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外来入侵植物小飞蓬化感作用机理研究的进展



全 文 :第 2 卷第 4 期湖南生态科学学报V〇1 . 2 N〇 . 4
2 015年 12月 Journal ofHun anEcol ogi cal S c ience Dec . 20 15
文章编号 :2095- 73 00 ( 20 15 ) 04 - 029- 05
外来入侵植物小飞蓬化感作用机理研究的进展
张海燕 、 罗 鑫“2 , 张 敏 3
( 1 . 常州市环境监测 中心 , 江苏 常州 2 1 300 1  ; 2 . 南通市产品质量监督检验所 , 江苏 南通 226000 ;
3 . 江苏大学 化学化工学院 ,江苏 镇江 2 120 1 3 )
摘 要 :入侵植物会损 害环境生 态 系统 , 影响 生物 的 多样性 , 给农业 生产 带 来严 重 的 经济损失. 目 前 , 虽 然入侵植物
的化 感作 用研究较多 ,但是很多缺乏对化感作用 的深入研究 . 结合国 内 外入侵植物的研究进展 , 该研究 阐 述 了 小飞
蓬的研究现状 、化感物质 的分 离鉴定方法以 及入侵机理研究的进展 . 参 24 .
关键词 :入侵植物 ; 化感作 用 ; 小飞蓬
中 图分类号 : X I 73文献标识码 : A
近年来 , 生物人侵 已成为全球关注的热 门 问题丰富和发展入侵生态学理论 ,最终达到保护生态环
之一 . 生物人侵主要是指生物离 开其原来生长地 , 境和丰富物种多样性 .
经 自 然 (气流 、风暴 、海流等 ) 或人为 等途径传播到
另一个生长环境中肆虐生长 , 损害入侵地 的生态系1 外来入侵植物化感作 用研 究 的基本
统 , 影响生物多样性 , 造成农作物减产等严重后果 .;
}||况
很多研究表明 人侵植物影 响伴生植物 的生长 与化
感作用有关 ,入侵植物分泌的化感物质经过环境媒入侵植物化感作用的研究很多采用入侵植物
介进人伴生植物体内 ,通过参与生理生化过程从而组织浸提液对受体植物进行萌芽率 、根和幼苗生长
影响伴生植物的生长发育 .生物量的测定等 ,这些化感作用 的研究水平相对较
小飞蓬 〔 CoreyzaCaraacfe/ww(L . )C ronq. 〕 为菊低 [ l _5 ] ,如用 甲 醇从黄瓜里提取到 的木脂素对水芽
科飞蓬属越年生或一年生草本植物 , 原产北美洲 ,〔 Oeraarat/ie yawra ica( BI _)DC . 〕 和稗草 〔 jEc/iiraoc/i Zoa
目前在我国分布广泛 , 已成为一种 常见人侵植物 , cnwgaWi( L . )B eauv 〕 的幼根和幼苗生长有抑制 作
‘ 现其已被列人国家环保局公布的入侵物种名单 . 通用 [ 6 ] .V ido tto [ 7 ] 等 利用 豚草
过揭示小飞蓬化感作用 的 主要有效成分及其入侵L . ) 凋落物 和根的提取液对苜蓿
机理 ,从而实现对该杂草的可持续控制 ? 同 时小飞L . ) 、大麦 ( //orde uTnwJgareL . ) 、 番前 ( iycojsers icora
蓬化感物质 中具有生物活性的次生代谢产物 可 以 M i l l . ) 等农作物 和稗草 、龙葵 ( Sohmm
开发植物源绿色除草剂 , 减少化学 除草剂 的使用 ,raigramL . ) 、 马唐 〔 Digi far iasanguiraafc( L .)S cop . 〕
降低农药残 留 , 从而保护环境 . 小飞蓬作为一个成等杂草的萌芽和生长进行研究 ,结果表 明番茄和马
功的入侵种 , 具有许多人侵植物 的显著特征 ,对其唐的生长受到最大的抑制作用 ,但是稗草 的生长不
人侵机理的研究有助于其它有害人侵植物的研究 , 受影响 . 反枝览 ( Amaram/iusreirq/ZexML . ) 、假海马
收稿 日期 : 20 1 5 - 06 - 25
基金项 目 : 江苏省青年科技基金资助项 目 ( 编号 : BK20 1 40536 ) ;南通市科技项 目 (编号 : HS20 1 3057 )
作者简介 : 张海燕 ( 1 98 3- ) ,女 ,江苏泰州人 ,硕士 ,研究方向 :环境生态学 .
