香豆素对多花黑麦草种子萌发和幼苗生长化感作用的机理研究

为探明化感物质香豆素的化感抑草作用机理,采用实验室培养皿生物监测法研究香豆素对多花黑麦草种子萌发及幼苗生长过程中主要生长和生理生化指标的影响,观察了种子和幼苗茎秆的超微组织结构变化。结果表明,与对照相比,香豆素显著降低了多花黑麦草种子的发芽势、根长、根干重、茎长和茎叶干重等生长指标(P<0.05);香豆素处理显著降低了吲哚乙酸氧化酶(IAAO)活性和叶绿素含量(P<0.05),同时显著提高了可溶性糖含量(P<0.05),以及4和6 d种子的蛋白质浓度(P<0.05);且在前期促进了多花黑麦草幼苗的过氧化氢酶(CAT)活性、抑制了过氧化物酶(POD)活性,而后CAT降低,POD先升高后降低(P<0.05),淀粉含量升高。100 μg/mL的香豆素水溶液只能在多花黑麦草种子发芽和幼苗生长初期可以很大限度的起到抑制作用,但不足以使其致死。香豆素抑制种子胚乳养分的分解与供应,破坏胚乳细胞的细胞膜、细胞壁,同时可能使细胞失水而导致质壁分离。     

豆科牧草对多花黑麦草化感作用的种间差异

实验室砂培法检测了红三叶、白三叶、杂三叶、黄花草木樨、紫花苜蓿、红豆草和毛苕子等7种豆科牧草茎叶及根的10%水浸提液处理对多花黑麦草种子萌发和幼苗生长的化感作用,结果表明:供试豆科牧草茎叶和根的水浸提液处理对多花黑麦草种子发芽势和幼苗根的生长均有显著(p<0.05)的化感抑制作用;10%水浸提液处理对多花黑麦草幼叶伸长无显著(p>0.05)影响,但对幼叶的干物质积累具有抑制作用;豆科牧草对多花黑麦草幼苗生长的化感作用在作用强度和作用机制两方面存在显著的种间差异。     

豆科牧草对多花黑麦草化感作用的种间差异

实验室砂培法检测了红三叶、白三叶、杂三叶、黄花草木樨、紫花苜蓿、红豆草和毛苕子等7种豆科牧草茎叶及根的10%水浸提液处理对多花黑麦草种子萌发和幼苗生长的化感作用,结果表明：供试豆科牧草茎叶和根的水浸提液处理对多花黑麦草种子发芽势和幼苗根的生长均有显著（p＜0.05）的化感抑制作用;10%水浸提液处理对多花黑麦草幼叶伸长无显著（p＞0.05）影响,但对幼叶的干物质积累具有抑制作用;豆科牧草对多花黑麦草幼苗生长的化感作用在作用强度和作用机制两方面存在显著的种间差异.     

黄花草木樨水浸提液中潜在化感物质的分离、鉴定

本研究旨在分离、鉴定黄花草木樨水浸提液中的主要化感物质。采用色谱分离、薄层分析和生物活性检测相结合的方法分离出了活性较强的化感物质组分,并通过气质联用(GC-MS)对潜在的化感物质进行了定性分析。结果表明,黄花草木樨水浸提液的乙酸乙酯相中含有多种化感物质,相对含量最高的为香豆素,相对含量较高的有6-(3-Hydroxy-but-1-enyl)-1,5,5-trimethyl-7-oxabicyclo[4,1,0]heptan-2-ol、二氢苯并吡喃酮、2,6-二叔丁基对甲酚、二溴三甲基环丙烷、磷酸三甲酯等物质;将乙酸乙酯相进一步分离得到3层混合物,上层混合物中含量相对最高的为香豆素;中层混合物中含量相对较高的有二溴三甲基环丙烷、6-(3-Hydroxy-but-1-enyl)-1,5,5-trimethy-7-oxabicyclo[4,1,0]heptan-2-ol、2,6-二叔丁基对甲酚、甲基环戊醇等物质;下层混合物中含量相对较高的有二溴三甲基环丙烷、甲基环戊醇、环己基溴化膦等物质。乙酸乙酯相及其分离后的各层混合物处理对多花黑麦草种子萌发和幼苗生长均具有一定的化感作用,其中,乙酸乙酯相处理对多花黑麦草化感抑制作用最强,其处理对多花黑麦草种子萌发和幼苗生长的抑制作用显著强于其分层后的各层混合物处理(P<0.05);其次是上层混合物处理,其处理对多花黑麦草种子萌发和幼苗生长的抑制作用显著强于其他2层(P<0.05);下层混合物处理对多花黑麦草的种子萌发和幼苗生长则具有明显的促进作用(P>0.05)。以上结果提示,黄花草木樨水浸提液中化感物质种类非常多,香豆素的含量最高,且香豆素含量高的组分处理对黑麦草的抑制作用就强,推测香豆素应为黄花草木樨水浸提液中的主要化感物质之一。     

