.07a 6.51a 7.97a 7.25a 6.39a
正己烷 10.12b 9.01ab 5.88ab 7.08ab 5.88b 5.50b
二氯甲烷 8.95c 7.91bc 4.64c 7.11ab 5.78b 4.14c
乙酸乙酯 8.31c 7.77bc 4.38c 6.86b 4.98bc 3.93c
正丁醇 8.956d 6.71c 2.85d 5.52c 4.41c 3.03d
丙酮 8.76c 8.16bc 5.07bc 5.13c 4.31c 2.06d
注:同列不同字母表示方差分析差异显著水平
Note:Different letters in each column mean significant at 5% level
2.3 不同萃取溶剂对作物幼苗根系活力的影响
五种组分对于作物幼苗根系活力均有抑制作用 ,对于小麦 ,各组分与对照间差异显著 ,抑制强度为
乙酸乙酯>正丁醇>丙酮>正己烷>二氯甲烷;对于萝卜各组分抑制强度为丙酮>正丁醇>乙酸乙酯
>二氯甲烷>正己烷;对于黄瓜各组分的抑制强度为正丁醇>丙酮>乙酸乙酯>二氯甲烷>正己烷;对
于黄瓜幼苗 ,正己烷组分与对照差异不大 ,其余四组分对黄瓜幼苗的抑制强度为丙酮>正丁醇>乙酸乙
酯>二氯甲烷。说明随着 草植株化感成分主要集中在极性大的组分中 ,且植物根系活力受到抑制 ,导
致植物根系生长缓慢 ,对养分吸收能力降低。 草水提液不同萃取组分对作物根系生长产生不同程度
的毒害作用 ,降低了根系的还原能力 ,使根系生长和吸收养分的能力下降 ,生长受阻碍 ,从而降低了作物
的抗性。图1
2.4 不同萃取溶剂对作物幼苗过氧化物酶的影响
各组分除正己烷外 ,四组分均促进了过氧化物酶活性 ,对于小麦促进强度为二氯甲烷>正丁醇>乙
酸乙酯>丙酮>正己烷;对于萝卜各组分促进强度为丙酮>二氯甲烷>正丁醇>正己烷>乙酸乙酯;对
于黄瓜幼苗各组分促进强度为丙酮>正丁醇>乙酸乙酯>二氯甲烷>正己烷。过氧化物酶是植物主要
抗氧化酶之一 ,能够在逆境胁迫和衰老过程中清除植物体内过量的活性氧 ,维持活性氧的平衡 ,保护膜
结构[ 10] 。图 2
·305·2期 陈遂中等:草化感作用的研究
2.5 不同萃取溶剂对作物幼苗过氧化氢酶的影响
研究表明 ,随着萃取液的变化作物过氧化氢酶的活性呈现出减小的趋势 ,且随着萃取液极性的增强
作物幼苗过氧化氢酶的活性逐渐递减 ,这种现象可能是由于化感成分在极性较强的组分当中含量较高。
植物中CAT起着分解 H2O2 的功能 , CAT 活性下降引起 H2O2 大量积累 ,从而加剧细胞膜脂过氧化程
度[ 11] 。图 3
2.6 不同萃取溶剂对作物幼苗丙二醛含量的影响
五种组分萃取液均促进了作物根部丙二醛含量的增加 ,小麦组其中正丁醇组分含量达到最高(3.3
μmol/g);萝卜组正丁醇组分含量达到最高(2.64μmol/g);黄瓜组乙酸乙酯组分达到最高(1.89μmol/g );
同时随着萃取液极性的增强作物根部MDA含量逐渐增高 。这表明 草植株水提液不同萃取液在一定
程度上诱导了作物体内活性氧自由基的积累 ,脂质过氧化加剧 ,使 MDA含量增加 ,作物抗病能力下降。
植物在逆境胁迫下 ,体内产生自由基 ,使膜质过氧化并导致细胞膜受到伤害 。丙二醛(MDA)是自由启动
的膜质过氧化产物之一 ,其含量常作为反映膜质过氧化程度的指标[ 12] 。图 4
2.7 不同萃取溶剂对作物幼苗叶片叶绿素含量的影响
不同组分萃取液对作物幼苗总叶绿素(CHL)
含量产生了明显的影响 ,不同组分处理后叶片叶
绿素含量均低于对照 。结果表明 草化感物质抑
制了作物叶绿素的合成 ,导致作物光合速率下降 ,
作物生物量降低 。图 5
3 讨论
植物化感作用通过对种子发芽率 、根长 、苗长
以及幼苗体内抗氧化酶活性的抑制来表达 ,同一
植物对不同受体的抑制作用存在很大差异。根据
种子发芽试验表明: 草五种组分萃取液对三种
作物种子发芽都有抑制作用 ,且不同萃取液间差
异显著 ,且随着萃取液极性的增强抑制作用逐渐
增大 ,正己烷(-0.14)>二氯甲烷(-0.21)>乙
酸乙酯(-0.24)>正丁醇(-0.31)>丙酮
(-0.39),这表明 草水提液化感物质在较强极
性溶剂
图 5 不同组分对作物幼苗叶片
叶绿素含量的影响
Fig.5 Effect of different components on
seeding , leaf and chlorophyll content
·306· 新疆农业科学 47卷
中含量较高 ,同时可以看出 草植株中确实存在抑制种子萌发的物质 ,这些物质降低了种子的萌发率 ,
产生了抑制作用 。但在环境复杂的自然环境下能否发生同样程度的作用还有待进一步研究。
4 结论
幼苗生长试验结果表明:五种组分均对作物根长 、苗高和鲜重有抑制作用;五种组分也使其幼苗根
部内在生理指标受到影响 ,如根系活力降低 ,过氧化物酶活性升高 ,过氧化氢酶活性降低 ,丙二醛含量增
加。由此可见 , 草新鲜植株提取液对三种作物无论是地上部还是地下部的生长都有显著的一致作用。
推测化感物质可能干扰了生长素类物质的合成 ,使作物根茎生长受到抑制 。
实验证明 草对三种作物存在化感作用 ,但其化感物质的主要成分还有待进一步研究。
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