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A primary study on allelopathy of Artemisia vulgaris

艾蒿对不同植物幼苗的化感作用初探



全 文 :书艾蒿对不同植物幼苗的化感作用初探
李美1,高兴祥1,高宗军1,王清2
(1.山东省农业科学院植物保护研究所,山东 济南250100;2.日照市东港区涛雒镇林业站,山东 日照276805)
摘要:在室内用离体生物测定方法测定了艾蒿水浸提物对黄瓜、油菜、高粱、萝卜和小麦种子萌发和幼苗生长的影
响,并同时测定了黄瓜和萝卜幼苗丙二醛(MDA)含量的变化。结果表明,艾蒿水浸提液对5种植物种子的萌发和
幼苗生长均有较强的抑制作用,5种受体植物中,以油菜最为敏感,其次为萝卜。0.025g/mL浓度的艾蒿水提液对
5种受体油菜、萝卜、黄瓜、小麦和高粱种子的综合效应(SE)分别为100%,87.26%,69.88%,61.11%和52.77%。
艾蒿水提物能引起黄瓜和萝卜幼苗 MDA含量的升高,表明艾蒿化感作用对受体植物的影响很可能与其引起
MDA含量升高,从而导致植物细胞膜的破坏有关。
关键词:化感作用;水浸提物;艾蒿;种子萌发;幼苗
中图分类号:Q945.7;Q949.783.5  文献标识码:A  文章编号:10045759(2010)06011406
  化感作用(alelopathy)是植物对环境适应的一种化学表现形式,是植物普遍存在的一种化学生态防御机制,
也是某些植物提高自身生存竞争力的化学手段[13]。化感作用在植物自然群落形成和演替、植被恢复、作物合理
种植、杂草控制、作物病虫害的防治以及减少连作障碍危害方面具有重要意义。因此,近年来受到世界各国科学
家的重视,逐步形成了一个新的研究领域[49]。化感作用是通过向环境中释放化学物质而实现的,这些起作用的
化学物质称为化感物质。化感物质可以对周围植物(包括微生物)代谢的一个或几个方面发生作用,如影响植物
种子萌发、幼苗生长、成株的开花与结实等[10],从而影响植物(或微生物)的生长发育,进而影响植物种群的建立
和更新[1]。分离鉴定新的化感物质,并在此基础上开发无污染的除草剂、抑制剂或促进剂等,是现代农业的重要
发展方向。目前,国内学者对多裂骆驼蓬(犘犲犵犪狀狌犿犿狌犾狋犻狊犲犮狋狌犿)、紫茎泽兰(犈狌狆犪狋狅狉犻狌犿犪犱犲狀狅狆犺狅狉狌犿)、胜红
蓟(犃犵犲狉犪狋狌犿犮狅狀狔狕狅犻犱犲狊)、薇甘菊(犛狅狀犮犺狌狊犪狊狆犲狉)、红花酢浆草(犗狓犪犾犻狊犮狅狉狔犿犫狅狊犪)、苍耳(犡犪狀狋犺犻狌犿狊犻犫犻狉犻犮狌犿)
和小飞蓬(犆狅狀狔狕犪犮犪狀犪犱犲狀狊犻狊)等植物[2,1116]的化感作用进行了深入研究,但对艾蒿(犃狉狋犲犿犻狊犻犪狏狌犾犵犪狉犻狊)的化感
作用鲜有报道。
艾蒿为菊科蒿属多年生草本植物,又名阿及艾、甜艾、香艾,广泛分布于我国山东、安徽、湖北、河南等省,在山
东省主要分布于沟堑、山坡、地头等。自然界中艾蒿很容易发展成为优势种群,形成单一群落,对周围植物的生长
有明显影响。本试验选择对化感物质较敏感的植物种子黄瓜(犆狌犮狌犿犻狊狊犪狋犻狏狌狊)、油菜(犅狉犪狊狊犻犮犪犮犪犿狆犲狊狋狉犻狊)、高
粱(犛狅狉犵犺狌犿狏狌犾犵犪狉犲)、萝卜(犚犪狆犺犪狀狌狊狊犪狋犻狏狌狊)和小麦(犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿)[17]为受体,研究艾蒿水浸提液对受
体种子萌发、幼苗生长的影响,并研究其对黄瓜和萝卜幼苗丙二醛含量的影响,以期明确艾蒿对其他植物的化感
