外來入侵植物刺蒼耳種子各萃取相化感作用比較

袁著耕+劉影+邵+華+趙金雨+趙玉+胡云霞

摘要：刺蒼耳是惡性入侵雜草，為了研究其種子中的化感活性物質(zhì)，對種子的95%乙醇浸提物，經(jīng)石油醚、氯仿、正丁醇分級萃取，研究不同萃取組分（濃度為1 mg/mL）對小白菜、萵苣、黑麥草、金色狗尾草4種植物的化感作用強度。研究結(jié)果表明，石油醚萃取相對小白菜、萵苣、金色狗尾草3種植物根長生長表現(xiàn)出了顯著的化感促進作用，其強弱順序為小白菜>萵苣>金色狗尾草；而氯仿萃取相對小白菜、萵苣、黑麥草3種植物根長、苗高生長都表現(xiàn)出了很明顯的化感抑制作用，其強弱順序為萵苣>小白菜>黑麥草；正丁醇萃取相和水相對4種植物幼苗的根長無顯著影響。表明幾種受試植物對相同萃取相組分的敏感性有顯著差異，且刺蒼耳中的活性物質(zhì)主要集中在氯仿相和石油醚相；刺蒼耳種子氯仿萃取相具有很強的抑制活性，可進一步從中分離提取活性物質(zhì)。

關(guān)鍵詞：刺蒼耳；外來入侵植物；提取物；化感作用

中圖分類號： S451 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）20-0126-03

生物入侵是指物種從本源地擴散到非本源地，在新棲息地中，該物種通過競爭或占據(jù)本地物種生態(tài)位，排擠本地物種；或通過分泌化學(xué)物質(zhì)抑制其他物種的生長，減少了當?shù)匚锓N的數(shù)量和種類形成了單優(yōu)群落，并在非本源地失去控制的暴發(fā)性擴散，最后導(dǎo)致了生物多樣性的下降和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降等危害現(xiàn)象[1-2]。隨著全球經(jīng)濟一體化進程，外來入侵植物的危害正逐年增加，因此對外來入侵種的研究尤為重要[3-4]。

刺蒼耳（Xanthium spinosum L.）是菊科（Asteraceae）蒼耳屬一年生草本植物，原產(chǎn)于南美洲，是一種分布極廣的世界性雜草，已進入我國外來入侵物種名單（第3批）[5]。刺蒼耳首先于我國河南鄲城縣發(fā)現(xiàn)野生歸化種[6]，之后擴散到北京、安徽、新疆、內(nèi)蒙古、遼寧、甘肅等省區(qū)市[7]。由于其入侵能力強，適應(yīng)范圍廣，易對入侵地生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴重的危害[8]。

目前，關(guān)于刺蒼耳的研究主要集中在群落特征與地理分布及入侵風險評估[5，8]，而關(guān)于刺蒼耳化感作用研究較少，但是對蒼耳屬植物假蒼耳[9]、意大利蒼耳[10]、蒼耳[11]等研究表明，它們都具有一定的化感作用，并且Shao等已從意大利蒼耳中提取出活性物質(zhì)[12]。我們的前期研究表明，刺蒼耳不同部位水浸液對種子萌發(fā)有一定的抑制作用[13]。為了找到刺蒼耳中的化感活性物質(zhì)，本研究用刺蒼耳種子為供試材料，以乙醇為提取劑，以石油醚、氯仿和正丁醇為萃取劑，研究不同萃取相對4種植物生長的影響，以期能確定何種萃取相的組分抑制活性最強，為進一步分離提取刺蒼耳種子的化感活性物質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

刺蒼耳種子采集于新疆伊犁察布查爾縣。受體植物種子為小白菜（Brassica chinensis）、萵苣（Lactuca sativa）、黑麥草（Lolium perenne）、金色狗尾草（Setaria glauca）均購于伊犁種子站，供試藥品均為分析純。

