全 文 ：华北农学报 · 2009, 24(增刊):220-224
收稿日期:2009-11-21
基金项目:云南省政府专项基金;云南省农科院院基金
作者简介:徐高峰(1979-),男 ,安徽庐江人 ,研究实习员 ,主要从事杂草学与化学生态学研究。
通讯作者:张付斗(1972-),男 ,云南祥云人 ,副研究员 ,主要从事杂草学与化学生态学研究。
薇甘菊化感自毒作用及其生态学意义
徐高峰 1 ,张付斗 1 ,李天林1 ,张　云2 ,张玉华 1
(1.云南省农业科学院 农业环境资源研究所,云南 昆明　650205;2.云南农业大学农学与生物技术学院 ,云南昆明　 650201)
　　摘要:化感自毒作用是同种植物个体之间的一种化学作用 , 是植物经过长期适应环境和进化选择而获得的一种
种内有序竞争机制。依次用正己烷 、乙酸乙酯 、乙醇三种有机溶剂和水分别对薇甘菊(MikaniamicranthaH.B.K)地表
茎叶和地下根系进行梯度提取并配制成一定质量浓度的营养液 , 后采用营养液扦插法培养薇甘菊幼苗 , 12 d后测其
生长情况。结果表明:薇甘菊不同部位的不同溶剂提取物对其幼苗生长的抑制作用存在差异 , 但茎叶和根系的不同
溶剂提取物对其幼苗生长的综合抑制效应对应一致 , 幼苗受抑制程度均为:乙酸乙酯 >乙醇 >水 >正己烷。 薇甘菊
不同部位的不同溶剂提取物对其幼苗新生根长 、新生株高和新增鲜质量之间的抑制率存在差异 , 三者受抑制程度总
体表现为:新生株高 >新生根长 >新增鲜质量;且地表茎叶不同溶剂提取物对其幼苗生长的抑制作用强于其对应的
根系提取物。
关键词:薇甘菊;化感自毒作用;种内竞争
中图分类号:Q948.1　　文献标识码:A　　文章编号:1000-7091(2009)增刊 -0220-05
AlelopathicAutotoxicityEffectsofMikaniamicrantha
H.B.KandItsEcologicalSignificance
XUGao-feng1 , ZHANGFu-dou1 , LITian-lin1 , ZHANGYun2 , ZHANGYu-hua1
(1.AgriculturalEnvironmentandResourceResearchInstitute, YunnanAcademyofAgriculture
Sciences, Kunming　650205, China;2.ColegeofAgronomyandBiotechnology, YunnanAgricultural
University, Kunming　650201, China)
Abstract:Thealelopathicautotoxicityisachemicalinteractionamongintra-specificplantindividuals.Itisa
mechanismoftheplanttoavoidcompetitionsthatacquiredthroughalongtimeofadaptingenvironmentandevalua-
tingselection.Thealelopathicautotoxicityof4solventextractionfromovergroundpartandrootofMikaniamicrantha
H.B.Kwasstudied.TheseedlingsofMikaniamicranthaH.B.Kwereculturedinsolutionwithspecialconcentration
ofnutrientsolutionand4solventextraction12days.Theresultsshowed:4solventextractionfromovergroundpartand
roothaddiferentinhibitionrateofitsseedlinggrowthandsyntheticinhibitoryefecthadhomologousconsistencyofo-
vergroundpartandrootfromMikaniamicranthaH.B.K.Thesyntheticinhibitoryefectof4 solventextractionfol-
lowedtheorder:ethylacetate>alcohol>aqueous>n-hexane.4 solventextractionfromovergroundpartandroothave
diferentinhibitionrateofgrowthonweight, shootsandrootstoseedlingofMikaniamicranthaH.B.K, thesynthetic
inhibitoryefectfolowedtheorder:shoots>roots>weightandtheinhibitionrateofovergroundparthigherthanroot.