效应,初步探讨其化感作用机理,为进一步研究和利用艾蒿次生物质提供试验依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
成株期的艾蒿于2006年9月采自山东省济南市郊区(东经117°01′,北纬36°47′),化感作用受体植物种子有
高粱、黄瓜、小麦、油菜和萝卜种子。
1.2 研究方法
1.2.1 浸提液的制备 将艾蒿全株采回,清水洗净泥土,室内自然晾干后,用粉碎机粉碎,过40目筛,放入4℃
冷藏箱备用。试验于2008年4月进行,称取1kg的植株粉末加入10L水浸泡,期间间或振荡,72h后超声波20
114-119
2010年12月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第19卷 第6期
Vol.19,No.6
 收稿日期:20091231;改回日期:20100126
基金项目:国家863计划项目(2006AA10A214)和国家“十一五”科技支持重大项目(2006BAD08A09)资助。
作者简介:李美(1972),女,山东济南人,副研究员,硕士。Email:limei9909@163.com
min,然后抽滤,得质量浓度为0.1g/mL的艾蒿水浸提液,再稀释成质量浓度为0.05,0.025,0.0125g/mL的浸
提液备用。
1.2.2 化感活性生物测定(种子萌发法)[17] 将蒸馏水设为对照,在培养皿(犱=9cm)中加入10mL不同浓度
的艾蒿水浸提液,摇匀后盖上2层滤纸,然后放入30粒受体植物种子。重复3次,放在(26±1)℃恒温箱中暗培
养,每天调查各处理种子发芽数,计算发芽率;96h后分别测量受体植物种子的发芽率、幼苗根长和茎长等数据。
1.2.3 幼苗丙二醛(MDA)含量的测定 选取黄瓜和萝卜作为代表性物种,参照王以柔等[18]的方法测量幼苗整
体的 MDA含量。在直径为9cm的培养皿中装满干净的河沙(20~40目),刮平后缓缓加入20mL浓度分别为
0,0.0125,0.025,0.0375,0.05g/mL的艾蒿水浸提物,使沙子完全润湿,每皿按“3-4-3”顺序播10粒已催芽
露白的种子,26℃恒温保湿,黑暗培养2d,于第3天开始26℃恒温保湿光照培养,光照12h(7:00-19:00),7d
后采样取地上部分待测。取1g样品置于研钵中,加10%三氯乙酸(TCA)4mL,研磨至匀浆,4032r/min离心
10min。取提取液2mL,加入0.62%的硫代巴比妥酸(TBA,溶于10%TCA中)溶液2mL,混合后在沸水浴上
反应20min,冷却后离心1次。上清液比色测定D450,D532和D600。
1.2.4 数据统计
萌发率(%)=(发芽种子总数/供试种子总数)×100
相对发芽速率(%)=[∑(Gt/D)/∑(Gc/D)]×100
式中,Gt为处理每日发芽种子数,Gc为对照每日发芽种子数,D为相对应的发芽天数。
幼苗幼根长度和幼茎长度:从每个培养皿中随机挑选10株幼苗进行测量,取平均值。有须根的植物测量最
长根。
MDA浓度(μmol/L)=6.45×(D532-D600)-0.56×D450
MDA含量(nmol/gFW鲜重)=MDA浓度(μmol/L)× 混合物体积(mL)/FW (g)
萌发抑制率(%)=[(对照萌发率-处理萌发率)/对照萌发率]×100
幼根生长抑制率(%)=[(对照幼根长度-处理幼根长度)/对照幼根长度]×100
幼茎生长抑制率(%)=[(对照幼茎长度-处理幼茎长度)/对照幼茎长度]×100
综合效应(SE)=(萌发抑制率+幼根生长抑制率+幼茎生长抑制率)/3
1.2.5 数据分析 对植物种子萌发率、发芽速率影响的数据为3次测定的平均值±标准误;对幼苗生长影响的
