（生态学专业论文）外来杂草对本地植物丛枝菌根的化感作用.pdf

致谢 本研究及学位论文是在我的导师陈欣教授的亲切关怀和悉心指 导下完成的。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作 作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，陈 老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。两年来，陈教授不仅在 学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关 怀，在此谨向陈老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意 在此，我还要感谢在一起愉快的渡过研究生生活的课题组全体成 员，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑， 直至本文的顺利完成。衷心地感谢浙江省生态学会常务理事兼秘书 长、浙江大学生物科学系副主任、浙江大学农业生态与工程研究所唐 建军老师的悉心指导；感谢己毕业的师姐蒋琪清、梅林笑、王寒曾经 给予我的帮助和关怀；感谢实验室的师兄杨如意，感谢搭档韩豪华、 谢坚，师妹张姗姗，师弟张倩平时给予我的各种建议和帮助；感谢生 态所金芝英老师在生活和学习上的帮助和支持 感谢中国水稻研究所杂草研究专家余柳青研究员在试验研究过 程中的指导和帮助；感谢浙江大学农业生态与工程研究所王根轩教 授、杨京平教授、严力蛟博士，卢剑波博士等老师在求学过程中给予 的指导和帮助。 感谢生态所博士生邱木清、沈竹夏，硕士生傅智慧，马维娜、朱 磊、甘毅。钱陈、徐伟等同学，本科实习生姚雷钧、郭婷、谷雨等。 感谢同学们在生活和学习上给予的关心和帮助，感谢他们使我度过了 丰富充实的研究生生涯。 特别感谢我含辛茹苦的父母，谢谢你们给我不断的精神鼓励和经 济支持，谢谢我的哥哥姐姐，谢谢你们对我从未停止的理解和关心! 最后，衷心感谢在百忙之中抽出时间审阅本论文的专家和教授! 杨贤燕 2 0 0 7 年5 月于杭州紫金港 外来杂草对本地植物丛枝茵根的化感作用 a l l e l o p a t h i ce f f e c t so fi n v a s i v ew e e d s o na r b u s c u l a rm y c o r r h i z a eo f n a t i v ep l a n t s 研究生：杨贤燕 导师：陈欣( 教授) ( 浙江大学农业生态与工程研究所，杭州3 1 0 0 5 8 ) 摘要 外来杂草在全球范围内造成了严重的生态后果和经济损失，研究报道化感作 用是其成功入侵的重要“武器”之一丛技菌根( a r b u s c u l a r m y c o r r h i z a e ，a m ) 是 丛枝菌根真菌与植物根系形成的共生体，地球上8 0 以上的陆地植物都能形成菌 根，菌根的形成能有效的增强植物对营养物质的吸收以及植物的抗逆性等外来 杂草可能会通过分泌化感物质直接或间接影响丛枝苗根共生体的形成，进而潜在 地改变植物之间的相互关系本研究通过人工受控试验，以加拿大一枝黄花和空 心莲子草为研究对象，研究了它们根状茎浸提物以及与本地种共存时对本地植物 生长及其丛枝菌根共生体的化感效应，主要取得以下研究结果： l 外来杂草根状茎浸提物对入侵地植物及其丛枝茵根的化感作用 在稗草和胜红蓟单作的情况下，1 1 6 0 的加拿大一技黄花根状茎浸提物显著抑 制了胜红蓟的生长、a m f 的侵染及产孢量；1 3 0 低浓度空心莲子草的根状茎浸 提物对三者都没有明显的效果 2 本地植物及其a m f 真菌对加拿大一枝黄花根状茎浸提物不同组 分的响应 1 6 0 根状茎浸提液的5 个分离组分对胜红蓟整个萌发过程都起了抑制作用。 在对幼苗生长的影响上，石油醚相和正丁醇相抑制了胜红蓟幼根的生长，而水相 对胜红蓟幼芽有促进作用，其他无明显作用效果。 加拿大一枝黄花根状茎浸提物的5 种溶剂萃取组分中，除了水相对胜红蓟地 下部分生物量无显著影响外，其他组分均降低了其地下部分生物量而对于地上 部分，水相促进了生物量的增加，乙酸乙酯相和正丁醇相起了抑制作用。从整个 植株生物量来看，乙酸乙酯和正丁醇莘取的组分起了显著的抑制作用，水相促进 了生物量的增加，其他组分则无明显作用效果 5 种溶剂萃取组分均显著地抑制了胜红蓟a m f 的侵染，5 个组分的作用强 度依次为水相 石油醚相 - - 氯甲烷，正丁醇 乙酸乙酯 3 原位观测入侵杂草对本地植物及其丛枝茵根真菌的影响 将加拿大一枝黄花和空心莲子草根状茎涉培四个月后，移去地上部分并播入 本地植物西红柿，稗草和红三叶的种子，结果发现两者的根系分泌物都显著抑制 了本地植物种子的萌发及生长，同时加拿大一枝黄花根系分泌物还能抑制本地植 物丛枝菌根的形成和a m f 孢子的形成，而空心莲子草的根系分泌物对本地植物 丛枝菌根的形成则有促进作用，对a m f 孢子的形成也有促进的趋势 4 外来杂草与本地种共存时对本地植物及其丛枝茵根真菌的影响 在外来杂草和本地种单种，混种两种栽培方法三种处理下通过加入活性碳和 不加入活性碳的方法研究外来杂草对入侵地植物生长、a m f 侵染及其a m f 的孢 子生成影响 结果表明，在与加拿大一枝黄花混种的情况下，加入活性碳吸附掉土壤里的 化学物质以后，胜红蓟生物量明显增大，a m f 侵染率也显著上升。