水稻化感作用潜力研究初报

6个化感水稻的化感作用潜力试验结果表明，不同品种水稻的化感潜力存在差异，6个供试水稻按其对稗草生长抑制率的大小依次为“Woo Co Chin Yu”＞“Kouketsumuchi”＞“AC1423”＞“CN-15”＞“Taichung Native 1”＞“YH-1”。提高化感物质的浓度，可相应增强对稗草生长的抑制作用。试验证实，水稻对稗草的化感作用具有密度依赖效应，表现为杂草密度加大，水稻化感抑制效果降低，这与资源竞争的结果恰好相反。     

水稻人感作用潜力研究初报

6个化感水稻的化感作用潜力试验结果表明，不同品种水稻的化感潜力存在差异，6个供试水稻按其以对稗草生长抑制率的大小依次为“Woo Co Chin Yu”＞“Kouketsumuchi”＞“AC1423”＞“CN－15”＞“Taichung Native 1”＞ “YH－1”。提高化感物质的浓度，可相应增强对稗草生长的抑制作用。试验证实，水稻对稗草的化感作用具有密度依赖效应，表现为杂草密度加大，水稻化感抑制效果降低，这与资源竞争的结果恰好相反。     

不同化感潜力水稻化感效应与产量的关系

本研究探讨了连续3年5种不同化感潜力水稻田间抑草效应、产量及其之间相互关系。结果表明,不同种植时间,不同化感潜力水稻田间种植过程中伴生杂草总生物量以非化感水稻"Lemont"最大,化感水稻"PI-1"最小。化感潜力分析结果表明,不同化感潜力水稻以化感水稻"PI-1"化感抑草潜力最强,非化感水稻"Lemont"最弱。水稻产量分析结果表明,不除草条件下,不同种植时间均以化感水稻"PI-1"产量最高,非化感水稻"Lemont"产量最低。除草条件下,依然以化感水稻"PI-1"产量最高,化感水稻"IAC47"产量最小。杂草生物量、水稻化感潜力与水稻产量的相关性分析结果表明,不同化感潜力水稻产量的大小与田间杂草生物量存在极显著负相关,与化感潜力大小存在极显著正相关。     

苗期不同化感潜力水稻根际土壤酶活性分析

为揭示化感水稻根际土壤酶活性与水稻化感潜力的关系,在前期研究的基础上,以化感水稻“P1312777”、“IAC47”、“Iguape”和非化感水稻“Lemont”为材料,测定了苗期旱作水稻根际土壤酶活性。结果表明,化感水稻抑制了根际土壤的脱氢酶、过氧化物酶、多酚氧化酶、脲酶活性、纤维素分解酶活性,提高了酸性磷酸酶、、碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性。脲酶、多酚氧化酶活性与水稻化感潜力呈显著负相关,酸性磷酸酶、碱性磷酸酶与水稻化感潜力呈显著正相关,蛋白酶、脱氢酶活性与其他土壤酶、土壤微生物区系、水稻化感潜力间均无显著相关性。化感水稻降低根际土壤多酚氧化酶活性,有利于根际化感物质的积累,提高了酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性,促进土壤磷、碳循环,为实现水稻化感效应奠定基础。     

