加拿大蓬化感作用及抑菌活性研究

【摘要】：加拿大蓬(Erigeron canadensis)为菊科飞蓬属植物,原产于北美洲,是早期传入我国的外来入侵种,目前广泛分布于我国南北各省区,已成为农田、荒地的恶性杂草。化感作用是外来种入侵的重要机制之一,也是实现其资源化利用,变被动防除为主动控制的重要手段。本文对加拿大蓬的化感作用和资源化利用等进行了相关研究,主要研究结果如下： 1.研究了渗透胁迫对化感作用研究的干扰,建立了较为规范的水溶物化感作用生物测定方法。以此为前提,采用多个受体植物测定了加拿大蓬水提液的化感作用潜力。结果表明：加拿大蓬水提液对种子的化感作用表现为种子萌发率降低、种子萌发时间延迟；对幼根生长具有广谱的抑制作用；对幼茎生长的影响因种而异,呈现为抑制或“低促高抑”；对成熟植株主茎生长有抑制作用,改变光合产物在受体植物根、茎、叶等部位的分配,并造成其生物量积累障碍。以玉米为例,加拿大蓬水提液对其不同生长发育时期的影响大小排列顺序为：幼苗期吐丝期灌浆期成熟期种子萌发阶段。 采用半密闭容器法对加拿大蓬挥发油的化感作用进行了生物测定,并对采用挥发、淋溶2种不同途径释放挥发油中次生代谢产物对受体植物造成的影响进行了差异比较。结果发现：挥发油对种子萌发和幼苗生长具有不同程度的抑制作用。其中,以挥发的方式作用于受体植物时,茎长生长存在“低促高抑”现象,对根长的抑制作用明显强于茎长；而挥发油淋溶物(以下简称芳香水)同时抑制了幼根、幼茎的发育。3种受体植物中小白菜对加拿大蓬挥发油的化感作用最为敏感,苦苣受芳香水的影响最大。说明以不同途径释放加拿大蓬挥发油中化感物质时,其化感作用存在差异。 将加拿大蓬植株进行自然腐解,研究其腐解物对土壤中微生物数量的影响,结果显示：腐解物对细菌有抑制作用,细菌比例减小；对真菌和放线菌数量增加有促进作用,其比例增大,含有加拿大蓬腐解物的土壤有从“细菌型”土壤向“真菌型”土壤转变的趋势。其次,以混有加拿大蓬自然腐解物的土壤进行试验,结果发现受体植物种子萌发率和株高降低,但叶面积和生物量显著增加,受体表现出“粗、矮”的特点。 通过上述研究证明,加拿大蓬淋溶物、挥发油、芳香水、腐解物均具有不同程度的化感作用潜力,加拿大蓬化感作用的释放途径是多种多样的。 2.采用3种受体植物、3个检测指标调查了生育期内加拿大蓬3种主要化感物质(淋溶物、挥发油、芳香水)的化感作用动态变化,并对其相关影响因素进行了分析。结果表明27条曲线相似性较低,其变化趋势因受体、检测指标、供体生长发育阶段等出现了多种变化。总体看来,加拿大蓬主茎旺盛生长时化感作用最强,幼苗期和孕蕾期-始花期是加拿大蓬化感作用最弱的两个时期。研究发现,浓度、受体植物种类、受体生长发育阶段、化感物质种类及释放途径、化感物质间的交互作用、加拿大蓬各部位生长发育、加拿大蓬次生代谢物质积累、土壤及植株本身矿质元素含量以及气象因子都与加拿大蓬化感作用变化存在显著或极显著的相关关系。 3.对加拿大蓬入侵群落中结构特征进行分析,结果显示：在加拿大蓬生育期内,翼化感作用降低时,样方内Sinpson指数、Shannon指数和Brillouin指数增加,推测加拿大蓬化感作用影响了种群调节。相关分析结果显示加拿大蓬淋溶物的化感作用与物种数、多样性指数、均匀度指数等达到显著或极显著负相关,其数学模型呈指数关系,最高拟合系数可达0.734,具有显著意义,说明淋溶物是加拿大蓬的入侵是群落中中多样性和均匀度变化的重要影响因素。 除此之外,样方内加拿大蓬表现出较大优势度还与其光合能力有关。虽然与伴生种北山莴苣等相比,加拿大蓬不具有光合优势,但随着生育进程的发展,其净光合速率增加、蒸腾速率减小、水分利用效率增加,表明其具有较强的光合能力和抗旱能力,更适应向阳撂荒地夏季高温干旱的生境,从而表现出较强的入侵性。 4.对加拿大蓬中化感物质进行活性追踪,结果表明：加拿大蓬挥发油的化感作用与其含有丰富的萜类物质有关,其中主要的化感活性物质为柠檬烯,其在挥发油中相对含量达到55.49%。水提液中主要化感活性物质为苯甲酸类衍生物,包括苯甲酸、苯乙酸、香草醛、香草酸、丁香醛、丁香酸等物质。利用HSCCC、HPLC和反复柱层析,从加拿大蓬水提液中分离得到了4个单体物质,分别是：化合物A(香草酸)、化合物B、化合物C(槲皮素)、化合物D(木犀草素)。其中香草酸为首次从该植物中得到。 5.通过加拿大蓬对受体植物幼苗和成株化感作用机制的研究,表明加拿大蓬对幼苗的化感作用机制包括影响种子吸水作用,可溶性蛋白含量、激素水平(GH、GA、CTK、ABA)和保护酶活性(POD、SOD、CAT)。对成株的化感机制包括影响受体光合色素含量,受体叶片结构参数和气体交换参数,以及改变光合产物的分配。 6.加拿大蓬水提液除对杂草具有抑制活性外,还对食源性细菌和真菌具有抑菌活性。水提液的氯仿萃取物对链球菌、丙酮萃取物对沙门氏菌的抑菌效果最好；正丁醇萃取物对真菌有较好的抑菌效果。20g/L的正丁醇物对人参立枯病的抑菌率为88.63%,相当于10 g/L代森锰锌对人参立枯病的抑菌效果。 加拿大蓬挥发油对6种食源性致病菌有良好的广谱抗菌作用,其中对志贺氏菌的MIC为5 g/L,为高度敏感。对人参2种致病真菌的抑菌效果较明显,挥发油10、20 g/L溶液分别相当于代森锰锌5、10 g/L对人参立枯病的杀菌效果,其20 g/L的溶液对人参黑斑病的抑菌率为100%。