化感作用与可持续农业

简述了农业生态系统中化感物质的种类和作用机制以及化感作用对养分资源管理及其他农艺措施的影响,提出优化农艺措施、合理利用植物间化感作用建设可持续农业的方法和途径,并指出今后化感作用研究的重点和方向。     

化感作用与可持续农业

这了农业生态系统中化感物质的种类和作用机制以及化感作用对养分资源管理及其他农艺措施的影响,提出优化农艺措施、合理利用植物间化感作用建设可持续农业的方法和途径,并指出今后化感作用研究的重点和方向。     

植物化感作用及其在草地农业生态系统中的应用

植物化感作用作为一种自然的生态现象,在自然界中普遍存在。目前对植物化感作用的研究主要集中在化感物质的分离、鉴定、释放途径、作用机理及化感作用对农、林、牧等草地农业生态系统持续发展的应用潜力等方面。但化感作用在草地农业中的具体作用和应用还缺乏深入系统地概述。为探明化感作用在草地农业生态系统的作用,本文从植物化感作用的物质基础出发,概述了化感作用在植物种内、植物种间、植物与昆虫、植物与微生物等作用及其作用机制;进一步对近年来化感作用在农业、沙旱生及草地草原等草地农业生态系统的研究成果进行了综述;最后指出植物化感作用在草地农业中的应用价值,并对其存在的问题进行分析展望。     

植物化感作用类型及其在农业中的应用

本文总结前人研究成果的基础上,对不同植物化感作用类型及其作用机制和在农业中的应用进行了探讨。植物化感作用包括化感偏害作用、自毒作用、自促作用和互惠作用。植物化感偏害作用是由植物根系分泌物介导下的植物与特异微生物共同作用的结果。利用植物化感偏害作用控制田间杂草是一项环境友好型的可持续农业技术,并已在水稻化感抑草研究方面取得了较突出的成果。植物化感自毒作用(作物连作障碍)是造成作物产量降低、生长状况变差、品质变差、病虫害频发的现象。药用植物,特别是以根部入药的药用植物中,连作障碍表现更为突出。近年来研究结果认为根系分泌物生态效应的间接作用及土壤微生物区系功能紊乱是导致植物连作障碍的主要因素。因此,改善土壤生长环境,恢复和修复根际土壤微生物结构平衡,增强生态系统机能是克服作物连作障碍的关键。植物化感自促作用(连作促进作用)是在植物根系分泌物促进下,根际土壤微生物之间此消彼长,有益微生物之间互利协作,土壤肥力和营养补给能力明显改善,从而增强植物根系抗性,促进植物生长发育,提高产量和品质的结果。牛膝的连作促进作用明显,有学者试图通过牛膝与其他不耐连作药用植物间作套种或轮作,实现药用植物生产的可持续发展。植物间的正相互作用(互惠作用)是作物间套种系统超产和养分等资源高效利用的重要机制,根系分泌物在介导根际微生物与植物的有利互作中起到重要作用。最后作者强调指出,存在于根际土壤的微生物群落的宏基因组组成是决定植物能否健康生长的关键。深入研究存在于土壤生态系统中的植物体外基因组的组成与演化机制,将成为借用现代合成生物学原理与技术,定向控制植物根际生物学过程,促进作物生产可持续发展的优先研究领域。     

农业生态系统中的化感作用

化感作用体现了植物之间的生化相生相克关系，且广泛存在于农业生态系统之中。由于化感物质的作用，某些种类的作物不宜混种，而有些种类之间实行间作则提高产量。因为自毒作用的影响，重茬种植作物会出现减产，因而选择适宜品种进行轮作可避免此况发生。开发、利用化感物质作为植物源杀虫剂、土壤灭菌剂也已成为当前植保工作的热点。通过杂交和转基因等生物工程手段筛选、培育携带抑草基因的栽培品种，或将普通作物与抑草作用显著的品种进行间作，均可有效减少除草剂的使用。更为直接的方法是将化感物质发展为除草剂，并进一步探讨其人工合成和化学修饰的可能性，从而提高作物产量，减少化学除草剂对农业环境的污染。     