化感水稻6173内生真菌发酵产物对水稻和稗草苗期生长及生理生化特性的影响

为了考察化感水稻品系6173内生真菌的生物学功能,采用6173分离出的12株内生真菌对非化感水稻93067和稗草进行种子萌发和生长试验,以常规萌发生长的水稻及稗草幼苗为对照,研究真菌发酵产物对两者萌发率、茎长、鲜重和相关酶活性变化的影响。结果表明,12株内生真菌中,7株真菌的发酵产物对水稻萌发起促进作用,11株真菌的发酵产物可促进水稻幼苗生长,其中塔宾曲霉和粘红酵母发酵液效果极显著。然而11株真菌的发酵产物对稗草萌发具有抑制作用,燕麦镰刀菌发酵液抑制效果极显著;试验组中塔宾曲霉、粘红酵母发酵产物均显著抑制了稗草的生长。初步筛选促水稻生长和抑制稗草作用明显的燕麦镰刀菌、塔宾曲霉和粘红酵母,其发酵产物都能显著降低稗草种子的脂肪酶活性。与对照相比,萌发24 h时,粘红酵母处理稗草种子可使脂肪酶活性下降82.61%;萌发96 h时,燕麦镰刀菌和粘红酵母菌处理稗草种子可使脂肪酶活性下降30.88%和36.50%。此外,塔宾曲霉和燕麦镰刀菌发酵产物能够不同程度地提高水稻幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性;燕麦镰刀菌能降低稗草幼苗的SOD、POD活性;同时塔宾曲霉能显著降低稗草幼苗POD活性。综上,化感水稻6173中分离出的内生真菌的发酵产物对普通水稻品种促生长和抑制作用并存,但对稗草主要是抑制作用,其作用可能主要通过抑制脂肪酶活性和抗氧化途径实现。本研究结果为农业生产中生物农药和微生物肥料的研发奠定了理论基础。     

稗不同出苗时间和密度对机械直播水稻灌浆期根系特性的影响

为探讨机械直播稻田稗最佳防控时间,采用小区试验的方法,以人工除草处理为对照,研究稗不同出苗时间(水稻机械直播后0、7、14、21、28、35 d)和不同密度(1、3、5、7株·m^-2)对机械直播水稻根系特性以及产量的影响。结果表明,稗出苗时间和密度对水稻产量有不同的影响,稗草出苗时间越早或密度越大,水稻减产越多。当稗密度为1株·m^-2时,水稻机械直播后0~35 d出苗的稗均对水稻产量无影响;当稗密度为3、5、7株·m^-2时,在水稻机械直播后21 d内出苗的稗均随其密度增加而显著降低水稻产量,之后出苗的稗对水稻产量无明显影响。同时发现,产量显著降低后水稻的根系总根长、平均根系直径、根干重、根系总吸收面积、根系活跃吸收面积、根系氧化力和玉米素+玉米素核苷含量也均显著降低。上述水稻根系指标的降低可能是机械直播水稻与稗伴生后产量降低的重要原因。本研究为机械直播稻田稗草防控提供了理论依据。     

田间旱育条件下不同化感潜力水稻根际土壤酚酸类和萜类物质分析

酚酸类和萜类是水稻化感作用研究中研究较多、争议较大的2大类化感物质,但目前有关水稻根系分泌物的研究多在实验室条件下进行。本文以国际公认的强化感水稻‘PI312777’和弱化感水稻‘Lemont’为材料,以未种植水稻的土壤为对照,研究了其在田间旱育条件下,不同土壤水分状态(旱地和湿地)时,根际土壤酚酸类和萜类物质的差异。结果表明,不同水分条件下不同化感潜力水稻品种和对照根际土壤中酚酸类物质和萜类物质的组成较为相似,但各物质含量存在一定差异。适度旱胁迫下,各处理根际土壤中所检测到的咖啡酸、对羟基苯甲酸、香草酸、阿魏酸和肉桂酸5种酚酸类物质及总量均有提高,其中强化感水稻‘PI312777’根际土壤中5种酚酸类物质提高最显著,比CK湿地处理提高2.84倍;在各处理根际土壤共检测到的27种萜类物质中,17种是含氧单萜;干旱胁迫导致各处理根际土壤单萜烯、含氧单萜、含氧倍半萜和总萜变化程度和变化趋势不同,单萜烯相对含量在强化感水稻‘PI312777’根际土壤中明显提高,而在弱化感水稻‘Lemont’和对照根际土壤中则降低。本文在此基础上讨论了由此导致2种水稻田间化感抑草效果差异的原因与机制。     

