全 文 ：大籽蒿花中生物碱类化感物质对羊草根茎
节器官分化的影响＊
李新宇1＊＊　朴顺姬2　唐海萍1 　吴梅花2
(1 北京师范大学资源科学研究所 , 北京 100875;2内蒙古大学生态与环境科学系内蒙古草地生态学重点实验室 ,
呼和浩特 010021)
摘　要　通过观察大籽蒿花提取物中生物碱物质对羊草根茎节部的影响 , 从细胞水平分析研
究了它们之间的化感作用机制。 结果表明 ,在有生物碱类物质存在时 ,与对照相比较 , 无论是
羊草不定根的形成个数 , 还是从髓射线部位形成的突起物的个数 , 随浓度升高 , 存在一个先增
加后降低的趋势。在浓度 1 %下 , 影响不大;在 5 %和 10 %下 , 有增加的趋势;但随着浓度的
增加 , 在浓度20 %下 , 有减少的趋势。羊草根茎节部不定芽的形成个数受生物碱类物质的影响
很小。
关键词　羊草根茎节 , 大籽蒿 ,生物碱 , 化感作用 ,细胞分化
中图分类号　Q948　　　文献标识码　A　　　文章编号　1000-4890(2004)02-0050-05
Effect of alkaloid from Artemisia sieversiana flower on the apparatus division of rhizome knot of
Leymus chinensis.LI Xinyu1 , PIAO Shunji2 , TANG Haiping1 , WU Meihua2(1 Institute of Re-
sources Science , Beijing Normal University , Beijing 100875 , China;2Department of Ecology and
Env ironmental Science Inner Mongolia University , Huhhot 010021 , China).Chinese Journal of
Ecology , 2004 , 23(2):50 ～ 54.
Rhizome kno ts of Leymus chinensis were cultured in 4 different concentration solutions of alkaloid
from the flowers of Artemsia sieversiana and under a control condition.Cell division and apparatus
development on the rhizome were observed with micro scope.Allelopathic effect of A .sieversiana on
development of L.chinensis was studied .The results showed that:compared to control , the ex-
tracts at 1% had w eak effects on the germination numbers of roots and germina tion from pith ray ,
while the ex tracts at 5% or 10% could stimulate their germination.However , with the concentra-
tion increase, it restricted their germination.The ex tract had weak effects on the germination of the
bud.Compared to control , the number of bud germination at 1 %, 5 %, 10 % and 20 % concen-
tration had no obvious difference.
Key words　rhizome knot of Leymus chinensis , Artemisia sieversiana , alkaloid , allelopathy , cell division.
＊中国科学院锡林郭勒草原定位站研究开发站基金资助(9823)和国
家杰出青年自然科学基金资助项目(3910027)。
