（植物学专业论文）冷蒿茎叶浸提液对几种植物种子萌发及幼苗生长的影响.pdf

摘要 为了探讨冷蒿的化感作用，本研究采用气相色谱一质谱( g c m s ) 联用技术对 冷蒿地上部水浸提液、甲醇浸提液以及植株干花叶释放气体进行了组分分析和鉴定； 同时采用冷蒿提取液对萝卜、黄瓜、苏丹草、黄花草木樨、阿尔刚金苜蓿、准格尔 苜蓿和沙打旺等7 种植物种子萌发和种子萌发生长过程，以及阿尔刚金苜蓿、黄花 草木樨和苏丹草等3 种牧草幼苗生长状况进行了测定，初步得出以下结果： 1 通过g c m s 分析鉴定，冷蒿水浸提液中主要含有樟脑( 2 7 7 8 ) 、蓍草苦素 ( 1 0 4 0 ) 、桉叶油素( 9 2 8 ) 、龙脑( 7 8 7 ) 、蒿属酮( 5 1 6 ) ；冷蒿甲醇浸提 液中主要含有蓍草苦素( 1 5 9 4 ) 、乙酸乙酯( 9 1 7 ) 、花生四烯酸甲酯( 8 3 0 ) 、 斯巴醇( 7 4 6 ) 。从以上的g c m s 分析结果可推断，冷蒿植物体内所含主要化感 物质可能为樟脑、蓍草苦素和桉叶油素。 2 随着冷蒿水浸提液浓度的增加，受试植物种子发芽率逐渐降低，5 m g m l 一水 浸提液使5 种牧草种子发芽率分别降低了3 9 、7 1 、3 6 、5 9 和1 8 ，冷蒿 水浸提液通过影响种子萌发期幼苗对营养物质的分配与积累，进而抑制萌发期幼芽 与幼根的生长，使5 种牧草萌发期幼芽与幼根生长量分别降低了1 5 1 4 2 、1 0 3 0 7 ；相同浓度下，甲醇浸提液对种子萌发及萌发期幼苗生长的抑制作用明显增 加。 3 幼苗生长实验结果表明：除了冷蒿水浸提液5 m g m l o 外，其它各个浓度处理 对阿尔刚金苜蓿根长和苏丹草茎叶长的抑制率分别为1 8 o 1 0 0 0 、1 9 7 1 0 0 ， 抑制作用均达到了显著或极显著水平。所有浓度处理下，苏丹草叶绿素含量下降较 为明显，与对照相比下降了1 5 9 - 4 2 2 。 本研究成果证明了冷蒿具有化感作用，为阐明冷蒿在草场退化过程中易于成为 单一群落的机制提供理论依据。 关键词：冷蒿；化感作用；水浸提液；甲醇浸提液；g c m s 分析 e f f e c t so fe x t r a c t sf r o ms t e m sa n dl e a v e so f a r t e m i s i af r i g i d a w i l l do ns o m es e e d sg e r m i n a t i o na n ds e e d l i n g sg r o w t h a b s t r a c t t oe x p l o r et h ea l l e l o p a t h yo fa r t e m i s i af r i g i d aw i l l d ，t h es t u d ya n a l y z e dt o pp a r t a q u e o u se x t r a c ta n d m e t h a n o le x t r a c to fa r t e m i s i af r i g i d aw i l l da n dg a s e sr e l e a s e df r o m d r yf l o w e ra n dd r yl e a v e so fi t a l t o g e t h e r , a d o p t i n ge x t r a c t so fa r t e m i s i af r i g i d aw i l l d ， t h es t u d ym e a s u r e ds e e dg e r m i n a t i o na n dg r o w i n gp r o c e s so f7 s p e c i e s ( r a p h a n u ss a t i v u s l ，c u c u m i ss a t i v u sl ，s o r g h u ms u d a n e n s e ( p i p e r ) ，m e l i l o t u so 够c i n a l i sl a m ， m e d i c a g os a t i v al c v a e r g a n g j i n , m e d i c a g os a t i v al c v z h u n g e e ra n da s t a g a l r u s a d s u r g e n sp a l l s e e d ) a n dt h es e e d l i n gg r o w t hc o n d i t i o no f3 s p e c i e so fg r a s s e s ( s o r g h u m s u d a n e n s e ( p i p e r ) ，m e l i l o t u so 够c i n a l i sl a m ，m e d i c a g os a t i v al c v a e r g a n g ji n ) t h e p i l o tr e s u l t sa sf o l l o w s ： 1 a n a l y z