全 文 ：黄顶菊浸提液对玉米幼苗生长及其根尖显微结构的影响
唐秀丽1，2，付卫东1* ，张国良1，张衍雷1，谭万忠2
(1．中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京 100081;2．西南大学植物保护学院外来入侵生物研究中心，重庆 北碚 400716)
摘要:用蒸馏水浸提黄顶菊新鲜植株并经过蒸发和稀释后得到 0． 1 gDW/mL、0． 05 gDW/mL和 0． 01 gDW/mL三
种不同浓度的水提液。用三种浓度浸提液和蒸馏水(对照)分别处理无土栽培玉米幼苗后测定幼苗的可溶性蛋
白、可溶性糖以及脯氨酸含量。结果表明，不同浓度处理后每个生理指标存在非常显著的差异，处理第 16 d，对
照中可溶性蛋白含量达到 5． 58 μg /g·FW，而处理中可溶性蛋白均低于 1 μg /g·FW。可溶性糖类和脯氨酸变
化趋势基本一致，对照中，可溶性糖和脯氨酸含量均低于处理，且随着处理时间，增幅均小于 9%，而处理中可溶
性糖类增幅达到 45%以上，脯氨酸增幅为 30%左右。观察处理后幼苗根尖结构，发现经黄顶菊浸提液处理后根
系表皮脱落细胞很多，根冠顶部细胞干瘪，部分脱落，尤其在顶部表层细胞，很多仅剩下空的细胞腔。由于这些
变化使的玉米幼苗生长活性显著降低或几乎完全丧失。
关键词:黄顶菊;可溶性蛋白;可溶性糖;脯氨酸;玉米幼苗根尖
中图分类号:S 451． 1 文献标识码:A 文章编号:1000 － 2324(2012)03 － 0341 － 06
收稿日期:2011 － 11 － 04
基金项目:国家公益性行业支撑计划(农业)专项资助，项目名称“入侵植物综合防控技术研究与示范推广”，编号:
201103027
作者简介:唐秀丽(1986 － ) ，女，山西平遥人，硕士研究生。
* 通讯作者:Author for correspondence． E － mail:564676324@ qq． com
EFFECTS OF EXTRACT FROM FLAVERIA BIDENTIS PLANTS ON GROWTH
AND ROOT TIP STRUCTURE OF MAIZE SEEDLING
TANG Xiu － li12，FU Wei － dong1，ZHANG Guo － liang1，ZHNAG Yang － lei1，TAN Wan － zhong2
(1． Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture，Chinese Academy Agricultural Sciences，Beijing 100081，China;
2． College of Plant Protection and Resear Center of Alien Invasive Species，Southwest University，Chongqing 400716，China)
Abstract:The corn seeds were treated with 3 concentrations (0． 1，0． 05 and 0． 01 gDW/mL)of water extract of
the fresh yellow － top aerial part，compared with water． Experimental results showed that 3 different F． bidentis
aqueous extracts have strong inhibition to the soluble protein，soluble sugar and proline of maize Seedling． The
inhibition effects will be stronger along with the increasing concentration of F． bidentis leaves water extracting．
The soluble protein is under 1 μg /g·FW after being measured，and it can reach 5． 58 μg /g·FW being con-