30湖南生态科学学报20 15 年 12 月
齿 ( TVicmt/iema portiJaca^ram L. )根和叶子浸出物对本身不会分泌到土壤中 的化学物质提取出 来 ? 根际
小麦 的生长有抑制作用 [ 8 ] . 这些结果对于揭示和证是一个很复杂的微环境 , 由于微生物的分解 , 土壤
明外来入侵植物 的化感作用是促进种群扩张 的原颗粒的吸附 ,植物 的吸收 , 因此要收集根系所分泌
因很牵强 . 但是 ,近些 年 国 内外对外来人侵植物的的化感物质十分困难? 目前根系分泌物 的收集主要
研究逐步深人 ,对一些人侵植物的化感作用机理研有两类方法 , 根渗 出液循环培养法和固体培养法 .
究已经较为成熟 . 人侵植物化感作用机理研究主要根渗出液循环培养法其主要 内容是疏水性根渗 出
集中在对受体植物作用 的生理生化机理 、 间接化感液连续收集法 ,用树脂吸附砂培或水培 中植物根部
作用和分子水平上的化感作用机理. 其中 生理生化所释放的疏水性物质 [ 1 2] . 固体培养法主要是收集植
机理研究主要包括对受体植物生物膜系统 、酶和激物生长根际的土壤 ,利用溶剂提取根部分泌到土壤
素水平的影响 ; 对受体植物 呼吸 和化合作用 的影中的化感物质 .
响 ;对受体植物蛋 白和核 酸的影响 ; 对受体植物的目前 ,对于小飞蓬化感物质的分析大多数采用
形态结构机理. BariS [ 9 ]等应用 活性氧荧光染色法标水或有机溶剂对小飞蓬 的地上部分进行提取 , So -
记发现 , 受矢车菊 ( Ceratoi reacyamwL inn . ) 根系化nia [ l 3 ] 利用二氯 甲烧从小飞蓬的地上部分分离 出毛
感物质 (_ )一儿茶素处理 1 〇s 后 , 拟南芥 〔IM i-叶醇 内酯 、母菊酯和母菊酸 甲酯 . 杨莉 [ 1 4 ]从小飞蓬
办 ( Linn . )Heynh . 〕根尖分生组织细胞挥发油 中鉴定主要化感活性物质是柠檬烯 ,水提液
内 出现了一股活性氧 ,在 30 s 后拟南芥的分生组织中主要化感活性物质为苯 甲酸类衍生物 , 如 苯 甲
出现了短暂的 [ Ca 2 + ] Cyt 浓度 的 升高 , 最后导致细酸 、苯乙 酸 、 香草醛 、香草 酸 、丁香醛 、 丁 香酸等物
胞的死亡 ;在处理的 1 小时前后拟南芥 95 6 个基因质 ;黄酮类物质 , 如槲皮素和木犀草素 . Lo la [ ?利用
复制成两倍甚 至更多 . 薇甘 菊 ( Mfamk水提取的方法从小飞蓬的根际沙土中检测到 香草
Kunth ) 的化感物质水提液可 以显著改变土壤微生酸 、丁香酸 、香豆酸和阿魏酸等 .
