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入侵植物加拿大一枝黄花根系活性物质的化感效应及其机理研究

吴娜  
【摘要】:加拿大一枝黄花是一种恶性的入侵杂草。目前的研究表明新武器假说是其被广泛接受的入侵机制之一,但是起关键作用的化感物质成分却是未知的。为此,我们研究了加拿大一枝黄花不同部位水提物的化感作用,其根系乙醇提取物中单体化合物的化感、自毒、抑菌作用,并从细胞和分子生物学层面解释了可能的化感作用机制。主要结果如下:1、加拿大一枝黄花地上部分水提物在某种程度上会减少结缕草种子的萌发、抑制其幼苗的生长,并且表现出浓度效应。浓度为50 g L-1的地上部分水提取物使结缕草幼苗中MDA浓度和POD活性显著增加;浓度为50 g L-1的根水提物对POD活性没有显著的影响,但是在浓度为150 g L-1时会显著抑制除结缕草CAT活性以外的所有指标;结缕草种子萌发和幼苗发育不受凋落物水提物的影响。2、本文从加拿大一枝黄花根系提取物中分离鉴定出咖啡酸甲酯和咖啡酸乙酯这两种酚类单体化合物,并且通过种子萌发实验、自毒实验、抑菌实验进一步验证其化感活性。ⅰ)种子萌发实验:在浓度为100μg/mL时,咖啡酸甲酯以及咖啡酸乙酯会抑制莴苣的种子萌发和幼苗生长。ⅱ)自毒实验结果表明咖啡酸甲酯和咖啡酸乙酯对本地多裂叶翅果菊幼苗和入侵植物加拿大一枝黄花幼苗的生长都有抑制作用,并且对多裂叶翅果菊的抑制作用更强。ⅲ)抑菌实验结果表明,不同浓度咖啡酸甲酯和咖啡酸乙酯对立枯丝核菌和西瓜枯萎病菌都有显著的抑制作用。3、为了进一步探讨咖啡酸甲酯和咖啡酸乙酯的化感作用机制,我们采用模式植物拟南芥从细胞和分子生物学层面进行了深入研究。实验结果如下:ⅰ)不同浓度咖啡酸甲酯和咖啡酸乙酯都会显著抑制拟南芥种子萌发和幼苗发育,特别是对拟南芥根生长的影响。通过观察拟南芥根尖发育情况发现,随着咖啡酸甲酯和咖啡酸乙酯浓度的增加根尖细胞形态受损的程度加重、细胞活力减弱;ⅱ)经过处理的拟南芥幼苗中细胞分裂基因(cdc2a)、细胞增殖标记基因(pcna1)表达量均有显著的降低,主根生长负调控基因(AtRRE1)表达量显著增加。据此可以推断出加拿大一枝黄花根提取物咖啡酸甲酯和咖啡酸乙酯是通过影响拟南芥中相关基因的表达来调控拟南芥幼苗的生长发育的。


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