高源 朱朝華 李雪楓 等
摘要:以稗草[Echinochloa crusgalli (L.) Beauv.]、鬼針草(Bidens pilosa L.)、含羞草(Mimosa pudica L.)3種雜草種子為受體,以小飛蓬[Conyza canadensis (L.) Cronq.]全株為供體,采用培養皿濾紙培養法研究小飛蓬水提取液的乙酸乙酯、正丁醇和水萃取物對受體植物種子萌發和幼苗生長的化感作用。結果表明,小飛蓬的乙酸乙酯萃取物強烈抑制稗草和鬼針草的種子萌發和幼苗生長,且抑制效應隨萃取物濃度的升高而提高,高濃度的乙酸乙酯萃取物對含羞草的種子萌發和幼苗生長抑制作用明顯。乙酸乙酯萃取物濃度為0.5 mg/mL時,其對3種雜草幼苗的根長、莖長和鮮重的抑制作用與對照組比較就有顯著差異。乙酸乙酯萃取物濃度為2.0 mg/mL時,其對稗草和鬼針草根長的化感效應指數(RI)值均為-1.00,對莖長的RI值分別為-0.97和-0.78;二者種子的萌發率平均值分別為3.3%和2.2%。小飛蓬的正丁醇萃取物抑制3種雜草的種子萌發和幼苗生長,但比乙酸乙酯萃取物的抑制作用弱。高濃度小飛蓬水萃取物強烈促進3種雜草的幼苗生長。說明小飛蓬水提取液中的除草活性物質可能存在于乙酸乙酯和正丁醇萃取物中。
關鍵詞:小飛蓬[Conyza canadensis(L.)Cronq.];化感作用;萃取物;幼苗生長
中圖分類號:S452文獻標識碼:A文章編號:0439-8114(2012)15-3230-04
Allelopathy of Conyza canadensis on Seed Germination and Seedling Growth of Three Types of Weed
GAO Yuan1,ZHU Chao-hua1,LI Xue-feng1,LEI Zhao-ming2,YU Shu-hua2
(1. College of Environment and Plant Protection, Hainan University, Haikou 570228,China;
2. Test Site of Chinese Academy of Tropical Agricultural Science, Danzhou 571737, Hainan,China)
收稿日期:2012-01-07
基金項目:海南大學熱帶作物種質資源保護與開發利用教育部重點實驗室資助項目;海南大學“211工程”建設項目
作者簡介:高源(1986-),男,山東濟南人,在讀碩士研究生,研究方向為植物源農藥,(電話)19789181193(電子信箱)gyuan_1986@163.com;
通訊作者,朱朝華(1959-),男,副教授,廣西玉林人,主要從事植物保護、植物化感作用及雜草學研究工作,(電話)0898-66192975
(電子信箱)zch200518@21cn.com。
Abstract: Ethyl acetate, butanol and water extracts from Conyza canadensis were used to test their allelopathic effects on the seed germination and seedling growth of three types of weed [Echinochloa crusgalli (L.) Beauv, Bidens pilosa L, and Mimosa pudica L]. The results showed that ethyl acetate extract could strongly inhibited the seed germination and seedling growth of E. crusgalli and B. pilosa. The inhibition increased with the increasing concentration of extract. High concentration of the ethyl acetate extract could effectively inhibit the seed germination and seedling growth of M. pudica L. When the concentration of ethyl acetate reached 0.5 mg/mL, significant differences of seedlings of the 3 species emerged on their root length, stem length and fresh weight compared with the control. When the concentration of ethyl acetate reached 2.0 mg/mL, the respond indexes of allelopathy (RI) of the root length of E. crusgalli and B. pilosa were both -1.00; while the RI of the stem length was -0.97 and -0.78 respectively. The average germination rate of two seeds was 3.3% and 2.2% respectively. The butanol extract could inhibit the seed germination and seedling growth of three weeds, but its inhibition was weaker than the ethyl acetate extract. High concentration of the aqueous extract could effectively promote seedling growth of three weeds. It could be concluded that herbicidal active substances from C. canadensis were probably existing in extracts of ethyl acetate.