数据,同一浓度不同植物间采用SPSS12.0进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 艾蒿水浸提液对5种植物种子萌发的影响
不同浓度艾蒿水浸提物对5种受体植物的种子萌发均有较强的抑制作用(图1),但不同植物种子受抑制的
程度不同,以油菜受艾蒿水浸提物的影响为最强,艾蒿水浸提物浓度大于0.025g/mL时,油菜种子萌发抑制率
均为100%,0.0125g/mL时,萌发抑制率为66.67%;其次为萝卜,在各浓度下萌发抑制率均超过50%;其他3
种植物高粱、黄瓜和小麦种子萌发受浸提液的影响较小。在0.025g/mL下,油菜、萝卜、黄瓜、小麦和高粱种子
的萌发抑制率依次为100%,66.67%,30.00%,35.71%和11.11%。艾蒿水浸提物对油菜种子的发芽速率影响
亦最大。艾蒿水浸提物浓度0.025g/mL时,油菜、萝卜、黄瓜、小麦和高粱种子的相对发芽速率依次为0,
23.96%,49.39%,70.00%和70.75%。随水浸提物浓度增加,发芽速率受影响程度逐渐增大,在最高浓度0.1
g/mL处理下,油菜、萝卜、小麦和黄瓜种子的相对发芽速率均为0,高粱种子的相对发芽速率为22.45%。
2.2 艾蒿水浸提液对5种植物幼苗生长的影响
萝卜幼根对艾蒿水浸提液的敏感性最强(表1),在试验所设浓度下抑制率均为100%;油菜除最低浓度抑制
率为90.48%外,其他浓度下抑制率均为100%;其他3种植物种子幼根的敏感性差别不大。在浓度为0.025
g/mL处理下,油菜、萝卜、黄瓜、小麦和高粱幼根的抑制率依次为100%,100%,87.36%,81.06%和65.36%。
艾蒿水浸提液对萝卜和油菜幼茎的生长影响最大(表2),对高粱、黄瓜和小麦的抑制作用较弱。在浓度为
0.025g/mL处理下,油菜、萝卜、黄瓜、小麦和高粱幼苗茎长的抑制率依次为100%,95.12%,86.56%,72.26%
和82.16%。
511第19卷第6期 草业学报2010年
艾蒿水浸提液对萝卜和油菜幼苗生长的抑制作用最强(表1,2),其次为高粱、黄瓜和小麦。在对同一种受体
植物幼苗根长和茎长的比较也可以看出,水浸提液对油菜、萝卜、小麦根长生长的影响明显强于对茎长生长的影
响,但水浸提液对高粱茎长生长的影响明显强于对根长生长的影响,对黄瓜茎长、根长生长的影响基本一致。
图1 艾蒿水提液对5种植物种子萌发的影响
犉犻犵.1 犈犳犳犲犮狋狅犳狑犪狋犲狉犲狓狋狉犪犮狋犳狉狅犿犃.狏狌犾犵犪狉犻狊
狅狀狊犲犲犱犵犲狉犿犻狀犪狋犻狅狀狅犳犳犻狏犲狆犾犪狀狋狊
图2 艾蒿水提取液对5种植物种子相对发芽速率的影响
犉犻犵.2 犈犳犳犲犮狋狅犳狑犪狋犲狉犲狓狋狉犪犮狋犳狉狅犿犃.狏狌犾犵犪狉犻狊狅狀狉犲犾犪狋犻狏犲
狊犲犲犱犵犲狉犿犻狀犪狋犻狅狀狊狆犲犲犱狅犳犳犻狏犲犮狉狅狆狆犾犪狀狋狊
A:高粱犛.狏狌犾犵犪狉犲;B:黄瓜犆.狊犪狋犻狏狌狊;C:小麦犜.犪犲狊狋犻狏狌犿;D:萝卜犚.狊犪狋犻狏狌狊;E:油菜犅.狀犪狆狌狊
表1 不同含量艾蒿水浸提液对植物幼根生长的抑制率的影响
犜犪犫犾犲1 犈犳犳犲犮狋狅犳犪狇狌犲狅狌狊犲狓狋狉犪犮狋狅犳犃.狏狌犾犵犪狉犻狊
狅狀狉狅狅狋犾犲狀犵狋犺狅犳狆犾犪狀狋狊 %
植物种类
Plantspecies
浸提液质量浓度Extractconcentration(g/mL)
0.0125 0.025 0.05 0.1
高粱犛.狏狌犾犵犪狉犲 40.59d 65.35d 85.15b 90.10b
黄瓜犆.狊犪狋犻狏狌狊 85.56b 87.36b 89.17b 100.00a
小麦犜.犪犲狊狋犻狏狌犿 77.55c 81.06c 98.94a 100.00a
