植物化感作用的机理及应用前景_陈静雯
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植物化感作用与园林建设中的应用研究摘要:文章分析了植物化感作用的涵义,同时研究了植物化感作用的机理,并结合已有经验阐述了植物化感作用应用在园林建设中的必要性。
旨在充分发挥出植物化感作用,提高我国园林建设整体水平。
关键词:植物化感作用;涵义与机理;园林建设;必要性一、植物化感作用的概述(一)涵义所谓“化感作用”是从希腊语中延伸而来,时常被称作异株克生作用或他感作用。
早期的研究学者认为“化感作用”是植物将产生的化学物质释放到生存环境中,对其他植物产生影响的过程。
随着研究愈加深入,人们对“化感作用”有了更深层次的理解,即植物通过将某种化学物质释放到环境中而对其他植物所造成的直接或间接影响,并且这种影响往往是有害的。
(二)作用机理针对化感物质的作用途径,主要可以分成四个类型,即挥发侵入型(A)、雨水冲淋型(B)、残体分解型(C)以及根部溢出型(D)。
其中A是指植物自身所产生的挥发性物质会抑制其他植物的生产发育,诸如:无刺槐等;B是指液态分泌物以淋溶的方式释放到土壤中,从而抑制其他植物生长发育的过程;C是指植物枯枝的落叶残体向其他植物释放化感物质,从而使其他植物的生长发育受到抑制,诸如:小麦、高粱等;D是指植物从根部分泌物质将其释放到土壤中以抑制其他植物生长的过程,诸如洋艾、野燕麦等。
针对化感物质受影响的因素,主要是根据种类的不同、品种的不同对其生长环境进行研究,发现水分、光、化学物质、营养及温度等因素所造成的影响较大。
通常情况下,化感物质极易在逆境环境中出现,如:缺水情况下,某些植物原有的绿原酸浓度会上升;长日照光会使很多植物原有的酚酸含量提高等。
二、园林建设中应用植物化感作用的必要性(一)实现园林景观持续性对于现代化园林建设而言,最主要的建设特征体现在园林工作者总是尽可能地最求植物种类多样性,这使得现代园林建设慢慢向着一个由多样性物种所构成的“人工群落”方向前行。
即在同一个园林建设或绿地系统中,所有植物间都有着相互连接、相互交叠的关系,并随着“人工群落”的流行,这一关系变得越来越紧密,越来越复杂。
植物化感作用环境影响下的分子调控机制植物化感作用是植物与周围环境进行交互的重要途径,它能够使植物感知周围环境中的化学信号,并依据信号变化做出相应反应。
植物化感作用通常是一种相对较低浓度的物质的识别和识别,这需要植物拥有快速能反应变化的生物化学机制。
因此,维持植物化感环境和调控这种化感作用的相关基因及代谢网络对于植物的正常生长发育和适应性是至关重要的。
植物化感机制植物的化感机制是一系列与外界沟通交互的过程。
在植物发育和适应性等方面,这一作用至关重要。
化感作用的信号可以是溶解在水中的化学物质,或是挥发进入空气的气态化学物质。
植物可以通过化感受体感知周围环境的化学物质,从而激活一系列反应。
植物化感的过程可以分为三个基本步骤:受体感知信号、信息传递和反应。
在接受信号的过程中,外界的化学物质必须与受体结合,并启动化感信号通路来传递信息。
这种化感信号通路可以包括许多不同的细胞,从原生质体到与叶片、茎和根部相连的各种细胞类型,都可以进行激活和下游反应。
植物化感作用的环境影响植物的化感反应受到环境因素的影响。
例如,温度和水分浓度等因素能够影响植物的化感作用,从而影响植物的生长和发育。
此外,植物性化学物质还与诸如昆虫、花粉和水果的动物之间的生态学交互有关。
植物菌根共生最明显的效应是提高植物营养素的吸收能力。
植物菌根共生经常被认为是一种相对简单的关系,但在分子层面上,植物和根际真菌之间存在着一系列复杂的互动和信息传递过程。
植物化感的分子调控机制当前的研究表明,植物化感反应受许多基因和调节因子的控制。
作为一个细胞外信号,许多受体蛋白会参与化感作用。
与受体蛋白相连的信号转导分子,如G蛋白、激酶、磷酸酶等也被证实对化感信号的传递起到了重要作用。
另外,植物内部激素的生产和分泌也参与到化感反应的控制中。
例如,茉莉酸和沙参苷酸这两种植物内部物质在化感反应中扮演着重要角色。
从更高的层面来看,植物逆境响应中心也可以调节化感反应。
这些逆境响应中心包括ABRE、DREB和MYB等转录因子及其调控因子。
