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热区小飞蓬水浸液化感作用的初步研究

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摘要:以热带地区常见植物萝卜、绿豆、黄瓜、柱花草和苋菜为受体植物,测定小飞蓬的水浸液对受体植物的种子萌发和幼苗生长的化感作用。结果表明,小飞蓬水浸液显著抑制5种受体植物种子的萌发,如0.20 g/mL小飞蓬茎叶水浸液对苋菜种子的萌发率和萌发指数的RI值分别为-0.822和-0.892。小飞蓬水浸液对萝卜、柱花草以及苋菜3种受体植物幼苗的生长表现出抑制作用。当根部水浸液的浓度为0.15 g/mL时,这3种受体植物幼苗的根都受到了极显著的抑制,其RI值分别为-0.399、-0.622和-0.667。综合各项指标分析,小飞蓬水浸液对不同受体植物之间的化感作用强弱差异显著,其中苋菜受到的化感作用最强,柱花草次之。小飞蓬水浸液中的化感物质大部分能溶于乙酸乙酯中。

关键词:小飞蓬;化感作用;综合效应

中图分类号:S451文献标识码:A文章编号:0439-8114(2011)11-2254-05

Preliminary Study on Allelopathy of Aqueous Extracts from Conyza canadensis on

Five Kinds of Receptor Plants in the Tropical Area

ZHU Chao-hua1,2,ZHANG Yu2,WANG Meng2,FAN Zhi-wei1,DAI Jin-yong2,ZHENG Wei-li2

(1.Research Institute of Environment and Plant Protection,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Danzhou 571737,Hainan,China; 2.Key Laboratory of the Ministry of Education about Protection and Development of Tropical Crop Germplasm Resources / College of Environment and Plant Protection,Hainan University, Haikou 570228,China)

Abstract: Take Raphanus sativus,Vigna radata,Cucumis sativus, Stylosanthes guianensias and Acalypha hainanensis which were common plants in the tropical area as acceptor plants, allelopathic effects of the aqueous extracts from Conyza canadensis on the seed germination and seedling of the acceptor plants were determined. The test results showed that the aqueous extracts from Conyza canadensis obviously suppressed the germination of the 5 kinds of acceptor plant’s seeds, for instance, the RI value of 0.20 g/mL aqueous extracts from Conyza canadensis stem leaf on the germination rate and germination index of A. hainanensis seeds were -0.822 and -0.892 respectively. The aqueous extracts from Conyza canadensis showed inhibitory effect on R. sativus,S. guianensias and A. hainanensis seedling growth. When the concentration of the aqueous extracts of root was 0.15 g/mL, the seedling's root of these 3 acceptor plant was extremely suppressed, their RI value was -0.399,-0.622 and -0.667 respectively. According to synthetic analysis, the allelopathic effects of aqueous extracts from Conyza canadensis to different acceptor plants were reamarkably different, the allelopathic effects on A. hainanensis was the strongest; while the next best was S. guianensias. The majority of the allelochemicals in aqueous extracts from Conyza canadensis could dissolve in ethyl acetate.

Key words: Conyza canadensis; allelopathy; synthesis effects

小飞蓬(Conyza canadensis (L.) Cronq.),别名小白酒草、小蓬草、小飞莲、破布艾、鱼胆草、竹叶艾、臭艾、小山艾,俗称狼尾蒿,为菊科(Compositae)白酒菊属(Conyza)植物。小飞蓬原产于北美,19世纪末先后传入我国[1]。现今已经成为我国分布最广的入侵物种之一,在我国的分布群体大、危害重,是区域性恶性杂草,已经引起了相关研究人员的重视。

高兴祥等[2]研究发现小飞蓬乙酸乙酯和乙醇提取物对高粱、黄瓜、小麦和油菜等4种供试植物幼苗的生长具有很强的抑制作用,表明小飞蓬的化学成分中含潜在的除草活性成分。小飞蓬的水浸液对小麦、油菜和稗草等植物的种子萌发和幼苗生长有一定的抑制作用,初步研究发现小飞蓬具有一定的化感作用[3,4]。为了系统研究小飞蓬特别是热带地区小飞蓬的化感作用,本试验以不同科属的植物为受体植物,探索并补充小飞蓬与其他植物之间的化感作用特点,以期为完善小飞蓬化感作用的研究工作提供有价值的资料,为开发植物源除草剂和利用小飞蓬的化感潜力来防除、控制杂草等生物防治方法提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验材料