Key words: Conyza canadensis; allelopathy; extracts; seedling growth
植物化感作用指各種植物之間存在的一種化學相互作用,包括促進和抑制兩個方面[1]。至今,植物化感作用研究已成為化學和生態學最活躍的領域之一,而菊科植物的化感作用,特別是化感物質在雜草控制和可持續發展農業上的應用成為一個新的研究熱點[2]。小飛蓬[Conyza canadensis (L.) Cronq.],別名小白酒草、小蓬草、小飛蓮,俗稱狼尾蒿,為菊科(Compositae)白酒菊屬(Conyza)植物。小飛蓬原產于北美,19世紀末先后傳入中國[3]。小飛蓬能產生大量瘦果,蔓延極快,一旦形成種群優勢,其他雜草很難生長,是我國主要惡性雜草之一,已經引起相關研究人員的重視。小飛蓬具有細胞毒性、抑菌和除草活性[4-7]。高興祥等[5]發現小飛蓬乙酸乙酯和乙醇提取物對高粱[Sorghum bicolor (L.) Moench]等4種作物的幼苗具有抑制作用。為了系統研究小飛蓬化感作用和其除草活性潛力,本試驗選取的受體植物均來自野外采集,用小飛蓬乙酸乙酯、正丁醇和水萃取物測定其對雜草種子萌發和幼苗生長的影響,利用小飛蓬的化感潛力,為開發新型植物源除草劑和生物防治雜草提供科學依據。
1材料與方法
1.1材料
供體植物小飛蓬植株,化感作用受體植物鬼針草(Bidens pilosa L.)、稗草[Echinochloa crusgalli (L.) Beauv.]和含羞草(Mimosa pudica L.)的種子均采集自中國熱帶農業科學院試驗場。
1.2方法
1.2.1小飛蓬水提取液各萃取物的制備選取健康的全株小飛蓬洗凈,待其表面水分晾干后,剪成5 cm左右的小段,加入蒸餾水先浸泡48 h,倒出浸泡液,再加入蒸餾水浸泡24 h,期間反復振蕩,合并兩次的浸泡液連續抽濾2次,得到的濾液依次用乙酸乙酯和正丁醇萃取,得到乙酸乙酯萃取物、正丁醇萃取物,經乙酸乙酯和正丁醇萃取后剩余部分為水萃取物,蒸干后得浸膏。各萃取物及浸膏用丙酮稀釋成2.5、5.0、10.0和20.0 mg/mL萃取液備用。
1.2.2化感活性生物測定采用種子萌發法[8]。在直徑9 cm的培養皿中加入1 mL備用萃取液,待溶劑揮發后加入10 mL蒸餾水,使各萃取液濃度分別達到0.25、0.5、1.0和2.0 mg/mL,以蒸餾水為對照(CK),每個培養皿擺入30粒經預處理的種子,在溫度為(26±1)℃恒溫培養箱中黑暗培養,每天調查種子發芽數,記錄到第八天。4 d后測量雜草種子幼苗根長、莖長和鮮重(鮮重為每個培養皿中30粒種子總重量)。
1.3數據分析
萌發率=(發芽種子總數/供試種子總數)×100%
化感效應指數(RI):RI=1-C/T(T≥C),或者RI=T/C-1(T<C)
公式中,C為對照值,T為處理值。RI表示化感作用強度大小,正值表示促進效應,負值表示抑制效應,其絕對值大小反映化感作用的強弱。
小飛蓬水浸提液對雜草種子萌發率影響的數據為3次測定的平均值±標準誤;對幼苗生長影響的數據采用SAS軟件9.1版進行方差分析,處理間的差異顯著性用Duncan氏法分析。
2結果與分析
2.1小飛蓬水提取液各萃取物對雜草種子萌發的影響
小飛蓬的乙酸乙酯萃取物對3種雜草種子萌發均有很強的抑制作用,但是由于3種雜草種子隸屬于不同科屬,表現出的受抑制程度也不同。稗草和鬼針草種子在乙酸乙酯萃取物中萌發率受抑制程度較含羞草強,抑制萌發的程度隨著濃度的增大而增強,在最高濃度2.0 mg/mL下稗草、鬼針草和含羞草的萌發率分別為3.3%、2.2%和18.7%,低濃度下的含羞草種子萌發率與對照相比差異不顯著。
小飛蓬的正丁醇萃取物對于3種雜草種子的萌發具有抑制作用,抑制萌發的程度隨著濃度的增大而增強(圖2)。3種雜草中稗草最為敏感,在濃度為2.0 mg/mL下萌發率為16.8%;鬼針草和含羞草在低濃度的正丁醇萃取物中萌發率與對照相比差異不顯著,在2.0 mg/mL下的萌發率分別為43.3%和41.1%(圖2)。