黄花草木樨对杂草的化感作用研究

为探讨黄花草木樨(Melilotus officinalis)水浸提液对田间常见杂草的化感抑制作用以及利用黄花草木樨化感作用进行生物除草的可行性,采用生物检测法研究黄花草木樨水浸提液对藜(Chenopodium album)、臭草(Melica scabrosa)、籽粒苋(Amaranthus hypochondriacus)、稗草(Echinochloa crus-galli)、萹蓄(Polygonum aviculare)、山苦荬(Ixeris chinensis)、车前草(Plantago asiatica)等7种杂草种子萌发和幼苗生长的化感效应;同时测定黄花草木樨干草粉对田间杂草生物量的抑制效应.结果表明:黄花草木樨茎叶水浸提液处理能显著抑制籽粒苋、山苦荬、藜、稗草及车前草的种子萌发(P<0.05);能显著抑制藜、籽粒苋、稗草、山苦荬、车前草的幼苗生长(P<0.05);黄花草木樨干草粉能有效降低田间杂草生物量,且对田间杂草的抑制效应随施用量的增加而增强,在施用量达90 g·m^-2时,对田间杂草数量和干重的抑制均达到显著水平(P<0.05).因此,黄花草木樨的抑草能力具有选择性,对不同种杂草的作用方式和作用强度存在差异;黄花草木樨干草粉的施用量在90 g·m^-2及以上时,能显著降低田间杂草的数量及重量.     

草木樨对稗子草的化感作用测定

为了研究草木樨的化感作用对其他植物发芽率、生长情况的影响,试验采用草木樨植物根部、茎部及草木樨植物种子的水浸提液对稗子草的作用,来判断草木樨植物对稗子草的化感作用。结果表明:不同处理间草木樨植物的水浸提液对稗子草种子萌发和幼苗生长的化感作用具有明显的差异。草木樨根与茎的浸提液对稗子草种子发芽率有一定影响,而种子的浸提液浓度为80 mg/m L时抑制效果明显,发芽率较对照降低84.69%。综合效应指数(SE)分析可知,草木樨植物水浸提液浓度效应比较明显,即随浓度的升高化感抑制效应增强,其中根部水浸提液抑制潜力最大,根部水浸提液浓度综合效应指数由低到高分别为-0.147 3,-0.176 7,-0.464 7。     

猫爪草种子水浸提液对小麦、苏丹草、野大豆的化感作用研究

为了研究猫爪草种子的化感作用,试验采用培养皿滤纸法测定不同浓度(0,10,25,50,100 g/L)猫爪草种子水浸提液对小麦、苏丹草、野大豆种子萌发和幼苗生长的影响,同时测定受体植物幼苗丙二醛(MDA)含量的变化情况,并对其化感综合效应进行分析。结果表明:猫爪草种子水浸提液对小麦、苏丹草、野大豆均具有一定的化感作用,受体植物不同,化感效应不同;在猫爪草种子水浸提液浓度为0,25,50,100 g/L范围内,小麦表现为低浓度促进高浓度抑制效应,苏丹草表现为促进效应,野大豆表现为抑制效应;猫爪草种子水浸提液可使野大豆幼苗MDA含量显著升高(P0. 05)。说明猫爪草种子水浸提液对野大豆的化感抑制作用可能与其体内MDA含量升高,从而导致植物细胞膜的破坏有关;可以充分利用猫爪草对不同植物的化感综合效应指导牧草种植与合理混播。     

