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薇甘菊挥发油对5种农作物的化感作用



全 文 :西北农业学报 2014,23(1):192-196
Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica  doi:10.7606/j.issn.1004-1389.2014.01.035
网络出版时间:2014-01-21
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/doi/10.7606/j.issn.1004-1389.2014.01.035.html
薇甘菊挥发油对5种农作物的化感作用
收稿日期:2013-03-18  修回日期:2013-05-29
基金项目:国家自然科学基金(30960226);云南省自然科学重点基金(2011FA013)。
第一作者:施 蕊,女,讲师,博士在读,研究方向为植物资源开发利用。E-mail:shirui0227@sina.com.cn
通信作者:叶 敏,男,教授,主要从事农药环境行为与化学生态研究。E-mail:yeminpc@126.com
施 蕊1,3,李 彪1,2,赵黎明1,查友贵1,叶 敏1
(1.云南农业大学,农业生物多样性与病虫害控制教育部重点实验室,昆明 650201;2.云南瑞升烟草技术
(集团)有限公司,昆明 650106;3.西南林业大学,昆明 650224)
摘 要 以大豆、绿豆、小麦、苋菜、油菜籽5种种子为受体,探究不同质量浓度的薇甘菊挥发油对种子的化感
作用。采用水蒸气蒸馏法提取薇甘菊挥发油,并进行种子萌发试验。结果表明:不同质量浓度的薇甘菊挥发
油对5种供试种子的萌发和幼苗生长的影响总体表现为抑制作用,且质量浓度越高,抑制作用越强;低质量浓
度的薇甘菊挥发油能够促进大豆的根长和苗高生长,能够促进绿豆的根长生长;就5种供试作物而言,油菜对
薇甘菊挥发油最敏感,其次是苋菜,小麦最不敏感。
关键词 薇甘菊;挥发油;化感作用
中图分类号 Q949.783.5   文献标志码 A     文章编号 1004-1389(2014)01-0192-05
Alelopathy of Volatile Oil Component from
Mikania micranthato Five Crops
SHI Rui 1,3,LI Biao1,2,ZHAO Liming1,ZHA Yougui 1 and YE Min1
(1.Key Laboratory for Agricultural by Biodiversity and Pest Management of China Education Ministry,Yunnan Agricultural
University,Kunming 650201,China;2.Yunnan Reascend Tobacco Techonology(Group)Co.Ltd,
Kunming 650106,China;3.Southwest Forestry University,Kunming 650224,China)
Abstract Using the seeds of Glycine iavanica,Vigna radiaus,Triticum aestivum,Acalypha aust-
ralis,and Brassica chinensis as the receptors,alelopathy effects of different mass concentrations of
volatile oil from Mikania micrantha were explored.Steam distilation method was used to prepare vol-
atile oil for the seeds germination test.Results showed that the seed germination and seedling growth
were restrained by different mass concentrations of volatile oil,and the germination inhibition was pos-
itively correlated with the mass concentrations of volatile oil.But the lower mass concentration of vol-
atile oil showed stimulating effects on root and seedling growth of Glycine iavanica L.,and also stim-
ulated the root growth of Vigna radiatain some cases.For the five tested crops,Brassica chinensis
L.was the most susceptible,folowed by Acalypha australis L.,Triticum aestivum L.was insensi-
tive to volatile oil from Mikania micrantha.
