草原毒害草白喉烏頭的化感作用

韓彩霞，彭瑞娟，邰鳳姣，張 弛，邵 華

(1.中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所干旱區(qū)生物地理與生物資源重點實驗室，新疆烏魯木齊 830011；2.新疆師范大學生命科學學院，新疆烏魯木齊 830054；3.中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國家重點實驗室，新疆烏魯木齊 830011)

?

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.中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所干旱區(qū)生物地理與生物資源重點實驗室，新疆烏魯木齊 830011；2.新疆師范大學生命科學學院，新疆烏魯木齊 830054；3.中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國家重點實驗室，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的影響。結(jié)果表明，白喉烏頭根、莖、葉的不同處理對受體植物的根長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，說明其主效化感物質(zhì)為水溶性化合物。白喉烏頭各部位的化感作用強度無本質(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，具有祛風除濕、溫經(jīng)止痛功效，主要用于風寒濕痹等疾患，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，牲畜誤食會造成中毒和死亡[3]。近年來，白喉烏頭呈現(xiàn)出惡性蔓延的態(tài)勢，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13.5萬hm2，約占全縣可利用草地的30%，并且還在以0.30萬～0.36萬hm2/年的速度快速蔓延[4]。草原毒害草的大量繁殖占據(jù)了可食牧草的生長空間，加重了草地退化進程，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，人們對于白喉烏頭近年來快速蔓延的機制尚不清楚。事實上，一個物種能夠在特定的生態(tài)環(huán)境中占據(jù)優(yōu)勢，不僅可能受環(huán)境因子的影響，而且往往與其生物學特性密切相關(guān)[6]。有些植物因為能夠產(chǎn)生一些抑制周圍植物生長的化學物質(zhì)，也就是化感物質(zhì)，而使自身占據(jù)優(yōu)勢[7]。有研究表明，化感作用是多種外來植物的重要入侵機制之一，通常會對入侵植物迅速占據(jù)生態(tài)優(yōu)勢起到至關(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，白喉烏頭對禾本科牧草表現(xiàn)出一定的化感作用[3]。本研究通過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)對白喉烏頭 4種常見伴生植物幼苗生長的影響，來比較白喉烏頭不同部位及各部位不同提取物質(zhì)化感作用的強弱，從而為進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，以及探索其蔓延機理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

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爾德寧。4種受體植物為白喉烏頭在自然生境中的常見伴生植物，即高羊茅(Festucaelata)、草地早熟禾(Poapratensis)、垂穗披堿草(Elymusnutans)、蒲公英(Taraxacumofficnala)，其種子購自當?shù)夭萜悍N子公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 提取液制備 從庫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個部分。將各個部位分別剪成<2 cm的小段，用粉碎機打磨成粉，然后稱取根、莖、葉粉末各10.8 g，以3倍體積的三氯甲烷進行提取。提取時在室溫條件下超聲30 min，重復(fù)3次，合并提取液，過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、葉殘渣放入通風櫥，除盡三氯甲烷后用蒸餾水進行同樣的超聲提取，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 化感活性測定采用培養(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的濃度梯度進行生測，以蒸餾水為對照，每處理3個重復(fù)。放入人工氣候箱，置于25 ℃中黑暗培養(yǎng)，7 d后測量根長和苗高。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析方法 根長和苗高數(shù)據(jù)使用SPSS 16.0軟件處理，首先利用單因素方差分析(ANOVA)檢驗差異是否達到顯著性，然后通過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4種受體植物根長和苗高的化感作用的測定結(jié)果如表1所示?？傮w來說，3種不同的處理中，以三氯甲烷提取物的作用強度較弱，水提取物的作用強度較強。各個濃度的白喉烏頭根的三氯甲烷提取物對草地早熟禾和高羊茅的根長生長并未產(chǎn)生顯著影響，但是對垂穗披堿草、蒲公英的根長生長有顯著抑制作用，并在最高濃度時(0.10 g/mL)分別達到了34%、74%；白喉烏頭根的粉末處理作用強度高于三氯甲烷提取物，當濃度達到0.05、0.10 g/mL 時，對受試植物的根長生長表現(xiàn)出顯著的抑制作用。其中，當濃度為0.10 g/mL時，根粉對垂穗披堿草、草地早熟禾、高羊茅、蒲公英根長的抑制率分別為43%、31%、46%、78%。白喉烏頭根水提物的化感作用較強，在最低濃度時(0.01 g/mL)即對4種受試植物的根長產(chǎn)生明顯的抑制作用，其中，水提物在最高濃度時對垂穗披堿草、草地早熟禾、高羊茅、蒲公英根長的抑制率依次達到36%、78%、81%、88%。水提物對4種植物的根長抑制率大小為：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4種受體植物根長和苗高的化感作用的測定結(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度最弱，在最高濃度時(0.10 g/mL)對垂穗披堿草、草地早熟禾、高羊茅、蒲公英根長的抑制率為11%、7%、9%、54%。莖的粉末處理作用強度略高于三氯甲烷提取物，而水提取物的化感作用最強，對4種受試植物根長的抑制率分別達到77%、56%、72%、91%。