几种豆科牧草地上部水浸提液对稗草种子和幼苗的化感效应

用砂培法研究毛苕子(Vicia villosa)、紫花苜蓿(Medicago sativa.)、白三叶(Trifolium repens)、红三叶(Trifolium pratense)和黄花草木樨(Melilotus officinalis)花期地上部水浸提液对稗草(Echinochloa crusgalli)的化感效应。结果表明,供试草种水浸提液对稗草种子萌发和幼苗生长的化感作用具有明显的种间差异;其中对毛苕子和黄花草木樨种子发芽的抑制作用强于其它3种,抑制率达60%以上;紫花苜蓿对稗草幼苗生长的抑制作用强,特别是对根的抑制作用显著强于其它4个草种;白三叶和红三叶仅在水浸提液浓度0.1g/mL时,对稗草鲜根重表现出显著的抑制效应(P<0.05);此外,供试草种浸提液对稗草的化感作用,随着浓度的升高,抑制作用随之增强。     

陌上菅对三种禾本科植物的化感潜势研究

为探究长江中下游通江湖泊消落带优势种陌上菅的占优机制,以3种湿地常见的禾本科植物黑麦草、狗牙根、虉草作为受体植物,探讨了陌上菅对消落带常见禾本科伴生种的化感潜势。采用培养皿发芽试验和苗期盆栽试验,分析陌上菅浸提液对受试植物种子萌发、幼苗形态指标、抗氧化酶活性以及丙二醛含量的影响。结果表明:与对照(CK)相比,陌上菅浸提液显著抑制了3种受体植物种子的发芽率、发芽势以及胚根胚芽的生长。100 g·L^-1陌上菅叶片甲醇浸提液和水浸提液处理对3种受体植物发芽率的抑制率均高于95%。相同浓度条件下,陌上菅甲醇浸提液对种子萌发的抑制作用高于水浸提液。陌上菅显著影响了黑麦草和虉草幼苗生长发育。陌上菅浸提液处理下,黑麦草和虉草的根叶比相较CK显著降低(P<0.05),两种受体植物根系和叶片中的丙二醛(MDA)含量随浸提液浓度升高而升高。黑麦草超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性呈先升后降趋势。综上所述,陌上菅对3种禾本科植物萌发以及黑麦草和虉草幼苗生长均具有一定的抑制作用,其中虉草对陌上菅浸提液响应最敏感。陌上菅对3种伴生禾本科植物的化感潜势可能是导致陌上菅成为优势种群的原因之一。     

豆科牧草水浸提液的酚酸物质含量及化感潜力

酚酸是豆科牧草水浸提液中一类重要的化感物质。试验采用高效液相色谱法(HPLC)测定了紫花苜蓿(Medicago sativa L.cv.Alfaking)、毛苕子(Vicia rillosa Roth.)、黄花草木樨(Melilotus of ficinalis Desr.)、白三叶(Trifolium repens L.cv.Haifa)、红三叶(Trifolium pretense L.)和杂三叶(Trifolium hybridum L.)地上部分水浸提液中对羟基苯甲酸、绿原酸、咖啡酸、香豆酸、阿魏酸、原儿茶酸、丁香酸、香草酸和肉桂酸9种酚酸的含量,并检测了这6种豆科牧草水浸提液处理以及不同浓度的酚酸纯品溶液处理对多花黑麦草(Lolium multiflorum Lam.cv.Tetragold)幼苗根生长的影响。结果表明:豆科牧草水浸提液处理能显著地抑制多花黑麦草幼苗根生长,抑制率达59.6%～97.7%;所测9种酚酸在供试豆科牧草水浸提液中普遍存在;酚酸类物质的化感作用强弱因种类而有显著差异,但均随浓度升高而加强;豆科牧草水浸提液中酚酸类物质的化感潜力存在相互作用。     