Key words Mikania micrantha;Volatile oil;Alelopathy
  薇甘菊(M.micrantha)是菊科假泽兰属
(Mikania)植物,其生命力强,可以扩展成新根和
叶系统,并迅速形成新植株生长,故有“1分钟1
英里的杂草(Mile-a-Minute Weed)”之称[1]。20
世纪40年代薇甘菊在印度出现后就迅速蔓延,致
使茶园、蕉园、柚木林受到严重侵蚀,并造成人工
林系统持续减产[2-5]。因此,加紧薇甘菊的防除研
究刻不容缓。目前,对薇甘菊的防除方法有人工
和机械防除[4,6-7]、化学防除[8-11]、生物防除[12-13],
这些方法各具优缺点。为寻找最佳的防治方法,
人们从薇甘菊入侵机制方面入手,并对对薇甘菊
中化学成分及其活性进行研究,国外早年的 Herz
等[14]、Nicolier等[15]、Boeker 等[16],近年来的
But等[17]、Bakir等[18],国内的邵华等[19]、张茂新
等[20]、吴玉荷等[21]、李拥军等[22]从薇甘菊中先后
分离鉴定出50多个化合物。薇甘菊中的化学成
分对其他植物具有明显的化感作用,这可能是薇
甘菊作为入侵物种,能够形成优势群落,并导致入
侵地植物群落衰退和消失的机制之一。本试验研
究薇甘菊挥发油对大豆、绿豆、小麦、苋菜、油菜籽
5种种子生长的影响,对全面认识薇甘菊与其他
植物之间的化学关系具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 试验材料
薇甘菊,2011年10月采集于云南省德宏州;
供试种子来自大豆(Glycine iavanica L.)、小麦
(Triticum aestivum L.)、绿豆(Vigna radiate
L.)、苋菜(Acalypha australis L.)、油菜(Bras-
sica chinensis L.)5种作物,5种种子都购买于昆
明神瑞农业有限公司。
1.2 试验方法
1.2.1 薇甘菊挥发油的制备 将新鲜的薇甘菊
阴干,粉碎,称取500g分两次分别加入索氏提取
器的提取瓶,按质量体积比1g∶4mL加入无菌
水,在提取管内加入适量石油醚萃取(以液面没过
薇甘菊材料为宜),连续回流提取2h,重复两次,
将提取管内石油醚挥发油溶液倒入锥形瓶中,合
并两次提取液,将锥形瓶用半透膜封闭于4℃下
待石油醚挥发,即得挥发油。
1.2.2 不同质量浓度的挥发油溶液的制备  利
用相应量的无菌水将提取的1.389 7g挥发油分
别配制成质量浓度为1×10-5 g/mL、1×10-4
g/mL、1×10-3 g/mL、1×10-2 g/mL、2×10-2
g/mL、4×10-2 g/mL、8×10-2 g/mL、16×10-2
g/mL的溶液。
1.2.3 供试种子的处理 将大豆、小麦、绿豆、苋
菜、油菜种子都冲洗干净,分别用体积分数为5%
的次氯酸钠浸泡5min,再用无菌水冲洗3~4
次,将残留的次氯酸钠冲洗干净,最后用无菌水浸
泡2h,使种子吸胀利于发芽。
1.2.4 薇甘菊挥发油对种子萌发的影响 采用
种子萌发法,在20℃下将种子放在黑暗环境中进
行培养。每24h观察1次种子的生长情况并补
充处理溶液(以补充无菌水作为对照组),始终保
持滤纸浸湿。从种子置床开始计时,第5天统计
种子发芽数量,并计算各个处理种子发芽势。第
7天再次统计种子发芽数量,计算各个处理种子
发芽率,并从每个有发芽种子的处理中选5粒测
量种子的根长、苗高,用于计算根长生长抑制率和
苗高生长抑制率,各处理用的根长及苗高均为该
处理后幼苗的平均值。根长为子叶下胚轴的长
度,小麦、菜籽、苋菜苗高度为子叶到幼苗顶尖的
距离。大豆、绿豆苗高计量将子叶除外。
1.2.5 计算方法 所得数据按以下公式计算:
发芽势=前5d正常发芽的种子数/供试种
子数×100%
发芽率=前7d正常发芽的种子数/供试种
子数×100%
根长生长抑制率=(对照组根长-试验组根
长)/对照组根长×100%
苗高生长抑制率=(对照组苗高-试验组苗
高)/对照组苗高×100%
1.2.6 数据分析 所得数据采用SPSS17.0等
软件进行统计处理,利用单因素方差分析,LSD
法比较不同处理组间的差异显著性。
2 结果与分析
2.1 薇甘菊挥发油对受试种子萌发的影响
由图1和图2可以看出,质量浓度为16×
10-2g/mL的薇甘菊挥发油处理大豆种子后,发芽
势与发芽率均小于对照,说明该质量浓度的薇甘
菊挥发油对大豆种子的萌发有一定的抑制作用。
16×10-2 g/mL、8×10-2 g/mL、4×10-2 g/mL
3个质量浓度的薇甘菊挥发油处理绿豆和小麦
后,发芽势小于对照,但发芽率和对照一样
(100%),说明这3个质量浓度的薇甘菊挥发油对
绿豆和小麦种子的萌发有滞后作用,但不影响最
终种子发芽率;而其他质量浓度的薇甘菊挥发油
处理绿豆和小麦种子后,发芽势和发芽率均为
100%,与对照组没有差异,说明对绿豆和小麦的
种子萌发没有影响。综合图1和图2可以看出,
·391·1期 施 蕊等:薇甘菊挥发油对5种农作物的化感作用