植物化感作用的研究对持续性农业建设的意义

植物化感作用是植物界普遍存在的一种现象。本文概述了植物化感作用的研究对持续性农业建设的必要性，并从持续农业建设的生物措施方面，讨论了农业生态系统中植物化感作用的现象及其实质，以及植物化感作用在农业生产上的应用。指出植物化感作用的研究对持续农业建设既有直接作用，又有长远的影响。     

植物化感作用研究概况

近年来植物化感物质的提取、纯化、鉴定及其生物检测方法的研究取得很大进展。化感作用物质主要来自植物的次生代谢产物，它通过影响植物膜系统、激素水平、矿质吸收、呼吸和光合作用等对植物的生长产生影响。并阐述了植物化感作用及其机理、化感作用的研究方法，指出植物化感作用研究中存在的问题和研究方向。     

中华苜蓿根瘤菌被种子分泌物诱导的基因筛选和分析

土壤中的根瘤菌与宿主植物的共生结瘤过程中,豆科植物可以通过分泌氨基酸,有机酸,糖类,有机酚及其他的次级代谢产物的种类及丰度来影响根圈范围内微生物的群体种类及数量。豆科植物可以通过分泌趋化性物质如糖蛋白等协助根瘤菌吸附在合适的侵染位点,从而增加自身被感     

入侵杂草五爪金龙的除草剂植物筛选

本文报道了具有化感作用或潜在抑草活性的17种植物叶片水浸液对华南地区入侵杂草五爪金龙幼苗生长的化感作用,以期获得对五爪金龙有较强抑制作用的植物种类,为植物源除草剂的开发奠定基础。结果显示,17种供体植物中有12种能够抑制五爪金龙幼苗生长,抑制强度依次为假臭草〉飞机草〉黄帚橐吾〉艾蒿〉披针叶黄华〉微甘菊〉马缨丹〉鸡矢藤〉牧荆〉南美蟛蜞菊〉胜红蓟〉隆缘桉。且假臭草、艾蒿、飞机草、黄帚橐吾和披针叶黄华5种供体植物对五爪金龙的4项生长指标均产生显著或极显著影响,其中假臭草、飞机草、黄帚橐吾作用浓度较低,且资源丰富,可成为天然除草剂主要的资源植物。     

根系分泌物的化感作用及其对土壤微生物的影响

总结了根分泌化感物质的种类及其化感效应,分析了生物和非生物因素与根系分泌化感物质之间的关系。此外,根系分泌化感物质的研究手段对于所取得的研究结果至关重要,其中根分泌物收集系统是收集根分泌化感物质的常用而可行的方法之一。对于根分泌化感物质的分离鉴定技术有多种,可根据需要选择适宜的分离方法。还列举了一些作物根分泌的化感物质对根际微生物产生的影响,阐明了根分泌的化感物质所起的重要化感作用。根分泌物化感作用的研究已成为土壤生态学领域的热点与前沿课题,自然条件下原位收集鉴定植物根系分泌物中的化感物质等诸多问题是该领域今后的研究重点。     

水稻化感作用的研究进展

综述了水稻化感作用的研究进展,包括水稻与其他植物相互间的化感作用、水稻化感物质的分离鉴定及其特征特性、水稻化感育种、水稻化感作用与农业可持续发展等方面进展。     

作物化感作用研究现状及前景展望

作物化感作用研究是一个相对较新的研究方向，尽管2000年前就有关于植物间克生现象的描述，化感作用在农业生产实践中的应用很有潜力，从化感作用的概念着手总结了近20年来的研究成果，包括化感作用物质研究，作用机制研究，种质资源，生物检测方法和遗传特性研究等，并阐明了作物化感作用的研究意义，研究存在困难以及应用途径与前景。     

Medicinal plants for suppressing soil-borne plant diseases

Most plants exhibit inhibitory and stimulatory biochemical interactions with other plants and microorganisms, referred to as “allelopathy.” Especially, through root exudates, higher plants are able to affect the microfiora in the rhizosphere. Production of biological active substances by higher plants that prevent phytopathogens (bacteria, fungi, and nema-todes) from infecting crops has been reported (Yoshihara et al. 1988; Schenk et al. 1991). In addition, many species of plants which have been widely used for medicinal purpose also exert an allelopathic effect (Fujii et al. 1991).     

