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外来杂草黄顶菊Flaveria bidentis对4种重要作物的化感抑制效应测定



全 文 :第39卷 第1期 西 南 师 范 大 学 学 报 (自然科学版) 2014年1月
Vol.39  No.1  Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition) Jan.2014
文章编号:1000-5471(2014)1-0028-06
外来杂草黄顶菊Flaveria bidentis对4种
重要作物的化感抑制效应测定

严加林1, 苏正川1, 谭万忠1, 付卫东2, 张国良2
1.西南大学 植物保护学院,重庆400716;2.中国农业科学院 环境与发展研究所,北京100094
摘要:将黄顶菊植株根茎和叶片通过浸提方式提取获得其水浸液,用以培养玉米、小麦、大豆、白菜种子和幼
苗,测定种子发芽和幼苗生物量,另外还将4种作物种子播种于采集的黄顶菊根部土壤中观察种子萌发和幼苗
生长情况.测定结果表明:黄顶菊植株水浸液和其根部土壤对4种作物生长具有不同程度的抑制作用,种子的发
芽率和发芽速度降低;种子萌发后的幼苗生长受到明显抑制,幼苗高度降低而根系长度和鲜质量增长.同时经处
理的作物植株出现叶片数减少,叶色发黄,茎秆弱小等异常症状,说明黄顶菊对测试的几种作物生长有明显的阻
碍性化感作用.
关 键 词:黄顶菊浸出液;根围土壤;化感效应;作物种子萌发生长
中图分类号:S451 文献标志码:A
黄顶菊Flaveria bidentis Kuntze原产于热带地区的南美洲,经一系列途径传入我国,2001年以后相
继在我国华北地区的河北省、天津市内大面积发生[1].由于黄顶菊具有很强的抗逆性和结实量大的繁殖优
势,近年来在我国的发生分布范围不断扩散蔓延,其侵入农田危害农作物,给作物生产造成了重大的经济
损失,同时对当地生态环境中其他生物群落的生存构成严重的威胁.因黄顶菊入侵我国的时间较短,国内
对黄顶菊的研究成果还相对较少,主要包括几个方面的内容:① 对其起源和在我国的分布情况进行了调
查,大致掌握了黄顶菊目前在我国的分布范围和面积;② 对其形态特征、繁殖结实情况进行了较详细的观
察和记录;③ 对其生态习性主要是分布的生境以及伴生杂草等进行了调查和分析,初步掌握了有利于黄顶
菊生长的某些环境条件;④ 对黄顶菊入侵后的危害特点和危害趋势进行了分析和预测[2-3].
植物化感作用(Alelopathy)于1937年由德国科学家Molish[4]提出,它是植物通过淋溶、挥发、残体分
解和根系分泌向环境释放化学物质,而对周围植物(包括微生物)产生间接或直接有害或有利的作用.化感
物质几乎都是植物次生代谢物质,它们分布于杂草植物体内,其主要包括脂肪族化合物;脂肪酸、类酯物
以及不饱和内酯;萜类化合物(单萜烯、蒎烯、樟脑、桉树脑以及倍半萜烯等);芳香族化合物(简单的酚、
酚酸、醌、以配糖体形式存在于植物中的香豆素,o-羟基肉桂酸内酯,黄酮类,缩合丹宁和水解丹宁
等)[5].对于外来入侵植物化感作用的研究普遍集中于化感作用对其入侵机制的作用上,目前已经发现很多
入侵植物都具有较强的化感作用,抑制了当地植物的生长,有利于其成功入侵.这些外来入侵植物能产生
① 收稿日期:2013-05-27
基金项目:国家公益性行业(农业)专项“入侵植物综合防控技术研究与示范推广”基金资助项目(201103027-3).
作者简介:严加林(1988-),男,四川宜宾人,硕士研究生,主要从事入侵植物综合防治技术研究.
通信作者:谭万忠,教授.
DOI:10.13718/j.cnki.xsxb.2014.01.015
一些化学物质,这些物质可以发挥较强的化感作用,或者成为植物和土壤微生物之间相互作用的调节者.