单种情况下， 加入活性碳对彼此植物生长没有明显影响，但是a m f 侵染率明显下降 在与空心莲子草混种时，加入活性碳对红三叶的生长没有作用；菌根侵染率 及a m f 孢子量的交亿也不显著 关键词：加拿大枝黄花；空心莲子草；化感作用：丛枝茵根真茵；浸提液；原位测定；共存 a i l e l o p a t h i ce f f e c t so fi n v a s i v ew e e d s o na r b u s c u l a r m y c o r r h i z a eo f n a t i v ep l a n t s g r a d u a t e ：y a n gx i a n y a n s u p e r v i s o r - c h e nx i n 。p r o f e s s o r ，p h d ( 1 u s 矗t u t e 矿4 妒砌嬲一e 嘎争脚嘲工驴j 盔辫肼耐z 6 咖嘤u n i v e r s i 拂, h 吧卿妇3 1 0 0 5 8 , c l i u a ) a b s t r a c t t h er o l eo fa u e l o p a t b yi nt h ei n v a s i o no fe x o t i cw e e dh a sb e e nc o n c e r n e df c c a l t kt h ei n v a s i o no f s o 矗如学谢ia n da l t e m a n t h e r a p h x e r o i d e s , t h em o s ti n v a s i v ew e e d si ns o u t hc h i n a ，w e r et h o u g h t d u et ot h e i rq u i c kg r o w t ha n dp o p u l a t i o nd e v e l o p m e n th o w e v e r , i no u gp r e l i m i n a r yo 币“i l n e i l tw e f o u n d t h a t 工f a n a d e n m a n d a p b i l a x e r o i d e s i n h i b i t e dn a t i v e p l a n t s m o n g l y t h c x e f o r e , w e h y p o t h e s i z e d t h a t 工鲫懈拗a n d a p b 0 x e r o d e tm a yd e a 鸵a l l e l o c h e m l c a l si n t od l es u r f o u o d i o ge n v i r o n m e m i n h i b i to t h e rs p e e i e s - s e v e r a le x p e a u u e n t smc o n d u c t e dt oi n v e s t i g a t et h ep o t e n t i a l 衄f l i | c co f 工 c a n a d e n s sa n da 娩m n 妇o l ls e e dg e m f i n a t i o n , s 口d l i n gg r o w t ha n da r b u s c u l a xm y c o r r h i z ao f n a t i v ep l a n mm a i nr e s u l t so b t a i n e df r o mt h e s ee x p e r i n a e n t s 砒4 sf o l l o w s 1 a l l e l o p a t h i ce f f e c t so fr h i z o m e e x t r a c to nn a t i v ep l a n t sa n dt h e i ra r b u m c u l a gm y c o r t h i z a e b i o m a s s , a m fc o l o n i z a d o na n da m fs p o r en t m a b e o fa g e r a t u ma n f f z o i d e sd e c r e a s e ds i 日芦a n t l yi n t h e t r e a t m e n tw i d lr h i z o m ee x t r a c t s o f s o h 沈g o6 a n a d e m i s b u te x t r a c t s f r o mr h i z o m e o f a p h i k m r o i d e s d i d o ti m p a c to nb i o m a s sa n dm y c o r r h i z a eo