化感作用在设施黄瓜连作中的应用研究

简述了设施黄瓜栽培中化感作用的研究现状、化感物质的作用方式、途径、机理及其与设施生态系统环境的相互作用关系,概括了化感作用在黄瓜设施栽培中的意义并分析其发展前景。     

Biochemical basis for wheat seedling allelopathy on the suppression of annual ryegrass (Lolium rigidum)

The chemical basis for wheat seedling allelopathy on the growth of annual ryegrass was investigated by the identification and quantification of multiple allelochemicals from wheat seedlings. Results indicated that 58 wheat accessions differed significantly in seedling allelopathy and inhibited the root growth of ryegrass from 10 to 91%, depending on accession. Analysis of allelochemicals by GC/MS/MS indicated that allelopathy was significantly correlated with the levels of measured allelochemicals in the shoots and roots of young wheat seedlings. Ryegrass root growth was also negatively correlated with the levels of p-hydroxybenzoic, vanillic, and trans-ferulic acids in root exudates. Wheat allelopathic potential was negatively correlated with the levels of the eight known allelochemicals quantified in the shoots, roots, and water-agar medium, with multiple regression coefficients (r) of -0.61, -0.71, and -0.71, respectively. In comparison with weakly allelopathic accessions, strongly allelopathic accessions produced significantly higher amounts of allelochemicals in the shoots and roots of the wheat seedlings and also exuded larger quantities of allelochemicals into the growth medium. Wheat accessions with strong seedling allelopathy might be useful for management of weeds during the establishment stage, thereby reducing the need for commercial herbicides in early-season application.     

不同生长环境下黄顶菊浸提液对多年生黑麦草萌发与生长的影响

为阐明黄顶菊入侵机制,本文在调查不同生境下黄顶菊居群特征的基础上,进一步采用植株浸提液生物测试的方法研究了不同生境、生长密度及替代植被下黄顶菊对多年生黑麦草的化感潜力。结果表明:黄顶菊的化感作用强弱与其入侵能力存在一定相关性,黄顶菊浸提液的化感潜力随浓度升高而增强;不同植株组织浸提液的化感潜力存在显著差异,表现为地下部分明显低于地上部分;不同生境下黄顶菊浸提液的化感潜力顺序为水边>果园>路边,50 g.L 1茎叶浸提液对多年生黑麦草发芽率化感效应敏感指数分别为2.83(水边)、1.31(果园)和0.71(路边);不同密度黄顶菊的茎叶化感潜力顺序为高、中密度区显著大于低密度区,50g.L 1浓度浸提液对多年生黑麦草发芽率化感效应敏感指数分别为3.91(高密度)、4.89(中密度)和0.29(低密度);根部浸提液的化感潜力顺序则相反。不同替代植被下茎叶浸提液的化感效应为混种>单种,而根系浸提液的化感效应敏感指数则差别不大。因此,黄顶菊不同组织器官化感活性物质分配不同,同时其化感效力能够适应环境条件而发生变化,这可能是造成黄顶菊在不同环境中入侵效果差异的原因之一。     

麦类作物化感作用及其分子生态学研究

本文综述了近年来国际上研究麦类作物化感作用的新进展,着重介绍了小麦和大麦的化感作用种质资源的筛选与评价。在此基础上运用现代分子生物标记技术ISSR,分析了麦类化感作用的遗传多样性,并进一步阐明了小麦和大麦化感物质的研究现状。最后根据当前植物化感作用研究的发展趋势,提出化感作用基因表达与信号调控的分子生态学及根际生物学过程是未来麦类作物化感作用的重点领域。     