表1 白喉烏頭根對4種植物根長和苗高的影響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±標準誤，n=30；同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0. 05)。

表2 白喉烏頭莖對4種植物根長和苗高的影響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4種受體植物根長和苗高的化感作用的測定結(jié)果如表3所示。同樣地，三氯甲烷提取物表現(xiàn)出相對較弱的生長抑制作用，而粉末處理的作用強度稍高于三氯甲烷提取物，水提取物作用最強。當濃度為0.05 g/mL 時，粉末和水提取物對4種受體植物根長有顯著抑制作用，而三氯甲烷提取物只對蒲公英根長有顯著抑制，對垂穗披堿草、草地早熟禾、高羊茅影響不顯著；當濃度升高到為 0.10 g/mL 時，3種處理對4種受體植物的根長生長基本具有顯著抑制作用；在此濃度時，粉末處理對垂穗披堿草、草地早熟禾、高羊茅、蒲公英的根長抑制率分別為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

本試驗分別對白喉烏頭根、莖、葉進行3種處理，利用這3種處理分別對4種受體植物進行室內(nèi)生物測定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，白喉烏頭根、莖、葉的3種處理對4種受體植物根長和苗高均表現(xiàn)出一定的抑制作用，且隨著濃度的升高而增強。其中，白喉烏頭根、莖、葉的三氯甲烷提取物對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于三氯甲烷提取物，但是遠弱于水提取物，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、葉的化感作用強度沒有本質(zhì)上的差異，表明主效化感物質(zhì)并未集中在某個植株部位分布，而是在整個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，使自身占據(jù)更大的優(yōu)勢。

表3 白喉烏頭葉對4種植物根長和苗高的影響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)學意義，還具有開發(fā)為對環(huán)境無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，進而人工模擬合成新型、高效、低毒的植物源除草劑，已成為當前除草劑研究領(lǐng)域的一大熱點，可以大大減少化學合成除草劑的使用，有利于實現(xiàn)可持續(xù)的雜草防治策略[15]。因此，有必要在未來的研究中對白喉烏頭中的化感物質(zhì)進行分離鑒定，探討將其開發(fā)為對環(huán)境無污染的植物源除草劑的可行性。

[1]中國科學院中國植物志編輯委員會. 中國植物志[M]. 北京：科學出版社，1979：171.

[2]徐 新. 哈薩克藥志：第1卷[M]. 北京：民族出版社，2009：45-47.

[3]徐彩芹，安沙舟，何 君. 白喉烏頭水浸提液對禾本科牧草種子萌發(fā)的化感作用[J]. 草業(yè)科學，2012，29(2)：263-266.

[4]羅開雷. 白喉烏頭生物學特性及其防除的研究[D]. 烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學，2006：1-64.

[5]李 宏，陳衛(wèi)民，陳 翔，等. 新疆伊犁草原毒害草種類及其發(fā)生與危害[J]. 草業(yè)科學，2010，27(11)：171-173，封3.

[6]Greig-Smith P，Kikkawa J ，Anderson D J. Chaos or order：organization[M]//Community ecology：pattern and process. Melbourne，Australia：Blackwell Scientific Publications，1986：19-29.

[7]Rice E L. Alelopathy[M]. New York：Academic Press Inc，1984.

[8]Shao H，Peng S L，Wei X Y，et al. Potential allelochemicals from an invasive weedMikaniamicranthaH.B.K.[J]. Journal of Chemical Ecology，2005，31(7)：1657-1668.

[9]曾任森，林象聯(lián)，駱世明，等. 蟛蜞菊的生化他感作用及生化他感作用物的分離鑒定[J]. 生態(tài)學報，1996，16(1)：20-27.

[10]孔垂華，徐效華，陳建軍，等. 勝紅薊化感作用研究 Ⅸ.主要化感物質(zhì)在土壤中的轉(zhuǎn)化[J]. 生態(tài)學報，2002，22(8)：1189-1195.

[11]Shao H，Huang X L，Wei X Y，et al. Phytotoxic effects and a phytotoxin from the invasive plant Xanthium italicum Moretti[J]. Molecules (Basel，Switzerland)，2012，17(4)：4037-4046.

[12]王彥榮. GB/T 2930.11—2001 牧草種子檢驗規(guī)程[S]. 北京：中國標準出版社，2001.

[13]張德華，黃仁術(shù)，左 露，等. 生物堿的提取方法研究進展[J]. 中國野生植物資源，2010，29(5)：15-20.

[14]單承鶯，馬世宏，張衛(wèi)明. 我國植物源農(nóng)藥研究進展[J]. 中國野生植物資源，2011，30(6)：14-18，23.

[15]Khanh T D，Chung M I，Xuan T D，et al. The exploitation of crop allelopathy in sustainable agricultural production[J]. Journal of Agronomy and Crop Science，2005，191(3)：172-184.

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

中國科學院西部之光聯(lián)合學者項目(編號：LHXZ201202)；中國科學院百人計劃(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 文獻標志碼：a="" class="emphasis_bold">2.1 文獻標志碼：A 文章編號：1003-935X(2015)01-0010-042.1 文獻標志碼：a=""

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

A 文章編號：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，2015，33(1)：10-13.