f 以w n y z 0 d e s zr e s p o n s e so fp b m ts p e d e sa n dt h e i ra m ft ot h ef i v ef 口r a c t i o n si s o l a t e df r o md t i z o m e e x t r a c t a l li s o l a t e df r a c t i o n sf r o me x t r a c t so fs o m a 9 0c a n a d m s si n h i b i t e dt h eg e r m i n a t i o no f 丘m 9 融i n l o wc o n c e n t r a t i o n f r a c t i o n sp e u o l e u me t h e ra n dn o r m a lb u t a n o ls u p p r e s s e dt h er o o tg r o w t ho fa v o n y 挈d e s , b u ta q u e o u s f r a c t i o ns t i m u l a t e dt h es h o o tg r o w t ho fa 9 如出i ，a n do t h e rf r a c t t o m e x h i b i t e dn os i g n i f i c a n te f f e c t r a i l t h ef r a c t i o n sd e c l i n e db e l o w g f o u n db i o m a s so fa t o n y 挈h e se x c e p t 叩f f a c t i o mt h e a b o v e g r o u n db i o m a s so f 以嗍彤砌w a se n h a n c e db ya q u e o u sf r a c t i o nb u tw a si n h i b i t e db ye 山y l a c e t o n ea n dn o r m a lb u t a n o lf r a c t i o n s e t h y la c e t o n ea n d n o r m a lb u t a n o lf r a c t i o nr e d u c e dt h e b i o m a s so f 以嗍即娩rs i g l l i f h n 晦b u ta q u e o u sf r a c t i o ne n h a n c e dt h eb i o m a s sa n do t h e rf r a c t i o n s h a d1 1 0s i g n i f i c a n te f f e c ta l lt h ef i v ef i a c t i o n si n h i b i t e d t h ea m fc o l o n i z a t i o no fa 。秽泓 f o l l o w i n gt h eo r d e ra q u e o u sp h a s e p e t r o l e u me t h e rp h a s e d i c h l o r o m e t h a n ea a dn o r m a lb u t a n o l c t b v la c t o o ep h a s e 3 i n - s i r e a l l e l o p a t h i ce f f e c t o fe x o t i c w e e d s n a t i v e p l a n t sa n d t h e i r a m f s c a n a d e m i sa n da p b i l a x o i d e s e * c u l t i v a t e df o rf o u rm o o t h s t h ea b o v e g f o t m dw a s1 7 e l n o v e da n d n a t i v ep l a n t s 陀北g r o w n t h er e * u l ts h o wt h a tn a t i v es e e dg e r m i n a t i o na n db i o m a s sw 嗽r e d u c e d t h ea m yc o l o n i z a t i o na n ds p o r en u m b e ro fn a t i v ep l a n t s c t ei n h i b i t e du n d e rs c a n a d e n s b , b u t e n h a n c e du n d e r 4 p h i k x m i d e s 4 n a t i v ep l a n t sa n dt h e i ra r b u s e u l a rm y e o r r h i z au n d e rs p e c i e sc o e x i s t e n c e b i o m a s sa n