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植物神秘的心灵感应:外来入侵植物刺苍耳种子各萃取相化感作用

 生物入侵是指物种从本源地扩散到非本源地,在新栖息地中,该物种通过竞争或占据本地物种生态位,排挤本地物种;或通过分泌化学物质抑制其他物种的生长,减少了当地物种的数量和种类形成了单优群落,并在非本源地失去控制的暴发性扩散,最后导致了生物多样性的下降和生态系统的稳定性下降等危害现象[1-2]。随着全球经济一体化进程,外来入侵植物的危害正逐年增加,因此对外来入侵种的研究尤为重要[3-4]。 
  刺苍耳(Xanthium spinosum L.)是菊科(Asteraceae)苍耳属一年生草本植物,原产于南美洲,是一种分布极广的世界性杂草,已进入我国外来入侵物种名单(第3批)[5]。刺苍耳首先于我国河南郸城县发现野生归化种[6],之后扩散到北京、安徽、新疆、内蒙古、辽宁、甘肃等省区市[7]。由于其入侵能力强,适应范围广,易对入侵地生态环境产生严重的危害[8]。 
  目前,关于刺苍耳的研究主要集中在群落特征与地理分布及入侵风险评估[5,8],而关于刺苍耳化感作用研究较少,但是对苍耳属植物假苍耳[9]、意大利苍耳[10]、苍耳[11]等研究表明,它们都具有一定的化感作用,并且Shao等已从意大利苍耳中提取出活性物质[12]。我们的前期研究表明,刺苍耳不同部位水浸液对种子萌发有一定的抑制作用[13]。为了找到刺苍耳中的化感活性物质,本研究用刺苍耳种子为供试材料,以乙醇为提取剂,以石油醚、氯仿和正丁醇为萃取剂,研究不同萃取相对4种植物生长的影响,以期能确定何种萃取相的组分抑制活性最强,为进一步分离提取刺苍耳种子的化感活性物质提供理论依据。 
  1 材料与方法 
  1.1 材料 
  刺苍耳种子采集于新疆伊犁察布查尔县。受体植物种子为小白菜(Brassica chinensis)、莴苣(Lactuca sativa)、黑麥草(Lolium perenne)、金色狗尾草(Setaria glauca)均购于伊犁种子站,供试药品均为分析纯。 
  1.2 试验方法 
  1.2.1 刺苍耳种子各萃取相处理液的制备 将采集的刺苍耳种子于室内晾干备用,用粉碎机粉碎并过40目筛,取8 kg的刺苍耳粉末于有盖玻璃瓶中,按照1 ∶ 10的比例加入95%的乙醇,室温浸提7 d后过滤,重复3遍,合并滤液,用旋转蒸发仪浓缩至稠膏状,加入蒸馏水,再用石油醚、氯仿、正丁醇依次萃取,将各萃取层真空旋转浓缩至干,得到石油醚萃取相、氯仿萃取相、正丁醇萃取相及水萃取相(提取率分别为 0.16%、0.02%、0.08%、0.11%)。分别准确称取一定量各萃取相的浓缩物,然后加入甲醇(分析纯)溶解,配制成浓度为 1 mg/mL 的处理液,4 ℃保存备用。 
  1.2.2 化感作用 在直径为7.5 cm的培养皿中放入双层滤纸,分别加入4 mL配制好的石油醚相、氯仿相、正丁醇相、水相处理液,对照放入等量的蒸馏水,各有机萃取相置于通风橱中,将甲醇彻底挥干后再加入4 mL蒸馏水,待滤纸浸湿后将饱满、大小均匀的小白菜、莴苣、黑麦草和金色狗尾草种子各20粒放入培养皿中,以封口膜密封后,置于恒温恒湿培养箱中,在25 ℃黑暗条件下进行培养,每个处理均设3个重复,5 d后测定根长和苗高。 
  1.3 数据分析 
  采用化感效应指数(RI)衡量化感作用强度[14]。计算方法为RI=(T/C-1),式中:C为对照值,T为处理值。当RI>0时,表示促进作用。当RI<0时,表示抑制作用。RI绝对值的大小表示化感作用强度。 
  化感综合效应(RE)是指供体对同一种受体植物各项测试指标的化感效应指数(RI)算术平均值进行评价[15]。 
  试验所得数据采用SPSS 17.0进行单因素方差分析和LSD多重比较,用Origin 9.0软件进行图表绘制。 
  2 结果与分析 
  2.1 刺苍耳种子不同萃取相处理液对4种受体植物幼苗根长生长的影响 
  刺苍耳种子不同萃取相处理液对4种受体植物幼苗根长都表现出了不同程度上的化感效应(图1、图2)。氯仿相对莴苣、小白菜和黑麦草幼苗根长生长均表现出了明显的抑制作用,比对照减少了73.3%、37.4%、21.3%,且差异显著;对金色狗尾草幼苗根长生长表现出了抑制作用,但与对照差异不显著。石油醚相对莴苣、小白菜、金色狗尾草幼苗根长生长均表现出了明显的促进作用,比对照增加了25.2%、32.1%、24.4%,与对照差异显著;对黑麦草幼苗根长生长影响不显著。正丁醇相对小白菜和黑麦草幼苗根长生长表现了一定的促进作用,比对照增加了16.0%,10.0%,但影响不显著;对莴苣没有影响,对金色狗尾草有抑制作用但影响不显著。水相对小白菜、金色狗尾草幼苗根长生长表现出促进作用,比对照增加了21.1%、17.2%,但影响不显著;对莴苣没有影响,对黑麦草有抑制作用但影响不显著。总体上氯仿相表现出了明显的抑制作用,石油醚相、正丁醇相、水相表现出了一定的促进作用或无明显抑制作用,且氯仿相的抑制程度大于其他3个相。