萝卜犚.狊犪狋犻狏狌狊 100.00a 100.00a 100.00a 100.00a
油菜犅.犮犪犿狆犲狊狋狉犻狊 90.48b 100.00a 100.00a 100.00a
表2 不同含量艾蒿水浸提液对植物幼茎生长的抑制率的影响
犜犪犫犾犲2 犈犳犳犲犮狋狅犳犪狇狌犲狅狌狊犲狓狋狉犪犮狋狅犳犃.狏狌犾犵犪狉犻狊
狅狀狊犲犲犱犾犻狀犵犺犲犻犵犺狋狅犳狆犾犪狀狋狊 %
植物种类
Plantspecies
浸提液质量浓度Extractconcentration(g/mL)
0.0125 0.025 0.05 0.1
高粱犛.狏狌犾犵犪狉犲 74.34b 82.12b 93.00b 95.33b
黄瓜犆.狊犪狋犻狏狌狊 82.53ab 86.56b 97.31ab100.00a
小麦犜.犪犲狊狋犻狏狌犿 58.83c 72.26c 92.54b 100.00a
萝卜犚.狊犪狋犻狏狌狊 87.8a 95.12a 96.34ab100.00a
油菜犅.犮犪犿狆犲狊狋狉犻狊 89.64a 100.00a 100.00a 100.00a
 注:同列数据中字母不同者表示在犘<0.05水平上差异显著。
 Note:Thedifferentlettersmeanthesignificantdifferenceat犘<0.05.
2.3 艾蒿水浸提液对5种植物的综合效应(SE)
不同质量浓度艾蒿水浸提液对植物影响的综合效
应(SE)见表3。在试验所设浓度下,艾蒿水浸提液对
受体萝卜、油菜、高粱、黄瓜和小麦均有较强的抑制生
长作用,其中油菜受到的抑制作用最强,其次为萝卜,
对高粱、黄瓜和小麦的综合抑制效应较低。在0.025
g/mL浓度下,油菜、萝卜、黄瓜、小麦和高粱的SE值
分别为100%,87.26%,69.88%,61.11%和52.77%。
2.4 艾蒿水浸提物对幼苗丙二醛含量的影响
艾蒿水提物对黄瓜幼苗 MDA含量有显著的影响
(图3),各浓度处理与对照之间均差异性显著,并且随
表3 不同含量艾蒿水浸提液对植物的综合效应(犛犈)
犜犪犫犾犲3 犛狔狀狋犺犲狋犻犮犲犳犳犲犮狋(犛犈)狅犳犪狇狌犲狅狌狊犲狓狋狉犪犮狋
狅犳犃.狏狌犾犵犪狉犻狊狅狀狆犾犪狀狋狊 %
植物种类
Plantspecies
浸提液质量浓度Extractconcentration(g/mL)
0.0125 0.025 0.05 0.1
高粱犛.狏狌犾犵犪狉犲 38.11 52.77 74.15 84.00
黄瓜犆.狊犪狋犻狏狌狊 58.41 69.88 76.45 100.00
小麦犜.犪犲狊狋犻狏狌犿 48.79 61.11 87.16 100.00
萝卜犚.狊犪狋犻狏狌狊 79.27 87.26 96.00 100.00
油菜犅.犮犪犿狆犲狊狋狉犻狊 83.85 100.00 100.00 100.00
611
ACTAPRATACULTURAESINICA(2010)
Vol.19,No.6
着处理浓度的升高,MDA含量增高。艾蒿水提物对萝卜 MDA含量的影响与黄瓜类似,但影响程度较黄瓜要小
(图4)。在0,0.0125,0.025,0.0375和0.05g/mL浓度下,黄瓜幼苗的 MDA含量依次为3.96,7.25,7.45,
7.73和8.01nmol/gFW,萝卜幼苗的 MDA含量依次为3.07,4.01,4.00,4.60和4.86nmol/gFW。
图3 艾蒿水提物对黄瓜幼苗丙二醛含量的影响
犉犻犵.3 犈犳犳犲犮狋狊狅犳狑犪狋犲狉犲狓狋狉犪犮狋犳狉狅犿犃.狏狌犾犵犪狉犻狊
狅狀犿犪犾狅狀犱犻犪犾犱犲犺狔犱犲犮狅狀狋犲狀狋犻狀犆.狊犪狋犻狏狌狊
图4 艾蒿水提物对萝卜幼苗丙二醛含量的影响