物群落 、提高 土壤氮硝化速率和养分含量 ,说明 化12 . 2 化感物质的纯化和结构鉴定感物质作为新式武器 ,可 以改变土壤微生态环境以
利于 自 身生长 [ 1 (> ] .小飞蓬分离纯化多采用色谱法 ,如高速逆流色
谱 、硅胶柱分离 、薄层色谱法 、 制备色谱和液相色谱
2外来入侵植物小 飞蓬化感 物质 的提等 ? 在化感物质的结构鉴定方面 ,应用红外光谱 、 紫
取 、分离和鉴定航i普猶雜_樹普鮮艮細歸_
_ 质化学结构的官能团 、分子量 、氢原子个数 、碳原子2 .1化感物质的提取和分离 rcxnuTt h种类以及氢原子和碳原子在分子结构 中 的相对位
化感物质分泌 主要有地上部分挥发物 、 淋溶置关系等信息 ,最终确定其化学结构 . 目前 ,从小飞
物 、枯枝落叶淋溶和根 系分泌 四条路径. 挥发性化蓬中分离鉴定的化感物质有萜类 、酸 、醇类 、酚类 、
感物质提取方法有水蒸气蒸馏 、直接采集溶剂提取生物碱 、生长激素 、黄酮和 留类等 [ 1 6 ] .
和固体吸附法等 [ 1 1 ] . 入侵植物挥发油的成分分析多
数采用水蒸气蒸馏的方法 . 对于地上淋溶或枯枝落3 外来人侵植物小飞蓬化感作 用 的机
叶化感物质的提取 , 目前多采用溶剂提取法 ,该方理研究
法是利用合适的溶剂将有机物从待分离和结构鉴
定的样品 中提取 出来. 一般常用的溶剂有水和有机许多有关小飞蓬的研究主要集中 在对其化学
溶剂两种 ,考虑到 化感作用研究的生态学意义 , 很成分的药用价值 [ 1 7 ] 、 入侵现象的研究 以及对
多研究采用水作为提取溶剂 , 因 为用有机溶剂提取草甘膦的抗药性研究 [ 2° ] .Paw laC Zyk [ 2 1 ] 等从小飞蓬
会破坏植物细胞结构 ,破坏酶和蛋 白 质 的结构 , 把中分离鉴定得到的多酚多聚糖可 以作为一种更便
第 2 卷第 4 期张海燕 , 等 :外来人侵植物小飞蓬化感作用机理研究的进展3 1
宜 ,更安全的硫酸皮肤素的替代物 , 尽管 它的抗凝子水平上揭示化感作用 机理 已逐渐成为 国 内外研
血活性 比肝磷脂低 ,但是抗血小板活性却可 以成为究的一个趋势和热点 . 陈丽萍等 [ 24 ] 运用蚕豆根尖微
治疗静脉血栓患者的辅助剂 . 朱朝华 [ 22 ] 等 以萝 卜 、 核技术研究加拿大蓬水浸提液的遗传毒性 ,结果表
柱花草和苋菜等为受体植物 ,测定小飞蓬 的水浸液明 ,加拿大蓬水浸提液干扰 了细胞有丝分裂的正常
对受体植物种子萌发和幼苗生长的化感作用 ■ 唐吉进行 ,蚕豆根尖细胞出现染色体桥 、染色体断片 、染
和 [ 2° ]初步研究 了小飞蓬对草甘膦抗药性的生理生色体滞后 、多极分裂等异常现象 .