e db yg c m s ，a q u e o u se x t r a c t o fa r t e m i s i af r g i d aw i l l dm a i n l y c o n t a i n e dc a m p h o r ( 2 7 7 8 ) 、a c h i l l i n ( 1 0 4 0 ) 、c i n e o l e ( 9 2 8 ) 、b o r n e 0 1 ( 7 8 7 ) 、 a r t e m i s i a k e t o n e ( 5 16 ) ；m e t h a n o le x t r a c to fa r t e m i s i af r i g i d aw i l l dm a i n l yc o n t a i n e d a c h i l l i n ( 1 5 9 4 ) 、e t h y l a c e t a t e ( 9 1 7 ) 、a r a c h i b o n i ca c i d m e t h y l e s t e r ( 8 3 0 ) 、 s p a t h u l e n o l ( 7 4 6 ) t h ed e d u c t i o na n a l y z e df r o mg c m ss h o w e dt h a t ，t h em a i n a l l e l o c h e m i c a l st h a ta r t e m i s i af r i g i d aw i l l dc o n t a i nw e r ec a m p h o r , a c h i l l i na n d c i n e o l e 2 t h eg e r m i n a t i o nr a t eo ft e s tp l a n t sd e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s e dc o n c e n t r a t i o no f a q u e o u se x t r a c t sf r o ma r t e m i s i af r i g i d aw i l l dt r e a t e dw i t h5 m g 。m l a q u e o u se x t r a c t t h eg e r m i n a t i o nr a t eo f t h ef i v eg r a s s e sd e c r e a s e db y3 9 、7 1 、3 6 、5 9 a n d1 8 r e s p e c t i v e l y ；a q u e o u se x t r a c tf r o ma r t e m i s i af r i g i d aw i l l dc o n t r o l l e dt h eg e r ml e n g t h a n dr a d i c l el e n g t hb ya f f e c t i n ga c c u m u l a t i o na n dd i s t r i b u t i o no fn u t r i t i v es u b s t a n c e so f t h ey o u n gs e e d l i n g sa tg e r m i n a t i o nt i m e ，a n dt h eg r o w t hq u a n t i t yo ft h ep l u m u l ea n d r a d i c l ed e c r e a s e db y1 5 1 4 2 a n d1 0 3 0 7 r e s p e c t i v e l y ；t h ei n h i b i t o r ye f f e c t so n t h eg e r m i n a t i o na n ds e e d l i n gg r o w t ho fm e t h a n o le x t r a c tf r o ma r t e m i s i af r i g i d aw i l l d w e r es t r o n g e rt h a nt h a to fi nt h es a m ec o n d i t i o n 3 t h er e s u l t so fs e e d l i n gg r o w t he x p e r i m e n ts h o w e dt h a t a p a r tf r o m0 5 m g m l 叫 a q u e o u se x t r a c t ，o t h e rd e n t i s yt r e a t m e n t t or o o t l e n g t ho fm e d i c a g os a t i v al c v a e r g a n g j i na n ds t e m l e a fl e n g t ho fs o r g h u ms u d a n e n s e ( p i p e r ) h a di n h i b i t o r ye