自毒作用与连作障碍

自毒作用是连作障碍的发生机制之一,该作用主要是由有机酸、醛类芳香酸、香豆素、醌类、生物碱和类萜等植物次生代谢产物及其分解产物所引起的。其作用机理包括增加细胞膜膜通透性、降低酶活性、抑制植物的养分吸收等。相应的矫治措施主要有合理施肥、施用微生物制剂、嫁接、轮作和间套作等。本文综述了自毒作用在连作障碍中的作用机制以及相应的矫治措施。     

药用植物的化感自毒作用与连作障碍

本文阐述了药用植物化感自毒作用的概念、产生机理和作用特点,指出药用植物的药用活性成分与化感自毒物质的同源性是药用植物栽培中连作障碍与化感自毒作用更重要的根本原因.文章分析了连作障碍产生的原因与药用植物化感自毒作用的关系,结合作者运用DGGE和T-RFLP技术对根际土壤微生物区系的系统研究结果,提出综合运用农艺措施减缓连作障碍与化感自毒作用的危害.     

连作障碍发生机理研究进展

随着集约化种植程度的不断提高,作物连作导致产量和品质下降,土传病害严重发生,严重制约了现代农业的可持续发展,连作障碍发生机理一直是国内外学者研究的热点之一。近年来,国内外学者从多方面、多角度对连作障碍进行了研究,但这些研究多集中于单一因素分析,缺乏对不同因子内在相互关系和本质的了解,未能深入揭示连作障碍发生的真正原因。深入认识连作障碍的成因及各要素间的互作关系是防控作物土传病原微生物生长、缓解连作障碍、实现农药使用量零增长的基础。本文从土壤理化性状及生物学性状恶化、植物生理抗性下降和连作自毒作用等方面系统综述了连作障碍发生机理,分析了连作障碍因素间的相互关系并对该领域未来的研究方向进行了展望,以期为寻找安全、环保和有效的缓解措施提供理论依据。     

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。     

连作自毒物质与根际微生物互作研究进展

连作障碍是农业生产中普遍存在的现象,与根际微生态失衡有直接关系,导致病原微生物富集,土壤从抑病型转向导病型,造成植物生长变弱、病虫害爆发、产量和品质下降。植物化感自毒物质在根际微生态破坏方面具有直接作用。自毒物质具有选择性培养基的作用,伴随植物生长不断积累,刺激根际病原菌生长而抑制有益微生物生长,导致根际微生物群落结构失衡,病原菌增加,植物病害爆发。自毒物质和根际微生物的互作关系从四个方面总结综述,包括自毒作用、自毒物质、自毒物质与根际微生物互作及植物根际促生菌缓解连作障碍。     

花生连作障碍发生机理研究进展

连作导致花生产量和品质下降,严重影响了花生持续生产。本文结合20年花生长期定位试验研究,从土壤理化性质恶化、化感自毒作用和微生物区系失衡3个方面系统地综述了花生连作障碍的发生机理,认为花生根际微生态系统综合功能失调是造成花生连作障碍的主要原因,并分别就化感作用、根际分泌物与根际微生物的关系、根际微生物与连作障碍的关系和多因子综合考虑等角度对该领域未来的研究方向进行了展望。     

设施蔬菜连作障碍原因及防治措施

连作障碍是设施蔬菜栽培中的一个关键问题.从土壤次生盐渍化、土壤微生物种类变化及植物自毒作用等方面综述了设施蔬菜连作障碍产生的原因,并提出了包括品种选择、轮作、合理施肥、嫁接及生物防治等防治措施.     

设施蔬菜连作障碍原因及防治措施

连作障碍是设施蔬菜栽培中的一个关键问题。从土壤次生盐渍化、土壤微生物种类变化及植物自毒作用等方面综述了设施蔬菜连作障碍产生的原因，并提出了包括品种选择、轮作、合理施肥、嫁接及生物防治等防治措施。     

浅议农作物连作土壤改良措施

农作物连作障碍是农业生产持续发展所面临的一个重要问题,通过查阅有关克服农作物连作障碍的研究报告,结合作者从事相关研究的结论和进展,就农作物连作障碍产生的原因和克服的途径进行综述,以便为相关研究和类似技术的实际应用提供借鉴。研究表明,引起农作物连作障碍的主要原因有土壤中有害微生物的积累、土壤的次生盐渍化、农作物的自毒作用等。基于此,通过探究土壤的改良措施,探索消除或减低作物连作所产生的连作障碍,为农业生产提供一定的依据。     