香豆素对苏丹草种子萌发和幼苗生长的影响

香豆素为黄花草木樨(Melilotus officinalis)水浸提液的主效化感物质,能抑制多种杂草种子的萌发和幼苗生长。为探明香豆素的化感抑草作用机理,本研究采用室内培养、生物检测的方法,研究了简单香豆素水溶液对苏丹草(Sorghum sudanense)种子萌发及其幼苗生长和生理生化指标的影响,并采用透射电镜观察了苏丹草幼苗根和茎的超微组织结构。结果表明,20~100μg·mL~(-1)香豆素水溶液能够显著抑制早期苏丹草种子的萌发(P0.05),且随浓度升高抑制作用增强,能够显著抑制苏丹草根伸长,随处理时间的延长和浓度的升高其抑制作用也增强,根变粗扭曲,而对茎长的影响存在浓度效应和时间效应,在4d时,20~100μg·mL~(-1)浓度的香豆素水溶液均促进茎长,6和8d则表现为低浓度促进、高浓度抑制;与加蒸馏水的对照组相比,100μg·mL~(-1)香豆素溶液处理显著(P0.05)提高了过氧化氢酶(CAT)活性,并降低了超氧化物歧化酶(SOD)活性,对过氧化物酶(POD)抑制作用表现为先降低后升高;香豆素处理显著(P0.05)提高了可溶性糖的含量,同时显著(P0.05)降低了叶绿素的含量;在香豆素处理下,淀粉含量先降低后升高,吲哚乙酸氧化酶(IAAO)活性仅在第4天时低于对照组。香豆素水溶液破坏了苏丹草根细胞的超微结构,出现液泡体积变大,细胞器数量和种类减少的现象,细胞核的核膜发生明显的歪曲,细胞核变小甚至消失;香豆素水溶液处理下的苏丹草幼苗叶绿体内淀粉粒数目显著(P0.05)增加,体积变大。以上结果显示,100μg·mL~(-1)的香豆素水溶液可以通过改变苏丹草抗氧化酶系统、增加渗透调节物质、降低叶绿素含量、影响酶活性以及破坏细胞超微结构等途径调节苏丹草的生长。     

白三叶水浸提液对无芒稗种子萌发和幼苗生长的影响

为探明不同品种白三叶(Trifolium repens)水浸提液的化感作用机制,分别测定了‘铺地’(Persistent)、‘海发’(Haifa)、‘威亚’(Huia)、‘考拉’(Koala)4个供试品种对无芒稗(Echinochloa crusgalli)种子萌发及幼苗生理生化指标的影响。结果表明:‘威亚’水浸提液在0.25g·mL~(-1)浓度处理下,显著抑制了无芒稗种子的发芽势和发芽率(P0.05);4个品种白三叶水浸提液均在较高浓度处理下对无芒稗苗高具有抑制作用,但对其根长的抑制作用不显著;而‘考拉’水浸提液在0.20g·mL~(-1)浓度处理下,显著抑制了其单株苗干重和根干重(P0.05)。此外,‘铺地’和‘海发’水浸提液显著抑制了无芒稗幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)活性(P0.05);‘威亚’水浸提液显著提高了无芒稗幼苗的SOD活性(P0.05);‘铺地’、‘海发’和‘考拉’水浸提液处理后其过氧化氢酶(CAT)活性有先上升后下降的趋势;‘海发’、‘威亚’和‘考拉’水浸提液处理下,无芒稗幼苗过氧化物酶(POD)活性有显著降低的趋势(P0.05);同时各品种的水浸提液处理均改变了无芒稗幼苗的丙二醛(MDA)含量,使之有增加趋势。综上所述,4个供试白三叶品种均具有化感作用,且品种之间存在差异。     

4种针叶纯林枯落叶对3种豆科灌草的化感效应

为探讨豆科灌草在针叶人工纯林改造和林草复合植被建设中的可行性,研究了油松(Pinus tabulaeformis)、侧柏(Platycladus orientalis)、落叶松(Larix principis rupprechtii)和樟子松(P.sylvestris var.Mongolica)当年枯落叶经室内混土分解培养后,所获得的枯落叶浸提液对紫穗槐(Amorpha fruticosa)、毛苕子(Vicia villosa)和草木樨(Melilotus officinalis)种子萌发和幼苗生长的化感效应。结果表明,1)油松枯落叶浸提液抑制毛苕子和草木樨种子萌发,对紫穗槐种子萌发以及紫穗槐和毛苕子幼苗生长表现为“低促高抑”;2)侧柏浸提液促进草木樨种子萌发和毛苕子幼苗以及紫穗槐幼根生长,对紫穗槐种子萌发以及草木樨幼苗生长均表现为“低促高抑”;3)落叶松浸提液抑制了紫穗槐和毛苕子种子萌发,促进了草木樨种子萌发和毛苕子幼苗以及草木樨幼根生长,对紫穗槐幼苗生长表现为“低促高抑”;4)樟子松浸提液抑制了毛苕子和草木樨种子萌发以及紫穗槐幼苗地上部生长,促进了毛苕子幼苗和紫穗槐幼根生长,对紫穗槐种子萌发表现为“低促高抑”;5)3种豆科灌草幼苗MDA含量分析结果与其幼苗生长的分析结果一致。MDA含量可能是衡量化感效应的最敏感指标。     