1.1.1供试植物以小飞蓬为供试材料,2009年7月采集于海南大学儋州校区环境与植物保护学院教学基地附近坡地;以萝卜(Raphanus sativus)、绿豆(Vigna radata)、黄瓜(Cucumis sativus)、柱花草(Stylosanthes guianensias SW.)以及苋菜(Amaranthus mangostanus L.)为受体植物。其中,柱花草的种子购于中国热带农业科学院品种资源研究所,其他植物的种子购于海南大学儋州校区市场。

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1.1.2试验仪器MP2002电子天平,上海恒平科学仪器有限公司生产;富华105A生化培养箱,江苏金坛市富华仪器有限公司生产;旋转蒸发器RE-52,上海安亭电子仪器厂;DF-1015低温冷却液循环泵,上海比朗仪器有限公司。

1.1.3试验试剂乙酸乙酯和正丁醇均为AR级,为广州化学试剂厂产品。

1.2试验方法

1.2.1水浸液的制备选取健康、生长盛期的小飞蓬植株洗净,待表面水分晾干后,将茎叶与根部分开,分别剪成5 cm左右的小段。称取200.0 g的茎叶(根部)碎段装入1 500 mL试剂瓶中,加入蒸馏水800.0 mL。于室温下静置48 h后,连续抽滤2次,滤液为浓度0.25 g/mL的供试母液,低温保存。试验时用蒸馏水将浸提液稀释至0.25、0.20、0.15、0.10和0.05 g/mL共5个浓度进行测定。

1.2.2水浸液对受体植物种子萌发影响的测定取不同浓度的水浸液各10 mL(苋菜的处理为7 mL),加到12 cm培养皿中的滤纸上,对照直接加相同体积的蒸馏水。每皿摆入50粒(绿豆和黄瓜为30粒)经预处理的受体植物种子,放入温度为(27±1)℃的培养箱内暗培养,每个处理设3个重复,每过24 h观察种子的萌况,连续记录3 d,并计算其萌发率及萌发指数,计算公式如下:

种子萌发率(GR)=(最终发芽数/供试种子数)

×100%;

萌发指数(GI)=∑(Gt/Dt)

式中,Gt为第t天的发芽数,Dt为相应的发芽天数。

1.2.3水浸液对受体植物幼苗生长影响的测定处理方法同1.2.2,每皿摆入50粒(绿豆和黄瓜为30粒)已露白的受体植物种子,并放入温度为(27±1)℃、光照时间为10 h/d的培养箱内培养,每个处理设置3个重复。连续培养5 d,然后在每个培养皿中随机抽取20株幼苗,测量其根长、茎长及20株幼苗的总鲜重,对各培养皿内平均根长、茎长及鲜重进行统计分析。

1.2.4水浸液的初步分离及生物测定制备小飞蓬全草水浸液400 mL,方法同1.2.1。依次用乙酸乙酯和水饱和正丁醇对水浸液进行充分萃取,直至上层萃取液近无色为止。合并相同的萃取液后,40 ℃下将各萃取液减压浓缩,并真空干燥后称重,计算3种萃取相的提取率分别为0.76%、0.97%和3.12%,然后低温保存备用。将各相萃取物分别溶解于400 mL蒸馏水后,用于处理绿豆、萝卜和柱花草的种子和幼苗,方法同1.2.2和1.2.3。分别计算其萌发率及萌发指数,测量幼苗的根长,根据下式计算抑制率,进行统计分析。

抑制率=(对照组平均值-处理组重复值)/对照组平均值×100%

1.3数据分析

试验数据用SAS软件9.1版进行方差分析,采用邓肯氏法分析处理间差异显著性。数据统计分析方法参照Williamson[5]的方法,利用化感作用效应指数(RI)进行分析。即:RI=1-C/T(当T≥C时),RI=T/C-1(当T≤C时)。其中,C是对照值,T是处理值,RI代表化感效应,当RI>0时表示促进作用,当RI<0时为抑制作用,RI的绝对值代表化感强度的大小。综合效应为同一受体植物各项指标RI的算术平均值。

2结果与分析

2.1小飞蓬水浸液对受体植物种子萌发的化感作用

2.1.1小飞蓬水浸液对受体植物种子萌发率的影响由表1可知,除绿豆外,小飞蓬不同部位的水浸液对受体植物种子的萌发率均产生了显著影响,且抑制效果随水浸液浓度的增大而增强。对于茎叶水浸液来说,浓度为0.20 g/mL的水浸液对萝卜、绿豆、柱花草和苋菜这4种受体植物种子萌发率的抑制作用均达到了极显著水平。而0.15 g/mL的小飞蓬根部水浸液显著地抑制了萝卜、黄瓜、柱花草和苋菜这4种受体植物种子的萌发率。