由于不同区域的植物群落共同进化的轨迹不同,被入侵群落植物对这些化学物质缺乏适应性,因此化感
物质成为了外来种入侵并定植的利器.现已发现在全球范围内分布较广的一些外来入侵植物都具有化感
效应,如印度大量分布的外来入侵种银胶菊Parthenium hysterophorus、入侵北美的葱芥Alliariap etiola-
ta、入侵东南亚的薇甘菊Mikaniam icrantha、在湿润的南亚和西非广泛分布的飞机草Chromolaena odo-
rata、广布于热带和亚热带的入侵种马缨丹Lantana camara.除此之外,在我国南方大量分布的蟛蜞菊
Wedelia chinensis、紫茎泽兰Eupatorium adenophorum、凤眼莲Eichhornia crassipes等都已被证实具有化
感作用[6-9].对这些植物的研究表明,它们均能分泌某一种或几种化感物质,分别对不同种类的作物产
生不同程度的抑制作用[2].同样,黄顶菊作为从国外入侵到我国的一种菊科植物,在我国定植时间较短,
它与我国本地植物之间的相互影响、相互作用关系等还尚未明确.因此,本研究测定了黄顶菊植株提取
液、生长地根围土壤对4种本地作物种子发芽和幼苗生长的作用,其可以为揭示黄顶菊入侵和定植机制
提供一定依据,同时还可以帮助我们进一步了解黄顶菊的危害性,从而选择制定合理的耕种模式和耕作
制度以控制或降低黄顶菊的危害.
1 材料和方法
1.1 供试材料
黄顶菊新鲜植株(包括根、茎、叶)及根围土壤样品均采集自河北省衡水市,试验用的玉米、小麦、大豆
和白菜作物种子从中国农业科学院植物保护研究所获得.
1.2 实验方法
1)黄顶菊滤液制备:将黄顶菊新鲜植株茎、叶和根分别剪断成约3cm长的小段,按鲜质量1∶5
(100g组织+500mL水)的比例加入蒸馏水,在25℃条件下浸提24h,抽取滤液,即得黄顶菊浸提液;
将各部分水浸液置于低温(4℃)下保存备用.
2)黄顶菊水浸液处理作物种子试验:采用纸碟法,在直径9cm的培养皿中铺上4层滤纸,每个培养
皿内放入作物种子25粒,每皿分别加入黄顶菊不同水浸液10mL,每种作物每种水浸液处理设4次重复,
以蒸馏水为对照;将培养皿种子放入人工气候箱中恒温培养,玉米、大豆种子在28℃下恒温培养,小麦、
白菜种子在20℃下恒温培养;每天给以24h全光照,3d后观察记录发芽率.
3)黄顶菊水浸液处理作物幼苗后的生长试验:参照 Haugland等[10]、曾任森[11]所设计的生物测定方
法,在约22×10×7cm的白色塑料方盒底部铺上2层定性滤纸,分别加入3种黄顶菊水浸液或蒸馏水(以
蒸馏水为空白对照)各30mL,将发芽一致的作物种子(或幼苗)沿方盒一边水平摆成一排,每种作物每种
处理液设4次重复,将盒子斜放成45°角,根朝下,苗朝上;将幼苗置于人工气候箱中培养,玉米、大豆在
28℃恒温下培养,小麦、白菜在20℃恒温下培养,每天以日光灯12h光照(约11 000lx),补充相同溶液
至原体积以保证种子一直与培养溶液相接触.处理后每天观察幼苗、幼根生长情况,3d后测定记录生长量
(幼苗株高、根长、地上部和地下部鲜质量).