冷蒿浸提液对牧草生长的影响

通过生物学试验和栽培试验,研究了冷蒿浸提液对3种牧草生长过程中植株形态指标的影响。结果表明,高浓度(25mg/mL)甲醇浸提液完全抑制牧草生长,在低浓度(5mg/mL)水浸提处理下各项指标多数表现为促进作用,其他各个浓度处理对阿尔冈金苜蓿、黄花草木樨根长和苏丹草茎叶长生长的抑制率分别为18.0%~100.0%、22.5%~30.9%、19.7%~100.0%,均达到了显著或极显著水平。由此可见,冷蒿浸提液对植株生长存在明显的化感作用。     

芦苇叶片化感作用对加拿大一枝黄花生长及生理生化特性的影响

采用砂培法研究了不同浓度(0, 0.025, 0.050和0.100 g DW/mL)芦苇叶水浸提液对入侵植物加拿大一枝黄花的化感效应。结果表明,在试验过程中(0~45 d),随芦苇浸提液浓度升高,加拿大一枝黄花基径和株高的累积生长量显著下降,死亡数随浓度升高明显上升;叶绿素含量随处理时间持续降低,且浓度越高叶绿素含量越低,而类胡萝卜素含量则呈先升高后降低之势;低浓度时,过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性随处理时间持续上升,但当浓度继续升高,则二者均呈先升高后降低之势;过氧化氢酶活性(CAT)和丙二醛(MDA)含量随芦苇叶浸提液浓度升高而上升,且二者随处理时间呈持续升高之势;可溶性蛋白含量和根系活力随处理浓度升高而降低,且该趋势随处理时间延长而加剧。可见,随浸提液浓度升高和处理时间延长,芦苇对加拿大一枝黄花化感胁迫效应增强。     

高丹草营养生长与饲用品质变化规律分析

为揭示高丹草(Sorghum bicolor×S.sudanense)在营养生长及饲用品质方面的变化规律,采用大田小区栽培法,以冀草1号、冀草2号高丹草为材料,测定并分析了不同生育天数内其株高、干物质积累量、氢氰酸含量、鲜干比、可溶性糖含量、茎叶比以及粗蛋白含量等性状指标。结果表明:高丹草的株高、干物质积累量以及粗蛋白产量的变化随生育天数的推进符合Logistic增长模型,均在抽穗期达到最大值;其氢氰酸含量、鲜干比及粗蛋白含量呈下降趋势,茎叶比呈增加趋势,符合一元线性回归模型;而可溶性糖含量变化符合二次曲线回归模型。回归分析得出,高丹草在抽穗期收割可同时获得较高的物质产量和营养价值。     

黄土高原油松纯林腐殖层土壤对10种植物的化感效应

采集黄土高原丘陵区和残塬区典型油松（Pinus tabulaeformis）纯林和荒地腐殖层土壤对10种常见植物进行盆栽试验,跟踪测定植物种子萌发、幼苗生长和生理活性等指标。结果表明：丘陵区油松纯林土壤显著抑制苜蓿（Medicago sativa）和草木樨（Melilotus officinalis）种子萌发,显著降低紫穗槐（Amorpha fraticosa）、苜蓿和毛苕子（Vicia villosa）的苗高、根长和生物量生长,以及紫穗槐和草木樨的叶片叶绿素含量、 过氧化氢酶（CAT）活性,且显著提高刺槐（Robinia pseudoacacia）、胡枝子（Leapedeza bicolor）、毛苕子和沙打旺（Astragalus adsurgens）叶片丙二醛（MDA）含量。残塬区油松纯林土壤显著抑制沙棘和苜蓿种子萌发,以及胡枝子、小冠花（Coronilla varia）和苜蓿的苗高和生物量生长,降低了草木樨、苜蓿的叶绿素含量和柠条（Caragana korshinskii）、草木樨的CAT活性,显著提高柠条、紫穗槐、小冠花和毛苕子的MDA含量。表明黄土丘陵区油松纯林腐殖层土壤对紫穗槐、苜蓿、草木樨、毛苕子、刺槐和沙打旺以及黄土残塬区油松纯林腐殖层土壤对沙棘（Hippophae rhamnoides）、苜蓿、和沙打旺综合表现为化感抑制作用。