trolled． Soluble sugar and proline have the same trend，and growing rate controlled is below 9% ． The content of
measured is more than controlled along the whole time． The growing rate of soluble sugar comes up to above 45%
and the growing rate of proline is about 30% ． Moreover，root tip of maize Seedling with being measured has a lot
of skin excoriation cells，and the top cells are dry up． There are many empty cells． those were the reasons that
lead to lower maize seedling vigor of the measured corn．
Key words:Yellow － top weed (Flaveria bidentis) ;soluble protein;soluble sugar;proline;root tip of maize
seedling
黄顶菊 Flaveria bidentis (L．)Kuntze是一种外来入侵植物。2001 年首次在我国衡水湖发现，后相继
出现在河北邢台、廊坊和天津等地，局部已经形成了黄顶菊种群［1 － 2］，对我国生态环境与农业生产造成了
严重的危害［3 － 4］。黄顶菊是一年生草本，原产于南美洲［5 － 6］，属菊科(Asteraceae)堆心菊族(Helenieae)黄
顶菊属(Flaveria)［3］。黄顶菊对农作物尤其是玉米田的危害尤为严重，在玉米整个生长期，黄顶菊均可危
山东农业大学学报 (自然科学版) ，2012，43 (3) :341 － 346
Journal of Shandong Agricultural University (Natural Science)
害［7］。国内外对黄顶菊的研究主要以生物学特性方面居多［4，8，9，10］。近年来，关于黄顶菊化感作用方面的
研究也越来越多，植物化感作用是自然界普遍存在的一种现象，是植物生存的重要机制，也是外来植物入
侵的一种重要机制［11，12］。已相继有黄顶菊水提液对绿豆种子［13］、小麦种子［14］、玉米种子［15］、油菜及油麦
种子［16］等发芽指数方面［17，18］的报道。但是，关于黄顶菊对受体植物生理生化的影响报道少之又少，而对
幼苗根尖的显微形态特征方面目前还没有报道。本试验以玉米为受体，探讨黄顶菊对玉米的化感效应，为
揭示黄顶菊对农业生产的危害机制及抑制其蔓延有着重要意义，从而为综合防治提供理论依据。
1 材料与方法
1． 1 试验材料
供试黄顶菊及其根际土壤采自河北省沧州市献县陌南村(E:115． 62°，N:38． 46°) ，该地区是黄顶菊在
河北的重度发生地，黄顶菊已经定植并且形成单一群落。
供试受体玉米(Maize L．，纪元 1 号) ，购于中国农业科学院作物所。
1． 2 试验方法
1． 2． 1 黄顶菊水提液制备 取新鲜黄顶菊地上部分植株 100 g，稍除枯枝黄叶后，整株用蒸馏水 1000 mL
于室温下浸泡 36 h，后经 4 层定性滤纸抽滤得水提液，再将水提液用微孔滤膜(0． 45 μm)过滤，以此为母
液(0． 1 gDW/mL) ，稀释成浓度为 0． 05 gDW/mL和 0． 01 gDW/mL，以供生物活性测定试验，后置入冰箱内
4 ℃保存［19］。
1． 2． 2 玉米幼苗的准备 选取饱满度和大小基本一致的玉米种子，用 0． 5%H2O2处理 5 min，后用蒸馏水
反复清洗，置于恒温水浴锅内 30 ℃催芽 3 d(每天换新鲜水 1 次)。玉米幼苗培育采用沙培加营养液法，
所以石英细沙于 10%盐酸浸泡 24 h后反复冲洗至 pH 7． 0 左右，再用 160 ℃烘干灭菌以供使用。营养液
采用 1 /4 强度 Hoagland营养液［20］，PH调至 5． 8。在白瓷盆内播入已催芽且芽长基本一致的玉米种子，于
生化培养箱中培养(培养条件 12 h /12 h，30 ℃ /25 ℃) ，7 d后幼苗供试验使用。