f f e c ta n d t h ei n h i b i t i o nr a t ew e r ed e c r e a s e db y18 o 10 0 0 、19 7 10 0 r e s p e c t i v e l y , a n d a c h i e v e dt op r o m i n e n ta n dt o t a l l yp r o m i n e n tc o m p e t e n c e a l lt h ed e n s i t yt r e a t m e n to f a r t e m i s i af r g i d aw i l l dt oc h l o r o p h y l lc o n t e n to fs o r g h u ms u d a n e n s e ( p i p e r ) w e r em o s t r e m a r k a b l e ，a n dd e c r e a s e db y15 9 “- - 4 2 2 c o m p a r e dw i t ht h ec k t h er e s u l t so ft h i ss t u d yp r o v e dt h a tt h e r ew e r ea l l e l o p a t h ye f f e c ti na r t e m i s i a f r i g i d aw i l l da n dp r o v i d e dt h eb a s i ct h e o r yf o rt h em e c h a n i s mo ft h ef o r m a t i o no f m o n o d o m i n a n tc o m m u n i t yi nt h ep r o c e s so fg r a s s l a n dd e g r a d a t i o n k e yw o r d s ：a r t e m i s i af r i g i d aw e l d ；a l l e l o p a t h y e f f e c t ：a q u e o u s e x t r a c t ： m e t h a n o le x t r a c tg c m sa n a l y s i s d ir e c t e db y ：p r o f g a oy a n ( p h d ) a p p iic a n tf o rm a s t e rd e g r e e ：w a n gy u z hi ( b o t a n y ) ( a g r o n o m yc o l l e g e ，i n n e rm o n g o l i aa g r i c u l t u r a lu n i v e r s i t y , h u h h o t010 019 ，c h i n a ) 内蒙古农业大学 研究生学位论文独创声睨 本人申明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢盯 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果：也不包 含为获得我校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料，与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说+ 明并表示谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 圣善妻一日期：竺垦，互! 乡 内蒙古农业大学研究生学位论文版权使用授权书 本人完全了解内蒙古农业大学有关保护知识产权的规定，印：研 究生在攻读学位期间论文工作的知识产权单位属内蒙古农业大学。本 人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位为内蒙 古农业大学，且导师为通讯作者，通讯作者单位亦署名为内蒙古农业 大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子文档，允许论文被查阅和借阅学校可以公布学位论文的全部或部 分内容( 保密内容除外) ，采用影印、缩印或其他手段保存论文 论文作者签名：兰兰兰 指导教炜签名：立丝 日 期：一翌璺：兰堕 内蒙古农业大学硕士学位论文 1 1 引言 1 1 植物化感作用概述 1 1 1 植物化感作用的概念 我国是传统的农业大国，有着五千年的文明史，在长期的农业生产实践中，植 物化感现象早已被发现，如在农民中就有禾本科作物与豆科作物间混作的习惯，其 应用的主要机理之一就是植物间的化感作用( a l l e l o p a t h y ) 。1 9 3 7 年德国科学家 m o l i s h 首先提出了植物化感作用( a l l e l o p a t h y ) 的概念：所有类型植物( 含微生物) 之间生物化学物质的相互作用，同时指出这种相互作用包括有害和有益两个方面。 除此以外，m o l i s h 对植物化感作用研究的具体内容未能作进一步的阐明。