＊＊通讯作者
收稿日期:2002-10-24　　改回日期:2002-12-10
1　引　言
植物化感作用(Allelopathy)是指植物在其生长
发育过程中 ,通过其分泌于体外的代谢产物改变其
周围的微生态环境 ,对其它植物的生长和发育起抑
制或促进的作用[ 9 ,14 , 15] 。羊草(Leymus chinensis)
是多年生根茎禾草 ,有性繁殖过程中抽穗 、开花 、结
实及萌发率都比较低 ,但羊草根茎有很强的萌生能
力 ,是很重要的无性繁殖器官 。在自然条件下 ,其种
群无性拓殖能力很强 。大籽蒿(Artem isia siever-
siana)是 1 ～ 2年生菊科植物 ,常见于人工扰动后的
草场 ,属草原带杂草 。据报道 ,在我国典型草原带的
人工草地上 ,羊草与大籽蒿种群之间表现出明显的
数量消长现象[ 8] 。为探明其内在的消长机制 ,有些
学者开展了羊草与大籽蒿种群间的化感作用研
究[ 5 , 6] 。本文则是在此研究的基础上 ,深入开展了
大籽蒿花的水浸提液中生物碱类物质对羊草根茎节
部的细胞分化过程的研究 ,目的是从细胞水平探讨
大籽蒿种群对羊草种群无性繁殖能力影响机制 ,为
科学的管理人工草地的发展过程 ,提供种群生态学
的依据 。
2　材料与方法
2.1　材料
　生态学杂志 Chinese Journal of Ecology　2004 , 23(2):50 ～ 54　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　
DOI :10.13292/j.1000-4890.2004.0047
实验用的羊草材料采自内蒙古大学校园内的人
工草坪上 。首先将采来的羊草根茎上的泥土用自来
水冲洗干净 ,然后将其放入 0.5%的安替福民水溶
液中浸泡 30 min消毒 ,用流水冲洗20min后 ,备用 。
大籽蒿花的生物碱类物质提取液的制备[ 10] 1):
取大籽蒿花序的干粉 50 g 浸泡于 1 000 ml蒸馏水
中 ,在室温浸泡 24 h 后过滤。用蒸馏水 、乙醚 、85 %
的甲醇 ,以中草药有效成分提取与分离的常规方法 ,
提取出大籽蒿花序干粉水浸液中的生物碱类物质 。
并用碘化汞钾试剂进行鉴定。将分离 、提取的生物
碱类干物质配置成 1 000 m l的水溶液 ,并称其为原
液 ,即:大籽蒿花的生物碱类物质水溶液 。接着用原
液配制成 4种不同浓度(1 %、5 %、10 %和20 %)的
大籽蒿花的生物碱类物质水溶液 ,作为羊草根茎节
的培养液 ,冷藏 、备用 。
1)朴顺姬 ,等.1995.大籽蒿提取物对羊草繁殖器官萌发的影响(摘
要)[ R] .中国生态学会第五次全国会员代表大会-暨学术研讨会《走
向 21世纪的中国生态学》 .
羊草根茎段的培养:采用标本缸(L ×W ×H:
18 cm×7 cm ×18 cm)进行纸床垂直培养法 。具体
方法是选取发育处于同一时期的羊草根茎节(通常
根茎节上还观察不到根茎节的萌生),在节部两侧各
留 1 cm截断。每个标本缸内放入 30个根茎节 ,分
别用不同浓度的生物碱类物质培养液 ,在光照培养
箱中以变温(日温 25 ℃,夜温 10 ℃)培养 20 d ,以纯
水培养为对照。
培养材料的固定:在用不同浓度的生物碱类物
质培养羊草根茎节的过程中 ,每隔 2 d从培养缸中
随机取出 3个根茎节 ,并立即用 FAA固定液固定 ,
共取 10次 。按材料被培养的时间的长短顺序编号 ,
并以培养时间的长短作为羊草根茎节萌发阶段划分
的依据 ,共划分为 10 个发育期 ,便于以后的观察和
比较分析 。
羊草根茎切片的制作:首先用徒手切片法 ,将培
养后的羊草根茎节做成徒手切片(厚度为 15 ～ 20
mm),最后制作成永久切片 ,在显微镜下检测。
2.2　镜检方法及数据分析
羊草根茎节部的形态解剖结构从外向内可以分
为表皮 、机械组织(相当于皮层)、厚壁组织连续柱 、
基本组织 、髓等 5个部分[ 3 ,4 ,7] 。在镜下这 5 个部
分及其细胞分化的过程均清晰可见 。根据羊草根茎
解剖结构及细胞分化的研究结果 ,在镜检中 ,将由髓
部起源 、细胞分化形成的突起物视为不定芽 ,从皮层
(包括下皮层)中细胞分化形成的突起物视为不定
根 ,而髓射线中的细胞分化既参与不定根的形成又