Keywords:MikaniamicranthaH.B.K;Alelopathicautotoxicity;Intraspecificcompetition
　　植物的化感作用是指一种植物或微生物(供
体)通过向环境释放某些化学物质从而影响其他有
机体包括植物 、微生物和动物(受体)的生长和发育
的化学生态学现象 , 包括促进和抑制两方面作
用 [ 1-3] 。当受体和供体同属于一种植物时产生抑制
作用的现象 ,称为植物的化感自毒作用[ 4] 。化感自
毒作用是植物经过长期适应环境和进化选择而获得
的一种种内有序竞争的机制 ,是植物种内关系的一
部分 ,在优化种群结构 、维持种群稳定等方面发挥重
要的作用 。
增刊 徐高峰等:薇甘菊化感自毒作用及其生态学意义 221　
薇甘菊 (MikaniamicranthaH.B.K)是菊科
(Compositae)、假泽兰属(Mikania)多年生草质或稍
木质藤本植物 ,原产于中美洲和南美洲 ,现广泛分布
于东南亚以及太平洋周边等地区 , 20世纪 80年代
侵入我国并在香港 、广东与云南等地相继爆发危
害 [ 5-8] 。薇甘菊所到之处 ,植物常因被其攀援 、缠绕
或覆盖等原因而死亡 ,因此常被称为 “植物杀手 ” ,
是世界上公认最具有入侵性和危害性的恶性杂
草 [ 9-11] 。2001年被国际自然保护与自然资源保护
联合会(IUCN)列为世界上 100种有害外来人侵种
之一[ 12] 。薇甘菊的防控是一个世界性难题 。国内 、
外历时 40多年的研究与实践 ,虽在人工防除 [ 13] 、化
学防除 [ 14-16]和生物防治 [ 17-19]等方面取得了积极进
展 ,但这些措施未能从根本上遏制薇甘菊的扩散与
蔓延。
近年来 ,薇甘菊与入侵地其他物种的种间群落
关系被广泛研究 ,但其种内关系至今还未被研究 。
本试验通过对薇甘菊的化感自毒作用研究 ,旨在探
索其种内竞争与种群扩张间的关系 ,为揭示其种群
的入侵与扩展机制奠定基础 ,同时也为安全 、有效的
生态管理措施寻找新途径 。
1　材料和方法
1.1　薇甘菊茎叶与根系水提液制备
将采集的新鲜薇甘菊茎叶和根系放入 50℃烘箱
中风干后粉碎 ,称取粉末 50g,在 4℃下用蒸馏水冷浸
提取 。每次用一定量的蒸馏水浸泡 24 h后真空抽
滤 ,共 4次 ,合并提取液将其定容至 500mL。按试验
设计分别精确吸取一定量的薇甘菊水提取液至 50
mL容量瓶中 ,用蒸馏水定容至刻度线后将其倒入棕
色刻度细口培养瓶中 ,再向每瓶加入 2倍浓度 Hoag-
lands改良营养液 50 mL后摇匀备用 ,所得溶液为 1
倍浓度 Hoaglands营养液和质量浓度分别为 50, 25,
12.5, 6.25 mg/mL的培养液(每 100 mL水提液含植
株干质量分别为:5, 2.5, 1.25, 0.625g)。
1.2　薇甘菊茎叶与根系有机溶剂提取液的制备
将采集的新鲜薇甘菊茎叶和根系放入 50℃烘
箱中烘干后粉碎 ,称取粉末 500 g,常温下依次用正
己烷 、乙酸乙酯 、无水乙醇浸泡提取 ,每次浸泡 24h,
共 4次 ,合并提取液 ,将溶剂减压蒸干 ,得深褐色浸
膏 。将浸膏溶解于对应溶剂中 ,用容量瓶配制成质
量浓度为 0.1 g/mL的母液备用。按试验设计分别
精确吸取一定量的母液至棕色刻度细口培养瓶中 ,
低温冷冻干燥后再向每瓶加入 1倍浓度 Hoaglands
改良营养液 100 mL。所得溶液为 1倍浓度 Hoag-
lands营养液和质量浓度分别为 50, 25, 12.5, 6.25
mg/mL的培养液(每 100 mL水提液含植株干质量
分别为:5 , 2.5, 1.25, 0.625 g)。
1.3　薇甘菊自毒作用生物测定
本试验采用营养液离体扦插培养法测定薇甘菊
的自毒作用[ 20] 。选取薇甘菊生长健壮的中下部枝
条作为扦插营养体 ,将其插入 Hoaglands营养液中
培养并对其进行修剪 ,使其保留一根主枝 , 30 d后 ,
选取茎长在 30 ～ 40cm的新生健壮且基本生长一致
的枝条进行试验。试验前先精确测量供试植株的鲜
质量 、茎长和平均根长。后随机将其插入制备好的
各培养液中 ,用脱脂棉固定封口后放入 25℃、光照
强度为 5 000lx的人工气候室中恒温培养 。光照时
间 14 h/d,相对湿度控制在 70%左右 。每隔 2 d加
1倍浓度 Hoaglands营养液至瓶上标记刻度线 。每
个处理设 40次重复 ,以 1倍浓度 Hoaglands营养液
做对照。 10d后再次测量供试植株的鲜质量 、茎长
和平均根长。 2次测量结果的差值即为薇甘菊平均