植物化感作用表现形式及其开发应用研究

综述了作物自毒现象、作物间他感作用以及作物与杂草间他感互作的研究进展,指出化感作用在克服连作障碍、构建高效间套复合群体、防除病虫草害和生物调控方面的应用潜力。     

茄子秸秆水提物自毒作用初探

试验研究茄子秸秆水提物自毒作用结果表明,茄子干秸秆水提物原液浓度为0 .0 15 g/ mL时明显抑制茄时明显抑制茄子胚根的生长,低浓度提取物原液对胚芽生长有一定促进作用,当其浓度增至0 .0 75g/ mL时明显抑制茄时茄子胚芽生长也受抑,表明茄子秸秆水提物对茄子生长有较强的自毒作用;水提物中醇溶性组分对茄子胚根、胚芽生长的影响与水提物原液表现一致,且对水培茄子幼苗生长有较强抑制作用,表明醇溶性组分中含有大量自毒物质。茄子幼苗根系活力随水提物中醇溶性组分浓度的增加而降低,植株对NO-3 、PO3 -4、K 、Mg2 和Ca2 等离子的吸收受阻,因而抑制离子的吸收是水提物中自毒物质发挥作用的重要因素之一。     

凤丹种胚组培苗的自毒作用研究

利用组织培养技术研究了不同生长时期的凤丹种胚组培苗根系分泌物抑制二茬培养苗生长的自毒作用。结果表明,组培苗根系分泌物对二茬组培苗具有一定的自毒作用。接种于生根培养基和继代生长培养基上的二茬苗具有最明显的自毒抑制现象,其次是接种于初代培养基上的二茬苗,在培养基中添加活性碳可降低二茬苗受到的抑制。二茬苗的根系活力和叶绿素含量明显低于加有活性碳的实验组和对照组,二茬苗的游离脯氨酸含量、SOD和POD酶活性的变化基本与活性碳组和对照组相似,都表现为先升后降的趋势。组培苗根系分泌物可以通过影响二茬苗的抗氧化酶活性变化、根系活力和叶绿素含量来影响其生长,同时,加入的活性碳可以吸附培养基中的有毒物质,从而缓解二茬苗的自毒作用。     

毛红椿凋落叶水浸液自毒作用研究

为探究毛红椿凋落叶水浸液的自毒作用,采用生物测试法研究毛红椿凋落叶水浸液对自身种子发芽和幼苗生长的影响,并结合气相色谱质谱联用(GC-MS)技术分析凋落叶水浸液石油醚、乙醚、氯仿、甲醇4种不同极性萃取组分中存在的自毒物质。结果表明,凋落叶水浸液对毛红椿种子发芽及幼苗生长、存活率等均有抑制作用,浓度越高抑制作用越强,中浓度溶液(100 g·L^-1)对种子发芽和茎长达到显著抑制水平,对种子发芽率、发芽势、发芽指数、茎长的抑制率分别为18%、31%、31%和17%;低浓度溶液(10 g·L^-1)对根长的抑制达到显著水平,抑制率为25%。毛红椿凋落叶水浸液4种不同极性萃取组分中共鉴定到22种化合物,总体含酰胺类、长链脂肪酸、酚类、苯甲酸衍生物、烷烃类、腈类、二甲苯、松油烯及谷甾醇等物质,其中酰胺类、长链脂肪酸、酚类、苯甲酸衍生物成分可能为毛红椿自毒物质。本研究结果为探索毛红椿的濒危机制,促进毛红椿的实生更新提供了理论依据。     

Autotoxicity of Phthalate Esters in Tobacco Root Exudates:Effects on Seed Germination and Seedling Growth

Autotoxicity is one of the major factors that impede continuous cropping. It is defined as the toxic influence of chemicals released from one plant species on the germination and growth of individuals of the same species. Here, in order to exam the autotoxicity of tobacco root exudates, root exudates were collected from tobacco plants grown both in cultural solution and on natural soil. Using ultraperformance liquid chromatography coupled with triple-quadrupole tandem mass spectrometry, main autotoxic chemical substances in the root exudates were identified. The autotoxic effects of suspected autotoxins on seed germination (including germination rate, germination potential, germination index, and vigor index) and seedling growth were analyzed. Dibutyl phthalate (or diisobutyl phthalate), dioctyl phthalate, and diisooctyl phthalate were identified in tobacco root exudates. It was observed that high concentrations (greater than 0.5 mmol L^-1) of each identified phthalate ester caused significant (P < 0.05) inhibition of tobacco seed germination and seedling growth. It can be concluded that phthalate esters such as dibutyl phthalate, diisobutyl phthalate, and diisooctyl phthalate in tobacco root exudates may play an important role in tobacco autotoxicity.     