参与不定芽的形成 ,且细胞活动强烈 ,在其尚不能明
确辨认之前 ,均视为从髓射线形成的突起物。
选择上述羊草根茎节部的切片 ,每个切片分别
观测 3个视野内的不定根 、不定芽及髓射线部位突
起物个数 ,取其平均值为一个观测样 。对不同发育
时期 、不同浓度培养的羊草根茎节均有 3个观测样。
用生物统计软件 Minitab 对各种处理时期的不定
根 、不定芽和髓射线形成的突起物个数进行均方差
分析及 Duncan显著性检验 ,以比较出不同浓度的大
籽蒿花的生物碱类物质对羊草根茎节部细胞分化的
影响。
3　结果与分析
3.1　羊草根茎节部的细胞分化的特征
在不同浓度下 ,羊草根茎节部细胞分化的特征
经方差分析(表 1)表明 ,对照中的根茎节上形成的
总突起物个数在观测第 5期达到最大 ,为 9.67 c±
2.31个 ,并显著地高于其他时期和不同浓度生物碱
类物质水溶液培养的根茎节 。在观测第 7 期(P =
0.045)(图 1),生物碱类物质水溶液浓度为 5 %和
10 %的根茎节上的突起物个数达到最大 ,为 8.00 b
±0.00个 ,并显著地高于对照和其他浓度培养的根
茎节。当培养液浓度为 1 %和 20 %时 ,突起物的个
数始终低于对照或与之持平。因此 ,生物碱类物质
对羊草根茎节细胞分化的影响 ,与对照相比大体可
分为两种情况(图 2),其一 , 是浓度为 5 %和 10 %
的培养液 ,对羊草根茎节细胞分化的高峰期有延滞
作用 ,这可从观测第 7 期的突起物个数变化趋势得
到证实;其二 , 是浓度为 1 %和 20 %时 ,细胞分化
的活跃程度都低于对照 ,这说明培养液的浓度过低
或过高都对其有一定的抑制作用 。
图 1　第 7期不同浓度下细胞分化活跃程度比较
Fig.1　Comparison of cell division activity at di fferent concentrations
in the seventh period
51李新宇等:大籽蒿花中生物碱类化感物质对羊草根茎节器官分化的影响
图 2　不同浓度下细胞分化活跃程度与对照的比较
Fig.2　Activity of cell division at different concentrations compared with control
表 1　不同浓度的生物碱类物质对整个羊草根茎节部细胞分化的影响
Tab.1　Cell division of total gnarl of rootstalk of L.chinensis at different concentrations of alkaloid
观测时期(3 d·期-1)
浓　　度(%)
对照 1 5 10 20 P值
1 6.00ab±2.00 4.00a±1.00 4.67ab±1.16 7.00b±0.00 4.00a±1.00 0.064
2 6.67±2.51 3.67±0.58 5.00±1.73 5.00±1.00 4.33±1.16 0.259
3 4.67±2.89 5.33±1.16 5.67±2.51 7.73±0.58 6.67±4.04 0.720
4 5.53±0.58 5.67±0.58 6.00±1.00 4.33±0.58 6.00±1.00 0.120
5 9.67c±2.31 7.00b±0.00 5.00a±0.00 5.33a±2.08 7.00a±0.00 0
6 4.33a±0.58 6.00b±1.00 4.00a±0.00 6.00b±0.00 3.33a±0.58 0.001
7 5.67a±1.53 5.00a±0.00 8.00b±0.00 8.00b±0.00 6.33ab±2.08 0.045
8 4.33±0.58 5.67±1.53 6.67±0.58 8.00±0.00 6.33±1.53 0.486
9 4.00±1.73 4.00±0.00 5.00±0.00 4.67±1.53 5.33±1.16 0.661
10 5.33±1.16 5.67±0.58 6.00±1.00 7.33±1.16 6.00±0.00 0.147
　　注:英文字母 a、b 、c标明 DVCAN 检验的显著程度 ,字母相同为无显著差异 ,字母不同为差异显著:例如 ab 和 b无差异 ,与 c有显著差异。
(下同).