7 0 年代 中期，r i c e 根据m o l i s h 的原始定义和植物化感作用近4 0 年的研究成果，对化感 作用的本质做了进一步的阐明，8 0 年代中期，r i c e 将有益的作用和自毒作用补充 到植物化感作用的定义中，即产生了现在普遍接受的化感作用的概念。植物化感 作用( a l l e l o p a t h y ) 是指植物( 含微生物) 通过释放化学物质到环境中而产生对其 它植物或自身直接或间接的有害或有益的作用嘲。 另外，“a l l e l o p a t h y 的中文译称，目前在国内主要有“克生作用”、“他( 它) 感作用”、“互感作用”和“化感作用”等；“异株克生作用”仅强调了有害的一面， “它感作用”不能表明种内的自毒作用，“互感作用”则不能表达植物间的主客体关 系，因此，“化感作用”较确切，国家自然科学名词审定委员会在1 9 9 2 年就公布了 “a l l e l o p a t h y 的中文译称是“化感作用”3 。国内关于化感作用的研究起步较晚， 但发展迅速，已取得了一定成果。本世纪6 0 一- - 7 0 年代以来，随着有机化学和植物生 理生化、微生物学、生态学、土壤学、农学等学科的相互渗透，对化感作用的研究， 包括对化感物质的作用机制、分离提取等方面的研究有很大发展。在合理安排作物 布局、作物的间套轮作、杂草防除、新型生物源除草剂的研究开发及植物种群群落 演替的研究等方面显示出潜在的应用价值。化感作用正成为一门多学科交叉的曰臻 成熟的学科“，。 1 1 2 植物化感作用的基本特征 第一，相互作用的主客体均是植物，不包括植物和动物及其它有机体的相互作 用。 第二，相互作用的化学物质是植物的次生代谢物质，而且必须有合适的途径进 入环境中，不包含在植物体内变化的次生代谢物质。 第三，化感物质主要用于影响自身或邻近植物的生长发育，若用于植物间的化 学通讯( 如报警) 或污染环境( 如一些树木挥发物和氧化氮形成烟雾) 也不属于化 感作用研究范畴“。 2 冷蒿茎叶浸提液对几种植物种子萌发及幼苗生长的影响 1 1 3 化感物质的种类 化感物质( a l l e l o c h e m i c a l ) 是生物体内产生的非营养性物质，能影响其他植物 生长、健康、行为或群体关系，是化感作用的媒介，主要是植物的次生代谢物质， 不参与有机体的主要代谢过程”1 。目前已知的植物次生代谢物质已超过4 0 万种1 8 ：， 但其中只有那些能通过自然途径进入环境并作用于其他生物的物质才叫化感物质。 至今已分离和鉴定了数百种化感物质，结构多种多样。w i t t a k e r 和f e e n y 把化感物 质分为5 类：苯丙烷类、乙酰配基类( a c e t o g e n i n s ) 、萜类、甾类和生物碱。s t o w e 等把它们分为了4 类：酚类化合物、萜类、胡桃醌( i u g l o n e ) 和其他化合物阳j 。r i c e 根据化感物质的化学结构，把它们分成了1 4 类：水溶性有机酸、直链醇、脂肪族醛 和酮；简单不饱和内酯；长链脂肪族和多炔；萘醌、葸醌和复合醌；简单酚；苯甲 酸及其衍生物；肉桂酸及其衍生物；香豆素类；类黄酮；单宁；类萜和甾类化合物； 氨基酸和多肽；生物碱和氰醇、硫化物和芥子油苷；嘌呤和核苷。其中酚类和萜类 化合物是最为常见的n 1 。 一、酚类化合物 酚类化合物在植物中广泛存在，如在测定的植物种中有9 7 存在着二羟和p 羟苯甲酸化合物。p 香豆酸、原儿茶酸、阿魏酸和咖啡酸等在测定的大多数植物中 都存在。属于酚类化合物的种类很多，有简单的酚类如苯甲酸，醌类如胡桃醌，香 豆素类如香豆素及其衍生物，也有较复杂的黄酮类如三羟黄酮醇和单宁等化合物， 已鉴定为化感物质的酚类化合物种类比其他任何一类化合物都多：s c h r e i n e r 等第一 次报道了酚类化合物具有化感效应；l i e b l 等的研究发现小麦的水溶性提取液抑制牵 牛花的发芽和生长，用小麦提取液处理的牵牛花种子发芽率为3 0 ，而对照为8 5 ， 经鉴定的主要化合物为酚类物质阿魏酸( f e r u l i ca c i d ) ”3 。 二、萜类 植物含有很多萜类化合物都是由不同数目的异戊二烯连接而成。现已有很多文 章报道萜类化合物的化感效应。单萜类化合物如桉树脑( c i n e o l e ) 、莰酮( c a m p h o r ) 、 蒎烯( p i n e n e ) 、莰烯( c a m p h e n e ) 等，倍半萜内酯类如埯叶油醇( e u d e s m 0 1 ) 、法 尼醇( f a m e s 0 1 ) 、去氢木香内酯( d e h y d r o c o t u sl a c t o n e ) 等，这些物质都已鉴定为化 感物质。早在1 9 2 4 年s i g m u n d 就报到了植物精油和几个单萜影响了小麦、油菜和 巢菜种子的发芽和生长。莎草根的精油部分的甲醇提取物中所含的法尼醇和芹子烯 等倍半萜化合物在浓度3 1 0 4 时就能抑制莴苣和水稻种子的发芽和幼苗的生长阳3 。 1 1 4 化感物质的释放途径 植物化感作用是通过向环境释放化学物质而实现的，植物的化感物质主要是植 物的次生代谢物质，它们分布于植物的根、茎、叶、花、果实或种子中，其存在的 部位影响其释放方式n m 。