韓彩霞，彭瑞娟，邰鳳姣，張 弛，邵 華

(1.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所干旱區(qū)生物地理與生物資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊 830011；2.新疆師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830054；3.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊 830011)

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草原毒害草白喉烏頭的化感作用

韓彩霞1，彭瑞娟2，邰鳳姣1，張 弛3，邵 華1

(1.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所干旱區(qū)生物地理與生物資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊 830011；2.新疆師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830054；3.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊 830011)

采用培養(yǎng)皿濾紙法，研究白喉烏頭根、莖、葉的粉末，三氯甲烷提取物及水提取物在不同濃度下(0.01、0.02、0.05、0.10 g/mL)對(duì)受體植物高羊茅、草地早熟禾、垂穗披堿草和蒲公英幼苗生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，白喉烏頭根、莖、葉的不同處理對(duì)受體植物的根長(zhǎng)和苗高均具有抑制作用，其中三氯甲烷提取物的作用最弱，粉末次之，水提取物的抑制作用最強(qiáng)，說(shuō)明其主效化感物質(zhì)為水溶性化合物。白喉烏頭各部位的化感作用強(qiáng)度無(wú)本質(zhì)差異，表明其化感物質(zhì)在植株各部位均有分布。

化感作用；白喉烏頭；除草劑；提取物

白喉烏頭(AconitumleucostomumWorosch)分布于我國(guó)新疆天山和阿勒泰山，為毛茛科(Ranumculaceae)烏頭屬多年生草本植物，具有祛風(fēng)除濕、溫經(jīng)止痛功效，主要用于風(fēng)寒濕痹等疾患，是西北少數(shù)民族常用的民間草藥[1-2]。白喉烏頭也是新疆草地的主要有毒植物之一，牲畜誤食會(huì)造成中毒和死亡[3]。近年來(lái)，白喉烏頭呈現(xiàn)出惡性蔓延的態(tài)勢(shì)，已經(jīng)成為新疆伊犁河谷的主要毒害草。例如，白喉烏頭在新源縣的危害面積已達(dá)13.5萬(wàn)hm2，約占全縣可利用草地的30%，并且還在以0.30萬(wàn)～0.36萬(wàn)hm2/年的速度快速蔓延[4]。草原毒害草的大量繁殖占據(jù)了可食牧草的生長(zhǎng)空間，加重了草地退化進(jìn)程，使草地生產(chǎn)能力和牧草品質(zhì)、產(chǎn)量下降，從而引起天然草地生態(tài)環(huán)境的惡化，并嚴(yán)重危及草地畜牧業(yè)的發(fā)展及生態(tài)安全[5]。