da m fc o l o n i z a t i o no fa c o 砂z o i d e sd e c r e a s e di nt h em i x t i h ew i 西工c a n a d e n s i sw i t h o u t a c t i v a t e dc a t h o n h o w e v e r , i nt h et r e a t m e n t sw i t ha c t i v a t e dc a r b o nb i n m a s sa n da m fc o l o n i z a t i o no f a c o n ) 即d e si n c r e a s e di nt h el n i x t u t ew i t h 工c a n a d e n s i s n os i g n 擅c a t he f f e c t so fap t n t o x e r o i d e s f o u n di nt h ei t u x t l l f e “p c i i l m m k e yw o r d s ：s o h 缸 c a n a d e n x # ，a t t e m a n t h e r a p h i l a x e r o i d e s a l l d o p a t h i ce f f e c t s , a r b u s c u l a tm y c o r r h i z a l 如i l g i ( a m 砷。r h t z o m ee x t r a c t , i us i t ut e s t ，c o e x t s t e n c c 3 l 刖舌 1 1 问题的提出 生物入侵是全球变化的重要部分( v d ：o u s e ke ta 1 ，1 9 9 7 ：m o o n e y 和h o b b s , 2 0 0 0 ) ， 已在区域和全球尺度上造成了严重的生态后果( m a c k 和d ，a n t o n b ，1 9 9 8 ：c h d s t i a n ，2 0 0 1 ； e h r e n f e l de t a l ，2 0 0 1 ：l y o n s 和s c h w a r t z ，2 0 0 1 ；e h r e n f e l d ，2 0 0 3 ) 和经济损失( w i l c o v e e ta 1 ，1 9 9 8 ：p i m e n t e le ta 1 ，2 0 0 0 ；p i m e n 吲e ta 1 ，2 0 0 0 ) 。我国外来杂草已达2 3 科共1 0 8 种，其中近l o 种已成为入侵种( 强胜和曹子章，2 0 0 0 ) 。这些外来杂草的入侵对农 林和自然生态系统造成了极大的危害( 万方浩等，2 0 0 2 ) 。每年外来入侵植物引起的农业 损失就达到近9 亿元。因此，研究外来杂草的入侵机理，对于控制外来杂草的入侵和蔓延有 重要意义。 在外来杂草的入侵机制的研究中，化感作用被越来越多的人所关注( 王朋等，2 0 0 4 ) 。 植物的化感作用( a l l e l o p a t h y ) 即植物可以合成和释放化学物质而与生态系统中的有机体 及环境发生相互作用，对邻近植物或动物及微生物产生一定的影响。目前很多学者报道大多 数的外来入侵植物都具有化感作用。豚草( a m b r o s 白s p p a r i e m i s s i f o l i a ) 在自然条件下通过 挥发、茎叶雨水淋溶和根分泌的化学物质对邻近和伴生植物具有显著的化感作用( 王大力等， 1 9 9 6 b ；王大力，1 9 9 5 ) 。来自欧洲的大型沉水植物穗花狐尾藻( m y r i o p h y l l u m s p i c a t u m ) 通过分泌多酚类物质抑制本土浮游藻类，以获得充分的光照，最终形成大片单优群落。在它 的入侵过程中化感作用是其在美国和加拿大“横行”可或缺的强大武器之一( g r o s se ta i ， 1 9 9 6 ) c a l l a w a y 等在对北美入侵种扩散矢车菊( c e n t a u r e a d i f f u s a o 化感作用系统研究后提出 了。新武器假说”( n o v dw e a p o nh y p o t h e s i s ) ( c a l l a w a y 和a s c h e h o u g ，2 0 0 0 ) ，假说认 为外来植物的化感作用是其成功入侵的重要原因之一。 丛枝菌根真菌( a r b u s c u l a rm y o o r r h i z a lf u n g i ，a m f ) 是一种普遍存在的内共生真菌， 它能够与8 0 以上的陆生植物形成共生体( s m i t h 和r e a d ，1 9 9 7 ) ，目前发现只有少量植物 如莎草科、十字花科、灯心草科、藜科、石竹科等近2 0 个科的植物不能或不易形成丛枝菌 根( 刘润进和李晓林，2 0 0 0 ) 丛枝菌根真菌( a m f ) 是土壤微生物区系中生物量最大、最重 要的成员之一( 金粱和赵洪，2 0 0 4 ) ，它能有效的提高植物对氮、磷等营养元素的吸收( 弓明 钦等，2 0 0 1 ) ，增强植物对干旱、水涝、重金属、病原菌等的抗逆性，同时还能增强幼苗成 活率( 戴玉明，2 0 0 0 ) 。