小麦和油菜种子的萌发不同程度地受到薇甘菊挥
发油的抑制,且质量浓度越大抑制作用越强,受质
量浓度16×10-2 g/mL的薇甘菊挥发油处理的
苋菜种子不能萌发,说明苋菜种子完全被抑制或
被致死。
图1 不同质量浓度薇甘菊挥发油处理的受试种子发芽势
Fig.1 Germination vigor of tested seeds under different mass concentrations
of volatile oil component from Mikania micrantha
图2 不同质量浓度薇甘菊挥发油处理的受试种子发芽率
Fig.1 Germination percentage of tested seeds under different mass concentrations
of volatile oil component from Mikania micrantha
2.2 薇甘菊挥发油对受试种子幼苗生长的影响
由图3和图4可知,高质量浓度的薇甘菊挥
发油对大豆根长生长抑制率和苗高生长抑制率为
正值,而低质量浓度时为负值;说明高质量浓度的
薇甘菊挥发油对大豆根长和苗高生长均有抑制作
用,且质量浓度越高抑制作用越强,而低质量浓度
的薇甘菊挥发油对大豆根长和苗高生长有促进作
用。薇甘菊挥发油对绿豆的根长生长抑制率均为
负值,说明薇甘菊挥发油能够促进绿豆的根长生
长;相反地,对绿豆的苗高生长有抑制作用,且浓
度越高抑制作用越强。图3和图4还显示,薇甘
菊挥发油对小麦、苋菜和油菜的根长和苗高生长
均有一定的抑制作用,表现为质量浓度越高,抑制
作用越强。薇甘菊挥发油对油菜的根长生长抑制
率和苗高生长抑制率最大,说明几种受体种子中
油菜种子对薇甘菊挥发油最敏感。
3 结论和讨论
3.1 结 论
薇甘菊挥发油对5种供试种子的萌发总体表
现为抑制作用,质量浓度越高抑制作用越强;但低
质量浓度的挥发油对受试种子萌发的影响较小,
低质量浓度的挥发油能促进大豆种子萌发。薇甘
菊挥发油对大豆幼苗的生长表现为高质量浓度抑
制低质量浓度促进,质量浓度越高抑制作用越明
显;对绿豆表现为促进根长生长,抑制苗高生长;
对小麦、苋菜、油菜籽幼苗生长影响总体表现为抑
制作用,且质量浓度越高抑制作用越强,低质量浓
度抑制作用不明显。
·491· 西 北 农 业 学 报 23卷
图3 不同质量浓度薇甘菊挥发油对受试作物根长生长的抑制率
Fig.3 The inhibition ratio of different mass concentrations of volatile oil component from
Mikania micrantha on roots growth of tested crops
图4 不同质量浓度薇甘菊挥发油对受试作物苗高生长的抑制率
Fig.3 The inhibition ratio of different mass concentrations of volatile oil component from
Mikania micrantha on stems growth of tested crops
3.2 讨 论
为揭示薇甘菊与其他生物之间的化学关系,
阐明其强大生存竞争能力,以及探讨它的生态系
统和生物多样性的影响机制,前人对薇甘菊挥发
油或其他化学成分的化感作用进行大量研究。张
茂新等[23]研究发现,随着薇甘菊挥发油能抑制受
试植物种子萌发,并减小其幼苗生物量,而薇甘菊
的乙醇提取物对受试植物有出低促高抑的现
象[24]。从薇甘菊地上部分分离出的几个倍半萜
内酯和黄酮成分对菜心(Brassica parachinensis)
也显示抑制效果[25],阿魏酸和α-香树脂醇在一定
浓度下,对萝卜、菜心和水稻3种受体的抑制作用
均达到显著水平[22]。另外,也有薇甘菊地上部分
的石油醚、水提液、乙酸乙酯、乙醇和水提液对半
生树种马占相思(Acacia mangium)、大叶桉(Eu-
calyptus robusta)和马尾松(Pinus massoniana)
化感作用的研究[26-27]。本试验的研究结果与前人
的相似,薇甘菊挥发油对供试植物总体表现为抑
制作用,同时也存在低质量浓度促进的现象。
挥发作为植物生长过程中一种正常的自然现
象,薇甘菊自然产生和释放的挥发物质能够抑制
群落中邻近植物和微生物生长是完全可能的。薇
甘菊挥发油的多样性生态功能,对其种群的繁荣
和扩大对生境的占领起着重要的作用,也是长期
演化过程中建立起来的化学防御机制。本研究结
果显示,薇甘菊挥发油能够抑制几种供试植物的
种子萌发与幼苗生长。在薇甘菊入侵过程中,通
过一些代谢物质抑制周围其他植物的种子萌发与
生长,并迅速在小环境中占据空间和营养竞争优
势,从而入侵达到种群优势。因此,深入系统地研
·591·1期 施 蕊等:薇甘菊挥发油对5种农作物的化感作用
究薇甘菊次生物质的化感作用,对薇甘菊用于综合
防治和开发利用具有重要的理论意义和应用前景。
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