水稻化感种质筛选的初步研究

采用砂培法和蒸馏水浸提法对300份水稻品种进行了化感作用初筛，初步发现12份品种分别对稗草或莴苣的幼根、幼苗的生长具有明显的抑制作用，约占总数的4％，主要来源于外国粳稻、籼稻及广西地方晚籼品种；一般情况下，化感物质对稗草幼苗的抑制作用明显强于其对幼根的抑制作用，而对莴苣幼苗的抑制作用则明显弱于其对幼根的抑制作用；对莴苣的化感作用强于对稗草的化感作用，所以初筛时以莴苣为检测植物可提高效率；砂培法和蒸馏水浸提法具有能快速大量测定化感种质的优点，可作为初筛的主要方法，但均需改进，以提高准确性。     

田间旱育条件下不同化感潜力水稻的抑草效应分析

研究了田间旱育条件下, 在土壤水分充足和适度干旱状态时, 化感水稻"PI312777"和非化感水稻"Lemont"的抑草效应差异.结果表明, 在两种供水状态下, 化感水稻"PI312777"对田间杂草的控制效应显著高于非化感水稻"Lemont","PI312777"对各种杂草抑制效应指数的绝对值多在0.5以上, 而"Lemont"对各种杂草抑制效应指数的绝对值则多在0.5以下.进一步分析发现, 适度干旱胁迫下"PI312777"和"Lemont"对杂草的抑制效应都有增强趋势, 且"PI312777"稻田杂草生物量的降低幅度高于"Lemont"稻田; 以与非化感水稻"Lemont"共生下的杂草生物量为对照, 化感水稻"PI312777"对稻田杂草均表现出一定的化感抑制作用, 且适度干旱胁迫诱导下化感作用强度进一步增加.此外, 水稻对不同杂草的生物干扰强度不同, 化感水稻"PI312777"对夏熟稻田阔叶杂草有较强的控制效果, 干旱胁迫诱导"PI312777"对无芒稗(Echinochloa crusgalli L.)的化感潜力明显增强.     

规模化稻鸭生态种养对稻田杂草群落组成及物种多样性的影响

为探索规模稻鸭生态种养稻田杂草群落的变化动态,运用植物群落生态的方法研究了规模稻鸭生态种养、常规稻鸭生态种养和水稻单一种植稻田杂草的群落变化特点及控草效果。结果表明:规模稻鸭生态种养杂草密度显著降低,与水稻单一种植比较防效为94%;水稻分蘖到孕穗期稻田杂草主要由看麦娘(Alopecuruspratensis)、稗草(Echinochhloa crausgalli)、狗牙根(Cynodon dactylon)、水花生(Alternanthera philoxeroides)、鸭舌草(Mouochoria vaginalis)、水竹叶(Murdannia triquetra)和鳢肠(Eclipta prostrata)组成,抽穗期到成熟期主要由水花生、稗草、狗牙根和水竹叶组成。研究还表明,规模稻鸭生态种养水稻分蘖期物种丰富度、Simpon指数、Shannon-Wiener指数略高于水稻单一种植,Pielou指数低于水稻单一种植;孕穗期到成熟期物种丰富度、Simpon指数、Shannon-Wiener指数低于水稻单一种植,Pielou指数显著高于水稻单一种植。水稻全生育期规模稻鸭生态种养与常规稻鸭生态种养比较稻田杂草密度、杂草生物量和多样性指数差异不显著,但杂草生物多样性指数略有提高。说明规模稻鸭生态种养显著改变稻田杂草的群落结构和组成,可抑制杂草发生危害,达到有效控草目的。     