小飛蓬的水萃取物對3種雜草種子的萌發率影響情況見圖3,依次經過乙酸乙酯和正丁醇萃取過的水提取液對雜草種子萌發率的影響不顯著。
2.2小飛蓬水提取液各萃取物對雜草幼苗生長的影響
小飛蓬不同濃度的乙酸乙酯和正丁醇萃取物中,3種雜草幼苗的根莖長RI值均為負值,所以這兩種萃取物的化感效應均為抑制作用,其中乙酸乙酯萃取物的化感效應強于正丁醇萃取物的化感效應,并隨著濃度的增加化感作用依次增強(表1)。在0.5 mg/mL乙酸乙酯萃取物中,3種雜草的根長和莖長與對照相比差異顯著;在2.0 mg/mL下化感效應達到最大,稗草、鬼針草和含羞草根長的RI值分別為-1.00、-1.00和-0.15,莖長的RI值分別為-0.92,-0.78和-0.70,乙酸乙酯萃取物對含羞草根的化感效應較弱。雜草幼苗在水萃取物中的生長情況基本表現為低濃度輕微抑制高濃度促進,在濃度為1.0和2.0 mg/mL下雜草幼苗的根莖長RI值都為正值,在2.0 mg/mL下促進效果顯著。
小飛蓬各萃取物對雜草幼苗鮮重的影響情況見表2,在設定的4個濃度下,雜草幼苗的鮮重在乙酸乙酯和正丁醇萃取物中的RI值全部為負值,說明這兩種萃取物的化感效應為抑制作用,并隨著濃度的增大化感效應逐漸增強,0.5 mg/mL乙酸乙酯萃取物對雜草幼苗鮮重的抑制作用顯著,在2.0 mg/mL下達到最強,稗草、鬼針草和含羞草鮮重的RI值分別為-0.48、-0.44和-0.29。雜草幼苗的鮮重在水萃取物中表現出低濃度抑制高濃度促進,在最大濃度2.0 mg/mL下的稗草、鬼針草和含羞草鮮重的RI值分別為0.26、0.43和0.28,促進效果與對照相比差異顯著。
3討論
菊科是被子植物中最大的一個科,約有1 000個屬,粗略統計約有37個屬存在化感作用,顯示出菊科植物在化感機理研究及化感物質開發上的重要性[2]。目前國內外對菊科植物化感研究重點放在入侵性強的雜草上,例如紫莖澤蘭(Eupatorium adenophorum Sprengel)[9,10]、薇甘菊(Mikania micrantha H.B.K)[11]、勝紅薊(Ageratum conyzoides L.)[12]和豚草(Ambrosia artemisiifolia L.)[13]等,而小飛蓬是我國分布最廣的菊科入侵物種之一,廣泛分布于東北、華北、華東和華中地區的果園、桑園、茶園等,也發生在路邊、宅旁及廢棄地[14]。因此,研究小飛蓬對雜草的化感作用,為綜合防治田間雜草、開發新型生物除草劑提供理論依據具有重要意義。
本試驗采用蒸餾水直接提取小飛蓬后依次用乙酸乙酯和正丁醇萃取得到各萃取物浸膏,直接用乙酸乙酯和正丁醇依次萃取得到萃取物浸膏的最高設定濃度為100.0 mg/mL[5],是本試驗最高設定濃度2.0 mg/mL的50倍,說明采用先水提取再萃取的方法能更好地獲得小飛蓬內除草活性物質。受體植物均為在野外采集的雜草種子培養獲得,有很強的抗逆性,更能體現出小飛蓬化感活性的強弱。
初步研究結果表明,小飛蓬的3種萃取物中乙酸乙酯和正丁醇萃取物對種子萌發和幼苗生長具有抑制作用,前者的抑制作用更強。當乙酸乙酯萃取物濃度達到2.0 mg/mL,雜草幼苗明顯變黃、卷曲、生長緩慢。低濃度的乙酸乙酯萃取物對稗草和鬼針草種子萌發和幼苗生長的影響與對照相比差異顯著,但對豆科雜草含羞草的化感效應較弱,在高濃度下對含羞草的化感效應也要弱于稗草和鬼針草。朱朝華等[15]研究發現小飛蓬水提取液對綠豆[Vigna radiate (L.) Wilclzek]的種子萌發率和萌發速率抑制效果不顯著,由此可見,小飛蓬對豆科類植物的化感作用較弱。水萃取物對雜草幼苗生長表現出低濃度抑制高濃度促進的效果,經過乙酸乙酯和正丁醇萃取后的水萃取物中化感活性物質的含量已經很少,可能含有一些易溶于水的營養物質,在高濃度下促進種子萌發和幼苗生長效果明顯。
小飛蓬水提取液乙酸乙酯萃取物具有很強的化感效應和除草活性潛力,但是還需要通過研究其活性成分和田間藥效試驗,才能確定其除草活性物質是否能開發成新型除草劑。
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