因而，植物主要是通过茎叶挥发、茎叶淋溶、根系分泌以 内蒙古农业大学硕士学位论文 3 及植物残株的腐解等四种途径向环境中释放化感物质，来影响周围植物的生长和发 育的“，。 ( 1 ) 挥发：一些挥发性化感物质( 主要是萜类) 通过植物体表( 茎、叶、花) 进 入环境而发挥作用。如洋槐( r o b i n i ap s e u d o a c a e c i a ) 、蒿属( a r t e m i s i a ) 、桉属 ( e u c a l y p t u s ) 植物和鼠尾草属( s a l v i a ) 等植物产生的挥发性物质能抑制附近杂草 的生长。如柠檬桉( e u c a l y p t u sc i t r i o d o rh o o k ) 树叶中挥发出蒎烯等化感物质能强烈 抑制萝卜( r a p h a n u ss a t i v u s ) 种子的发芽“钔。 ( 2 ) 淋溶：由于雨水或雾滴的作用，一些有机酸、氨基酸、萜类和酚类等水溶性 化合物易被从植株表面淋溶下来，对周围植物产生影响。如：番樱桃属( m y r t u s ) 、 桉树属( e u c a l y p t u s ) 和臭椿属( a i l a n t h u s ) 等植物叶面冲洗下来的化感物质( 主要 是酚类化合物) 能明显抑制亚麻( l i n u ms p p ) 的生长。例如：桉树( e u c a l y p t u s ) 叶中被水冲洗下来的物质有香草酸、阿魏酸等，它们能抑制亚麻的生长“。 ( 3 ) 根的分泌：很多化感作用物是从根中分泌出来的。如小麦、燕麦、玉米、黄 瓜、番茄的根都可分泌抑制性的物质。c h o u 等研究发现，水稻连作时，根分泌物 中还有大量的酚酸类物质，这些物质的大量分泌抑制水稻根系的正常生长，是造成 水稻减产的主要原因；黑胡桃( j u l a n sn i g r a ) 树能分泌具有毒性的胡桃醌( j u g l o n e ) ， 当胡桃醌的浓度为2 0 p g m l o 时就能抑制其他植物种子的发芽“”。 ( 4 ) 植物残株的腐烂中释放：植物及其某些器官死后，其中的复合物或聚合物被 微生物分解而释放出某些化合物，这对周围植物起化感作用。水稻、油菜、小麦、 高梁和玉米作物的残株腐烂后可释放出体内相克物质，或通过微生物作用将原来无 毒物质变化为有毒物质后进入土壤环境中。例如蕨( p t e r i d i u ma q u i l i n u m ) 是一种具 有很强的化感作用的植物，在这些蕨类植物之间很少存在其他的草本植物，其化感 物质就是由枯死的枝叶释放出来的酚类物质( 主要为阿魏酸和咖啡酸) 作用的结果 【1 】。 1 1 5 化感物质的作用机制 早在两千年前就已经有化感现象的记载，而过去漫长的时期内，这方面的工作 只停留在野外观察和现象描述方面。本世纪6 0 7 0 年代以来，尤其是近1 0 年来， 对于化感作用的研究已从描述化感作用的现象深入到化感物质的分离、鉴定和化感 作用机理探讨等方面。化感物质必须被目的植物吸收才能有直接的作用。化感物质 的基本作用是抑制种子发芽和幼苗生长，由此，也可把化感物质看作是一种植物毒 素。同时化感物质还有刺激或促进种子发芽和生长作用的一面n ”。其作用机制如下： ( 一) 影响细胞膜的透性 化感物质可使植物细胞膜的透性增加，选择透过能力降低，电解质外渗。张宝 琛等”对斑唇马先蒿( p e d i c u l a r i sl o n g i f o r a ) 的研究认为，斑唇马先蒿的分泌物破 4 冷蒿茎叶浸提液对几种植物种子萌发及幼苗生长的影响 坏了根的细胞壁，使其细胞膜透性增加，细胞内含物大量外溢，而造成植物根系生 长缓慢或死亡。脱氢中美菊素( h y d r o z a l u z a n i nc ) 是一种倍半萜类化合物，它可引 起黄瓜子叶细胞膜通透性的增加，并造成原生质体膜功能的破坏n ”。p a n d e y 等指出， 银胶菊( p a r t h e n i u r nh y s t e r o p h o r u sl ) 叶片提取物能降低风眼莲根部细胞膜的完整 性“目。 ( 二) 影响细胞分裂、伸长和根尖的细微结构 化感物质可以抑制有丝分裂过程中纺锤丝的形成，从而抑制细胞分裂。化感物 质还可以通过抑制细胞壁中多糖类物质( 纤维素) 的合成，而抑制细胞的伸长，同 时使根加粗。据报道，鼠尾草叶片中的挥发性萜类物质可引起黄瓜根尖细胞中脂质 小体的积累、完整细胞器( 如线粒体) 数目的下降以及细胞核、线粒体和高尔基体 膜的破裂，7 一羟基香豆素( u m b e l l i k r o n e ) 能使黄瓜根细胞的伸长受到抑制，横向扩 展增加。通过透视电镜观察，l i u 等指出，大麦根所释放的生物碱能引起白芥根尖细 胞壁损伤，液泡数量和体积的增大以及细胞器结构的损坏n “。r o m a g n i 等研究发 现，1 ，8 一桉叶素( 1 ，8 c i n e o l e ) 能抑制有丝分裂的整个过程，而1 , 4 一桉叶素( 1 ，4 c i n e o l e ) 只对有丝分裂前期有抑制作用啪，。 ( 三) 影响植物激素的活性 植物激素水平受化感作用的强烈影响。化感物质如氯原酸、咖啡酸、阿魏酸等 阻抑吲哚乙酸的降解，增强吲哚乙酸诱导生长能力；而如香豆酸、香草酸、丁香酸、 对羟基苯甲酸等则刺激吲哚乙酸氧化酶的活性，从而阻止吲哚乙酸、赤霉素等诱导 的幼苗生长。阿魏酸能引起生长素、赤霉素和细胞分裂素量的积累并造成脱落酸 含量的升高。如：黄瓜苗经阿魏酸处理7 h 后脱落酸水平急剧升高倥”这在黄瓜和番 茄的根系分泌物上均得到证实1 2 ”。刘秀芬等指出，阿魏酸能引起生长素、赤霉素和 细胞分裂素含量的积累，并造成脱落酸含量的升高瞳”。 ( 四) 影响光合作用 化感物质通过增加气孔的扩散阻力，导致气孔关闭，减少叶片叶绿素含量，降 低叶片的水势等途径抑制光合作用，降低光合效率。咖啡酸、香豆酸和阿魏酸等使 大豆叶片叶绿素含量显著降低，从而严重阻碍叶片的净光合作用和气孔转导。许多 研究表明，化感物质可引起叶片中叶绿素含量的降低，最终造成植物光合作用的下 降”8 1 “1 。 ( 五) 影响呼吸作用 化感物质对植物线粒体新陈代谢的抑制作用是化感作用重要的机理之一旧3 。前 人研究表明，对羟基苯甲酸能够加速烟草叶片中还原型辅酶i ( n a d h ) 的氧化，而 由烟草叶片所释放的按叶油素( c i n e o l e ) 和二戊烯( d i p e n t e n e ) 可显著降低野燕麦 和黄瓜线粒体悬浮液对氧的吸收，而这种抑制作用是定位在k r e b 循环中琥珀酸向延 胡索酸或延胡索酸向苹果酸转化的过程中。化感物质也可以抑制植物线粒体中a t p 内蒙古农业大学硕士学位论文 5 酶的活性。p e n u e l a s 等指出，肉桂酸等化感物质可降低大豆下胚轴氧的消耗，同时 使电子向其它途径传导( 非细胞色素途径) 幢”。 ( 六) 影响矿质离子和水分的吸收 化感物质对钙、钾、磷和氨基酸等离子的吸收有影响。有关酚酸类物质对离子 吸收的影响已进行了大量的研究田“扫，。结果表明，根系分泌物和酚酸类物质抑制根 系对离子的吸收，而其抑制程度受这些物质的浓度和p h 的影响，p h 值降低，酚酸 类物质对离子吸收的抑制作用增强，并且离子吸收的受抑制程度和根系与这些酚酸 类物质的接触面积呈直线相关担“3 “，在酚酸类物质对植物的抑制作用中，根系与 这些物质的接触比根系对这些物质的吸收更能体现酚酸类物质的抑制活性m 。袁 光林等m ，研究了3 种不同浓度化感物质阿魏酸、苯甲酸、4 对叔丁基苯甲酸对小麦 幼苗吸收氮的影响，结果表明，小麦幼苗对n 0 3 和n h 4 + 吸收随化感物质浓度增大 而逐渐降低。b a r k o s k y 等指出，对植物体内水分平衡的干扰是化感物质的作用机理 之一阻”“。 ( 七) 对酶功能和活性的影响 化感物质对许多酶的数量和活性都有影响。种子萌发所需的关键酶类如磷酸化 酶被氯原酸、咖啡酸和儿茶酚抑制，过氧化物酶、过氧化氢酶、纤维素酶可被单宁 抑制，单宁也能减少淀粉酶和酸性磷酸化酶在胚乳中的合成。细叶亚菊挥发油中的 化学成分使垂穗披碱草幼苗叶片中硝酸还原酶活性急剧下降，直接影响植株对氮的 吸收和利用，。另外用化感物质处理黄瓜幼苗，能够明显增加过氧化物酶和超氧化 物歧化酶( s o d ) 的活性汹，。林群慧等m j 发现，苯丙氨酸解氨酶( p l a ) 和肉桂酸4 一 羟化酶活性的大小与酚类物质的含量密切相关。 ( 八) 影响蛋白质合成，改变核酸的代谢 化感物质通过抑制氨基酸运输及蛋白质的合成来影响植物的生长。 b a z i r a m a k e n g a 等在研究大豆根对磷酸盐和甲硫氮酸吸收时指出，苯甲酸、肉桂酸、 香草酸以及阿魏酸降低了大豆根对3 2 p 和甲硫氨酸的吸收，而香豆酸和对羟基苯甲 酸增加了对3 2 p 和甲硫氨酸的吸收。所有的酚酸类物质都降低了3 2 p 向d n a 和r n a 的整合，除香豆酸和香草酸外，其它酚酸类物质对甲硫氨酸向蛋白质整合起抑制作 用。这表明，酚酸类物质对核酸以及蛋白质合成的影响是其影响植物生长的机制之 一【蚰 o 以上的研究表明，植物化感作用首先是对膜的伤害，通过细胞膜上的靶位点“”， 将化感物质胁迫的信息传送到细胞内，从而对激素、离子吸收等产生影响。而激素、 离子吸收以及水分状况等变化必然引起植物细胞分裂、光合作用等的变化，从而对 植物的生长产生抑制作用( 图1 ) 。 6 冷蒿茎叶浸提液对几种植物种子萌发及幼苗生长的影响 化感 物质 靶位点 离 细胞7 和伸长 植物生长发育抑制 图1植物化感作用机理示意图m 3 f i g 1 s c h e m a t i cm a po fa l l e l o p a t h i cm e c h a n i s no f p l a n t s 1 2 国内外化感作用研究进展 在植物界，几乎所有植物都或多或少含有具化感作用的物质成分，因此对于植 物化感作用的研究也纷繁复杂。至今国内外学者对植物化感作用的研究已有很多。 1 2 1对农作物的化感作用研究进展 1 9 7 6 年，c h o u 和l i n 报道了水稻蒿杆腐烂产生的羟基苯甲酸、苯乙醇酸、香 豆酸、丁香酸、香草酸、阿魏酸、丙炔酸、乙酸，可抑制其幼苗的生长“”。此后， 农作物系统中的化感作用的研究工作全面展开。 