植物化感作用在农田杂草防除中的应用农田杂草是农业生产中的重要问题之一,给农业生产造成巨大损失,长期使用除草剂不仅污染环境,而且杂草易产生抗药性。
具有化感作用的植物可以通过向环境中释放化感物质并与杂草竞争生存环境,进而对杂草种子的萌发和生长产生抑制作用。
利用化感作用控制杂草不会带来诸如农药残留等的环境问题,所以利用化感作用控制田间杂草是一种具有潜力的可持续发展农业的杂草控制措施。
一、化感作用的基本定义植物化感促进作用(allelopathy)的概念就是molisch在1937年首先明确提出,并定义为:所有类型植物(不含微生物)之间生物化学物质的相互作用,这种相互作用包含有毒和有益两个方面。
除此之外,molisch对植物化感促进作用研究的具体内容没能并作进一步的阐述。
20世纪70年代中期,rice根据molisch的完整定义和植物化感促进作用近40年的研究成果,将植物化感促进作用定义为:植物(不含微生物)通过释放出来化学物质至环境中而产生对其他植物轻易或间接的有毒促进作用。
这一定义首次阐述植物化感促进作用的本质就是植物通过向体外释放出来化学物质而影响周边植物。
随后,植物化感促进作用的研究十分活跃,获得了许多成果。
辨认出植物释放出来的化学物质对植物就是有毒的,但在许多情况下也就是有益的。
同时,在农林业生产实践和研究中,陆续辨认出许多作物的连作障碍和人工林的复苏是因为作物或林木释放出来的化学物质对自身毒害的结果,从而揭示了植物化感作用可在种间进行,也可以在种内进行。
20世纪80年代中期,rice将有益的作用和自毒作用补充到植物化感作用的定义中。
从此,rice关于植物化感作用的定义被普遍接受。
植物化感促进作用的媒体就是化学物质,被称作“化感物质”(allelochemical)。
孔垂华提及的allelochemical就是指植物所产生的影响其他生物生长、犯罪行为和种群生物学的化学物质,不仅包含植物间的化学作用物质,也包含植物和动物间的化学作用物质,而且这些化学物质并没被建议必须步入环境,也可以在体内展开。
化感作用名词解释
化感作用也叫异株克生,指植物产生的次生代谢产物〔化感化合物〕在植物生长过程中,通过信息抑制其他植物的生长,发育并加以排解的现象就称为异株克生。
异株克生现象在自然界中普遍存在,一些植物通过根系分泌的有机化合物对其他植物产生影响。
松根分泌的一种激素可抑制桦木的生长,接骨木根系的分泌物可对大叶钻天杨的生长也有抑制作用。
有人还发觉,在前茬为毛白杨的育苗地上播种的杏树幼苗;不仅生长量降低,还有局部苗木枯萎死亡,而合欢和澳大利亚桃金娘具有浓郁香味的根则对豌豆和蚕豆的生长有促进作用。
这种树木之间的相互作用是一门新的学科——植物化学生态学。
研究说明,生物化学的作用方法是不同的,有些是通过干扰细胞分裂或抑制营养物质的汲取和传递来影响植物的营养和生长,但大量的干扰作用与呼吸等能量转换过程有关,在某些情况下可以阻挡植物沉降或毒害沉降植物,但大多数只是降低植物的生长。
据报道,发觉的大局部生化抑制剂是酚类化合物和萜类化合物,它们存在于几乎全部的植物中,并被雨水过滤掉。
它通过根系分泌和凋落物分解释放到周围环境中,影响一些植物的生长和发育,包含它们自身。
扩展:
研究说明,生物化学的作用方法是不同的,有些是通过干扰细胞分裂或抑制营养物质的汲取和传递来影响植物的营养和生长,但大量的干扰作用与呼吸等能量转换过程有关,在某些情况下可以阻挡植物沉降或毒害沉降植物,但大多数只是降低植物的生长。
园林植物化感作用及其在园林建设中的应用摘要:园林植物化感作用的研究,对于揭示以植物为核心的生态系统中的化学-生物-环境间的相互影响,以及推动生态系统的建设和生产力的提升,具有十分重要的理论和实践价值。
园林植物分泌出各种化感物质影响其他植物,进而调控植物间的相互关系。
近年来,国内外众多学者对园林植物的化感作用机制和作用方式等进行了较为深入的研究。
关键词:园林植物;化感作用;园林建设引言"化感"是植物间自然界的一种生态相互影响关系,通过这种关系,植物们在竞争中的生存和发展具有极其重要的作用。
本文对园林植物化感作用的进一步研究提供参考,以期能推动园林景观的可持续发展。
通过深入理解植物化感作用的各个方面,我们可以更好地规划和建设可持续的园林环境,实现人与自然的和谐共生。
