作物化感作用研究进展

作物化感作用研究进展

李亮亮,李天来*,张恩平 (沈阳农业大学,辽宁沈阳110161)

摘要 综述了作物化感作用近期的研究进展。介绍了作物水抽提物、根分泌物、自毒作用、化感物质的研究动态,并阐述了作物化感作用及其机理、化感作用的研究方法,指出作物化感作用研究中存在的问题和研究方向。

关键词 化感作用;化感物质;作物

中图分类号 Q945 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2007)25-07738-03

Research Adva nces o n C rop A llelopa thy

LI Liang lia ng et al (Shen yang Agricultural University,Shenyang,Liaonin g110161)

Abstract The crop allelopathy and its recent developmen t were revie wed.The researc h status of the crop water extract,the root exudates,the autoin toxi cati on an d the allelochemicals were introd uced,and the research methods an d m echanis ms of crop allel op ath y were exp ou nded.Finally,the proble ms and trend s of crop allel opath y research were proposed.

Key w ords Allelopathy;Alleloehe mical;Crop

植物在其生长发育过程中,通过茎叶挥发、茎叶淋溶、根系分泌以及植物残株的腐解等途径向环境中释放代谢产物(化学物质),对本身或另一种植物包括微生物产生促进或抑制作用,这种现象称为植物化感作用(简称化感作用)。1937年德国人Molise h首先提出 他感作用(Alelo pa thy) ,并将其用于不同植物包括微生物之间的关系中[1]。Whitta ke r和Feeny把植物分泌的这些化学物质称为化感物质(Allelo che mics)[2]。化感作用在作物中广泛存在,随着化学特别是有机化学和植物生理生化、微生物学、生态学、土壤学、农学等学科的相互渗透,作物的化感作用研究在减少连作障碍危害、合理安排农作物耕作制度、开发环保型农药和作物生长调节剂等方面起着重要的作用。化感作用的研究越来越多的被人们所重视,作为多学科的交叉科学日臻成熟。

1 化感物质

1.1 化感物质的种类 Rice按照化学结构把化感物质分为14类:水溶性有机酸、直链醇、脂肪族醛和酮、简单不饱和内酯、长链脂肪酸和多炔、萘醌、蒽酸和复合醌、简单酚、苯甲酸及其衍生物、肉桂酸及其衍生物、香豆素类、类黄酮、单宁、类萜和甾类化合物、氨基酸和多肽、生物碱和氰醇、硫化物和芥子油苷、膘呤和核苷酸。目前普遍的化感物质分类主要是4类: 酚类; 萜类; 糖和糖苷类; 生物碱和非蛋白氨基酸[3-4]。

作物的化感物质主要是次生代谢的产物,有自己独特的代谢途径,化感物质在作物体内累积的浓度主要由其生物合成、贮存、降解的速率决定,但也受植物内部的生长发育调节机制及外界环境胁迫的影响[5]。化感物质是植物提高自身保护和生存竞争能力、协调与环境关系的重要角色。T ang等研究了Bi galtn li mpo grass根系分泌物的化感作用,指出植物生长抑制剂主要是酚类化合物,并采用气相色谱 质谱联用分离检测出了苯甲酸、苯乙酸、肉桂酸等16种酚类化合物[6]。Pere z在研究野燕麦化感作用时发现,对羟基苯甲酸、香草酸、香豆素等对春小麦胚根与胚芽生长有明显的抑制作用[7]。黄瓜和大豆中的苯甲酸、香豆酸、香豆醛和对羟基苯甲酸对

基金项目 沈阳农业大学博士后基金。

作者简介 李亮亮(1971-),男,北京人,博士后,副教授,从事作物连作障碍研究。*通讯作者。

收稿日期 2007 04 19幼苗的生长和吸收养分同样具有抑制作用[8-9]。

1.2 化感物质的提取、纯化和鉴定 作物之间的化感作用是通过化感物质实现的,分析、鉴定这些化感物质,特别是对作物生长有直接作用的根际区的化感物质的研究具有重要意义。在自然状况下,作物化感物质主要通过根部分泌化感物质,地上部分淋溶、释放挥发性物质、植物残体或凋落物分解释放化感物质等途径进入环境。其收集方法因不同的研究对象和不同的化学性质而不同,对粗提物一般用色谱法分离,检测各组分的活性,对其中的活性组分进一步分离,以得到纯品并进行结构鉴定。

作物植株和土壤中的化感物质提取主要采用水蒸气蒸馏法、浸提法或腐解法、常温吸附法,一般主要采用浸提法获得[10-11]。水蒸气蒸馏的方法主要用于获得叶片或植株的挥发物。浸提剂主要为H

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O、Na O H、Na3PO4和氯仿、甲醇、丙酮、乙醚、乙醇等,其中常温下的水提取最能表现自然状态,但这种方法常常造成浸提液中化感物质浓度水平过低或浸提不完全,从而影响对化感物质的进一步的分离鉴定。因此,常见的方法是将水与甲醇按一定比例配制成提取液。而根系分泌物则主要采用疏水性根渗出液连续收集法(CRE TS)。利用砂培或水培,将营养液通过XAD 4树脂,收集根系分泌物,并用甲醇洗脱。这种研究根系分泌物种类和活性的方法已经得到广泛的认同[6],但X AD 4树脂所吸附的有机物质为疏水性根系分泌物,一些可能具有化感作用的可溶性低分子量有机物质等则有可能未被吸附。

根际土壤化感物质的分离、鉴定与生物活性的研究一般采用直接从田间取根际土壤和土壤溶液,分离、鉴定其中的化感物质并进行生物活性测定。刘秀芬等在减压条件下,用带有多孔陶头的塑料管原位收集土壤溶液,对根际区土壤和土壤溶液进行GC和GC MS分析,鉴定出50多种化合物。研究了其中三种化感物质苯甲酸、阿魏酸和以前未见报道的对-叔丁基苯甲酸,发现对-叔丁基苯甲酸具有很强的化感作用,其浓度大于100mg/L时对玉米和稗草产生抑制作用,而小于50mg/L时则产生促进作用[12]。

化感物质的纯化主要采用萃取法、层析法和树脂法。萃取法是相对较为简单易行的方法,但该方法很难提取出全部化感物质;层析法一般常用纸层析、柱层析、GC、HP LC等方法

安徽农业科学,Journal of Anhu i Agri.Sci.2007,35(25):7738-7740 责任编辑 李布青 责任校对 俞洁