c h e e m a 讨论了利用高梁属植物的它感作用对印度西北部的半干旱地区的灌溉 小麦中的杂草进行治理，。其依据是s o r g h u m 既可以杀死现存的杂草，又可以抑制 杂草种子的萌发。 内蒙古农业大学硕士学位论文 7 c h u n g a 和a h n a 通过在实验室、温室以及田间研究了4 4 种水稻对于一种杂草 的它感作用，研究表明不同的水稻对这种杂草的它感程度以及作用方式是不同的m 1 。 g i n s h u n 主要抑制幼苗的生长，而k a m a r w a l a 则是通过阻碍种子的萌发。 h a r io m 和d h i m a n 研究了在水稻- d , 麦轮作系统中作物对于小粒鹃草( p h a l a r 括 m i n o r ) 的它感影响m ，。实验表明，作为绿色肥料的向日葵对于小粒鹃草的生长具有 明显的抑制作用，其作用也是通过抑制种子萌发而发生的，而且作用最强的可达到 抑制3 0 。 o u s s a m ao u e s l a t i 研究了两种小麦的它感作用“”。结果表明，小麦的它感作用与 所采用的提取溶液有关，叶子的它感作用最强，且这种作用体现在降低发芽率上。 j u n g a 和k i m 研究了水稻的提取物对稗草( e c h i n o c h l o ac r u s - g a l l i ) 的它感影响 ，得出不同植株其不同部位的它感强度也不同的结论。但相同的是他们都是通过 控制幼苗的生长这种方式来实现其作用的。 h o n g 研究了十种植物对水稻田中的杂草的影响”，结果表明，所有的物种对杂 草的生长都具有明显的抑制作用，而对水稻的生长和产量都有促进作用。 j a v a i d 等研究了3 种农作物向口葵、高粱和水稻的根茎水浸提液对入侵有害杂 草银胶菊的种子萌发和幼苗生长的影响，结果表明，2 5 ( w v ) 的三种农作物根茎 水浸提液均强烈抑制银胶菊种子萌发和幼根伸长，5 0 和1 0 0 的向日葵和高梁浸 提液明显抑制银胶菊根生物量啪，。 1 2 2 对木本植物的化感作用研究进展 m o h a n 对山杏( p r u n u sa r m e n i a c a ) 进行了化感研究“”，他分别制备了水提取 液和有机提取液，并分离出了一些化合物，2 ，6 一二羟基一4 一甲氧基苯乙酮 ( 2 ，6 d i h y d r o x y 一4 一m e t h o x y a c e t o p h e n o n e ) 、山奈酚( k a e m p f e r 0 1 ) 等，最后得出原花 色素( p r o a n t h o c y a n i d i n s ) 具有较高的抑制作用。 v a n d e r m a s t 利用美国栗子树的树叶对7 种植物进行了它感测定插“，结果表明， 其树叶的浸出物可以抑制与之竞争的灌木和树木的发芽和生长。 i n d e u i t 就美国石南科植物与云杉之间的关系是否存在它感作用进行了研究幅”。 没有找到确凿的证据证明他们之间存在它感作用，但已分离出了一些物质，有待于 进一步的探讨。 s i n g h 和b a t i s h 对银胶菊( p a r t h e n i u mh y s t e r o p h o r u s ) 的它感进行了测定泓1 。 实验是用已燃烧和未燃烧的银胶菊的残留物的水提液对萝卜和鹰嘴豆进行实验，两 种都抑制幼苗的长度和干重。 1 2 3 对草本植物的化感作用研究进展 化感作用在草本植物中的研究应用也很广泛。张宝琛等研究海北高原垂穗披碱 8 冷蒿茎叶浸提液对几种植物种子萌发及幼苗生长的影响 草人工草地自然退化现象时发现，入侵杂草细叶亚菊根泌和地上部挥发的它感物质 明显抑制垂穗披碱草种子萌发和幼苗生长，继而提出生化它感作用是导致自然退化 的重要因素之一m 3 。 于风兰等m ，对油蒿( a r t e m i s i ao r d o s i c a ) 挥发油化感作用及其化学成分的研究结 果表明，挥发油中主要含有1 2 1 一蒎烯、桧烯、1 3 一蒎烯等，其对一年生草本植物苋、 诸葛菜、萝卜种子萌发和幼苗和幼根生长具有不同程度的抑制作用。 o h n o 测试了红色三叶草对野生芥菜的它感影响旧：，实验表明，能够控制其胚根 的生长，其结论为可以利用绿色植物来代替人工合成的除草剂来治理杂草。 李今研究发现，柳叶若( 1 s a c h n eg l o b o s a ) 和疏忽蓼( p o l y g o n u m p r a e t e r mi s s u m ) 挥发物对长喙毛茛泽泻种子萌发有明显的抑制作用b ”。 金海洙协”的研究发现，猪毛蒿( a r t i m i s i as c o p a r i a ) 挥发出某些萜烯类化合物抑 制车前草种子的萌发。 何衍彪研究表明，飞机草( c h r o m o l a e n ao d o r a t u m ) 乙醇提取物抑制菜心、小 白菜种子的萌发旧，。 c h o n 研究了紫花苜蓿的叶子浸提物对其自身以及杂草的它感影响“，实验表 明，随着浓度的增加，叶水提液明显减小受试杂草根的长度，对其自身也存在着自 毒现象。 陈贤兴对豚草( a m b r o s i aa r t e m 括i i f o l i a ) 化感作用的研究结果表明，其茎叶水 提液显著抑制番茄、甜瓜的种子萌发哺”。 