表 1 1 /4 强度 Hoagland营养液配方
Table 1 Prescription of the 1 /4 strength Hoagland
组分
Ingredient
含量
Content
组分
Ingredient
含量
Content
组分
Ingredient
含量
Content
Ca(NO3)2
KNO3
NH4H2PO4
MgSO4 ． 7H2O
950 mg
810 mg
155 mg
500 mg
FeNa － EDTA
KI
H3BO3
ZnSO4 ． 7H2O
20 mg
0． 83 mg
3 mg
0． 22 mg
CuSO4
MnSO4
Na6MoO4
CoCl2
0． 025 mg
22． 3 mg
0． 25 mg
0． 025 mg
1． 2． 3 对玉米幼苗的处理 将 50 mL三种不同浓度(0． 1 gDW/mL、0． 05 gDW/mL、0． 01 gDW/mL)黄顶
菊水提液中，分别加入 50 mL1 /4 强度 Hoagland 营养液，后于振荡器上混匀 3 min，移入培育后的玉米幼
苗，每个白瓷盆中 5 株，置于温室中。无菌水为对照。分别处理后第 4 d、第 8 d、第 12 d和第 16 d取样，每
个处理 6 个重复，整个试验共进行了三次重复。记录各盆中玉米株高，每盆随机选择玉米叶片 0． 5 g 进行
可溶性蛋白［21］、可溶性糖类［21］、脯氨酸［22］含量的测定。
1． 2． 4 幼苗根尖显微形态观察 选取最高浓度 0． 1 gDW/mL黄顶菊处理以及对照处理中玉米幼苗根尖
生长点部位分别用生理盐水冲洗 3 次，每次 5 min，再用 3%戊二醛固定液 24 h 后，依次用 30%、50%、
70%、80%、90%的乙醇系列脱水(每一梯度脱水 20 min) ，最后 100%的乙醇脱水两次，后乙酸异戊酷置
换，再用 CO2临界点干燥，粘于铜片喷金度膜，最后再用扫描电镜(日立 S － 4800)下观察并照相
［23 － 25］。
1． 2． 5 数据分析 采用 Excel2003 对数据进行处理，并采用 SPSS16． 0 软件进行方差分析，组内多重比较
采用 Duncan’s新复极差法，计算值并作显著性检验，所有图标数据表示均为平均数 ±标准差(Means ± S．
D．)。
·243· 山东农业大学学报(自然科学版) 第 43 卷
2 结果分析
2． 1 黄顶菊水提液对玉米幼苗叶片可溶性蛋白的影响
不同浓度黄顶菊水提液处理玉米幼苗体内可溶性蛋白含量产生了一定的影响(图 1) ，方差分析结果
表明不同浓度和不同处理时间后幼苗叶片的可溶性蛋白含量出现极显著性差异(F3，48 = 1365，P = 0．
0001;F3，48 = 460． 913，P = 0． 0001)。且不同化感物质浓度和不同处理时间之间存在极显著的交互作用
(F9，48 = 36． 426，P = 0． 0001) ，即不同浓度黄顶菊水提液对可溶性蛋白含量的影响随着处理时间的变化而
异。自处理后第 4 d开始，玉米幼苗叶片可溶性蛋白含量和对照中相比出现显著的活性差异，对照中可溶
性蛋白含量由 1． 14 μg /g·FW增加到 5． 58 μg /g·FW。两个高浓度(0． 05 gDW/mL和 0． 1 gDW/mL)处
理后，含量分别由 0． 38 μg /g·FW增加到 0． 59 μg /g·FW，0． 09 μg /g·FW 增加到 0． 42 μg /g·FW。和
对照相比增幅不大。组内多重比较表明，玉米幼苗叶片可溶性蛋白含量随着处理浓度增加而逐渐增加，随
着处理时间的延长而逐渐减少。
图 1 黄顶菊水提液对玉米幼苗叶片可溶性蛋白含量的影响
图中同一取样时间内的不同小写字母表示彼此在 5%水平上差异显著(Duncan’s)
Fig． 1 Impacts of F． bidentis aqueous extracts on contents of soluble protein in leaves of maize seedlings
Bars with different letters in the same time after treatment indicate that means are significantly different within each treatment at P ＜0． 05(Duncan’s)