1.2 試驗方法

1.2.1 刺蒼耳種子各萃取相處理液的制備 將采集的刺蒼耳種子于室內(nèi)晾干備用，用粉碎機粉碎并過40目篩，取8 kg的刺蒼耳粉末于有蓋玻璃瓶中，按照1 ∶ 10的比例加入95%的乙醇，室溫浸提7 d后過濾，重復(fù)3遍，合并濾液，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至稠膏狀，加入蒸餾水，再用石油醚、氯仿、正丁醇依次萃取，將各萃取層真空旋轉(zhuǎn)濃縮至干，得到石油醚萃取相、氯仿萃取相、正丁醇萃取相及水萃取相（提取率分別為 0.16%、0.02%、0.08%、0.11%）。分別準確稱取一定量各萃取相的濃縮物，然后加入甲醇（分析純）溶解，配制成濃度為 1 mg/mL 的處理液，4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 化感作用 在直徑為7.5 cm的培養(yǎng)皿中放入雙層濾紙，分別加入4 mL配制好的石油醚相、氯仿相、正丁醇相、水相處理液，對照放入等量的蒸餾水，各有機萃取相置于通風櫥中，將甲醇徹底揮干后再加入4 mL蒸餾水，待濾紙浸濕后將飽滿、大小均勻的小白菜、萵苣、黑麥草和金色狗尾草種子各20粒放入培養(yǎng)皿中，以封口膜密封后，置于恒溫恒濕培養(yǎng)箱中，在25 ℃黑暗條件下進行培養(yǎng)，每個處理均設(shè)3個重復(fù)，5 d后測定根長和苗高。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用化感效應(yīng)指數(shù)（RI）衡量化感作用強度[14]。計算方法為RI=（T/C-1），式中：C為對照值，T為處理值。當RI>0時，表示促進作用。當RI<0時，表示抑制作用。RI絕對值的大小表示化感作用強度。

化感綜合效應(yīng)（RE）是指供體對同一種受體植物各項測試指標的化感效應(yīng)指數(shù)（RI）算術(shù)平均值進行評價[15]。

試驗所得數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0進行單因素方差分析和LSD多重比較，用Origin 9.0軟件進行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 刺蒼耳種子不同萃取相處理液對4種受體植物幼苗根長生長的影響

刺蒼耳種子不同萃取相處理液對4種受體植物幼苗根長都表現(xiàn)出了不同程度上的化感效應(yīng)（圖1、圖2）。氯仿相對萵苣、小白菜和黑麥草幼苗根長生長均表現(xiàn)出了明顯的抑制作用，比對照減少了73.3%、37.4%、21.3%，且差異顯著；對金色狗尾草幼苗根長生長表現(xiàn)出了抑制作用，但與對照差異不顯著。石油醚相對萵苣、小白菜、金色狗尾草幼苗根長生長均表現(xiàn)出了明顯的促進作用，比對照增加了25.2%、32.1%、24.4%，與對照差異顯著；對黑麥草幼苗根長生長影響不顯著。正丁醇相對小白菜和黑麥草幼苗根長生長表現(xiàn)了一定的促進作用，比對照增加了16.0%，10.0%，但影響不顯著；對萵苣沒有影響，對金色狗尾草有抑制作用但影響不顯著。水相對小白菜、金色狗尾草幼苗根長生長表現(xiàn)出促進作用，比對照增加了21.1%、17.2%，但影響不顯著；對萵苣沒有影響，對黑麥草有抑制作用但影響不顯著。總體上氯仿相表現(xiàn)出了明顯的抑制作用，石油醚相、正丁醇相、水相表現(xiàn)出了一定的促進作用或無明顯抑制作用，且氯仿相的抑制程度大于其他3個相。endprint

2.2 刺蒼耳種子不同萃取相處理液對4種受體植物幼苗苗高生長的影響

刺蒼耳種子不同萃取相處理液對4種植物幼苗苗高生長也表現(xiàn)出了不同程度上的化感效應(yīng)（圖3、圖4），但刺蒼耳種子氯仿相對3種植物苗高有明顯的抑制作用，對金色狗尾草苗高生長沒有影響。石油醚相和水相對金色狗尾草的苗高生長有明顯的促進作用，對小白菜、黑麥草沒有影響。正丁醇相對4種植物苗高生長均無明顯的作用。