目前，人們對(duì)于白喉烏頭近年來(lái)快速蔓延的機(jī)制尚不清楚。事實(shí)上，一個(gè)物種能夠在特定的生態(tài)環(huán)境中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，不僅可能受環(huán)境因子的影響，而且往往與其生物學(xué)特性密切相關(guān)[6]。有些植物因?yàn)槟軌虍a(chǎn)生一些抑制周圍植物生長(zhǎng)的化學(xué)物質(zhì)，也就是化感物質(zhì)，而使自身占據(jù)優(yōu)勢(shì)[7]。有研究表明，化感作用是多種外來(lái)植物的重要入侵機(jī)制之一，通常會(huì)對(duì)入侵植物迅速占據(jù)生態(tài)優(yōu)勢(shì)起到至關(guān)重要的輔助作用；并且，從薇甘菊、蟛蜞菊、勝紅薊、意大利蒼耳等入侵植物中均已鑒定出多種化感物質(zhì)[8-11]。徐彩芹等的研究表明，白喉烏頭對(duì)禾本科牧草表現(xiàn)出一定的化感作用[3]。本研究通過(guò)白喉烏頭植株不同部位的粉末、三氯甲烷提取物(脂溶性成分)和水提取物(水溶性成分)對(duì)白喉烏頭 4種常見(jiàn)伴生植物幼苗生長(zhǎng)的影響，來(lái)比較白喉烏頭不同部位及各部位不同提取物質(zhì)化感作用的強(qiáng)弱，從而為進(jìn)一步了解白喉烏頭主效化感物質(zhì)的分布、釋放和作用方式，以及探索其蔓延機(jī)理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供體植物：新鮮白喉烏頭植株于2014年8月采自新疆伊犁哈薩克自治州鞏留縣庫(kù)爾德寧。4種受體植物為白喉烏頭在自然生境中的常見(jiàn)伴生植物，即高羊茅(Festucaelata)、草地早熟禾(Poapratensis)、垂穗披堿草(Elymusnutans)、蒲公英(Taraxacumofficnala)，其種子購(gòu)自當(dāng)?shù)夭萜悍N子公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 提取液制備 從庫(kù)爾德寧天然草地上挖取健康的白喉烏頭全株，沖洗干凈后在室溫下自然晾干，分為根、莖、葉3個(gè)部分。將各個(gè)部位分別剪成<2 cm的小段，用粉碎機(jī)打磨成粉，然后稱取根、莖、葉粉末各10.8 g，以3倍體積的三氯甲烷進(jìn)行提取。提取時(shí)在室溫條件下超聲30 min，重復(fù)3次，合并提取液，過(guò)濾后的濾液用旋蒸儀濃縮至干，然后以108 mL丙酮溶解配制成0.10 g/mL的原液。將原液用丙酮依次稀釋至0.01、0.02、0.05 g/mL備用。然后將上述三氯甲烷提取后剩下的白喉烏頭根、莖、葉殘?jiān)湃胪L(fēng)櫥，除盡三氯甲烷后用蒸餾水進(jìn)行同樣的超聲提取，并將提取液定容至108 mL，而后稀釋至0.01、0.02、0.05 g/mL 備用。

1.2.2 種子萌發(fā)試驗(yàn) 化感活性測(cè)定采用培養(yǎng)皿濾紙法[12]。在直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中依次加入0.05、0.10、0.25、0.50 g的白喉烏頭根、莖、葉粉末或同等質(zhì)量的三氯甲烷及水提取物，上覆2層濾紙，三氯甲烷提取物須在通風(fēng)櫥中揮干三氯甲烷，然后在各培養(yǎng)皿中加入5 mL蒸餾水和供試種子，以0.01、0.02、0.05、0.10 g/mL的濃度梯度進(jìn)行生測(cè)，以蒸餾水為對(duì)照，每處理3個(gè)重復(fù)。放入人工氣候箱，置于25 ℃中黑暗培養(yǎng)，7 d后測(cè)量根長(zhǎng)和苗高。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析方法 根長(zhǎng)和苗高數(shù)據(jù)使用SPSS 16.0軟件處理，首先利用單因素方差分析(ANOVA)檢驗(yàn)差異是否達(dá)到顯著性，然后通過(guò)LSD法比較不同處理組間的差異顯著性(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 白喉烏頭根的化感作用

白喉烏頭根的不同處理對(duì)4種受體植物根長(zhǎng)和苗高的化感作用的測(cè)定結(jié)果如表1所示?？傮w來(lái)說(shuō)，3種不同的處理中，以三氯甲烷提取物的作用強(qiáng)度較弱，水提取物的作用強(qiáng)度較強(qiáng)。各個(gè)濃度的白喉烏頭根的三氯甲烷提取物對(duì)草地早熟禾和高羊茅的根長(zhǎng)生長(zhǎng)并未產(chǎn)生顯著影響，但是對(duì)垂穗披堿草、蒲公英的根長(zhǎng)生長(zhǎng)有顯著抑制作用，并在最高濃度時(shí)(0.10 g/mL)分別達(dá)到了34%、74%；白喉烏頭根的粉末處理作用強(qiáng)度高于三氯甲烷提取物，當(dāng)濃度達(dá)到0.05、0.10 g/mL 時(shí)，對(duì)受試植物的根長(zhǎng)生長(zhǎng)表現(xiàn)出顯著的抑制作用。其中，當(dāng)濃度為0.10 g/mL時(shí)，根粉對(duì)垂穗披堿草、草地早熟禾、高羊茅、蒲公英根長(zhǎng)的抑制率分別為43%、31%、46%、78%。白喉烏頭根水提物的化感作用較強(qiáng)，在最低濃度時(shí)(0.01 g/mL)即對(duì)4種受試植物的根長(zhǎng)產(chǎn)生明顯的抑制作用，其中，水提物在最高濃度時(shí)對(duì)垂穗披堿草、草地早熟禾、高羊茅、蒲公英根長(zhǎng)的抑制率依次達(dá)到36%、78%、81%、88%。水提物對(duì)4種植物的根長(zhǎng)抑制率大小為：蒲公英>高羊茅>草地早熟禾>垂穗披堿草。