4)土壤试验:将凝结成块的泥团砸散并去除其中的杂物备用;将黄顶菊较密集生长的根围土壤和当地
未生长黄顶菊的裸地对照土壤(裸土)分别加适量水拌湿拌匀后装入15cm×20cm塑料盆栽钵内(土层厚
10cm);将作物种子播入土中,每盆10粒,每种作物每个土壤处理设5次重复.种子播种完后在其表面洒
上少量土遮盖,喷洒适量蒸馏水,然后放入人工气候箱中,玉米、大豆在28℃下恒温培养,小麦、白菜在
20℃下恒温培养,每天给以12h光照,并喷以适量蒸馏水保持种子或幼苗所需水分;3d后观察种子发芽
率,14d后测量作物幼苗株高、根长以及地上部、地下部鲜质量.
1.3 数据处理与分析
在各实验中记录数据,计算它们的平均值和标准变异(standard deviation),数据的计算和作图采用
92第1期     严加林,等:外来杂草黄顶菊Flaveria bidentis对4种重要作物的化感抑制效应测定
Microsoft Excel软件完成;用邓肯氏新复级差法(Duncans new multiple range test)比较黄顶菊不同组织
浸提液处理后作物种子萌发率和植株生长差异,用t值测验法比较黄顶菊土壤和裸地土壤中种子萌发及幼
苗生长的差异,并采用SPSS统计软件完成差异显著性分析.
2 结果与分析
2.1 黄顶菊水浸液对作物种子发芽的影响
黄顶菊根、茎、叶水浸液分别处理后4种作物种子最终发芽率无显著性差异,对作物种子发芽的影响
作用主要表现在减慢种子发芽速度、延缓发芽趋势上.处理液对小麦、白菜种子发芽抑制作用较为明显,处
理后种子发芽率普遍显著低于清水对照(p<0.05),且发芽初期处理与对照间差异显著,随时间变化其间
差异逐渐减少;黄顶菊水浸液处理对玉米、大豆种子发芽影响较小,处理后大豆种子在发芽初期其发芽率
显著低于对照,尤以新鲜根浸提掖对发芽率影响最大.发芽后期处理与对照间无显著性差异;处理后玉米
种子发芽率在初期甚至反高于对照,后期其发芽率趋于相近.由此可见,黄顶菊根、茎、叶不同水浸液对供
试作物种子最终发芽率影响较小,其对作物种子发芽的影响作用主要表现在减慢种子发芽速度、延缓发芽
趋势上(表1).
表1 黄顶菊水浸液处理作物种子发芽率 % 
作物 CK 叶浸提液 茎浸提液 根浸提液
玉米 91.0±2.0a 86.0±5.5a 90.0±4.0a 84.0±4.0a
小麦 100.0±0.0a 97.0±2.0ab  99.0±2.0ab  96.0±3.3b
大豆 88.0±3.3a 85.0±5.0a 79.0±5.0a 82.7±8.3a
白菜 94.7±2.3ab  93.0±5.0ab  99.0±2.0a 91.0±3.8b
  注:表1中每个数值为萌发3d后的4次重复的均值,不同字母表示差异显著(p<0.05).
2.2 黄顶菊水浸液对作物幼苗生长的影响
测定黄顶菊不同水浸液处理后4种作物幼苗苗高和苗鲜质量的数据见表2,根长与根鲜质量数据见表3.
黄顶菊不同水浸液对4种作物幼苗生长具有不同程度的影响作用,其中对地上部分的影响主要表现为幼苗高
度降低,幼茎细弱和鲜质量减轻,对地下部分的影响主要表现为幼根长度变短,变粗畸形,根颜色显现黄
褐色且鲜质量降低,部分出现根毛增多症状;但其中个别处理对某些作物的影响出现不同情况,如部分处
理下作物幼苗高度或鲜质量等甚至超过了清水对照.
表2 黄顶菊水浸液处理后植株苗高(cm)及鲜质量(g)
浸提液部位
玉  米
苗高 鲜质量
小  麦
苗高 鲜质量
大  豆
苗高 鲜质量
白  菜
苗高 鲜质量
对照 5.345a 3.832a 3.222bc  0.460b  5.706a 11.854a 1.643b  0.296b
叶 2.753d  1.747d  2.913c  0.355c  1.989b  9.478c  1.366c  0.239c
茎 3.506c  2.468c  4.279a 0.540a 1.954b  11.000b  1.943a 0.353a
根 4.401b  3.267b  3.504b  0.456b  1.559c  9.589c  1.992a 0.343a
  注:表2中每个数值为4次重复的均值,不同字母表示差异显著(p<0.05).