长雄野生稻及其后代抑草效果与化感潜力和农艺性状的关系

明确化感潜力和农艺性状对长雄野生稻(Oryza longistaminata)及其后代抑草效果的影响及相互关系,对发掘与利用野生种质资源的化感基因培育水稻化感新品种具有重要意义。本研究以化感抗稗草长雄野生稻、亚洲栽培稻‘RD23’及其杂交F1代(RD23×O.longistaminata)和F2代单株分离群体为材料,采用室内生物测定和温室盆栽试验相结合方法,研究化感潜力和农艺性状对长雄野生稻及其后代抑制稗草的影响,并探讨三者的相互关系。结果表明,室内生物测定为强化感潜力的水稻材料在盆栽条件下对稗草的密度防效、生物量防效和株高抑制作用并非总强于弱化感和无化感作用的水稻材料,但在根际距离0~3 cm时,强化感潜力水稻材料对伴生稗草的抑制效应显著强于弱化感潜力和无化感作用的水稻材料。不论供试材料化感潜力强弱,当根际距离大于3 cm时,株型高大、分蘖强的供试水稻材料在盆栽条件下对稗草的密度防效、生物量防效和株高抑制作用均显著强于株型矮小、分蘖少的材料。供试水稻材料在不同苗龄对稗草的抑制作用也存在显著差异,苗龄60 d的供试材料在根际距离0~3 cm范围内对伴生稗草的密度防效均小于苗龄30 d的对应处理组,但对伴生稗草的生物量防效和株高抑制作用则大于苗龄30 d对应处理组;之后随着距离的增加,除根际距离在3~6 cm的密度防效外,其他均无显著差异。在根际距离0~3 cm时,供试材料的化感综合效应指数(SE)与对伴生稗草的密度防效、生物量防效和株高抑制作用显著相关,但随根际距离的增加相关性逐渐减小;株高和分蘖数与稗草的密度防效不相关,与生物量防效和株高抑制作用存在一定的相关性。研究结果显示,长雄野生稻及其后代田间抑草效果与化感潜力、苗龄、株高和分蘖数等因素相关,在根际距离0~3 cm时,化感作用在苗龄30 d的强化感潜力水稻材料的抑草效应中起主要作用。     

苎麻根际土壤水浸提液化感潜力评价

【目的】通过苎麻根际土壤水浸提液有机化合物的分离鉴定及生物学实验,探讨了苎麻败蔸与化感作用的关系。【方法】运用气相色谱-质谱联用技术 (GC-MS),对苎麻根际土壤的不同极性有机溶剂萃取液进行了物质成分分析;采用室内生物测定方法,研究了不同浓度苎麻根际土壤水浸提液对萝卜、油菜、拟南芥 3 种植物的化感效应;并应用实时定量 PCR 技术 (QPCR),测定了不同浓度根际土壤水浸液处理后拟南芥其抗逆基因 RD29A (AT5G52310) 和 RD29B (AT5G52300) 及生长素合成相关基因 YUC1 (AT4G32540) 的相对表达水平。【结果】四种不同极性有机溶剂萃取液经 GC-MS 检测共鉴定出 51 种有机化学物质,包括烃类及其衍生物、甾类化合物、苯甲酸及其衍生物、酚类、萜类、含氮类等已被报道具有化感活性的化合物。不同浓度苎麻根际土壤水浸液对 3 种不同植物的下胚轴长及根长的化感效应具有差异性,随着浸提液浓度增加,对油菜及拟南芥抑制作用越显著,但对萝卜的影响不显著。QPCR 检测结果表明,拟南芥的 RD29A、RD29B、YUC1 这 3 种基因的表达量随水浸提液浓度增加均降低。【结论】苎麻根际土壤中含有抑制自身生长的潜在化感物质豆甾-4-烯-3,6-二酮,2,5-二叔丁基苯酚,邻苯二甲酸二乙酯,6,6-二甲基-1,3-庚二烯-5-醇,羊毛甾-8,24-二烯-3,22-二醇。高浓度苎麻根际土壤水浸提液对供试三种植物下胚轴长及根长具有抑制效果,因此,连作导致的化感物质累积可能是连作导致苎麻败蔸的原因之一。