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植物之间的化感作用(Allelopathy)是自然界普遍存在的一种现象,是植物对环境适应的一种化学表现形式,同时,它也是外来物种成功入侵的机制之一。E L Rice(1984)将植物化感作用定义为:植物(微生物)通过释放化学物质到环境中而产生对其它植物直接或间接的有害或有益作用。
近年来,外来入侵植物的化感作用研究取得了较大的进展。五爪金龙[Ipomoea cairica(L.) Sweet]为我国华南地区的重要有害外来入侵植物,大量入侵各种生境,能缠绕、覆盖植物,产生和释放具有较强抑制作用的化感物质,抑制其他植物生长。本研究在前人的基础上,采用生物测定的方法对五爪金龙的化感作用潜力进行评价,并采用固液、液液萃取、硅胶柱层析和薄层层析方法对化感物质进行初步分离,最后运用生理生化分析技术初步探讨了五爪金龙化感作用的生理机制。研究结果如下:
1. 以小麦、水稻、萝卜、小白菜、芥菜、莴苣、生菜和黄瓜8种植物为受体,对五爪金龙茎叶甲醇提取物的化感作用进行生物测定。结果表明,提取物对小麦种子萌发有抑制作用,能降低种子的发芽率,最终发芽率为54.29%。对其它受体植物种子发芽有明显的延缓作用,但对最终发芽率影响不大。抑制作用与浓度相关,随着浓度增大,抑制作用增强。对芥菜种子则具有低促高抑的效应,对照、2.5mg/ml、5mg/ml、10mg/ml和20mg/ml五个浓度的最终发芽率分别为68.67%、94.00%、95.33%、84.67%和17.33%,这一特征与植物生长激素的作用特征极为相似。
2. 五爪金龙甲醇提取物对供试的8种受体植物根的生长具有抑制作用,具体表现为根的长度变短、数量减少、重量变轻、颜色变深、根毛消失,最终根死亡。根毛数量与浓度相关,低浓度时有少量根毛出现,随着浓度增大,根毛消失;不同浓度的提取物对小白菜的芽生长均有轻微促进作用,对其他植物具有抑制作用。小麦根和芽的生长受到的抑制最强烈,根数量、根鲜重、芽鲜重的化感指数(RI)分别为-0.7927,-0.9591,-0.6862。
3.为进一步明确五爪金龙对受体植物的化感作用,研究了五爪金龙植株不同部位甲醇提取物对受体植物种子发芽和幼苗生长发育过程的影响。结果表明,五爪金龙茎、叶的甲醇提取物对萝卜和小白菜两种受体植物种子发芽有延缓作用,对萝卜根生长和芽生长均有抑制作用;对小白菜根生长有抑制作用,对芽生长无明显影响。
4. 运用溶剂萃取、薄层层析、柱层析等方法,对五爪金龙的化感物质进行了初步分离。五爪金龙提取物用蒸馏水溶解,依次用石油醚、氯仿、正丁醇萃取,得到石油醚萃取物、氯仿萃取物、正丁醇萃取物和水层萃取物。生物活性测定表明氯仿萃取物和正丁醇萃取物对受体植物的生长发育抑制作用最强,氯仿萃取物处理后,萝卜、莴苣和生菜的根长化感指数分别为-0.5854、-0.7888和-0.5845;芽长化感指数分别为-0.4627、-0.2036和-0.5804;正丁醇萃取物处理后,萝卜、莴苣和生菜的根长化感指数分别为-0.8527、-0.8363和-0.8199;芽长化感指数分别为-0.5048、-0.2249和-0.6980;水层萃取物抑制作用次之,处理后萝卜、莴苣和生菜的根长化感指数分别为-0.6259、-0.3518和0.0296;芽长化感指数分别为-0.3174、0.0466和-0.0200。说明五爪金龙的化感物质主要存在于氯仿萃取物和正丁醇萃取物中。用硅胶柱层析对氯仿萃取物进行分离,得到41个流分,合并为9个组分,以萝卜为指示植物进行生物活性测定,结果表明13-18流分、19-24流分和冲柱流分的活性最高,对受体植物根生长和芽生长均有较高抑制作用,而且活性接近,根长化感指数分别为-0.6855、-0.6974和-0.7282;芽长化感指数分别为-0.3552、-0.4992和-0.3560。
5. 采用浸虫浸叶法测定了五爪金龙茎叶甲醇提取物对小菜蛾3龄幼虫的综合毒杀活性。结果表明,10mg/ml提取物对小菜蛾3龄幼虫具有较高的综合毒杀活性,24h和48h的校正死亡率分别为76.27%和79.88%。说明五爪金龙对昆虫也有化感作用。
6. 用3,5-二硝基水杨酸法分别测定了以五爪金龙甲醇提取物不同浓度处理后小麦和水稻种子的总淀粉酶、α-淀粉酶和β-淀粉酶活性,结果表明,处理后,小麦和水稻种子的淀粉酶活性明显下降,而且随着浓度的增大,淀粉酶活性越小。
综上所述,五爪金龙能产生具有较强抑制作用的化感物质,抑制其他植物的生长。