新增鲜质量 、新生茎长 、新增根长 ,后按下列公式换
算成对照抑制百分率:
对照抑制百分率 =(1-处理 /对照)×100%,
综合抑制效应(SE)是供体对同一受体 3个测试项
目的对照抑制百分率的算术平均值 。
本试验数据采用 DPSv9.01版软件进行统计分
析 ,利用随机区组设计结合 Duncan新复极差法对各
指标进行差异显著性检验。
2　结果与分析
2.1　薇甘菊地表茎叶不同溶剂提取液对其幼苗生
长的影响
薇甘菊幼苗在 4种不同溶剂提取物的营养液中
生长均受到抑制且受抑程度各有差异 ,表明薇甘菊
的 4种不同溶剂提取物对其幼苗生长均有一定的毒
性 ,且随着浓度增加 ,毒性增强 。其中乙酸乙酯提取
物对幼苗的毒性最强 ,在浓度为 50 mg/mL时供试
组薇甘菊幼苗全部死亡 ,在浓度为 25 mg/mL时完
全抑制了薇甘菊幼苗的生长 ,且组内不同处理间差
异极显著 。乙醇提取物对薇甘菊幼苗也有较强的抑
制作用 ,在浓度为 50 mg/mL,处理组的薇甘菊的平
均新生苗高的增长量为 0,不同处理间组内差异较
显著 。水提物对薇甘菊幼苗也有较强的抑制作用 ,
在浓度为 50 mg/mL时综合抑制率达到了 70.12%,
高于正己烷提取物 ,但小于乙酸乙酯和乙醇提取物 ,
在浓度为 12.5, 6.25mg/mL时 ,抑制率与正己烷的
相似(表 1)。不同溶剂提取物对薇甘菊幼苗新生根
222　 华　北　农　学　报 24卷
长 、新生苗高和新增鲜质量的抑制率不同 ,其中正己
烷 、乙酸乙酯和乙醇提取物对薇甘菊幼苗的新生株
高抑制作用最强 ,新增鲜质量抑制作用最弱;水提物
与前 3种溶剂不同 ,水提物对幼苗的新增鲜质量和
新生根长抑制作用相似 ,对幼苗的苗高的抑制程度
相对最弱(图 1)。茎叶部 4种溶剂提取物对薇甘菊
幼苗的综合抑制率与浓度成正相关 ,总体表现为:乙
酸乙酯 >乙醇 >水 >正己烷(图 2)。
表 1　薇甘菊地表茎叶不同溶剂提取液对其幼苗生长的影响
Tab.1　TheinfluenceofdiferentsolventextractsfromMikaniamicranthaH.B.K(overgroundpart)ofitsseedlinggrowth
项目Item 溶剂Solvent 浓度 /(mg/mL)Concentration50 25 12.5 6.25 0
新生根长 正己烷 0.31±0.01dC 0.54±0.02cB 0.62±0.01bcB 0.68±0.01bB 0.97±0.05aA
乙酸乙酯 ＊ 0 0.28±0.02cC 0.45±0.03bB
乙醇 0.14±0.02dCD 0.23±0.02cdC 0.30±0.01cC 0.51±0.01bB
水 0.28±0.03cdCD 0.34±0.01cC 0.40±0.01cBC 0.54±0.01bB
新生苗高 正己烷 1.90±0.15dD 4.63±0.23cC 5.83±0.42cBC 7.90±0.53bB 13.98±0.31aA
乙酸乙酯 ＊ 0 3.75±0.09cC 6.65±0.06bB
乙醇 0 3.83±0.26dD 7.78±0.21cC 9.68±0.34bB
水 5.08±0.11eD 8.18±0.24dC 10.20±0.12cB 11.90±0.31bB
新增鲜质量 正己烷 1.55±0.08bB 1.93±0.14abAB 2.03±0.15abAB 2.23±0.28aAB 2.35±0.13aA
乙酸乙酯 ＊ 0 1.05±0.07cC 1.53±0.13bB
乙醇 0.45±0.16dDE 0.90±0.10cCD 1.38±0.19bBC 1.67±0.20bB
水 0.58±0.03cCD 0.78±0.08cC 1.85±0.02bB 2.00±0.09bB
　注:＊.供试组薇甘菊幼苗全部死亡;表中数据为平均值 ±标准误 ,小写字母表示同行数据与对照在 0.05水平上差异显著 ,大写字母表示同
行数据与对照在 0.01水平上差异显著。下同。
　Note:＊.MeantreatmentgroupdeathofMikaniamicranthaH.B.K′sseedling;Thevaluesinthetableisaverage±standardstandarderor.Thesame
leterswithinsamerowarenotsignificant, withdiferentsuperscriptslowercasearediferentsignificantlyat0.05and0.01levels.Thesamebelow.