犉犻犵.4 犈犳犳犲犮狋狊狅犳狑犪狋犲狉犲狓狋狉犪犮狋犳狉狅犿犃.狏狌犾犵犪狉犻狊
狅狀犿犪犾狅狀犱犻犪犾犱犲犺狔犱犲犮狅狀狋犲狀狋犻狀犚.狊犪狋犻狏狌狊
不同字母表示差异显著(犘<0.05)Thedifferentlettersmeanthesignificantdifferenceat犘<0.05
3 讨论
艾蒿为我国传统中药,该药用植物在民间习用已有几千年历史,具有抗菌、利胆、平喘、镇咳、祛痰、止血与抗
凝、抗过敏等功效,对神经系统有明显的镇静作用[19,20]。艾蒿除具传统的药用价值外,还可广泛应用于化妆品、
食品、饲料、卷烟、保健品等领域[21],艾蒿还是一种天然的杀虫植物,已有研究表明,艾叶的不同溶剂提取物对蚜
虫、朱砂叶螨等具有一定的杀虫作用;对马铃薯甲虫(犔犲狆狋犻狀狅狋犪狉狊犪犱犲犮犲犿犾犻狀犲犪狋犪)有强烈的忌避作用;其甲苯提取
物对甜菜夜蛾(犔犪狆犺狔犵犿犪犲狓犻犵狌犪)幼虫有较强的胃毒作用[22,23],但艾蒿的化感作用研究鲜有报导。本研究结果
表明,艾蒿水浸提液对受体植物黄瓜、油菜、萝卜、高粱和小麦种子的萌发率、发芽速率和幼苗的生长均具有较强
的抑制生长作用,其中油菜、萝卜最为敏感,说明艾蒿对蔬菜油菜、萝卜、黄瓜以及作物高粱、小麦的生长具有明显
的化感作用,因此严防艾蒿进入蔬菜田和小麦、高粱等作物田。
艾蒿水浸提物对5种受体植物发芽速率的影响趋势与对受体植物萌发率的影响趋势基本一致,但在同一浓
度下,受体植物种子的发芽速率受影响程度高于萌发率,表明发芽速率可能是衡量化感作用更敏感的指标,这与
郑丽和冯云龙[24]研究报道的结果一致。在对同一种受体植物幼苗根长和茎长的比较也可以看出,水浸提液对油
菜、萝卜、小麦根长生长的影响明显强于对茎长生长的影响,这与前人研究结果一致[25],但水浸提液对高粱茎长
生长的影响明显强于对根长生长的影响,对黄瓜茎长、根长生长的影响基本一致,这可能与各类植物对化感物质
的代谢不同有关。
MDA是膜质过氧化产物,是膜质过氧化程度的指标之一。同时,MDA本身也是一种有害物质,它能强烈地
与细胞内各种成分发生反应,引起酶和膜的严重损伤,膜电阻及膜的流动性降低,最终导致膜结构及生理完整性
的破坏[26]。艾蒿水提物能引起黄瓜和萝卜幼苗 MDA含量的升高,表明艾蒿化感作用对受体植物的影响很可能
与其引起其他植物 MDA含量升高,膜质过氧化程度增强,引起细胞酶和膜的严重损伤,从而影响植物正常生长
有关。但相对敏感的萝卜 MDA含量升高的程度低于黄瓜,表明艾蒿的化感作用还与植物的其他生理生化因素
有关。刘建新等[2]和朱慧等[4]的研究表明化感作用可能与植物的光合作用、酶活性、电子传递、细胞分裂的生长
和分化、蛋白质合成、基因表达等相关,艾蒿的其他化感机理有待于进一步试验研究。
本试验所用的浸提液仅仅是艾蒿全株的水粗提物,另外试验通过培养皿法进行,光、温度和水分条件保持一
致,避免了自然条件下各种因素的干扰,结果虽能较好的反映艾蒿的化感作用强弱,但是在自然条件下,化感物质
711第19卷第6期 草业学报2010年
的释放与积累受到很多环境条件的制约,如降水量、土壤对化感物质的影响作用等[27,28]。艾蒿化感物质的具体
成分、释放途径、抑制生长途径以及综合利用等还有待进一步研究。
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ACTAPRATACULTURAESINICA(2010)
Vol.19,No.6
犃狆狉犻犿犪狉狔狊狋狌犱狔狅狀犪犾犲犾狅狆犪狋犺狔狅犳犃狉狋犲犿犻狊犻犪狏狌犾犵犪狉犻狊
LIMei1,GAOXingxiang1,GAOZongjun1,WANGQing2