2． 2 黄顶菊水提液对玉米幼苗叶片可溶性糖类的影响
不同浓度黄顶菊水提液处理对玉米幼苗体内可溶性糖含量产生了一定的影响(图 2) ，方差分析结果
表明不同浓度和不同处理时间后幼苗叶片的可溶性糖含量出现极显著性差异(F3，48 = 30580，P = 0． 0001;
F3，48 = 5415，P = 0． 0001)。且不同化感物质浓度和不同处理时间之间存在极显著的交互作用(F9，48 =
3296，P = 0． 0001) ，即不同浓度黄顶菊水提液对可溶性糖含量的影响随着处理时间的变化而异。自处理
第 4 d开始，对照中可溶性糖类含量变化不大，由 20． 18 μmol /g 变化为 22． 08 μmol /g，增幅仅为 9． 4%。
最低浓度 0． 01 gDW/mL和最高浓度 0． 1 gDW/mL处理后，增幅分别达到 45． 9%和 43． 3%。组内多重比
较表明，玉米幼苗叶片可溶性糖含量随着处理浓度增加和处理时间的延长而逐渐增加。
2． 3 黄顶菊水提液对玉米幼苗脯氨酸含量的影响
不同浓度黄顶菊水提液处理后对玉米幼苗体内脯氨酸含量产生了一定的影响(图 3) ，方差分析结果
表明不同浓度和不同处理时间后幼苗叶片的脯氨酸含量出现极显著性差异(F3，48 = 9119，P = 0． 0001;
F3，48 = 518． 916，P = 0． 0001)。且不同化感物质浓度和不同处理时间之间存在极显著的交互作用(F9，48 =
68． 92，P = 0． 0001) ，即不同浓度黄顶菊水提液对脯氨酸的影响随着处理时间的变化而异。两个最高浓度
处理后第 4 d到第 12 d，脯氨酸含量分别增幅 25． 5%和 37． 0%，相对于对照中脯氨酸含量增幅 9%，变化
明显。组内多重比较表明，玉米幼苗叶片脯氨酸含量随着处理浓度增加和处理时间的延长而逐渐增加。
·343·第 3 期 唐秀丽等:黄顶菊浸提液对玉米幼苗生长及其根尖显微结构的影响
2． 4 幼苗根尖显微结构
经最高浓度(0． 1gDW/mL)黄顶菊水提液处理后，和对照相比，根尖表皮细发生了明显的变化。高浓
度处理下表皮脱落细胞很多，根冠顶部细胞干瘪，部分脱落，尤其在顶部表层细胞，很多仅剩下空的细胞
腔。内层细胞已经基本暴露出来，根冠顶部细胞大部分破裂。在 × 500 倍的结果中可见，对照的根尖细胞
排列规则且细胞成长圆形，形态明显，细胞比较扁平且饱满。被化感物质处理后，幼苗根尖细胞排列出现
紊乱，明显膨胀，细胞内细胞质明显淡稀，空壳细胞。
3 结果与讨论
河北农大研究，黄顶菊对玉米胁迫时，可溶性蛋白含量减少［26］。生长在逆境环境中的植物其代谢反
映变化趋势相同，即水解作用增强，合成作用减弱。由本研究结果可知，随着黄顶菊水浸提液质量浓度的
增加，可溶性蛋白含量呈下降趋势，这可能是因为生长在含有黄顶菊环境中的玉米幼苗的生长受到抑制，
其体内的水解作用增强，将可溶性蛋白降解为氨基酸。这种代谢失调最终产生植物的伤害作用。这与黄
花蒿对小麦幼苗的化感作用一样［27］。
·443· 山东农业大学学报(自然科学版) 第 43 卷
图 4 黄顶菊水提液处理后玉米幼苗根尖细胞的变化
A和 D对照中玉米幼苗根尖显微结构;B和 C处理后玉米幼苗根尖显微结构
Fig． 4 Celluar changes of upland maize seedling roots treated with extracting liquor from F． bidentis
A，D:root tip microstructure in the controlled maize Seedling;B，C:root tip microstructure in the measured maize Seedling
可溶性糖是植物体内主要的渗透调节物质之一，逆境胁迫条件下，作为植物渗透调节物质的可溶性糖
含量的增加可以增加植物体内的渗透势，以利于植物体在逆境中维持体内正常的所需水分，提高植物的抗
逆性［28］。实验表明黄顶菊植株水提液处理下玉米叶片中可溶性糖含量增加。可溶性糖含量的增加一方
面能有效提高叶片细胞的渗透势，增强玉米幼苗对逆境胁迫的耐受性;另一方面，可溶性糖在玉米体内的
积累，减少了糖类物质向其它物质的转变，从而阻碍了玉米幼苗的正常生长。类似与黄顶菊水提液对小麦