2.1.2小飞蓬水浸液对受体植物种子萌发速率的影响由表2可看出,小飞蓬水浸液均显著延迟了受体植物种子的萌发速率,且达到了极显著水平。与萌发率的趋势一样,作用效果随水浸液浓度的增大而增强。当茎叶水浸液浓度为0.20 g/mL时,萝卜、绿豆、柱花草和苋菜这4种受体植物种子的萌发速率受到的延迟效果达到了极显著水平。而0.15 g/mL的小飞蓬根部水浸液对萝卜、黄瓜、柱花草和苋菜这4种受体植物种子萌发速率的延迟效果也达到了极显著水平。

2.2小飞蓬水浸液对受体植物幼苗的化感作用

2.2.1小飞蓬水浸液对受体植物幼苗根长的影响由表3可知,小飞蓬不同部位的水浸液均显著抑制了受体植物幼苗根的生长。当茎叶水浸液的浓度为0.25 g/mL时,萝卜、绿豆、黄瓜、柱花草和苋菜这5种受体植物幼苗根的生长均受到了极显著的抑制,其RI值分别为-0.789、-0.414、-0.585、-0.678和

-0.664。而相同浓度的根部水浸液对这5种受体植物幼苗根的生长的抑制效果更为明显,其RI值分别为-0.739、-0.750、-0.815、-0.766和-0.686。

2.2.2小飞蓬水浸液对受体植物幼苗茎长的影响由表4可知,绿豆、柱花草和苋菜这3种受体植物幼苗的茎长均明显受到了小飞蓬茎叶水浸液的抑制作用,且作用效果随浓度增大而增强。当小飞蓬茎叶水浸液的浓度为0.10 g/mL时,其对这3种受体植物幼苗茎长的RI值分别为-0.335、-0.324和

-0.155;当浓度增大至0.20 g/mL时,RI值则分别变为-0.376、-0.762和-0.385。而萝卜和黄瓜幼苗的茎长则受到了茎叶水浸液在低浓度范围内促进高浓度范围内抑制的双重效果。当水浸液浓度为0.05 g/mL时,萝卜幼苗的茎长受到的促进作用的RI值为0.292;当浓度增大至0.25 g/mL时,RI值则变为

-0.252。小飞蓬根部水浸液对这5种受体植物幼苗茎长的作用特点与茎叶水浸液的情况一致。

2.2.3小飞蓬水浸液对受体植物幼苗鲜重的影响由表5可知,除黄瓜外,萝卜、绿豆、柱花草和苋菜这4种受体植物幼苗的鲜重均受到了小飞蓬水浸液的显著影响。萝卜和绿豆在小飞蓬的茎叶水浸液作用下,幼苗鲜重受到了“低促高抑”的双重效应。而柱花草和苋菜则受到了小飞蓬水浸液的抑制作用,且作用效果随浓度增大而增强,当浓度增至0.15 g/mL时,达显著水平,RI值分别为-0.350和-0.423。而根部水浸液对萝卜、绿豆和苋菜这3种受体植物幼苗的鲜重也表现出了相似的双重效应。

2.3小飞蓬水浸液对受体植物化感作用的综合效应

2.3.1小飞蓬水浸液化感作用影响因素分析为了分析小飞蓬不同部位水浸液对不同受体植物的化感作用的影响因素,并探究其二者之间是否存在互作效应,将相同测试指标不同浓度处理的RI之间的平均值进行双因素方差分析,得到小飞蓬不同部位水浸液对不同受体植物的化感作用方差分析,结果(表6)可知,小飞蓬水浸液对不同受体植物之间的化感作用效应的强弱差异显著,而小飞蓬不同部位之间的化感作用强弱差异并不明显,且与受体植物之间并未表现出互作效应。

2.3.2小飞蓬不同部位水浸液对受体植物化感作用的综合效应由表7可得出,不同浓度小飞蓬水浸液处理的综合效应的大小表现为RICK>RI0.05>RI0.10>RI0.15>RI0.20>RI0.25,即随着水浸液浓度的增大,受体植物受到的抑制作用不断增强。从整体上看,苋菜受到的抑制效果最为明显,柱花草次之。

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综合以上试验结果,下一步进行活性物质的初步分离时,采用的是小飞蓬全草,而选用受体种子的萌发率、萌发指数和幼苗的根长作为其活性评价的主要标准。