菌根真菌能够调节相邻植株之问资源的分配( v a nd e rh e i j d e ne l ：a l ， 2 0 0 3 ) ，进而调节植物的竞争。菌根真菌的多样性决定着植物的多样性，进而影响着群落结 构和生态系统的稳定性( s m i t he ta l ，1 9 9 9 ；o c o n n o re ta l ，2 0 0 2 ) 。 目前有关化感作用的研究中，大部分关注的是其对植物及其群落的影响，对菌根的影响 的相关研究国内外报道相对较少。本论文以加拿大一枝黄花( s o l i d a g e c a n a d e n s i s ) 和空心 4 莲子草( a l t e m a n t h e r ap h i l o x e r o i d e s ) 这两种国内比较典型的外来杂草作为研究对象， 初步地究它们对本地植物以及菌根的化感作用，这对于进一步了解外来杂草入侵机理，有效 地预测、预防和管理入侵种都有着非常重要的意义 1 2 国内外研究进展 1 2 1 生物入侵的理论假说 生物入侵是一个复杂的过程( 吴锦容和彭少麟，2 0 0 5 ) ，关于外来物种如何成功入侵， 目前已经提出了多种理论假说。 1 z l - 1 与外来植物自身生物学特征相关的入侵理论 很多研究发现入侵植物的成功入侵与其特有的生物学特征有着密切的联系，它们通常具 有很强的繁殖能力，能产生大量的后代( d a e h l e r ，1 9 9 8 ：m e y e r ，1 9 9 8 ) 既能进行有性繁 殖又能进行无性繁殖( 徐正浩和王一平，2 0 d 4 王朋等2 0 0 4 ) ；具有较宽的生态幅，耐荫 ( d w y 日钟乱，2 0 0 0 ) ，耐贫瘠( 彭少麟，1 9 9 5 ) 或占据土著种不能利用的生态位( e l t o n 酣毹2 0 0 3 ) 。著名的”b a b e r 特征”中就曾提出了入侵种的1 2 条生活史特征，比如许多环 境中其发芽条件都能得到满足从种子发育到性成熟的时间短，对环境异质性有较强的耐受 力等( b a b e - 。1 9 7 4 ) 。 1 2 1 2 与外来植物和被入侵群落相关的入侵理论假说 。多样性阻抗假说”( d n e r s 耐r e s i s t a n c eh y p o l h e s i s , d r h ) 即群落的物种多样性程度越 低就越容易遭至0 外来种入侵( e l t o n e t a l ，2 0 0 3 ) 。比如生物结构简单小海岛以及农田生态系 统易受入侵，热带雨林几乎无入侵生物爆发 。天敌逃避假说”( e n e m yr e l e a s eh y p o t h e s i s , e r h ) m a r o n 和v 艏( 2 0 0 2 ) 认为一个植 物物种被引入到新的环境中后，由于其植食者和其他天敌缺乏，会导致它在数量上的增长、 在空间上的扩张。 。空生态位假说”( e m p t yn i c hh y p o t h e s i s , e n h ) 一个能提供空余的生态位的生态系统往 往能被外来入侵种利用，比如受到人为因素干扰的生态系统( 如森林、草场、重要的港口、 口岸雕近、铁路及公路两侧( s c h m i t z 和s i m b e r i o 何1 9 9 7 ；丁建清和解焱，1 9 9 6 ) 、岛屿生态 系统、长期隔离的生态系统等具有较多“生态空位，的生态系统都易被入侵( 刘苏和王祥 荣，2 0 0 2 ) 此外还有干扰假说”( d i s t u r b a n c eb e f o r eo ru p o ni m m i g m n a o nh y p o t h e s i s ) ( 徐承远 等，2 0 0 1 ) ，。资源机遇假说”( r e s o u r c eo p p o r t u n i t yh y p o t h e s i s , r o h ) ( 徐汝梅和叶万辉， 2 0 0 3 ) ，生态位机遇假说”( n i c h eo p p o r t u n i t yh y p o t h e s i s ) ( s h e a 和c h e s s o n ，2 0 0 2 ) 等， 这些成果对外来植物入侵机制的阐明都有着重要的意义，但是每种理论假说都有其应用的局 限性，很难用某一种假说来解释所有的入侵现象。因此有必要从不同方面对其入侵机制进 行研究。 1 2 1 3 新武器假说( n o v e lw e a p o nh y p o t h e s i s ) ；植物的化感作用 5 大量的研究发现外来入侵植物在和新生境植物种问相互作用中能够释放特定的化学物 质去影响当地植物以及微生物的生长和分布，即所谓的化感作用( a l l e l o p a t h y ) ( r i c e ，1 9 8 4 ) 外来入侵植物的化感作用可以通过抑制种子萌发和植株生长来排挤本土植物，形成单优种构 成的群落，针对这种现象，学者们提出”新武器假说( n o v e 4 w e b p o n h y p o t h e s i s ) ”( b a i se t a i ， 2 0 0 3 ) ，从种间化学关系的角度来解释外来植物入侵。 