刺蒼耳種子氯仿相對萵苣、小白菜、黑麥草幼苗苗高生長都表現(xiàn)出了明顯抑制作用，幼苗苗高比對照降低了66.1%、44.9%、50.0%，與對照差異顯著，對金色狗尾草幼苗苗高生長有一定的抑制作用，但影響不顯著。刺蒼耳種子石油醚相對金色狗尾草幼苗苗高生長表現(xiàn)出明顯的促進作用，比對照增加了30.1%，處理間差異顯著，對小白菜，黑麥草幼苗苗高生長沒有影響，對萵苣表現(xiàn)了一定的抑制作用，比對照降低了 14.7%。刺蒼耳種子水相對金色狗尾草幼苗苗高生長表現(xiàn)出明顯的促進作用，比對照增加了41.8%，與對照差異顯著；對萵苣、小白菜幼苗苗高生長表現(xiàn)出了一定的促進作用，但處理間差異不顯著。刺蒼耳種子正丁醇相對萵苣、小白菜、黑麥草幼苗苗高生長沒有影響，對金色狗尾草有一定的促進作用但影響不顯著。

2.3 刺蒼耳種子萃取相處理液對受體植物綜合化感效應(yīng)

不同萃取相處理液對4種受體植物表現(xiàn)出不同的綜合化感效應(yīng)（圖5）。總體上刺蒼耳種子氯仿萃取相處理液表現(xiàn)為明顯的化感抑制效應(yīng)，石油醚相和水相對小白菜、金色狗尾草都表現(xiàn)出了一定的促進作用。

3 討論

外來入侵植物嚴重威脅著入侵地的生物多樣性，降低了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并對動植物健康和社會經(jīng)濟都產(chǎn)生了嚴重的影響[16]，且外來入侵植物對生態(tài)系統(tǒng)的影響具有不可恢復(fù)性、惡性增長、持久深入等特點[17]。如今外來入侵植物已成為全球關(guān)注和研究熱點之一[18]。當前，關(guān)于外來入侵植物成功入侵機制假說層出不窮，如天敵逃逸假說[19]、入侵進化假說[20]、空余生態(tài)位假說[21]等。由于外來植物入侵過程的復(fù)雜性，難以用單一的假說進行解釋。近年來，新穎武器假說[22]已成為外來植物入侵機制的一個研究焦點，該假說認為外來入侵植物能夠成功入侵的一個重要因素是由于它們在入侵過程中釋放了較本地植物比較新穎的化感物質(zhì)，這些物質(zhì)影響了本地植物的生長發(fā)育，并且逐漸成為本地的優(yōu)勢單一種群。大量研究表明，化感作用有利于提高外來植物的競爭力[23]，并進一步在非本源地入侵和擴散。

本研究表明，刺蒼耳種子的不同萃取相處理液對4種受體植物表現(xiàn)出了不同的化感作用，且4種受體植物對同樣的刺蒼耳種子處理液表現(xiàn)出了不同的化感效應(yīng)，可能與植物的進化歷史有關(guān)，如4種植物對刺蒼耳種子氯仿相的敏感性大小為萵苣>小白菜>黑麥草>金色狗尾草。刺蒼耳氯仿相對萵苣、小白菜、黑麥草表現(xiàn)出了明顯的抑制作用，而石油醚相對萵苣、黑麥草、金色狗尾草表現(xiàn)出了明顯促進作用，在我們前期研究中，刺蒼耳種子95%乙醇浸提液對萵苣、小白菜、金色狗尾草生長表現(xiàn)出了明顯的抑制作用，可能是由于刺蒼耳種子氯仿提取物和石油醚提取物同時存在的時候，氯仿提取物的抑制活性大于石油醚提取物的促進活性，因此總體上對植物產(chǎn)生化感抑制作用。

近來大量的研究表明，外來入侵植物對本地植物具有化感抑制作用，但并不是所有的入侵植物對本地植物都表現(xiàn)出化感抑制作用[24]，如入侵北美的外來植物烏桕（Sapium sebferum）對本地植物裂草桴草（Schizachyrium scoparium）、黑柳（Salix nigra）和落羽松（Taxodium distichum）就具有促進作用[25-26]。在我們的研究中刺蒼耳種子石油醚萃取相也表現(xiàn)出了對植物具有促進作用。由于化感作用是由2種或2種以上的物質(zhì)互相作用而成，化感物質(zhì)之間還存在著促進或拮抗作用[27]，因此，有必要對刺蒼耳種子氯仿提取物和石油醚提取物進行進一步分離提取，以明確這2種萃取相中活性物質(zhì)的相互關(guān)系。

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