3.2　不同浓度生物碱类物质的水溶液对不定芽形
成的影响
羊草根茎节上不定芽形成的个数在整个发育过
程中表现出极大的一致性 ,普遍为 1个 ,经比较分析
发现 ,形成不定芽的个数在不同浓度生物碱类物质
的水溶液的影响下也表现了极大的一致性(R =
0.999)(表 2)。这与 3.1中指出的羊草根茎节通常
产生 1个不定芽 ,少数为 2个 ,最多为 3个的结论相
吻合。这说明不定芽的形成受大籽蒿花中生物碱类
物质的影响较小。
表 2　不同浓度生物碱对不定芽的形成的影响比较
Tab.2　Comparison of bud number at different concentrations of alkaloid
浓　　度(%)
对照 1 5 10 20 P值
突起物个数 1.03±0.49 1.03±0.49 1.07±0.45 0.97±0.32 0.97±0.32 0.999
3.2　不同浓度的生物碱类物质对羊草根茎节不定
根形成的影响
羊草根茎节上不定根的形成是以细胞分化的活
跃程度为基础的 。无论是萌发的不同时期还是培养
液浓度的不同 ,羊草根茎节形成不定根个数的变化
趋势与以上分析的总状况中细胞分化的强弱变化趋
势相一致 ,在浓度为 5 %和 10 %时 ,表现出形成不
定根的个数明显增加的趋势。在浓度为 20 %下 ,这
种增加的趋势减弱。所不同的是这种变化趋势在观
测第 6期表现的最为显著(P=0.001)(图 3)。经方
差分析表明(表 3),在对照水平下 ,形成不定根的个
数为2.00个 ,在浓度为10%时形成4个 ,明显高于
图 3　第 6期不同浓度下不定根形成个数比较
Fig.3　Comparison of root number at different concentrations in the
sixth period
52　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生态学杂志　第 23 卷　第 2 期　
表 3　不同浓度的生物碱类物质对不定根的形成个数的影响比较
Tab.3　Comparison of root number at di fferent concentrations of alkaloid
观测时期
(3 d·期-1)
浓　　度(%)
1 5 10 20 对照 P 值
1 1.33a±0.58 1.67ab±0.58 3.67b±1.16 2.00ab±0.00 4.00b±2.00 0.043
2 2.33ab±0.58 3.00ab±0.00 3.67ab±1.53 2.00a±0.00 5.00b±2.65 0.141
3 2.67ab±0.58 3.33b±0.58 4.00b±2.00 1.00±0.00 2.67ab±1.16 0.066
4 4.67b±0.58 3.00a±0.00 2.67a±1.16 2.00a±0.00 2.33a±0.58 0.004
5 2.00a±0.00 3.00ab±1.16 3.67ab±1.53 4.00b±0.00 4.67b±1.16 0.056
6 3.00b±1.00 2.67ab±0.58 4.00±0.00 2.00a±0.00 2.00a±0.00 0.004
7 4.33±0.58 4.33±0.58 4.00±0.00 4.33±1.16 4.33±1.16 0.098
8 4.33±1.16 4.00±0.00 4.00±0.00 4.00±0.00 3.00±0.00 0.239
9 3.00ab±1.00 3.33b±0.58 2.33ab±0.58 2.00a±0.00 2.33ab±0.58 0.136
10 2.33±0.58 2.67±2.08 4.00±1.00 2.00±0.00 3.00±0.00 0.259
对照水平;而浓度为 20%时 ,又减少为 2个 。
3.4　髓射线中细胞分化的特征
在羊草根茎节萌发的过程中 ,不同浓度的生物
碱类物质对髓射线部位细胞分化的影响 ,可通过对
同一观测期形成的突起物个数与对照的比较分析而
表现出来(表 4)。以第 7期为例 ,不同浓度的培养
液中形成的突起物个数具有极显著的差异(P =
0.0003),在浓度 5 %和 10 %下 ,细胞分化所形成的
突起物个数为 2.00极显著的高于在对照水平中形