2.2 刺苍耳种子不同萃取相处理液对4种受体植物幼苗苗高生长的影响 
  刺苍耳种子不同萃取相处理液对4种植物幼苗苗高生长也表现出了不同程度上的化感效应(图3、图4),但刺苍耳种子氯仿相对3种植物苗高有明显的抑制作用,对金色狗尾草苗高生长没有影响。石油醚相和水相对金色狗尾草的苗高生长有明显的促进作用,对小白菜、黑麦草没有影响。正丁醇相对4种植物苗高生长均无明显的作用。 
  刺苍耳种子氯仿相对莴苣、小白菜、黑麦草幼苗苗高生长都表现出了明显抑制作用,幼苗苗高比对照降低了66.1%、44.9%、50.0%,与对照差异显著,对金色狗尾草幼苗苗高生长有一定的抑制作用,但影響不显著。刺苍耳种子石油醚相对金色狗尾草幼苗苗高生长表现出明显的促进作用,比对照增加了30.1%,处理间差异显著,对小白菜,黑麦草幼苗苗高生长没有影响,对莴苣表现了一定的抑制作用,比对照降低了 14.7%。刺苍耳种子水相对金色狗尾草幼苗苗高生长表现出明显的促进作用,比对照增加了41.8%,与对照差异显著;对莴苣、小白菜幼苗苗高生长表现出了一定的促进作用,但处理间差异不显著。刺苍耳种子正丁醇相对莴苣、小白菜、黑麦草幼苗苗高生长没有影响,对金色狗尾草有一定的促进作用但影响不显著。 
  2.3 刺苍耳种子萃取相处理液对受体植物综合化感效应 
  不同萃取相处理液对4种受体植物表现出不同的综合化感效应(图5)。总体上刺苍耳种子氯仿萃取相处理液表现为明显的化感抑制效应,石油醚相和水相对小白菜、金色狗尾草都表现出了一定的促进作用。 
  3 讨论 
  外来入侵植物严重威胁着入侵地的生物多样性,降低了生态系统的稳定性,并对动植物健康和社会经济都产生了严重的影响[16],且外来入侵植物对生态系统的影响具有不可恢复性、恶性增长、持久深入等特点[17]。如今外来入侵植物已成为全球关注和研究热点之一[18]。当前,关于外来入侵植物成功入侵机制假说层出不穷,如天敌逃逸假说[19]、入侵进化假说[20]、空余生态位假说[21]等。由于外来植物入侵过程的复杂性,难以用单一的假说进行解释。近年来,新颖武器假说[22]已成为外来植物入侵机制的一个研究焦点,该假说认为外来入侵植物能够成功入侵的一个重要因素是由于它们在入侵过程中释放了较本地植物比较新颖的化感物质,这些物质影响了本地植物的生长发育,并且逐渐成为本地的优势单一种群。大量研究表明,化感作用有利于提高外来植物的竞争力[23],并进一步在非本源地入侵和扩散。 
  本研究表明,刺苍耳种子的不同萃取相处理液对4种受体植物表现出了不同的化感作用,且4种受体植物对同样的刺苍耳种子处理液表现出了不同的化感效应,可能与植物的进化历史有关,如4种植物对刺苍耳种子氯仿相的敏感性大小为莴苣>小白菜>黑麦草>金色狗尾草。刺苍耳氯仿相对莴苣、小白菜、黑麦草表现出了明显的抑制作用,而石油醚相对莴苣、黑麦草、金色狗尾草表现出了明显促进作用,在我们前期研究中,刺苍耳种子95%乙醇浸提液对莴苣、小白菜、金色狗尾草生长表现出了明显的抑制作用,可能是由于刺苍耳种子氯仿提取物和石油醚提取物同时存在的时候,氯仿提取物的抑制活性大于石油醚提取物的促进活性,因此总体上对植物产生化感抑制作用。 
  近来大量的研究表明,外来入侵植物对本地植物具有化感抑制作用,但并不是所有的入侵植物对本地植物都表现出化感抑制作用[24],如入侵北美的外来植物乌桕(Sapium sebferum)对本地植物裂草桴草(Schizachyrium scoparium)、黑柳(Salix nigra)和落羽松(Taxodium distichum)就具有促进作用[25-26]。在我们的研究中刺苍耳种子石油醚萃取相也表现出了对植物具有促进作用。由于化感作用是由2种或2种以上的物质互相作用而成,化感物质之间还存在着促进或拮抗作用[27],因此,有必要对刺苍耳种子氯仿提取物和石油醚提取物进行进一步分离提取,以明确这2种萃取相中活性物质的相互关系。 
  参考文献: 
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  [9]赵 微,陶 波. 外来杂草假苍耳(Iva xanthifolia)化感作用研究[J]. 东北农业大学学报,2009,40(4):21-24. 
  [10]邰凤姣,韩彩霞,邵 华. 入侵植物意大利苍耳不同部位挥发油的化感作用及其化学成分的比较分析[J]. 生物学杂志,2015,32(2):36-41.
浏览次数:  更新时间:2017-12-04 22:38:06
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