表3 黄顶菊水浸液处理后植株根长(cm)及鲜质量(g)
浸提液部位
玉  米
根长 鲜质量
小  麦
根长 鲜质量
大  豆
根长 鲜质量
白  菜
根长 鲜质量
对照 18.202a 5.150a 6.033a 0.422a 12.706a 2.732a 6.272a 0.107a
叶 9.995d  3.168c  5.070b  0.226c  4.740c  1.677b  1.069d  0.026b
茎 11.168c  3.863b  5.306b  0.356b  5.856b  1.675b  1.802c  0.070b
根 14.229b  3.953b  6.175a 0.333b  2.241d  0.986c  2.210b  0.040c
  注:表3中每个数值为4次重复的均值,不同字母表示差异显著(p<0.05).
03 西南师范大学学报(自然科学版)     http://xbbjb.swu.cn    第39卷
处理液对玉米、大豆幼苗生长抑制作用明显,各种提取方式水浸液处理下的幼苗地上部苗高、鲜质量
及地下部根长、鲜质量均显著低于对照处理,各处理液中以新鲜叶片水浸液处理后玉米、大豆幼苗生物量
最低;处理液对小麦幼苗生长的影响主要表现在其地下部分,各处理液处理小麦幼苗地下部根长、鲜质量
普遍显著低于对照处理,但对幼苗高度、地上部鲜质量的影响相对较弱,且个别处理如新鲜茎浸提液苗高
和地上部鲜质量却反而高于对照处理的结果;处理液对白菜地上部分影响显著,各处理液幼苗地下部根长
和鲜质量显著低于对照,但其地上部分生物量幼苗高度和鲜质量个别处理出现相反情况,如新鲜根浸提液
处理下白菜幼苗高度和地上部鲜质量均高于蒸馏水处理;综合黄顶菊几种不同方式提取水浸液对4种供试
作物各项生物量的影响结果分析可得,黄顶菊新鲜叶片所提取的水浸液对作物幼苗生长的抑制作用最为明
显,主要表现为幼苗地上部苗高、鲜质量及地下部根长、鲜质量的显著降低,且伴有幼苗叶片、茎秆颜色发
黄等异常症状.
2.3 黄顶菊根部土壤中作物种子的萌发及幼苗生长
在黄顶菊根部土壤及裸地土壤处理下,4种作物种子最终发芽率见表4.黄顶菊根部土壤处理作物种子
发芽时间明显延迟:玉米、大豆初始发芽时间延迟1d,白菜种子延迟4d,小麦种子延迟5d;且整个发芽
期间种子发芽速度显著减慢,作物种子最终发芽率受其影响较大,除玉米两种土壤处理种子最终发芽率相
同外,其他几种作物两种土壤处理之间均有明显差异.其中小麦、大豆两种作物,裸地土壤处理的种子发芽
率为黄顶菊根部土壤处理的两倍以上;而白菜种子发芽率受抑制更为明显,裸地土壤处理为黄顶菊根部土
壤处理的12倍.由此可见,黄顶菊生长过的根部土壤对部分作物的种子萌发具有很强的抑制作用,会显著
减缓种子发芽速度以及显著降低种子萌发率.
表4 黄顶菊根部土壤及裸地土壤处理不同作物种子的最终发芽率 % 
土壤 玉米 小麦 大豆 白菜
裸地土壤 87.5  100.0  87.5  90.0
黄顶菊根部土壤 87.5  45.0  42.5  7.5
差异显著性p =1.0 <0.001 <0.001 <0.001
  注:表4中每个数值为4次重复的均值,播种13~15d后计数测定.
