植物的化感作用

萌发和一些发育阶段的启动需要寄主植物的化学
信号——根分泌的Strigol；
昆虫啃食一株植物时，引起邻近植株的生化变化， 从而产生防卫反应。这是由于受伤组织产生由空 中传递的化学信号，有证据说明是挥发性的茉莉 酸甲酯（Jasmonic acid-methylester，JA-ME）。
相生相克研究的进展，推动了植物种间关
绝大多数化感物质都是次生物质，植物产生和释 放化感物质的理论基础是植物的次生代谢。它们主要 通过次生代谢途径如莽草酸途径和乙酸途径而产生。
（一）化感物质及其种类
Rice 等把化感物质归为15类：
⑴水溶性有机酸、直链醇、脂肪族醛和酮；⑵简 ⑶长链脂肪酸和聚乙炔；⑷醌类。醌是酚类化合物中
的一大类；⑸简单酚、苯甲酸及其衍生物；⑹肉桂酸 及其衍生物；⑺香豆素类；⑻类黄酮；⑼单宁；⑽萜
香豆素是一类普遍存在的化感物质，伞形科、 豆科、茄科和芸香科等植物往往合成大量的香豆 素，香豆素在这些植物体内是以糖甙形式存在的， 香豆素甙进入环境后，可在土壤媒介的作用下， 内酯环打开而形成盐或羧基，从而发挥化感效应。
萜类是第二大类化感物质。单萜和倍半萜多具 有挥发性，它们不仅具有昆虫引诱、忌避、信息传 递等效应，而且也能杀菌和抑制临近植物。灌木显 示的化感效应主要是由于挥发性的单萜和倍半萜引 起的。萜类内酯化合物的化感效应是显著的，许多 萜类内酯在水中的溶解度适中，既不易被雨水冲洗 消失，又能缓慢溶解释放而表现有效的化感作用浓 度。
单不饱和内酯。展开青霉素、仲山梨酸、原白头翁等；
类和甾类化合物；⑾氨基酸和多肽；⑿生物碱和氰醇；
⒀硫化物和芥子油苷；⒁嘌呤和核苷；⒂其他化合物。
（二）主要化感物质的特点
高等植物体内糖甙分子是各类有机物质包括化感物质 的普遍存在形式，尤其在果实、树皮、根中糖甙含量很高。 糖甙和水解酶共存于植物细胞的不同部位，一旦细胞损 伤破坏，糖甙与酶接触将发生水解作用。
上个世纪我国引进的水葫芦（ Eichhornia crassipes ）
也有这种情况。形成所谓的“生态入侵”。
滇池的 水葫芦
钱 塘 江 的 水 葫 芦
上海外滩遭水葫芦侵袭
（2007）
植物演替
植 物 演 替 受 化 感 作 用 调 控 。 Rice 观 察 美 国
Oklahoma瘠地抛荒后植物自然演替的顺序：开始 2～3
种子保存
种子中（种皮或其它组织）存在的化感化 合物有防止种子被微生物腐蚀的功能，也是 引起深休眠的因素。靠化感化合物许多植物 的种子能在土壤中存活几十乃至上百年。许 多种子中存在的不饱和内酯和酚类化合物是 有效的抗微生物剂，酚类、类黄酮及其糖苷 和丹宁是抑制萌发的物质。
（二）高等植物与微生物的化感作用
一、化感作用的概念
植物群生在自然环境中，既受到气象因子包
括温度、光照、水分、气体等的影响，也受到
生物因子如其它植物、昆虫与病原微生物、其
它动物的影响。
植物群生在一起，存在着相互作用 （interference），其中关系可分为两个方面： 一是对环境生长因素（如水、肥、光）的竞争， 称为allelospoly——相互竞争或争夺；
反之，许多真菌和细菌也可以通过释放化感物质 影响植物的生长发育。 在高等植物和微生物间的化感作用中，相生的正 相刺激作用也是存在的，尤其是微生物对高等植物有 较多的正相刺激作用。我们熟知的豆科植物的根瘤菌
