植物化学生态

化学生态学,第五讲植物化学生态学孔垂华中国农业大学资源与环境学院E-mail:kongch,植物种间、种内的化学作用,化感作用（allelopathy）种内：自毒作用(autotoxicity)-连作（栽）障碍种间：他感作用-外来植物入侵化学通讯与识别报警、生殖？种间：寄生（伴生）植物化学识别种内：亲属识别（kinrecognition）,植物化感作用：定义,植物化感作用是指一种活或死的植物通过适当的途径向环境释放特定的化学物质从而直接或间接影响邻近或下茬（后续）同种或不同种植物萌发和生长的效应，而且这种效应绝大多数情况下是抑制作用，植物种内的化感作用常称作自毒作用(autotoxicity)活的植物种间种内的化感作用一般发生在共生期间，而死的植物的化感作用主要针对下茬或后续生长的同种或不同种植物。,化感物质释放途径,植物种间、种内的化感作用是通过化感物质（Allelochemicals）而实现的植物活体：自然挥发、雨雾淋溶、根系分泌-影响伴生植物植物凋落物（残株）分（降解）：同时影响共生和下茬或后续植物（同种或异种）载体：空气、土壤、水,在自然草地生态系统中，植物每年每公顷产生的干物质约为10000kg,进入到土壤的根分泌物（包括细胞脱落物就达）2000kg,植物在整个生长过程中都要通过根与土壤进行物质和能量交换，根部释放化学物质与植物生长同步。植物光合作用固定碳的5-30%通过根系进入土壤。,Farraretal,Howrootscontrolthefluxofcarbontotherhizosphere.Ecology,2003,84:827-837,化感作用-竞争作用,一种植物抑制或排斥另一种植物现象的解释：竞争作用、化感作用一些研究局限于化感作用，一些研究则强调竞争作用，还有一些企图分离竞争和化感作用的研究竞争是植物通过从环境中获取资源和空间来影响共生植物种，而化感则是植物通过向环境释放化学物质来影响共生植物种。竞争和化感是两个不同却又相互关联的植物种间种内作用机制。化感作用是一种自然的生态学现象,化感作用研究的基本程序,（1）通过观察和实验选择生态相关的植物种；（2）确定所选植物能将体内活性物质通过适当的途径释放到环境中；（3）定性定量分析释放到环境中的化感物质的有效的状态和浓度及其迁移转化；（4）验证有效状态和浓度的化感物质对生态相关植物种的效应。,植物入侵：化感作用NovelWeaponsHypothesis,植物种间种内的化学通讯,植物化学通讯,植物化学通讯是指同种或异种植物间通过次生物质为媒介的化学信息交流，其与植物化感作用一样是通过空气、水或土壤载体进行化学物质的传递而对邻近植物产生化学作用，只是两者作用的效应是不同的，化感作用是抑制其它植物萌发生长，而化学通讯是对其它植物的识别，一般对接收信号的植物是有益的。植物可以通过地上茎叶挥发和地下根系分泌化学物质进行种间种内的化学通讯(与化感不同：活的植物、主动性)植物可以在细胞、器官、个体、居群和群落五个水平进行化学通讯植物化学通讯以及化学防御手段在维系种群，抵御逆境中占有重要的地位。,寄生植物对寄主的化学识别,寄生植物(parasiticplant)约4000种，占种子植物的1%。依据寄生部位分为根寄生植物和茎寄生植物重寄生现象(hyperparasite)是指在寄主体内寄生两种以上的寄生物，但它们是食物链式的寄生，即第一种寄生物寄生于寄主体内，第二种寄生物又在第一种寄生物上寄生。这样第一种寄生物称为寄生物或原寄生物，第二种寄生物称为重寄生物，如果重寄生物上还有寄生物，则为二重寄生物。,寄生植物独脚金（Strigahermonthica）生活史,吸器（Haustorium）,寄生植物吸器诱导物质,独脚金根寄生植物种子萌芽刺激物质,茎寄生植物菟丝子,共生植物的化学通讯,Baldwin:Science,1983,211:277-279白杨和糖槭树,酚酸浓度升高Farmer:PNAS,1990,87:7713-7716北美艾灌木（Artemisiatridenfata)/番茄番茄产生响应产生蛋白酶抑制剂,种间根系化学识别,大多数植物将它们的根系集中在资源丰富的地方，同时减少根系在资源匮乏地的增殖。不断有研究发现，一些植物地下根系生长和作用不倚赖于土壤资源，而是通过根分泌物进行化学识别从而产生不同的变化,野草莓(F.vesca)和常青藤(G.hederacea)通过根分泌物进行化学识别减少根系交迭的根系避开机制能够降低植物间的竞争,Semchenkoetal.,NewPhytologist2007176:644,银胶菊根系分布与构造对邻近植物的响应,植物亲属识别？,植物种内亲属识别(kinrecognition),100年前，黑麦草(Loliumperenne)的根系会远离其余同种个体的根系。但是，当土壤底层中添加了黑炭末后，它们的根系则混到一起.SchreinerandReed,BullTorreyBotClub1907,34:279,100年后，海马康草(Cakileedentula)与来自不同母本的“陌生者”毗邻而居时，其根系要比那些与来自同一母本的“亲属”生长一起的植物根系发达得多。,DudleyandFile,Kinrecognitioninanannualplant.BiolLett2007,3:435,Soybeancanproliferaterootsinresponsetothepresenceofotherconspecificindividuals.Communicationamongplantscantakeseveralforms,includingthoseamongcompetitorsrootsDoesplantdetectandrespondtoneighborsthroughroot-exudedallelochemicals?,RootSystemsoftheSameGenotypeShowMoreOverlapThanRootSystemsofDifferentGenotypes,HongLiaoandPhilipN,PNAS,110:2670,自我,亲属,陌生者,水稻化感作用