高寒草原菊科毒杂草黄铲蒿杂草黄铲蒿孢子ligulavirgaulea挥发物的化感作用

高寒草原菊科毒杂草黄铲蒿杂草黄铲蒿孢子ligulavirgaulea挥发物的化感作用

1黄充重视化感作用,打造解决牧草群落特征及生态恢复技术在自然和人为因素的影响下，青藏高原东部的寒冷牧场不断恶化，群落结构发生了变化。其显著特征之一是草地径流的组成。扎古西娜的紫金属植物广泛分布在青藏高原东海拔2600.4700米的寒冷牧场上。由于选择食物和动物饲养动物，黄冠草素含有白色颗粒。由于选择、喂食和草坪植物之间的竞争关系，种子黄圩的种群不断扩大，在草坪上形成了一个单优势种群，严重损害了寒冷牧场。为了了解黄冠草适应性策略以及与牧场的竞争关系，单宝庆、刘左军和马瑞军研究了它们的克隆生长、繁殖分配和繁殖特性，但这些研究不能全面揭示这一物种的生活史特征和竞争力。化感作用是植物防御进化的一个组成部分,也是某些植物为了提高自己竞争能力的一种化学手段.由于许多杂草在其入侵新领域的过程中能够释放化学物质来抵制其它植物的种子萌发和生长发育,因此,化感作用在杂草种群增长过程中扮演着重要角色.黄帚橐吾体内富含具特殊气味的挥发物,而植物体的挥发物是一类重要的化感物质.在黄帚橐吾与牧草的生存竞争中,挥发物是否起着一定作用,目前尚未见报道.为了探明这一问题,本文以生活的黄帚橐吾为供体,高寒草场5种常见的牧草为受体,在人工控制条件下,对其挥发物的化感作用及挥发性成分进行研究和分析,并期望为高寒草场植被恢复中牧草种类的选择提供依据.2材料和方法2.1生境动植物种从甘肃甘南藏族自治州合作市郊天然草场挖取黄帚橐吾生长健康的植株50株,栽种于2个320mm×270mm装有原生生境土壤的花盆中,每盆25株.受体植物为早熟禾(Poaannua)、垂穗披碱草(Elymusnutans)、羊茅(Festucaovina)、中华羊茅(Festucasinensis)和大雀麦(Bromusmagnus),种子由甘南藏族自治州草原工作站提供.2.2不同种类黄瑶社会主义生长特性采用种子萌发生物测定的方法.5种受体植物的种子分别被摆放在直径150mm培养皿,纸质萌发床,蒸馏水饱和湿润,放于光照培养箱上层,栽种黄帚橐吾的花盆放于下层,光照12h·d-1,25℃条件下萌发,每天记录萌发种子数;对照组下层放置蒸馏水,共设3个重复.2.3生物活性的测定种子萌发速度参照Pander的方法,用发芽速度指数(I)来表示:I=2×(5×X1+4×X2+3×X3+2×X4+X5).X表示每隔24h的发芽数,X1=24h时记录的发芽数,X2=48h时记录的发芽数,依次类推.生物活性的测定参照Williamson等的方法,即:RI=∣∣∣1−C/T当T≥CT/C−1当T＜CRΙ=|1-C/Τ当Τ≥CΤ/C-1当Τ＜C其中,C为对照值,T为处理值.RI为化感作用效应指数:RI>0为促进,RI<0为抑制,绝对值的大小与作用强度一致.采用SPSS软件,以RI值为原始数据,进行单因素方差分析与多重比较(Duncun氏新复极差法),来判断影响的有效性.2.4喷发物化学评价2.4.1样品制备取新鲜黄帚橐吾全株洗净,自然干燥后粉碎,取20g样进行水蒸汽蒸馏,经乙醚萃取后得淡黄色油状物,具特殊香味.2.4.2测试设备美国HP6890气相色谱仪,HP5973质谱仪.2.4.3柱的温度和流量色谱柱为HP-5,石英毛细管柱(30m×0.25mm×0.25μm),柱温60～280℃,5℃·min-1程序升温,气化温度为300℃,载气为氦气,柱前压59.8×103Pa,分流比15∶1,柱流量1.2ml·min-1,进样量0.4μl.2.4.4质量分析条件离子源为EI源,电子能量70ev,离子源温度230℃,扫描范围33～550质量单位,扫描速度0.5s·dec-1.3结果与分析3.1大雀麦种子萌发的影响黄帚橐吾挥发物对五种牧草种子的萌发速度和萌发率均产生了抑制作用(表1、图1).