2.4小飞蓬水浸液活性组分初步分离结果

不同萃取相的萃取物处理受体植物的种子和幼苗,得到小飞蓬不同萃取相的萃取物对受体植物的影响,结果见表8。由表8可以看出,在供试浓度上,小飞蓬乙酸乙酯相萃取物对绿豆、萝卜和柱花草这3种受体植物种子的萌发和幼苗的生长率均表现出了极显著的抑制效果。在乙酸乙酯相萃取物的处理液中,萝卜和柱花草这2种受体植物种子萌发率受到的抑制率分别为98.37%和100.00%,即柱花草种子经其处理后无法萌发。与对萌发率的作用一致,绿豆、萝卜和柱花草这3种受体植物种子的萌发指数受乙酸乙酯相萃取物的抑制效果均表现极显著。乙酸乙酯相萃取物同样抑制了绿豆、萝卜和柱花草这3种受体植物幼苗根的生长,效果均达到了极显著水平,抑制率分别是42.15%、93.09%和84.84%。

所以,在小飞蓬的水浸液中所含有的化感物质,大部分能溶解在乙酸乙酯中。

3讨论

王璞等[6]认为,化感物质生物活性的大小首先由化感物质的浓度决定。本试验结果表明,小飞蓬的水浸液对5种受体植物的种子萌发以及幼苗生长均表现出了较强的化感作用,且作用效果随浓度的增大而增强,与前人研究的结果相符。小飞蓬水浸液抑制了受体植物种子的萌发,其抑制效果不仅表现在抑制受体植物种子的萌发率,更大程度上表现为延迟受体植物种子的萌发速率。如0.20 g/mL小飞蓬茎叶水浸液对苋菜种子的萌发率和萌发速率的RI值分别为-0.822和-0.892。除绿豆和黄瓜外,小飞蓬水浸液对受体植物幼苗的生长表现出了明显的抑制作用。当根部水浸液的浓度为0.15 g/mL时,这3种受体植物幼苗的根都受到了极显著的抑制,其RI值分别为-0.399、-0.622和-0.667。虽然个别相对低浓度的水浸液促进了幼苗期的受体植物的茎生长或鲜重增大,但其对受体植物幼苗根的生长表现出抑制作用,且作用效果更为明显。

据研究,影响植物化感作用大小的因素有许多方面,如遗传因素[7,8]、环境因素[9]等。其中遗传因素主要是指植物类型、品种等之间的差异。如在本试验中,从单独对应的处理来看,小飞蓬根部的水浸液对部分受体植物表现出比茎叶水浸液更强的化感效应,但对另一种受体植物所表现的情况则是相反的。综合分析了小飞蓬不同部位的水浸液对不同受体植物之间化感作用的差异,结果表明小飞蓬植株中,不同受体植物之间对小飞蓬植株水浸液的反应表现显著差异,即不同受体植物对小飞蓬化感作用强弱的体现有影响,其中苋菜受到的抑制效果最为明显,柱花草次之。然而,小飞蓬茎叶水浸液和根部水浸液对供试的5种受体植物所表现的化感作用不存在明显差异,且其与受体植物之间也并未存在着相互效应。故而,欲比较几种植物之间,或是同一种植物不同部位之间的化感活性差异,需进行全面的分析。

小飞蓬水浸液活性组分初步分离及生物测定的结果表明,小飞蓬水浸液中,具有化感活性的物质多能溶解于乙酸乙酯中,这与高兴祥等[2]的研究结果具有一定的相似性。下一步的工作应对小飞蓬水浸液乙酸乙酯相萃取物进行纯化分离,可以从中得到小飞蓬产生化感作用的活性单体或组分。

参考文献:

[1] 李扬汉. 中国杂草志[M]. 北京:中国农业出版社,1998.332.

[2] 高兴祥,李 美,于建垒,等. 小飞蓬提取物除草活性的生物测定[J]. 植物资源与环境学报,2006,15(1):18-21.

[3] 许桂芳,刘明久,晁慧娟. 入侵植物小蓬草化感作用研究[J]. 西北农业学报,2007,16(3):215-218.

[4] 高兴祥,李 美,高宗军,等. 外来物种小飞蓬的化感作用初步研究[J]. 草业科学,2009,18(5):46-51.

[5] WILLIAMSON G B,OBEE E M,WEIDENHAMER J D. Bioassays for allelopathy:Mersuring treatment responses with independent controls[J]. J Chem Ecol,1988,14(1):181-187.

[6] 王 璞,赵秀琴. 几种化感物质对棉花种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 中国农业大学学报,2001,6(3):26-31.

[7] 张 芳,慕小倩,戴 明. 8个栽培小麦品种的化感差异及其对除草剂药效的影响[J]. 麦类作物学报,2009,29(2):324-329.

[8] 高兴祥,李 美,高宗军,等. 苍耳对不同植物幼苗的化感作用研究[J]. 草业学报,2009,18(2):95-101.

[9] 王大力. 水稻化感作用的研究综述[J]. 生态学报,1998,18(3): 326-335.

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