化机制机理 , 明确了小飞蓬对草甘膦抗药性的产生总的来说 ,对小飞蓬的化感作用研究 主要是集
与其作用靶标酶 EPSPS 的 活性以及对草甘膦的吸中在挥发油或浸提液对受体植物的萌芽 抑制作用
收与转移存在密切的关系 .以及对主效化感物质的鉴定 . 小飞蓬入侵机理虽有
3 . 1 小飞蓬化感物质的生理生化机理研究少量研究涉及 ,但是研究 的数量相对较少 ,且很多
方面有待进一步 的拓展研究 ( 如形态结构的研究 、
Mt ;M胃M il MM g ft 分子奸上祕麵究 ) ,賴航誠熟的外来谢 、呼吸作用 、光合作用 、 蛋白质合成 人侵植物矢车菊 、加 拿大 -枝黄花影响从而影响种子萌芽等生长过程 ? 杨莉_研究发 Linn)等相 比 ,还存在一定的差距
现加拿大蓬水提液影响 了滞缓 吸水 阶段蛋 白酶活
性 ,导致可溶性蛋白含量降低 ,多种代谢活动受阻 ; 4#if低浓度的化感物质可促使 SOD 等保护酶活性升高 ,4
表明植物为免受逆境伤害做出 了相应的适应性反目前对小飞蓬的化感作用多属于现象性研究 ,
应 ,而高浓度化感MM后 ,保护 SltSt降低 ,丙 人舰理研究相赚少 ? 不同傾物质如酸类 、蔽
类 麵獅生物碱等对受雑漏作用是 自 然状
sod 等麵謙能力 ,植物受到 了魏伤害 ;加入 态下_合作腦顏_臓理 ,对于 多种化感
外源激素后 , 受体幼根生长产生抑制 或缓解 的M 物质共同作用时是叠加还是措抗效应 以及小 飞蓬果
;小飞翻脈合細誠熟鋪产生化感細 郷■感碰对 自 身种翻影响未见研究报道 .
mm .其次 ,小飞紐撤对-些杂草 的生长有化感抑制
3 . 2 小飞蓬化感物质的间接化感作用作用 , 如何将小飞蓬的化感物质 开发成无污染的植
, 物源除草剂 、抑菌剂 , 实现对小飞蓬的资源化利用 ,间接化感作用指化感物质首先对土壤微生物a ,是小飞蓬未来的科学研究方向 .群落发生細 ,齡般雑航轉帽 lU雜^^
用. 杨莉 D3 ]研究发现小飞蓬挥发油对受试食源性细
菌和真菌有 良好的广谱抗菌作用 ,其中对痢疾志贺LL^,
[ 1 」 Hi sash iKN , Kobayashi A , Osamu Ohno , etal .Phytotox i c氏菌 、人参立枯病 、人参黑斑病病原菌抑菌效果显k . un iu .. .Mk t ,subs tanceswit hall el opa th icac t iv i ty aybecent raltoth e著 ; Q-, ] 等对小飞蓬地上部分提取物进行储st ron gin vasi vep o tentof Brach. ari a brizan tha C J j . J ou^鉴定 ,得到的毛叶醇内酯对 觀L .) 、〇fPl antPh ys iol ogy , 20 1 4 , 17 1 :5 25 -5 30 .
匍匐翦股颖 (AroWiRo th ) 的萌芽有抑制
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作用 ,母菊内酯对 ■草萄的三种刺孢盘属具有杀菌作de l!—ofexuck te sf_theixw tof fkve rkbi dent is
用 ,其杀菌活性可以跟商用杀真菌剂嘧菌酯和克菌 f J l .Jou rn alofIii tegrativeAgri eultoe ,20 14 ,1 3 ( 1 ) :
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Abstract  :Alien inva s iveplan tscandamage theeco logicalenv ironment sys tem ,have influenceonthe
biologicaldivers i tyandbringse riouseconomiclossestotheagricul tu ra lp roduction.Atpresent , thereare
man ys tudiesonth eal le lopathiceffec tof theinvasiveplants ,but lackofdeepresearchon themechanism
ofal lelopathy .Combinedw iththeresearchprogre ssofinva siveplantsathome andabroad , thi spaperin ?
trodu cere searchac tuali ty ,m ethodsofiso la tion , identificat ional le lochem ica lsandtheprogressinthe
mechani sm researchofConyzaCanadensis . 24refs .
Keywords :invas iveplants; allelopathy  ;ConyzaC anadensis (L .)Cronq .
Biography : ZHANGHai-yan , female , bomin1 983 , M .S . , re searchinenv ironmentalecology .