c a l l a w a y 等以原产欧亚大陆后传入北美的入侵杂草扩散矢车菊( c e n t a u r e ad i f u s a ) 为 研究对象，做了大量关于n w 假说的基础性研究工作，他们认为化感作用在植物入侵过程 中充当了调节入侵她植物，微生物的相互作用关系、改变原有的群落结构的重要角色。 c a l l a w a y 等2 0 0 0 年1 0 月在( s c i e n c e 上的文章报道cd i f f u s a 在北美通过根部分泌 物抑制入侵地伴生植物的生长，从而达到排挤当地植物种的目的。进一步研究还证实c d i f f u s a 之所以在原产地亚欧大陆不能蔓延成灾是因为原产地与其伴生的彪l a e r a s e n i i 根分泌 的化惑物质抑制了cd i f f u s a 根系对磷元素的吸收，导致其生长受到抑制( c a l l a w a y 和 a s c h e h o u g ，2 0 0 0 ：c a l l a w a ye l ：a 1 ，1 9 9 9 ) 。 v m a n c o 等( 2 0 0 4 ) 从群落水平进一步支持了n w 假说。他们分离鉴定出扩散矢车菊 种起主要化感作用的物质为8 一羟基喹啉( 8 一h y d r o x y q u i n o l i n e ) ，试验结果表明该物质在 北美矢车菊群落土壤中的含量是欧亚土壤的3 倍。而北美当地植物种群对这种物质又非常的 敏感，把它的溶液加入当地种根际土壤后引起本地种9 0 0 0 的死亡他们接下来用分别来自 北美和欧亚的植物和土壤构建试验群落比较当地种与原产地植物对扩散矢车菊的抵抗力时 同样也发现前者的抵抗力显著小于后者。 r i d e n o w r 和c a l l a w a y ( 2 0 0 1 ) 在对北美入侵杂草c 苫觎n ，b ，m a o j c 娜新生境植物 尼咄 留i d a h o e n s i s 的种问作用关系研究中发现，入侵杂草cm a c u l o s a 和新生境植物f d a h o e n s i s 两者虽都具有较强的竞争能力，但c m a c u l o s a 还可以从根部分泌化感物质，其利 用竞争和化感作用特征最终排挤了新生境的f i d a h o e n s i s 若在两种植物混合群落的土壤中。 用活性炭减少c m a c u l o s a 根分泌的化感物质，则其入侵能力也降低。这表明化感作用在 c m a c u l o s a x 侵过程中起主导作用。 目前大多数能够入侵的外来植物都被证明具有化感作用，很多外来入侵植物都可以释放 具有化感作用的物质，如三裂叶豚草( a m b r o s i ab i f i d a ) 可分泌a 一蒎烯、争蒎烯、4 - 萜品酵 等( 王大力等，1 9 9 6 a ) ；豚草( 月a r t e m i s s i f o l i a ) 可释放酚酸类、聚乙炔、倍半萜内酯及淄 醇( 王大力等，1 9 9 6 b ) ；从蟛蜞菊( w e d i l i a c h i n e n s i s ) 中分离到的倍半萜内酯也有很强的化 感作用( 曾任森等，1 9 9 6 ) ；薇甘菊( m i k a n i a i c r a n t h a ) 也可以分泌化感物质影响其它植物 的生长( 张茂新等，2 0 0 2 ) 入侵我国的其它一些外来杂草如空心莲子草、紫茎泽兰、飞机草、加拿大一枝黄花、互 花米草、风眼莲等等都被报道具有化感作用。 6 1 - 2 2 外来植物对本地植物的化感作用 1 z z l 化感物质对植物生长的影响 p a n d y a 等早在1 9 7 5 年就发现外来植物c e l o s i aa r g e n t a 的浸提物对高粱( s o r g h u m g e f m p a s m ) 种子萌发、幼苗的生长具有显著的抑制作用：l g g g 年我国的王大力等在对入侵 杂草豚草的化感作用研究中发现豚草根部提取液对供试作物种子萌发和幼苗生长也具有相 似的作用。 梅玲笑等( 2 0 0 5 ) 发现外来杂草加拿大一枝黄花( s o l i d a g e c a n a d e n s i s ) 根状茎提取液对 本地植物白三叶( t n f o l i u m r e p e n s ) 等的萌发以及生长都有显著的抑制作用，而且随着化感 液浓度的升高抑制效果更显著方芳等( 2 0 0 5 ) 在对不同浓度的一年蓬( e n g e r o n a n n u u $ ) 植株地上部分水浸提液对作物种子萌发及幼苗生长的研究中也得到了类似的结果，此外，她 还发现其化感液在对番茄( l y c o p e n s c u m e s c u l e t u m ) 、长梗白菜( b r a s s i c a c h i n e n s i s v a r c o m m u n i s ) 苗高的影响上表现出“高抑低促，的现象。 