成的突起物个数(1.00);在 20 %下 ,形成的突起物
个数为 1.33;在 1 %下形成的突起物个数为 0;但与
对照水平相比 ,均处于同一水平。其他几个观测时
期内细胞分化的差异显著性虽然没有第 7期表现的
显著 ,但仍具有相同的变化趋势 ,即浓度为 1%的生
物碱类物质对节部髓射线部位细胞分化的影响很
小;随着浓度的增加 ,当浓度达到 5 %和 10 %时 ,形
成的突起物个数有明显增加的趋势;在浓度为 20%
时 ,突起物的个数表现出减弱的趋势 。
表 4　不同浓度生物碱类物质对髓射线部位细胞分化的影响比较
Tab.4　Comparison of cell division of pith ray of L.chinensis at different concentrations of alkaloid
观察时期
(3 d·期-1)
浓　　度(%)
1 5 10 20 对照 P 值
1 1.67±0.58 1.67±1.16 2.33±2.08 1.00±1.00 1.00±0.00 0.629
2 0.67±0.58 1.00±1.73 0.33±0.58 1.33±1.16 1.00±1.00 0.831
3 1.67±0.58 2.00±1.73 2.33±1.53 4.67±4.04 0.33±0.58 0.234
4 0.00a±0.00 2.00b±1.00 0.67a±0.58 2.33b±0.58 2.00±0.00 0.002
5 4.00b±0.00 1.33a±1.53 1.00a±1.00 2.00a±0.00 4.33±0.58 0.002
6 2.00c±0.00 0.33a±0.58 1.33abc±0.58 0.67ab±1.16 1.67±0.58 0.068
7 0.00a±0.00 2.00c±0.00 2.00c±0.00 1.33b±0.58 0.33±0.58 0.000
8 0.33a±0.58 2.00b±0.00 3.00b±0.00 1.33ab±1.16 0.33±0.58 0.008
9 0.00a±0.00 1.00±1.00 1.33±1.53 2.00±1.00 0.67±1.16 0.282
10 1.33bc±0.58 2.00±2.00 2.00±2.00 3.00±0.00 1.33±1.16 0.595
4　结　语
本文研究发现 ,羊草根茎节部不定芽的形成个
数受生物碱类物质的影响很小;在有生物碱类物质
存在时 ,与对照相比较 ,无论是不定根的形成个数还
是从髓射线部位形成的突起物的个数 ,低浓度下都
有促进作用 ,高浓度下有抑制作用 。这与大籽蒿水
浸提液(混合物)对羊草种子萌发影响的结论是一致
的[ 5 ,6] ,说明大籽蒿对羊草的有性繁殖和营养繁殖
的影响有着一致性。同时表明自然界的资源是相对
有限的 ,面对羊草根茎枝条数目的不断增多 ,大籽蒿
会释放更多的代谢物质来抵御羊草的侵袭 ,抑制其
生长 ,增强自身生存竞争能力[ 1 , 11 ～ 13]以降低其植物
对资源竞争造成的胁迫 。
植物化感作用的本质是植物通过向环境中释放
化感物质而影响邻近生物的生长和发育 ,这是植物
长期以来为生存竞争而产生的自然化学调控现象。
一种生物最终得以生存 ,取决于它在不良条件下的
竞争效率。现在的实验只限于说明分离出的一类化
感物质作用的活性大小。事实上 ,植物释放的化感
物质不是单一的 ,生物碱类物质虽然是大籽蒿水浸
液中的重要化感物质 ,相对含量最多[ 7] ,但化感物
质之间存在着复杂的协同拮抗或加和作用[ 2] ,有待
以后进一步深入研究。
53李新宇等:大籽蒿花中生物碱类化感物质对羊草根茎节器官分化的影响
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作者简介　李新宇 , 女 , 1979 年生 , 在读硕士 , 2001 年毕业于
内蒙古大学生态与环境科学系 , 现主要从事全球变化与陆地
生态系统研究。 E-mail:lixinyu@irs.bnu.edu.cn
责任编辑　王　伟
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54　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生态学杂志　第 23 卷　第 2 期