低氮胁迫下小麦抑草作用的化感效应与资源竞争分析

化感效应和资源竞争在作物抑草中起重要作用。为区分低氮胁迫下小麦抑草作用的化感效应与资源竞争,以强化感小麦品种‘115/青海麦’、‘92L89’和弱化感小麦‘抗10103’为材料,设置氮水平为25 mg·L-1、50mg·L-1、100 mg·L-1和200 mg·L-1的水培试验,通过小麦与看麦娘共培、应用含小麦根系分泌物的小麦-看麦娘共培液处理看麦娘,分别测定了小麦对看麦娘的生物干扰作用、化感效应及资源竞争效应。结果表明,不同化感潜力的小麦对看麦娘的抑制能力存在显著差异,抑制率大小为‘115/青海麦’(55.1%~73.9%)‘92L89’(48.9%~65.9%)‘抗10103’(15.4%~45.5%),且抑制率随氮水平的降低而增大。在小麦的抑草作用中,化感效应与资源竞争并存。低氮胁迫条件下,强化感小麦抑草能力增强主要通过提高化感效应实现;弱化感小麦抑草能力增强主要通过提高资源竞争实现。不同化感潜力小麦的抑草作用在低氮胁迫下表现出不同的生态策略。小麦抑草作用的化感效应均随氮水平降低而增大,其抑制率随氮水平的变化可用一元二次方程加以拟合。     

干旱胁迫与外源激素PDJ对不同基因型小麦化感潜力的诱导调控

盆载条件下对4个不同基因型小麦品种于播种前以外源激素PDJ(10 mg·L-1)浸种处理和返青期始干旱胁迫,测定其光合特性、水分利用和化感抗草差异.结果表明:水分胁迫(田间持水量的45%)和PDJ处理均能增强几种供试小麦的化感抗草诱导效应,两者均通过降低杂草生物量从而抑制杂草生长.水分胁迫和PDJ处理均能增强"兰考95-25"、"小偃6号"拔节期的叶片光合速率,降低气孔限制值和提高水分利用率;"豫麦66"PDJ处理下可增强光合作用而降低水分利用率,但干旱胁迫下则相反;"兰考217"经PDJ处理光合速率和水分利用率均降低.典范对应分析发现供试小麦受到干旱胁迫和外源激素PDJ处理后会引起植物形态和光合生理的变化,从而影响其化感抗草特性.小麦整体化感潜势与以杂草生物量(杂草鲜重/盆)表示的抗草指标显著相关,而小麦的整体抗草特性主要与其水分利用率、光合速率和蒸腾速率显著正相关,与植物地上生物量、株高、节间距离和气孔导度显著负相关.     

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。     

银杏外种皮对生菜生长及生理特性的影响

为了探讨银杏外种皮对生菜的化感作用,采用盆栽方法,分别设置5个外种皮施用量(0、15、30、60、90 g/盆)处理,研究银杏外种皮对生菜生长、抗氧化酶系统、渗透调节物质含量以及光合参数的影响。结果表明:随着银杏外种皮施用量的增加,生菜的主根长和地上部鲜重呈先上升后下降的趋势,而株高和茎粗则不断下降,在施用量为90 g/盆时生菜的各生长指标均达到最低值;生菜的光合色素含量随银杏外种皮施用量的增加呈下降趋势,各处理不同光合色素含量与对照相比均显著下降;生菜超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性、游离脯氨酸含量及可溶性蛋白含量随银杏外种皮施用量的增加均先上升后下降,但丙二醛(MDA)含量并未显著增加;生菜净光合速率Pn、胞间CO_2浓度Ci和蒸腾速率Tr随银杏外种皮施用量的增加呈先上升后下降的趋势,气孔导度Gs则不断下降。综上所述,银杏外种皮对生菜产生了明显的化感作用,对生菜的生长、生理和光合指标总体呈抑制作用,并且随着施用量的增加,抑制作用不断加强。     