2.2 白喉烏頭莖的化感作用

白喉烏頭莖的不同處理對(duì)4種受體植物根長(zhǎng)和苗高的化感作用的測(cè)定結(jié)果如表2所示。與根的3種處理相同，莖的三氯甲烷提取物作用強(qiáng)度最弱，在最高濃度時(shí)(0.10 g/mL)對(duì)垂穗披堿草、草地早熟禾、高羊茅、蒲公英根長(zhǎng)的抑制率為11%、7%、9%、54%。莖的粉末處理作用強(qiáng)度略高于三氯甲烷提取物，而水提取物的化感作用最強(qiáng)，對(duì)4種受試植物根長(zhǎng)的抑制率分別達(dá)到77%、56%、72%、91%。

表1 白喉烏頭根對(duì)4種植物根長(zhǎng)和苗高的影響Table 1 Allelopathy of roots of A. leucostomum on root and shoot growth of 4 test plants

注：表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，n=30；同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0. 05)。

表2 白喉烏頭莖對(duì)4種植物根長(zhǎng)和苗高的影響Table 2 Allelopathy of stems of A. leucostomum on root and shoot growth of 4 test plants

注同表1。

2.3 白喉烏頭葉的化感作用

白喉烏頭葉的不同處理對(duì)4種受體植物根長(zhǎng)和苗高的化感作用的測(cè)定結(jié)果如表3所示。同樣地，三氯甲烷提取物表現(xiàn)出相對(duì)較弱的生長(zhǎng)抑制作用，而粉末處理的作用強(qiáng)度稍高于三氯甲烷提取物，水提取物作用最強(qiáng)。當(dāng)濃度為0.05 g/mL 時(shí)，粉末和水提取物對(duì)4種受體植物根長(zhǎng)有顯著抑制作用，而三氯甲烷提取物只對(duì)蒲公英根長(zhǎng)有顯著抑制，對(duì)垂穗披堿草、草地早熟禾、高羊茅影響不顯著；當(dāng)濃度升高到為 0.10 g/mL 時(shí)，3種處理對(duì)4種受體植物的根長(zhǎng)生長(zhǎng)基本具有顯著抑制作用；在此濃度時(shí)，粉末處理對(duì)垂穗披堿草、草地早熟禾、高羊茅、蒲公英的根長(zhǎng)抑制率分別為39%、35%、62%、79%，三氯甲烷提取物抑制率依次為18%、10%、14%、71%，而水提取物抑制率分別為71%、57%、64%、89%。

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)分別對(duì)白喉烏頭根、莖、葉進(jìn)行3種處理，利用這3種處理分別對(duì)4種受體植物進(jìn)行室內(nèi)生物測(cè)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，白喉烏頭根、莖、葉的3種處理對(duì)4種受體植物根長(zhǎng)和苗高均表現(xiàn)出一定的抑制作用，且隨著濃度的升高而增強(qiáng)。其中，白喉烏頭根、莖、葉的三氯甲烷提取物對(duì)4種受體植物的抑制作用弱于粉末和水提取物，按抑制作用強(qiáng)弱排序即：水提取物>粉末>三氯甲烷提取物。這表明白喉烏頭中的化感物質(zhì)主要集中在水提取物中，為水溶性成分；三氯甲烷提取物作用很弱，表明白喉烏頭的脂溶性成分化感作用弱；白喉烏頭的粉末作用強(qiáng)于三氯甲烷提取物，但是遠(yuǎn)弱于水提取物，應(yīng)該是由于超聲提取更好地萃出了化感物質(zhì)所致。白喉烏頭根、莖、葉的化感作用強(qiáng)度沒(méi)有本質(zhì)上的差異，表明主效化感物質(zhì)并未集中在某個(gè)植株部位分布，而是在整個(gè)植株中有較為均勻的分布。這些水溶性化感物質(zhì)有可能通過(guò)雨水淋溶、凋落物分解等方式釋放到周圍環(huán)境中，從而影響周圍植物的生長(zhǎng)，使自身占據(jù)更大的優(yōu)勢(shì)。