幼苗的化感作用影响［29］，但是与芒其对玉米幼苗中可溶性糖类的影响有一些不同［30］。
脯氨酸(Pro)是植物在逆境胁迫下体内积累的重要渗透调节物质之一［31］。正常情况下，植物体内的
Pro含量较低，胁迫时含量便会大大增高，并且积累指数与植物的抗逆性有关。因此 Pro 可作为植物抗逆
性的一项生理生化指标［32］。通过本试验可知，不同浓度黄顶菊水提液胁迫下玉米幼苗，Pro含量差异均达
极显著。且 Pro含量随着黄顶菊水提液浓度的升高而升高，不同浓度处理时均比对照中脯氨酸含量要高。
这与关于 SO2对玉米幼苗中 Pro影响趋势一样
［33］。在黄顶菊水提液浓度为 0． 01 gDW/mL条件下，玉米幼
苗叶片的脯氨酸含量的变化不大，说明玉米具有一定的耐受性。当浓度达到 0． 05 gDW/mL 和 0． 1 gDW/
mL条件下，脯氨酸含量急剧增加。而在后期，脯氨酸增加量幅度不大，处理中黄顶菊对玉米幼苗的抑制作
用已经使得玉米不能正常生长。黄顶菊水提液处理下玉米叶片脯氨酸含量的增加有两种可能，一方面是
黄顶菊水提液阻断了玉米幼苗根部游离氨基酸向蛋白质的转化，使游离脯氨酸含量增加;二是黄顶菊水提
液能增加蛋白质的降解速度，加快游离脯氨酸的积累。这说明黄顶菊水提液对玉米的生长有较强的抑制
作用，但黄顶菊水提液对游离脯氨酸含量增加的影响机制还需要进一步研究。
根系是作物直接感受外界水分信号并吸收水分的器官，与作物抗逆性形成密切相关。关于紫羊茅
(Festuca rubra L．)对水芹(Oenanthe stolonifera(Roxb)Wall)和一种蟹草(Lygodium japonicum(T．)S．)的化
感作用研究，发现其化感分泌部位在须根尖的局部细胞中［34］。黄顶菊水提液对玉米幼苗的化感作用，同
样体现在对幼苗根长的生长状况上，类似于黄花蒿对小麦幼苗的影响［27］。根尖细胞的外观和解剖结果表
·543·第 3 期 唐秀丽等:黄顶菊浸提液对玉米幼苗生长及其根尖显微结构的影响
明，玉米幼苗的根系生长和发育已严重受到抑制和干扰，主要表现在幼苗根尖细胞形态和大小的变化。应
用扫描电镜研究紫茎泽兰水提液对玉米根的形态影响，结果显示处理后的玉米根尖生长受到严重干扰，根
尖表皮出现明显脱落甚至腐烂，与本试验研究结果相一致［35］。
化感物质作为一种信息载体物质几乎存在于植物的所有器官中。对黄顶菊化感作用的研究，本实验
选用受体植物内最直接明确的生理指标和形态指标，从而为后续探究黄顶菊化感作用机制奠定一定的基
础。
参考文献
［1］芦站根，崔兴国，蒋文静．衡水湖黄顶菊的入侵情况的初步调查研究［J］．衡水学院学报，2006，8(1) :69 － 71
［2］王海旺，郭淑荣，王书凤．黄顶菊在天津市的分布情况调查及防控建议［J］．天津农林科技，2009，(5) :16 － 17
［3］任艳萍，江 莎，古 松． 外来植物黄顶菊(Flaveria bidentis)的研究进展［J］． 热带亚热带植物学报，2008，16(4) :390 － 396
［4］周显忠，刘丽云． 浅谈新外来物种黄顶菊的危害与防治［J］． 农技服务，2008，25(1) :52 － 89
［5］李香菊，王贵启，张朝贤．外来植物黄顶菊的分布、特征特性及化学防除［J］．杂草科学，2006，(4) :58 － 61
［6］王 民．外来有害生物黄顶菊入侵河北［J］．农村实用技术，2006，27(452) :31
［7］任 英．黄顶菊发生规律初探［J］．植物检疫，2006，20(5) :329 － 330
［8］高贤明，唐延贵，梁 宇．外来植物黄顶菊的入侵警报及防控对策［J］．生物多样性，2004，12(2) :274 － 279
［9］芦站根，周文杰．外来植物黄顶菊的潜在危险评估与控制对策［J］．杂草科学，2006(4) :4 － 5，53
［10］皇甫超河，王志勇，杨殿林．外来入侵种黄顶菊及其伴生植物的光合特性初步研究［J］．西北植物学报，2009，29(4) :781 － 778
［11］黄雨清，聂刘旺，覃逸明，等．芦蒿不同浸提物化感活性的比较研究［J］．生物学杂志，2010，27(4) :53 － 56
［12］王 硕，幕小倩，杨 超．黄花蒿浸提液对小麦油麦的化感作用及其机理研究［J］．西北农林科技大学学报，2006，34(6) :106 － 110
［13］周文杰，李建明，芦站根．外来植物黄顶菊水浸提液对绿豆种子萌发及生长的影响［J］．江苏农业科学，2007(4) :72 － 74