紫茎泽兰根部会分泌次生代谢物抑制个体周围生长的其他植物的生长发育，能明显降低 白三叶( t r i f o l i u m r e p e n s ) 和酸模( r u m e x n e p a l e n s i s ) 的种群数量( t m 旧t h ie t a l ，1 9 8 1 ) 豚草在自然条件下通过挥发、茎叶雨水淋溶和根分泌的化学物质显著抑制邻近以及伴生 的植物的生长( 王大力和祝心如，1 9 9 6 b ) ；马缨丹自身能合成大量的次生物质，植株具有 臭味，特有的化学物质使其在与原产地生物的竞争中取得优势( r e j m a n e k 和r i d l a r d s o n ， 1 9 9 6 ) ；胜红蓟侵入农林系统后可以释放多种化感物质抑制其它植物种子的萌发和生长发 育( 孔垂华等，2 0 0 0 ) ；水葫芦也具有很强的化感作用，它能向水体分泌n 一苯胺萘胺等 化感物质抑制其它水生植物和藻类生长( 孙文浩等，1 9 9 3 ) 。 1 2 2 2 化感物质对植物群落结构的影响 很多入侵植物可以通过化感作用影响本地植物群落演替、群落结构和动态，从而排挤其 它植物，形成单优势种群，成功实现入侵。 豚草属的豚草、三裂叶豚草和毛果破布草根际分泌物和腐落物对周围其他植物的生长有 很强的化感抑制作用，所以能在与本土植物竞争中取得优势，迅速成为次生演替第一阶段的 优势植物并且能保持到以后几个阶段( n e l l 和r i ，1 9 7 1 ) 。 马缨丹通过其化感物质对本地树种的抑制，干扰入侵地森林群落，从而使其长时问的在 林缘群落中保持优势地位，并且影响被入侵群落交错带的动态( g e n u e 和d u g g i ，1 9 9 7 ) 于兴军等( 2 0 0 5 ) 的调查发现公路边和落叶阔叶林的紫金泽兰生长旺盛，单位面积上 的紫金泽兰化感物质量、种群化感作用力显著高于常绿阔叶林，从而加速了公路边和落叶阔 叶林生境的本地植物群落的衰退。 1 _ 2 3 外来植物对本地土壤微生物的化感作用 1 2 3 1 对土壤微生物及其多样性的影响 s a g g a r 等( 1 9 9 9 ) 发现在新西兰普遍蔓延的外来植物绿毛山柳菊( h i e r a c i u mp i l o s e l l a ) 群 7 落土壤中微生物的生物量较土著植物群落土壤中微生物生物量相比显著增加。d u d a 等( 2 0 0 3 ) 亦发现入侵美国西部的盐生草( h a l o g e t o ng l o m e r a t u s ) 的土壤细菌功能多样性显著高于土著 植物。 k o u r t e v 等( 2 0 0 2 ) 比较了入侵美国新泽西州的外来植物日本小檗( b e r b e r i s t h u n b e r g i l 、 柔枝莠竹( m i c r o s t e g i u mv i m i n e u m ) 与著越橘属植物( v a c c m n i u ms p p ) 的根际土 ( r h i z o s p h e r es 0 i ) 与非根际土( b u l k s o i l ) 中微生物群落的结构与功能，结果发现外来植物与土 著种根际土和非根际土微生物群落的结构与功能之间差异显著。 于兴军等( 2 0 0 5 ) 用b i o l o ge c o p l a t e 方法检测到紫茎泽兰重度入侵地与轻度入侵m - i - 壤细菌群落结构存在明显的差异，紫茎泽兰水浸提液处理的轻度入侵地土壤在细菌功能群结 构上与原土壤存在较大差异，而与重度入侵地土壤具有很高的相似性。 b a i s 等( 2 0 0 3 ) 发现，斑点矢车菊根部分泌的内消旋几茶酚对根部的病源菌具有抗菌活 性，能够促进斑点矢车菊的入侵。 孔垂华等( 2 0 0 1 ) 研究发现胜红蓟挥发油的主要成分胜红蓟素及其衍生物，半萜和倍 半萜类化合物对植物致病真菌的抑制活性非常显著，2 0 0 2 年胡飞等的研究又发现胜红蓟产 生并释放到土壤中的黄桐类物质对疮痂病菌、炭疽病菌、白粉病菌和烟煤病菌等柑桔园主要 病原真菌具有抑制活性。凌冰等( 2 0 0 3 ) 的研究发现飞机草挥发油对水稻稻温病菌、长春 花疫病菌香蕉枯萎病菌都有明显的抑制作用。 1 2 3 2 对菌根真菌及其多样性的影响 刘建福等( 2 0 0 5 ) 研究发现，澳洲坚果( m a c a d a m x a i n t e g d f o l i a ) 根系甲酵溶提物对离 体条件下a m 真菌孢子生长发育有明显的促进作用，能显著提高孢子萌发率，增加菌丝生长 长度。而且，其促进作用的强弱与甲醇溶提物的浓度有关，在一定浓度范围内，甲酵溶提物 浓度越高，a h 真菌的孢子萌发率越高，菌丝生长越强。 董昌金等( 2 0 0 4 ) 还发现，人工施用适量的类黄酮，不仅能提高a m 真菌对紫云英根段 的侵染。而且被侵染的根段中a m 真菌丛枝和泡囊特别丰富，泡囊数明显增多。林捷和曾任 森( 2 0 0 3 ) 的实验结果表明宿主植物尾叶桉( e u c a 哆, p t u s u r o p h y l l a ) 和湿地松( p i n u s e l l i o t u l 的水、乙醇和丙酮提取液在适宜的浓度下均对彩色豆马勃( p i s o l i t h u st i n c 自o d u s ) 的菌丝生长 有促进作用。 