(1.InstituteofPlantProtection,ShandongAcademyofAgriculturalSciences,Ji’nan250100,China;
2.ForestryStationofTaoluoTownDonggangDistrictinRizhao,Rizhao276805,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Alelopathyisthepositiveornegativeeffectsofchemicalsreleasedbyoneplantonthegrowthor
reproductionofothers.Chemicalsextractedfromplantrootsorshootsdirectlyinhibitorstimulatethegermina
tion,growth,anddevelopmentofotherplants.Alelochemicalsalsoindirectlyaffecttheotherplantsthrough
theinhibitionofmicroorganisms.Alelopathyexistswidelyinnatureandplaysavitalroleincropproduction
systemsandpest(insects,nematodes,pathogensandweeds)management.Thealelopathiceffectsof犃狉狋犲犿犻狊
犻犪狏狌犾犵犪狉犻狊ontheseedgerminationandgrowthofcrops犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿 (wheat),犛狅狉犵犺狌犿狏狌犾犵犪狉犲(sor
ghum),犆狌犮狌犿犻狊狊犪狋犻狏狌狊(cucumber),犅狉犪狊狊犻犮犪犮犪犿狆犲狊狋狉犻狊(rape)and犚犪狆犺犪狀狌狊狊犪狋犻狏狌狊(radish)werestudied,
anditseffectsonMDAcontentwerealsostudiedtodeterminethealelopathicmechanism.Thealelopathyof
aqueousextractfrom犃.狏狌犾犵犪狉犻狊wastestedinpetridishes.Itstronglyinhibitedthegermination,germination
speedandseedlinggrowthoftestedcrops.Rapeandradishweremoresensitivethanotherspecies.Thesynthe
siseffectsofrape,radish,cucumber,wheatandsorghum were100%,87.26%,69.88%,61.11% and
52.77%respectivelyataconcentrationof0.0125g/mL.TheMDAcontentsofcucumberandradishincreased
markedlyaftertreatment.Theresultsindicatedthatthealelopathiceffectof犃.狏狌犾犵犪狉犻狊couldbreakcel
membranesbypromotingMDA.
犓犲狔狑狅狉犱狊:alelopathy;aqueousextract;犃狉狋犲犿犻狊犻犪狏狌犾犵犪狉犻狊;seedgermination;seedlinggrowth
911第19卷第6期 草业学报2010年