其中垂穗披碱草种子萌发速度指数和最终萌发率受挥发物抑制最为显著:萌发第5天,对照组萌发率达52%,而处理组仅为17%,最终萌发率对照组为84%,处理组为66%(图1a);大雀麦种子萌发受抑制程度仅次于垂穗披碱草(表1),而挥发物对羊茅与中华羊茅种子萌发抑制作用较弱,这两个种之间萌发速度与萌发率受影响程度无显著性差异;黄帚橐吾挥发物对早熟禾种子萌发速度指数影响最低,而对萌发率的影响略高于羊茅(表1).3.2黄瑶社会主义相对化合物含量分析样品经气质联用分析后,所得质谱采用美国国家标准局NIST98标准谱库进行检索,并结合文献进行人工谱图分析,确定了黄帚橐吾挥发物的主要化学成分,并对色谱峰值较大的组分运用色谱峰面积归一化法求出了各自相对含量(表2).分析结果显示,黄帚橐吾挥发物中含量较大的化合物有18种,占总挥发物的68.24%.其中烷烃9种,相对含量48.50%;萜类化合物6种,相对含量16.58%;芳香族化合物3种,相对含量3.16%.主要化合物有2-甲基-庚烷(9.84%)、3-甲基-庚烷(8.25%)、庚烷(7.93%)、4-甲基-1-异丙基-双环己-2-烯(7.79%)、3-甲基-己烷(6.38%)、2-甲基-己烷(5.54%)、D−艹宁D-艹宁烯(4.70%)等.4黄瑶吾挥发物化感作用挥发作为植物释放化感物质的重要途径之一,早已被人们发现并研究.大量事实证明[1,9,10,11,21,25,28,29],植物可以通过挥发途径产生化感作用,对其它植物的种子萌发和幼苗生长产生不同程度的抑制作用.由于种子萌发是植物种群更新的重要环节,种群的扩散、建立和增长均极大地依赖于种子萌发,因此无论是对种子萌发速度的抑制还是使萌发率降低,挥发性化感物质均会对种群种子数量和未来种群密度产生一定影响.植物次生物质及其合成途径是与植物进化过程密切相关的.在长期的植物进化过程中,莽草酸途径合成的酚类物质越来越多地被羟基戊酸-乙酸途径合成的萜类化合物所代替.化感物质作为次生物质的一部分,与含有它的植物所具有的进化地位也必然呈现出显著的相互关联.在对已知化感物质进行类别划分中,萜类化合物作为一类主要的化感物质,广泛存在于许多高等植物的挥发物中,它们可以通过对植物种子和土壤微生物产生作用而显著地引起生物群落和生态系统发生变化.黄帚橐吾挥发物主要成分中含有6种萜类化合物,相对含量约17%.其中α-蒎烯、4-甲基-1-异丙基-双环己-2-烯和3-莰烯属含有两个碳环的双环单萜类,而D−艹宁D-艹宁烯、1-甲基-4-异丙基-1,4-环己二烯和4-甲基-1-异丙基-R-3-环己烯-1-醇属只含有一个碳环的单环单萜类.α-蒎烯、D-艹宁烯和3-莰烯作为许多植物含有的具明显化感活性的化学物质,除了直接保护植物自身不受侵害外,还能对其它植物有机体产生一定抑制作用.4-甲基-1-异丙基-双环己-2-烯、1-甲基-4-异丙基-1,4-环己二烯和4-甲基-1-异丙基-R-3-环己烯-1-醇也很可能具有许多单萜类物质具有的化感活性.黄帚橐吾挥发物对受体牧草种子萌发速度和萌发率所表现出的抑制作用,可能与挥发物中这些单萜类化合物有关.同时,化感物质往往具有协同作用,萜类混合物对发芽具有高抑制作用也早已被发现,黄帚橐吾挥发物含有的单萜类混合物,很可能正象Muller等报道的银叶鼠尾草和加州蒿那样,形成“萜类云”来影响受试牧草种子的萌发.但萜类的毒性往往具有选择作用,在本项研究中,尽管黄帚橐吾挥发物对5种牧草种子萌发均有影响,但综合分析可见,在种子萌发阶段,垂穗披碱草对黄帚橐吾的挥发物最为敏感,而早熟禾和羊茅则对其有一定耐受力.因此,在高寒草场植被恢复中,早熟禾和羊茅可考虑作为优先选择的牧草种类.化感作用可以使植物种群在生存竞争中处于优势地位,利于种群扩大和繁衍,也可以促进或延缓演替的过程.黄帚橐吾挥发物中具有的单萜类化合物,不仅可以保护其植物自身不受侵害,还可以对牧草产生抑制作用,说明挥发是黄帚橐吾化感物质释放的途径之一,单优势种群落的形