图 1　50 mg/mL时薇甘菊茎叶部不同溶剂提取物
对其幼苗根 、茎和鲜质量抑制率比较(乙酸
乙酯提取物浓度为 12.5 mg/mL)
Fig.1　Thecompareofrelativeinhibitionratetoroots, shoots
andweightfromovergroundpartatconcentration50mg/mL
ofMikaniamicranthaH.B.K(Ethylacetate:12.5 mg/mL)
3.2　薇甘菊根系不同溶剂提取液对其幼苗生长的
影响
薇甘菊根系不同溶剂提取物对其幼苗的生长也
有较强的抑制作用 ,与茎叶部对应提取物相似;但不
同的是根系提取物对幼苗的抑制强度小于茎叶部各
提取物 。其中乙酸乙酯提取物表现较为明显 ,在茎
叶部提取物浓度为 50 mg/mL时 ,处理组幼苗完全
死亡 ,但在相同浓度的根系提取物中 ,处理组幼苗的
综合抑制率为 90.7%;根系部乙醇提取物对其幼苗
株高的抑制作用也较茎叶部不同 ,略弱于新增根长
和鲜质量 ,但三者之间差异较小(表 2,图 3 ,图 4),
说明薇甘菊根系所含的自毒物质小于茎叶部。
图 2　薇甘菊茎叶部 4种溶剂提取物对其
幼苗自毒作用综合效应比较
Fig.2　Thesyntheticinhibitoryefectof4 solvent
extractsfromovergroundparttoitsseedlingautotoxicity
fromMikaniamicranthaH.B.K
3　讨论
研究表明 ,薇甘菊不同部位的不同溶剂提取物
对其幼苗存在明显的化感自毒作用 ,且地表茎叶的
乙酸乙酯提取物自毒作用最强。在植物群落中 ,由
于植株个体本身的差异性和生活营养环境的不均衡
性 ,个体间存在大小等级 [ 21] 。在一个种群中 ,个体
适合度常与其大小相关 ,往往是小个体因受密度制
约而遭受死亡威胁[ 22] 。薇甘菊在自然界中生长繁
殖迅速 ,同一生态位种群密度通常较大 ,为维持其种
群的竞争优势和种群稳定性 ,优势植株产生化感自
毒物质抑制幼苗的生长 。
增刊 徐高峰等:薇甘菊化感自毒作用及其生态学意义 223　
表 2　薇甘菊根系不同溶剂提取液对其幼苗生长的影响
Tab.2　TheinfluenceofdifferentsolventextractsfromMikaniamicranthaH.B.K(root)ofit′sseedlinggrowth
项目Item 溶剂Solvent
浓度 /(mg/mL)Concentration
50 25 12.5 6.25 0
新生根长 正己烷 0.41±0.01eE 0.60±0.01dD 0.73±0.02cC 0.85±0.01bB 0.97±0.05a
乙酸乙酯 0.13±0.007eE 0.27±0.01dD 0.42±0.01cC 0.64±0.01bB
乙醇 0.21±0.009eE 0.34±0.01dD 0.47±0.01cC 0.69±0.02bB
水 0.34±0.01eE 0.45±0.01dD 0.67±0.02cC 0.79±0.01bB
新生苗高 正己烷 3.55±0.15eE 5.01±0.12dD 7.15±0.18cC 10.03±0.31bB 13.98±0.31aA
乙酸乙酯 0 2.27±0.17dD 5.51±0.27cC 8.18±0.21bB
乙醇 3.48±0.14eE 5.76±0.28dD 8.58±0.27cC 10.13±0.21bB