这是一项具有重要意义的研究,将对园林建设的理念和实践产生深远影响。
1、植物化感作用的概念德国科学家 Molisch 首先提出了化感作用(allelopathy)一词,指植物在其生长发育过程中,通过向环境释放出特定的代谢产物,改变其周围的微生态环境,影响周围其他植物生长发育,导致植物间相互排斥或促进。
2、化感物质植物化感物质其本质是化学物质,Rice[1]将植物化感物质根据化学结构分为14类:包括水溶性有机酸,水溶性有机酸,直链醇,脂肪族醛和酮;简单不饱和内脂;长链脂肪酸和多炔;苯醌,蒽醌和复醌;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;丹宁;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;嘌呤和核苷。
3、园林植物化感物质的释放方式植物化感作用存在于植物的各种器官中,一般我们认为,植物化感物质通过雨雾淋溶、自然挥发、根系分泌和植株分解4种途径释放到环境中,另外还有一种特殊的有效途径:种子萌发和花粉在风或昆虫作用下的传播。
3.1雨雾淋溶植物器官分泌出的化感物质化感物质是植物自身生产并释放到外部环境中的生物活性物质,可以通过雨水、露珠等途径溶解到土壤中,甚至随着水流传播到其他地方。
园林植物化感作用机理研究进展及展望
杨建欣;黄秋燕
【期刊名称】《江苏农业科学》
【年(卷),期】2022(50)13
【摘 要】园林植物的选择与搭配不仅需要考虑空间层次、观赏效果等视觉层面的
问题,也需要妥善处理园林植物种间关系,基于生物学和生态学关系进行全面考量,让
其稳定地获取环境资源,形成稳定的植物群落,充分发挥观赏价值和生态效益。化感
物质的产生和释放能够影响园林植物及其群落的生长、发育和变化,是园林植物能
否长期稳定和持续发展的关键因素。以园林植物化感物质产生及作用机制为切入点,
深入分析和总结国内外关于园林植物化感作用机理的相关研究成果,就化感作用对
园林植物生理活动和生长环境2个方面的影响进行详细阐释和归纳总结,发现化感
作用主要从园林植物可持续发展、杂草和病虫害防治、水体景观营造等方面影响园
林植物综合效益的发挥。结合当前园林植物化感作用的研究进展,指出今后的研究
建议和展望,应结合风景园林学科的特点和实际需求,拓展研究角度和尺度,以期为园
林植物的科学选择和应用提供新的思路。
【总页数】8页(P90-97)
【作 者】杨建欣;黄秋燕
【作者单位】肇庆学院;广东理工学院建设学院
【正文语种】中 文
【中图分类】S184
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园林植物配置中的应用分析5.化感活性物质影响种子萌发作用机理的研究进展
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草地植物化感作用研究进展草地植物化感作用是指植物与其他生物以及环境之间通过化学信号传递所产生的相互作用。
这种作用已经成为生态学和农业学研究中的热点问题,对于生物多样性保护和农作物生产都具有重要的意义。
本文将从生态学、农业学以及其它相关研究领域的角度,介绍草地植物化感作用的研究现状和进展。
一、草地植物化感作用在生态学中的研究进展草地是非常复杂的生态系统,其中各种植物种类和动物种类之间存在着复杂的互动关系。
草地植物化感作用作为生态学研究领域的一个重要课题,已经吸引了众多学者的关注。
近年来,一些研究发现草地植物之间通过释放化学信号物质来影响彼此的生长和发展。
例如,有些草地植物释放出的挥发性物质可以吸引昆虫类等有益生物,起到保护自身和增加物种多样性的作用。
此外,草地植物之间还存在着化感作用网络,通过这种网络,植物可以相互感知和响应,从而形成一种相对稳定的平衡状态。
这些研究为我们深入理解草地植物群落的演化和生态系统的稳定性提供了新的视角。
二、草地植物化感作用在农业学中的研究进展农业学研究中,草地植物化感作用的应用潜力逐渐被人们认识到。
例如,一些研究发现,适当选择和配置植物种类可以提高农田土壤的肥力和水分利用效率。
在果园种植中,通过种植一些具有化感作用的植物可以有效控制一些病虫害的发生。