是促进植物生长的，根瘤菌的生长、结瘤受到种子和
根的分泌物（如类黄酮）的刺激，根瘤菌产生的化学
物质改变根的生长方式。
毒害的效应。
植物产生的化感化合物有一些对同种植物有克制作 用，甚至对本株不利，这称为自毒（antotoxicity）。
连作障碍
虽然作物可从活体释放自毒物质，但绝大多数
自毒物质的产生，主要是作物残株经土壤微生物的
作用不断产生并能积累到足以对作物产生毒害的浓 度。因此，作物残株在土壤中的降解可能是作物自 毒或连作障碍的主要原因。
从目前的研究结果来看，酚类和类萜两类次生
物质是高等植物的典型，许多含
氧萜类物质在水中也有足够的溶解度。
酚类是一类主要的化感物质，至今证明的酚类化感 物质数量比所有其他类型化感物质的总量还要多。 酚类包括简单苯酚类、羟基苯甲酸和肉桂酸衍生物、 黄酮类、醌类和单宁五大类。
温带杂草鸭舌草终年生长的根系释放到环境中 的酚酸和水溶性的糖甙黄酮化合物对许多作物的生 长产生克制，对豆科植物产生更严重的抑制作用；
我国南方重要杂草胜红蓟的水溶物和挥发物对
禾本科、十字花科、豆科、百合科等常见作物的种
子萌发和幼苗生长产生显著的抑制作用。
另外，作物也可抑制杂草生长，如白羽扇豆和
玉米的分泌物对藜和反枝苋有害，小麦、燕麦和大
三、化感物质及其作用机制
化感作用是植物通过向环境释放化感物质而实现 的，因此，化感物质在认识和评价植物化感作用中占 据中心位置。
化感物质（allelochemical）亦称为克生物质、他 感化合物，有人对它下的定义是：生物体产生的所有 非营养性物质，能影响其它植物的生长、健康、行为 或群体关系。
植物和微生物之间通过化学物质为媒介的化学关系 是普遍存在的，植物与微生物之间也必然存在着相互 的化感作用。 高等植物能够产生抗菌的次生物质很久以前就被证 实，如柳树中的水杨酸。 在许多情况下，尤其在土壤中，植物释放的化感 物质对细菌、真菌、和其他微生物的影响远远超过对 临近植物的影响，如很多植物释放到环境的酚酸、萜 类等化感物质，不仅是对临近的高等植物，而且对微 生物都产生化感作用。
（二）农业生产中的化感作用
化感作用在作物生产中广泛存在。作物种间的 化感作用表现在有利和有害两个方面，但有害的抑 制作用为大多数，很多能表达种间化感作用的作物 同样具有种内的化感作用即自毒作用。农业生产中
的化感作用主要表现在作物与作物之间、作物与杂
草之间，存在以下几个方面的作用：
一是作物与作物之间的克制。如小麦和冬黑麦、 番茄和黄瓜、番茄和芜菁、番茄和茄子、葱和菜豆、 卷心菜和油菜等都是难以共生的作物。十字花科作
细胞内的次生物质作为甙元与糖结合形成糖甙 就不具有或显著降低其生物活性，使含有大量化感 次生物质的植物组织不至于受害。 许多次生物质都可以形成糖甙分子，如酚甙、 黄酮甙、蒽醌甙、强心甙、皂甙、香豆素甙、氰甙、 硫甙、生物碱甙和环烯醚萜甙等等。
高等植物的化感物质主要是酚类、类萜、含氮 化合物以及聚乙炔和香豆素等次生物质。
麦强烈抑制田芥菜的生长等。
三是植物自毒作用。 作物化感作用一个显著的特 点就是种内产生的自毒作用，几乎每一个化感作物都 产生不同程度的自毒效应。