邵华的研究发现，微甘菊( m i k a r i am i c r a n t h a ) 乙酸乙酯提取物和水提物可显 著抑制黑麦草、白三叶的种子萌发”。 朴顺姬等l h ，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，结果表 明，在有生物碱类物质存在时，与对照相比较，羊草不定根的形成个数和从髓射线 部位形成的突起物个数随浓度升高存在一个先增加后降低的趋势，不定芽受到的影 响不大。 慕小倩等m ，研究表明，黄花蒿水浸提液对小麦幼苗生长有明显的抑制作用，且 抑制强度随浸提液浓度的升高而加强，其对小麦根的抑制作用比对叶的抑制作用强。 刘金平等m ，的研究表明，扁穗牛鞭草根、茎、叶浸出液对紫云英、紫花苜蓿种 子萌发都有一定的化感作用，使发芽率有不同程度的降低，不同器官的浸出液作用 不同，同一器官不同浓度的作用不同，同一器官同一浓度对不同豆科牧草种子的作 用也不同，扁穗牛鞭草对豆科牧草种苗的生长、发育有化感作用，但不同处理表现 出促进与抑制两种作用，同一处理在不同豆科上的作用也不一致。 李志华研究红三叶茎叶浸提液的化感作用哺”，结果表明，不同浓度红三叶处理 使黑麦草、白三叶、紫花苜蓿和萝卜的根伸长生长受到明显抑制，黑麦草的根干重以 及高羊茅的种子发芽率明显降低。 内蒙古农业大学硕士学位论文 9 马瑞君对高寒草场优势杂草黄帚橐吾水浸提液的化感作用进行了研究耵，结果 表明，其根部化感效应强于叶片，牧草种子萌发期的敏感性强于幼苗期。 杨利青对冷蒿挥发油化学成分的研究已有报道”。 r e g i n a 研究了银胶菊在自然界中能够旺盛生长，影响邻近植物生长的现象，发 现其具有强烈的化感作用，并分离出其化感主要物质为银胶菊素( p a r t h e n i n ) ，且其 化感作用强度与其叶浸出物浓度，即叶片及凋落物在土壤表面积累程度有关n 帕。 孔垂华研究了三裂叶豚草( a m b r o s i at r i f i d a ) 对小麦的化感作用，。结果表明， 三裂叶豚草生长或留有其残余物的土壤使小麦生长受到严重的抑制，并从有毒的土 壤中分离出了其化感物质r n ，。 税军峰等”幻针对白三叶( t r i f o l i u mr e p e n s ) 与黑麦草( l o t i u m p e r e n n e ) 、弯叶画 眉草( e r a g r o s t i sc u r v u l a ) 混播时导致后2 种植物数量减少甚至消失的现象，通过白 三叶的根部、地上部和植株水提液对黑麦草和弯叶画眉草种子进行发芽实验，以及 白三叶与黑麦草、白三叶与弯叶画眉草种子混播进行实验，研究表明白三叶的水提 取液在原液以及稀释2 0 倍时对受体植物的胚根和胚芽的生长均产生明显的抑制作 用，而在1 0 0 倍稀释液时表现出一定的促进作用。 1 3 对冷蒿的研究状况 1 3 1冷蒿的形态学特征 二 小灌木，高l o - - 5 0 c m 。主根细长或较短，侧根多；根状茎粗短或稍细，有多数 营养枝。茎少数或多条常与营养枝形成疏松或密集的株丛，基部多少木质化，上部 分枝或不分枝；茎，枝，叶及总苞片密被灰白色或淡灰黄色绢毛，后茎上毛稍脱落。 茎下部叶与营养枝叶矩圆形或倒卵状矩圆形，长，宽1 0 - 1 5 m m ，而至三回羽状全 裂，侧裂片2 - 4 对，小裂片条状披针形或条状，叶柄长5 - 2 0 m m ；中部叶矩圆形 或倒卵状矩圆形，长，宽5 - 7 m m ，一至二回羽状全裂，侧裂片3 - 4 对，小裂片披 针形或条状披针形，长2 - 3 m m ，宽0 5 1 5 m m ，先端尖锐，基部的裂片半抱茎， 并成假托叶状，无柄；上部叶余苞叶羽状全裂或3 - 5 全裂，裂片披针形或条状披针 形。头状花序半球形，球形或卵球形，直径( 2 ) 2 5 3 ( 4 ) m m ，具短柄，下垂， 在茎上排列成总装或狭窄的总状花序式的圆锥状；总苞片3 4 层，外，中层的卵形 或长卵形，背部有绿色中肋，边缘膜质，内层的长卵形或椭圆形，背部近无毛，膜 质；边缘雌花8 1 3 枚；花冠狭管状，中央两性花2 0 - 3 0 枚，花冠管状。花序托有 白色托毛。瘦果矩圆形或椭圆状卵形。花果期8 l o 月。2 n = 1 8 1 7 3 1 。 1 3 2 冷蒿的生物学特性 冷蒿( a r t e m i s i a f r i g i d aw i l l d ) 是菊科蒿属( a r t e m i s i al ) 的多年生草本植物。 广布于草原带或荒漠草原带，沿山地也进入森林草原和荒漠带中，多生长在沙质， 10 冷蒿茎叶浸提液对几种植物种子萌发及幼苗生长的影响 沙砾质或沙砾质土壤上，是草原小半灌木群落的主要建群植物，也是其他草原群落 的伴生植物或亚优势植物。分布于我国东北，华北，西北各省区及西藏；蒙古，土 耳其，伊朗，西伯利亚，中亚，欧洲，北美也有。耐啃食。耐践踏，返青早，凋落晚，夏 季生殖枝释放出大量的芳香气味m 1 。春季返青早，生长快。在内蒙古一般3 月中旬 至4 月即开始生长，8 月中旬开花，9 月初结实，1 0 月初成熟。根系发达，在草场 正常利用的条件下，主根可伸入1 0 0 c m 的