［14］周文杰．黄顶菊对小麦种子化感作用的初步研究［J］．衡水学院学报，2008，10(1) :59 － 62
［15］芦站根，周文杰．黄顶菊水提液对玉米种子的化感作用［J］．江苏农业科学，2008，(4) :111 － 114
［16］周文杰，芦站根．黄顶菊浸提液对油菜及油麦种子发芽的影响［J］．农业科技与装备，2010，4:4 － 5
［17］李香菊，张米茹，李咏军．黄顶菊水提取液对植物种子发芽及胚根伸长的化感作用研究［J］．杂草科学，2007，4:15 － 19
［18］芦站根，周文杰，郑博颖．黄顶菊对两种蔬菜种子和幼苗的化感效应［J］．草业科学，2011，28(2) :251 － 254
［19］杨国庆，万方浩，刘万学．紫茎泽兰水提液的化感潜势及其渗透压的干扰效应［J］．生态学杂志，2008，27(12) :2073 － 2078
［20］杨国庆．紫茎泽兰淋溶主效化感物质的分离鉴定及其对早稻幼苗的作用机理［D］．北京:中国农业科学院博士论文，2006，49
［21］陈建勋，王晓峰．植物生理学实验指导［M］．广州:华南理工大学出版社，2002:122 － 129
［22］李合生．植物生理生化实验原理和技术［M］．北京:北京高等教育出版社，2002:45 － 98
［23］李文娟，何 萍，金继运．钾素对玉米茎髓和幼根超微结构的影响及其与茎腐病抗性的关系［J］． 中国农业科学，2010，43(4) :729 －
736
［24］马旭凤，于 涛，汪李宏，等．苗期水分亏缺对玉米根系发育及解剖结构的影响［J］．应用生态学报，2010，21(7) :1731 － 1736
［25］宋凤斌，刘胜群．不同耐旱性玉米根系解剖结构比较研究［J］．吉林农业大学学报，2008，30(4) :377 － 381，393
［26］商 闫，韩建民，时翠平，等．黄顶菊对几种作物生长影响的作用机理初步研究［J］．河北农业大学学报，2010，33(6) :91 － 94
［27］王 硕，慕小倩，杨 超． 黄花蒿浸提液对小麦幼苗的化感作用及其机理研究［J］． 西北农林科技大学学报，2006，34(6) :106 － 110
［28］何 俊，何胜江，付 强． 人工模拟高温环境下白三叶草相对生理指标测定［J］． 贵州畜牧兽医，2007，31(3) :1 － 3
［29］Chen Y，Zhang G L，Tan W Z． Analysis of the allelopathic effect of yellow － top weed(Flaveria bidentis)on germination and growth of wheat
［C］/ /Wu Y，Wang X Y． International Workshop on biological Control of Invasive Species of forests． Texas:USDA ＆ Forest Service Publica-
tions，2009:92 － 95
［30］袁宜如，李晓云，邹峥嵘，等．芒其水提取液对玉米种子萌发和幼苗生长的影响［J］． 安徽农业科学，2009，37(35) :17434 － 17435，
17459
［31］林栖凤，李冠一．植物耐盐性研究进展［J］．生物工程进展，2000，20(2) :20 － 25
［32］张丽华．黄杨粗蛋白、氨基酸组分与脯氨酸等玉其耐旱性的研究［J］．干旱区资源与环境，2006，20(6) :202 － 206
［33］陈 莉． SO2对玉米幼苗 POD、Pro和 MDA的影响［J］．基因组学与应用生物学，2010，29(4) :727 － 730
［34］Bertin C，Paul RN，Duke SO，et al． Laboratory assessment of the allelopathic effects of feine leaf fesues［J］． Journal of Chemical Ecology，
2003，29(8) :1919 － 1937
［35］张希麟，王剑文，郑丽屏．紫茎泽兰水提液对玉米根系的他感作用一电镜及电子探针初步研究［J］． 云南大学学报(自然科学版) ，
1993，15(增刊 2) :112 － 117
·643· 山东农业大学学报(自然科学版) 第 43 卷