无论是小麦的活体植株还是残株的水溶物，都能
抑制自身的种子萌发和幼苗生长；苜蓿活体和残株可
向土壤释放自毒物质，产生较为持久的毒性，影响后
续苜蓿的生长；生姜、高粱、绿豆和芦苇等都有自身
物表现出不同程度的化感作用，因为它们释放的硫
甙化合物能够水解而产生有强烈植物毒性的异硫氰
酸酯类化合物；番茄的根能分泌出单宁等酚酸类化
感物质对临近作物的生长发育产生不良影响。
如洋葱与胡萝卜、马铃薯与菜豆、小麦与豌豆、大豆与 蓖麻、紫罗兰与葡萄等同种, 可促进生长, 提高产量品质; 而黄瓜与番茄、荞麦与玉米、高梁与芝麻、甘蔗与芹菜、 水仙与铃兰、榆与栎、白桦与松树同种则互相抑制，降低 产量。
小麦和豌豆、马铃薯和菜豆、洋葱和甜菜彼此有 相互促进的作用。
有些杂草也能促进作物的生长：
如苜蓿切碎后施入土壤能刺激番茄、黄瓜、莴
苣等植物生长，苜蓿中对作物生长起刺激作用的化
感物质被鉴定为三十烷醇；
小麦和麦仙翁（分泌麦仙翁素）混作使小麦增
产；
藜和反枝苋的分泌物能刺激白羽扇豆的生长；
红车轴草能增加马铃薯的产量。
在一定的生态环境中，每种植物在长期进化 过程中与周围的植物相生相克，产生稳定平衡 的共生关系，形成特定的植物群落和分布。
如果打破这种稳定，会改变植物的生态分布， 可对人类的生产与生活产生巨大的影响。
如原产于墨西哥的菊科泽兰属植物紫茎泽 兰（Eupatorium adenophorum）在当地是一种 普通植物，但从华南地区传入我国后，失去了 原产地其它植物的克制，在我国疯狂繁殖生长， 而紫茎泽兰产生的 9- 酮 - 泽兰酮等几十种化感 化合物严重克制了我国本地植物的生长，对农 业生产产生了极大的危害。
系理论的发展，并在作物增产、森林抚育、
植物保护、生物防治、医药卫生等方面日益
显示出潜在的价值。
二、化感效应
——化感作用对植物生长和分布的影响
（一）植物自然分布和演替
陆生植物的化感作用是植物适应环境长期进化 的一种机制，这种机制一般是在植物个体或群体所 需正常生长的资源不足的区域或时段得到加强。 植物适应环境的多样性，决定了其化感物质种 类、产生、释放和作用途径的多样性，如酚类的水 溶物质在较潮湿的气候中显得更为重要；萜类的挥
的芳香物能对其它植物的花朵起作用 这些现象不能用其它机制来解释，是化感作用的表现
有的场合下把化感作用视作植物之间、植物 与微生物之间的化学通讯或信号传递： 根瘤菌和豆科植物共生，根瘤菌的生长、结 瘤受到种子和根的分泌物（如类黄酮）的刺激， 根瘤菌产生的化学信号也改变根的生长方式； 寄生杂草Striga asiatica（独角金）的种子
二是杂草与作物之间的克制。过去一直认为作 物与杂草之间的关系是竞争问题，即竞争空间和资 源而影响作物的生长。事实上，作物与杂草之间的
化学关系非常明显，化感作用是一个不可忽视的因
子。在陆生植物中，具有化感、抗虫和动物拒食作
用往往是一些恶性杂草的特征，通过释放次生物质
来影响周围生物生长和生活是其在生存竞争中取得 优势的重要原因。
酚类由于分子结构中至少有一个苯羟基，因而在生 物体中容易作为甙元和糖配体结合形成糖甙分子。 另一方面苯羟基与碱或金属离子也容易形成盐，两 者都能增加酚类化感物质的水溶性。