水 5.55±0.24eE 8.45±0.21dD 10.18±0.31cC 11.95±0.21bB
新增鲜质量 正己烷 1.61±0.08cD 1.87±0.12bC 2.03±0.04bBC 2.28±0.12aAB 2.35±0.13aA
乙酸乙酯 0.34±0.04eE 0.85±0.17dD 1.27±0.11cC 1.69±0.21bB
乙醇 0.54±0.12eE 0.99±0.12dD 1.61±0.03cC 1.94±0.21bB
水 0.63±0.07eD 0.99±0.21dC 1.71±0.11cB 2.10±0.14bA
图 3　50 mg/mL时薇甘菊根系不同溶剂提取物
对其幼苗根 、茎和鲜质量抑制率比较
Fig.3　Thecompareofrelativeinhibitionratefromroot
toroots、shootsandweightatconcentration50 mg/mL
ofMikaniamicranthaH.B.K.
图 4　薇甘菊根系 4种溶剂提取物对其幼苗
自毒作用综合效应比较
Fig.4　Thesyntheticinhibitoryeffectof4 solvent
extractstoit′sseedlingautotoxicityfrom
MikaniamicranthaH.B.K(root)
薇甘菊种间化感作用近年来被广泛研究 , Is-
mail[ 23]通过研究证明薇甘菊对许多植物的萌发和
生长具有抑制作用 ,邵华等[ 24]用不同溶剂对薇甘菊
进行了种间化感研究 ,证明了薇甘菊地表茎叶部提
取物活性强于根系提取物 ,其中乙酸乙酯提取物的
活性最强 ,这同本试验薇甘菊的化感自毒作用结果
相一致。说明薇甘菊不仅存在种间竞争 ,还存在种
内竞争。而对竞争种群中每一个体而言 ,存在邻体
之间干扰作用 ,竞争越大邻体干扰作用越强。植株
小的个体竞争力弱 , 受邻体干扰作用强 ,生长速率
慢 ,因此竞争加大了薇甘菊的化感自毒作用 。
研究结果显示 ,薇甘菊地表茎叶不同溶剂提取
物对其幼苗的自毒作用强于根系提取物 ,且在测试
的三项指标(新生根长 、新生茎长与新增鲜质量)
中 ,总体表现为薇甘菊幼苗的新增茎长受抑制程度
通常大于新增根长和鲜质量。薇甘菊为滕状攀援植
物 ,根系并不发达[ 24] ,其化感物质主要由其地表茎
叶通过雨水和雾滴等的淋溶或产生气味物质产生而
发生作用 [ 25] 。
近年来薇甘菊在我国南方广东 、海南以及云南
等省大面积发生并对当地农业生产和生态环境造成
了严重破坏。国内外众多学者尽管做过大量研究 ,
但仍未发现防控薇甘菊的安全有效途径 。通过对薇
甘菊种间化感作用的研究认为薇甘菊疯狂入侵和蔓
延的一个重要机制是其具有强烈的种间化感作用 。
笔者认为薇甘菊的疯狂入侵和蔓延除种间化感作用
外 ,还与其种内化感自毒作用密不可分。薇甘菊生
长迅速 ,条件适宜时在较短的时间内迅速占领生态
位 ,种群密度较大 ,常成为优势种群 。为维持其种群
的稳定性和竞争力 ,薇甘菊通过分泌自毒物质抑制
种内较弱个体的生长 ,以保持其种群竞争优势 。通
过对薇甘菊化感自毒作用的研究 ,希望能通过种群
内部间的相互关系来反映其种群的发展趋势 ,为人
224　 华　北　农　学　报 24卷
类科学有效防控薇甘菊提供一种新思路。
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