表3 白喉烏頭葉對(duì)4種植物根長(zhǎng)和苗高的影響Table 3 Allelopathy of leaves of A. leucostomum on root and shoot growth of 4 test plants

注同表1。

白喉烏頭中含有烏頭堿、新烏頭堿、次烏頭堿等多種生物堿成分，其可溶性生物堿鹽是否具有化感作用值得進(jìn)一步研究[13]。植物中含有的化感物質(zhì)多為次生代謝產(chǎn)物，它們不僅具有重要的生態(tài)學(xué)意義，還具有開(kāi)發(fā)為對(duì)環(huán)境無(wú)污染的植物源除草劑的潛力。目前人們已在 30 多科植物中發(fā)現(xiàn)了具除草活性的多種化合物，主要有酚醌類、生物堿類、肉桂酸類、萜烯類、氨基酸類等，有些已開(kāi)發(fā)成為除草劑[14]。從化感物質(zhì)中篩選出理想的先導(dǎo)化合物，進(jìn)而人工模擬合成新型、高效、低毒的植物源除草劑，已成為當(dāng)前除草劑研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)，可以大大減少化學(xué)合成除草劑的使用，有利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的雜草防治策略[15]。因此，有必要在未來(lái)的研究中對(duì)白喉烏頭中的化感物質(zhì)進(jìn)行分離鑒定，探討將其開(kāi)發(fā)為對(duì)環(huán)境無(wú)污染的植物源除草劑的可行性。

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An Evaluation of Allelopathy in the Toxic Grassland Weed，Aconitumleucostomum

HAN Cai-xia1，PENG Rui-juan2，TAI Feng-jiao1，ZHANG Chi3，SHAO Hua1

(1.Xinjiang Institute of Ecology and Geography，Chinese Academy of Sciences，Key Laboratory of Biogeography and Bio-resource in Arid Land，Urumqi830011，China；2.College of Life Science，Xinjiang Normal University，Urumqi830054，China；3.Xinjiang Institute of Ecology and Geography，Chinese Academy of Science，State Key Laboratory of Desert and Orsis Ecology，Urumqi 830011，China)

The allelopathic effect of powdered and chloroform and aqueous extracts from the root，stem and leaves ofAconitumleucostomumat 0.01，0.02，0.05，and 0.10 g/mL on the receptor plants，F(xiàn)estucaelata，Poapratensis，ElymusnutansandTaraxacumofficinalewere studied with the culture dish method. Allelochemicals from the root，stem and leaves ofA.leucostomuminhibited root and seedling height of receptor plants. The lowest biological activity was observed with the chloroform extract，that of the powder was intermediate，and the aqueous extract was the most active，indicating that water-soluble compounds were the major allelochemicals ofA.leucostomum. There was no difference in activity among plant parts ofA.leucostomum，implying that its major allelochemicals are distributed throughout the plant.

allelopathy；Aconitumleucostomum；herbicide；extract

2014-12-25

中國(guó)科學(xué)院西部之光聯(lián)合學(xué)者項(xiàng)目(編號(hào)：LHXZ201202)；中國(guó)科學(xué)院百人計(jì)劃(張弛)。

韓彩霞(1980—)，女，河南許昌人，碩士，主要從事植物資源研究。E-mail：hancaixia2007@sina.com。

邵 華，博士，副研究員，主要從事植物化感作用研究。E-mail：shaohua@ms.xjb.ac.cn。

Q948.12+<2.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a="" class="emphasis_bold">2.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1003-935X(2015)01-0010-042.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a=""

1003-935X(2015)01-0010-04

A 文章編號(hào)：1003-935X(2015)01-0010-04

韓彩霞，彭瑞娟，邰鳳姣，等. 草原毒害草白喉烏頭的化感作用[J]. 雜草科學(xué)，2015，33(1)：10-13.