Olfactory cues associated with fungal grazing intensity and secondary metabolite pathway modulate Collembola foraging behaviour

Fungal secondary compounds play an important role for springtail food choice and fitness. Little is known, however, on the role of olfactory cues for Collembola foraging behaviour and whether Collembola can olfactorily perceive volatiles associated with fungal secondary metabolite pathways. We investigated the ability of three species of Collembola (Folsomia candida, Heteromurus nitidus and Supraphorura furcifera) to use olfactory cues for discriminating between fungi of different phylogenetic affiliation (Aspergillus nidulans, Cladosporium cladosporioides, Ascomycota; Laccaria bicolor, Basidiomycota) and toxicity using fungal strains of A. nidulans with reduced secondary metabolite production. Furthermore, we studied if olfactory cues from hyphae injured by grazing affect the foraging behaviour of Collembola. We hypothesized that (i) Collembola are able to olfactorily perceive and respond to fungal species/strains with different secondary metabolite pathways and that (ii) Collembola are able to sense fungal mycelia injured by grazing. Each of the Collembola species studied preferentially oriented their foraging towards fungal strains of A. nidulans with suppressed secondary metabolites, and in particular towards the mutant where the global regulator for secondary metabolites (ΔlaeA) has been silenced. Two of the three Collembola species (H. nitidus and S. furcifera) sensed olfactory cues of previously grazed fungi and moved towards ungrazed fungi, however, the response of S. furcifera was restricted to fungi extensively exposed to grazing (5 days) suggesting that the response varies between Collembola species.Overall, the results support the first and second hypothesis indicating that Collembola (1) are able to olfactorily differentiate fungi of different toxicity and move towards more palatable fungi, and (2) showed a lesser preference for fungi previously exposed to grazing.     

导入外源Bt基因与受体作物次生代谢物质的交互关系研究

转Bt基因作物是目前商品化进程最快的转基因作物之一,外源Bt基因的导入为培育有效控制有害生物的作物品种提供了新的手段,但外源基因的导入一定程度上改变了作物自身的基因序列,可能引起作物的代谢过程发生改变。本文对转Bt基因作物中导入的Bt基因所产生的杀虫蛋白与作物自身次生代谢物质含量及其效应的关系进行简要综述,结果表明基因的改造和重组已经影响到转Bt基因作物的一些代谢过程。     

马尾松叶、根等浸提液对其种子发芽及苗木生长的影响

用马尾松成林的鲜叶、枯落叶、腐叶、活根、腐根及表土的水浸提液对其种子发芽及苗木生长的影响进行了试验。结果表明：上述６种侵提液处理与蒸馏水处理相比较，对马尾松种子的发芽、胚根生长和一年生苗木外生菌根的形成均有抑制作用；除鲜叶外，其他５种浸提液对马尾松一年生苗木高生长、主根长及鲜、干重有显著的抑制作用，而鲜时浸提液则有显著的促进作用，其抑制作用强弱的顺序是：土壤或腐叶＞腐根＞活根＞枯落叶＞鲜叶。这表明马尾松的叶、根组织及其残体含有对本种起抑制作用的物质存在，因而产生自毒作用。土壤是马尾松叶、根等器官在生长过程中分泌的及其残体在分解中产生的植物毒素的积聚场所，所以抑制作用最强。     

Rapid HPLC screening of jasmonate-induced increases in tobacco alkaloids, phenolics, and diterpene glycosides in Nicotiana attenuata

A rapid, HPLC-based screening procedure for the main classes of secondary metabolites in Nicotiana attenuata leaves (alkaloids, phenolics, and diterpene glycosides) is reported. In a single step, leaves are extracted in aqueous acidified (0.5% acetic acid) methanol, and the extracted compounds are separated by reversed-phase HPLC with an acidic water/acetonitrile gradient in <30 min. The utility of the method in quantifying changes in the secondary metabolites after methyl jasmonate treatment of the plants, a treatment known to elicit resistance to herbivores in nature, is illustrated. Methyl jasmonate treatment elicited dramatic increases in some secondary metabolites (caffeoylputrescine, nicotine, and diterpene glycosides increased 12.5-, 1.4-, and 1.9-fold, respectively) but left others, such as rutin, unchanged. Such broad-based analytical screens will help characterize environmental and genetic changes in secondary metabolite profiles.     

植物次生代谢响应UV-B辐射胁迫的生态学意义

平流层臭氧的减薄已导致地表中波紫外辐射(UV-B,280～320 nm)增强,使植物体内的次生代谢发生改变,而次生代谢产物与抗紫外辐射、抑制昆虫、防止病菌感染和其他食草动物取食、凋落物分解、他感作用等方面存在复杂联系,进而影响生态系统的种类组成、种间关系以及生物的多样性,并导致生态系统的生产力、物质循环、地球化学循环和能量流动等功能的改变,从而影响生态系统的平衡.本文综述了UV-B辐射增强对植物群落和生态系统的影响以及对次生代谢物影响的生态学意义,并展望了该领域的研究方向.