空心莲子草在稻田生态系统中的生长特性及对水稻生长发育的影响

为了解空心莲子草在正常耕作稻田中的入侵能力与水稻对该草的抵抗能力,本文通过在秧苗移栽后的稻田中移植少量空心莲子草繁殖体,人工模拟空心莲子草入侵稻田的方法,研究了该草在稻田中的入侵生长繁殖特性及其对水稻生长发育的影响。结果显示:在人工移入空心莲子草后的第一个水稻生长季内,空心莲子草长势较弱,其植株克隆数与直立茎秆数从水稻分蘖前期至成熟期均无显著变化,仅株高增长极显著,但茎秆纤细柔软,部分茎秆顶端弱化,叶片弱小卷曲,出芽量很低或几乎没有新芽生长。空心莲子草对水稻分蘖、有效分蘖与株高等参数均无显著影响。空心莲子草在田埂上与稻田边缘的生长主要表现为该草的覆盖度、直立茎秆数与株高的显著增加,难以向稻田中扩散生长。研究结果表明,空心莲子草在耕作稻田中不能形成严重入侵态势。建议保持稻田于耕作状态,可有效防止空心莲子草的入侵。     

植物化感物质对种子萌发的影响及其生态学意义

化感现象作为植物之间的一种相互作用方式,在农林业生产中广泛存在。合理利用植物之间的化感作用,对于生产实践具有重要的指导意义。研究表明,化感物质可促进或抑制不同物种种子的萌发过程,这对于植物的生长发育、植物群落的组成与分布以及生态系统的平衡有着重要影响。本文从化感物质对种子萌发的影响与其生态学意义两个方面进行了综述。一方面,在阐述化感作用影响种子萌发的基础上,进一步总结了化感物质抑制植物种子萌发的生理生化机制。包括:化感物质通过抑制胚根和胚轴的伸长,破坏亚细胞结构,干扰植物激素及活性氧的合成与代谢,造成细胞损伤,从而阻碍种子萌发;抑制种子中储存物质的代谢,阻碍种子萌发过程中的物质以及能量转换,导致种子萌发受阻等。另一方面,本文从化感作用在抑制农田杂草及影响生态系统稳定性两个方面,阐述了化感物质调控种子萌发的生态学意义。讨论了农作物的化感抑草作用,农林业生产中的化感自毒作用以及化感作用造成的生物入侵等,以期为农林业生产提供借鉴。最后,根据目前研究进展,对本领域未来研究方向进行了展望和讨论。     

看麦娘叶片对化感小麦根水提液的生理响应

为阐明小麦化感抑草的生理机制,选择强化感小麦‘115/青海麦’、‘92L89’和弱化感小麦‘抗10103’,通过添加浓度为0.2%、0.5%和1.0%的小麦根水提液进行水培试验3周后,测定了各处理看麦娘的鲜重,分析叶片中叶绿素(SPAD值)、可溶蛋白、MDA、类黄酮、总酚的含量以及SOD、POD、CAT活性。结果表明,水提液处理显著抑制了看麦娘的生长,抑制率在不同处理浓度及小麦品种间均存在显著差异,强化感小麦的抑制率显著高于弱化感小麦。在处理浓度范围内,不同小麦根水提液的抑制率大小依次为‘115/青海麦’(24.7%~74.3%)‘92L89’(15.7%~71.6%)‘抗10103’(13.8%~61.4%);0.2%、1.0%和5.0%水提液处理的抑制率大小依次为13.8%~24.7%、41.7%~66.4%和61.4%~74.2%。看麦娘叶绿素含量(SPAD值)随处理浓度增大显著降低,可溶蛋白含量,SOD、POD、CAT活性,MDA、类黄酮含量随处理浓度增大显著升高,强化感小麦对看麦娘的生理刺激作用高于弱化感小麦。1.0%‘115/青海麦’及5.0%各小麦水提液处理的看麦娘总酚含量高于对照。可见,小麦化感胁迫提高了看麦娘的保护酶系统活性,增强了抗氧化物质代谢,但显著增强了细胞膜脂质过氧化和叶绿素降解,不利于靶标植物看麦娘的生长。     

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。