s t i n s o n 和k l i r o n o m o s ( 2 0 0 5 ) 在对入侵北美森林的外来植物g a r l i c m u s t a r c 尉本地植物 及菌根共生体影响的研究中发现，& 吡所皤国栅q 根部提取液对a m f 孢子的萌发、本地植 物菌根的形成都有显著的抑制作用，同时s u n s o n 等( 2 0 0 6 ) 在对g a r l i c m u s t a r d 生壤残留物 对本地1 6 种菌根依赖性植物侵染率的影响比较中发现a h f 依赖性越强的植物其受到的影响 越显著。 r o s e ( 1 9 8 2 ) 发现三种灌木和四种松树叶子的低浓度提取物对四种外生菌根真菌的生 长和菌根侵染率具有促进作用，高浓度的提取物对不同的菌根真菌差骨显著。p e l l i s s i e r 8 ( 1 9 9 3 ) 发现对羟基苯乙酮、对羟基苯甲酸、儿茶酚和原儿茶酸能抑制了芸杉丛枝菌根真 菌l a o c a d al a 日c a t a 和乜优驳船翔m 毋旧n 饱忉衙9 生物活性。 m u m m e y 和r i l l i g ( 2 0 0 6 ) 利用末端限制性酶切片段长度多态性分析( t - r f l p ) 发现 c e n t a u r e am a c u l o s a 的入侵引起了在本地a m f 群落结构的变化、入侵种占优势的土壤当中 a m f 的多样性程度显著下降、外生菌丝的长度减小了2 4 。 s i g o e n z a 等( 2 0 0 5 ) 研究发现在本地的一种灌木a r t e m i s i ac a l i f o r n i c a 的根围 ( r h i z o s p h e r e ) 中a m f 并不是优势种，而在外来的一年草本植物b r o m u s m a d n t e n s i s 的根 围中a m f 却成为优势种。可见外来种入侵改变了a h f 在本地微生物群落中的相对丰富度 ( r e l a u v e a b u n d a n c e ) 。l u t g e n 和r i l l i g ( 2 0 0 4 ) 发现入侵杂草矢车菊( c e n t a u r e a m a c u l o s a ) 降低本地植物菌根外生菌丝长度和球囊霉素( g l o m a l i n ) 的产生。但是，入侵植物对本地植 物菌根的抑制和对土壤菌根真菌群落的改变的机理是什么? 是否与入侵植物根系的化感作 用有关? 目前人们对这些方面的了解仍很有限。 l 。3 研究内容与思路( 附技术路线) 1 3 1 研究内容 l 。3 1 i 外来杂草根状茎浸提物及分离组分对本地植物及其丛枝菌根形成的影响 研究了低浓度下加拿大一枝黄花根状茎乙醇提取液及其分离组分对胜红蓟的生长、菌 根形成以及产孢量的影响；同时还研究了空心莲子草根状茎浸提液对红三叶的生长、菌根形 成以及土壤孢子数的作用。 1 3 1 2 原位测定外来杂草对入侵地植物及其丛枝菌根真菌的化感影响 原位测定了加拿大一枝黄花和空心莲子草的根系分泌物对本地植物生长、菌根形成和 a m f 产孢量的影响。 1 3 1 3 外来杂草与本地植物物种共存对彼此生长及其丛枝菌根形成的影响 研究加拿大一枝黄花和空心莲子革与本地植物共存情况下对彼此生长以及a m f 侵染 率和产孢量的影响 1 3 2 研究思路( 技术路线) 磊= ；茹、 、兰：! 兰三兰 厂寸 匿囤 困巨三习 i 9 2 研究方法 2 1 外来杂草根状茎浸提物及分离组分对本地植物生长及其a m 形成的影响 2 1 1 实验材料 2 1 1 。l 外来杂草撮状茎乙醇提取物的获取 从野外自然生长状态下生长的加拿大一枝黄花( s o l i d a g ec a n a d e n s i s ) 和空心莲子革 ( a l t e m a n t h e r a p h i l o x e r o i d e s ) 种群中取样，分出根状茎，清洗干净用吸水纸吸干后，剪成 碎片，加入7 5 的乙醇，在室温下浸泡2 4 h 后，纱布过滤，滤液用旋转蒸发仪( r e 5 2 - a m ， 上海嘉鹏科技有限公司) 浓缩，再将浓缩后的浸提液用少量7 5 的乙醇溶液溶解，用滤纸 过滤后，滤液再浓缩，然后溶解、过滤。如此反复进行3 次，最后将滤液置于旋转蒸发仪减 压浓缩至酒精、水分基本挥发完全，此时液体呈现粘稠状，即浸膏状态，将加拿大一枝黄花 和早生莲子草的根状茎浸提物浸膏稀释分别至l ：印，1 ：3 0 ( 均为质量比m ：m ，以下同) 待用。置于4 c 的冰箱内储存备用。 2 。1 。1 2 分离组分的获取 取加拿大一枝黄花根状茎浸提物的浸膏稀释到l ，6 0 的浓度后，先后用石油醚、二氯甲 烷、乙酸乙酯、正丁醇进行萃取，分离得到s 个组分( 石油醚相、二氯甲烷相乙酸乙酯相、 正丁酵相和剩余水相) 。减压浓缩除去有机溶剂，每个组分都加蒸馏水稀释，恢复至萃取前 水溶液相同的体积。即萃取前后各成分浓度相同。置于4 的冰箱内储存备用。 2 1 1 3 人工构建的a h f 群落 试验所用的接种体为五种内囊球菌属丛枝菌根真菌( g l o m u s ) ，分别为：摩西球囊菌 ( g l o m u