黄顶菊根部土壤对作物的影响还在于对幼苗生长的影响.黄顶菊根部土壤处理和裸地土壤处理的作物
种子发芽和幼苗生长情况见图1.两种土壤处理之间种子发芽率和幼苗生长情况存在明显差异,裸地土壤
处理作物种子均普遍发芽,且幼苗生长旺盛,植株高度较高,茎杆粗壮;而黄顶菊根部土壤处理的作物种
子除玉米外其他均发芽极少,且萌发出的幼苗长势显著减弱,高度降低,茎杆细弱,生长严重不良.
3 结论和讨论
黄顶菊水浸液对4种供试作物生长的化感效应主要表现在2方面:① 抑制作物种子发芽,不同提取方
式水浸液对不同作物种子的抑制作用强弱程度不同,对小麦、白菜种子发芽抑制作用较强,处理后种子发
芽率普遍低于对照处理,对玉米、大豆种子抑制较弱,但普遍延缓了4种作物种子的发芽速度和整个发芽
趋势.② 黄顶菊水浸液不同程度地抑制作物幼苗的生长,延缓幼苗高度、根长及鲜质量等生物量的增长,
并且表现出叶片发黄、茎秆细小、根畸形等异常症状;综合对作物种子发芽和幼苗地上部苗高、鲜质量及
地下部根长、鲜质量几项生物量指标分析得出,黄顶菊生长过后的植株根部土壤对部分作物的种子萌发和
幼苗生长具有明显的抑制作用.其作用表现为显著降低作物种子发芽率,使部分作物种子发芽率降低2~
12倍不等;延迟种子初始发芽时间,减缓种子萌发速度;影响萌发后幼苗的生长,减缓其生长速度以及削
弱其生长趋势.
本研究结果表明,黄顶菊植株中可能含有抑制作物生长的某种或多种化学物质[12],采用清水浸提黄顶
菊植株所得浸出液对作物种子及幼苗具有一定的抑制作用,但表现较弱;黄顶菊根部土壤对作物生长具有
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很强抑制性的化感效应,可能是由于黄顶菊植株某种或多种物质通过植株传导、根系或其他途径向土壤中
分泌,直接或间接作用于作物种子、根系等,从而影响作物生长.同时,黄顶菊生长的土壤浸提液对几种植
物的抑制作用非常强,说明从黄顶菊根系分泌到土壤中的化感物质还可能在土壤中有累计增长效应,而且
土壤中的这类化感物质不能自然分解.因此,在采取黄顶菊清除措施之后,短期内若种植玉米和小麦等敏
感作物,作物生长发育仍然可能会受到抑制.对于黄顶菊化感物质的种类(成分和结构)、性质及其作用机
制[13-14],以及对其他重要作物的抑制效果等还有待进一步的测定和研究.
对照:裸地土壤;处理:黄顶菊根部土壤.
图1 黄顶菊根部土壤对作物种子发芽和幼苗生长的影响
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On Detection of Alelopathic Effect of Four Important
Crops by Yelowtop Weed(Flaveria Bidentis)
YAN Jia-lin1, SU Zheng-chuan1, TAN Wan-zhong1,
FU Wei-dong2, ZHANG Guo-liang2
1.School of Plant Protection,Southwest University,Chongqing 400716,China;
2.Institute of Environment and Development,China Agriculture Academy,Beijing 100094,China
Abstract:The alelopathic effects of yelow-top (Flaveria bidentis)on seed germination and seedling
growth of four crops,including corn,wheat,soybean and cabbage,have been examined in the present
study.The results indicate that the water extracts of F.bidentis from different parts of yelow-top plants
shown inhibitive effects on growth of the four crops to different extent;the final seed germination rates are
reduced by;the speed of the seed germination is obviously slowed down.3)The rhizospheric soils of
yelow-top weed plants have strong inhibitive effect on growth of the crops;seed germination rates and
growth rates of the crop seedlings are very significantly decreased(p<0.01).The morphology of crop
seedlings is also markedly altered:color of seedling leaves became yelowish and the stems are much smal-
ler compared with seedlings grown with normal soils.
Key words:extract of Flaveria bidentis;rhizospheric soil;alelopathy;seed germination and growth
责任编辑 夏 娟    
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