此外,草地植物之间的化感作用还可以调节植物的生长速度和光合作用效率,为农作物的生长提供了有益条件。
因此,通过深入研究草地植物化感作用的机制和特性,可以为农业生产提供新的思路和技术支持。
三、草地植物化感作用在其他研究领域的进展除了生态学和农业学,草地植物化感作用在其他研究领域也存在着广泛应用的可能性。
例如,在环境保护和修复方面,通过引入具有化感作用的植物来修复受到污染的土壤和水源。
在景观设计中,通过合理配置和搭配植物种类,可以打造出更加美观和生态友好的城市绿地。
此外,草地植物化感作用还可以应用于草地草坪的建设和维护,提高草地的抗病虫害和抗逆性能。
化感作用在现代园林植物配置中的应用研究进展
化感作用是一种植物之间通过释放化学物质来相互影响的现象。
在现代园林设计中,化感作用的应用已经得到了广泛的研究和应用,可以提高园林植物的生长状况、促进植物群落的形成和维持以及改善园林景观的美观性。
化感作用在园林植物配置中可以提高植物的生长状况。
研究表明,不同种类的植物通过释放不同的化学物质,可以抑制或促进其他植物的生长。
通过合理配置植物,在植物之间形成化感作用,可以有效地抑制杂草的生长,减少园林植物的病虫害发生,提高植物的生长速度和品质。
化感作用在园林植物配置中还可以改善园林景观的美观性。
通过合理配置植物,可以形成不同颜色和形态的植物组合,从而丰富园林景观的层次感和立体感。
研究表明,植物之间通过化感作用释放的化学物质,可以改变植物的叶色、花色和花朵的形态,从而增加园林景观的美观性。
化感作用在园林植物配置中的应用还存在一些问题和难点。
不同植物之间的化感作用机制尚不完全清楚,需要进一步的研究来揭示。
园林植物配置中需要考虑到不同植物的生长需求和环境适应性,以及植物之间的竞争关系,选择合适的植物组合并不容易。
园林植物配置的效果和效益需要长期观察和评估,需要耐心和精确的数据收集和分析。
化感作用在可持续发展农业中的应用摘要植物化感作用是植物间相互传递信息、相互作用的一种方式,其作用结果表现为相互促进或相互抑制。
介绍了植物化感作用的概念、化感物质种类及其释放方式,同时对化感作用在可持续发展农业中的应用做了简单的评述。
关键词植物化感作用;化感物质;可持续农业;应用“可调控性”一直是农业生态系统与自然生态系统的最大区别,如何通过人工的控制以达到最大的生产力很久以来都是农业生产的首要目标。
特别是19世纪80年代以来,“石油农业”的迅猛发展,各种肥料、农药、能量大量被人类倾倒入农业生态系统中,人类在短期内取得了巨大的生产效益,但是与此同时,这种巨大生产效益的背后却是农业乃至整个地球生态系统的不断恶化。
因此,在对整个人类行为的反思中,人类迎来了可持续农业时代,开始寻求各种途径以了解作物与作物之间、作物与环境之间的互相作用关系,于是,早就成为生态学领域重要内容的植物间化感作用开始被农业生产认识、利用。
初步介绍了植物间化感作用的概念、组成物质以及释放方式,同时对化感作用在现代农业中的应用进行了简单评述。
1植物化感作用的概念化感作用(allelopathy)这一概念最初是在1937年由德国科学家Molish提出来的[1]。
他认为,植物的化感作用就是1种植物通过向体外分泌代谢的化学物质,对其他植物产生直接或间接的影响。
之后,随着研究者工作侧重点的转移,这一概念逐渐被修正,用它仅仅表示1种植物(包括微生物)通过释放某些化学物质到环境中,而对其他种属植物(包括微生物)产生直接或间接的有害影响(Putnam,1985),故又称为异种抑制效应或异株克生作用,起这种作用的化学物质叫做他感作用物质或克生物质。
到了80年代中期。
E.L.Rice将植物间有益的作用和植物体对自身的自毒作用补充到植物他感作用的定义中[2],成为普遍接受的定义:植物化感作用就是指1个活体植物(供体植物) 通过地上部分(茎、叶、花、果实或种子)挥发、淋溶和根系分泌等途径向环境中释放某些化学物质,从而影响周围植物(受体植物)的生长和发育。
化感作用研究嘿,朋友们!今天咱来聊聊一个挺有意思的事儿——化感作用研究。
你可能一听这名字,觉得挺陌生的,心里琢磨着这是啥玩意儿啊?别着急,听我慢慢给你唠唠,保准你听完会觉得,哎呀,原来这东西就在咱身边,还挺神奇的呢!啥是化感作用呀?简单来说,就是植物之间通过释放一些化学物质来互相影响。
你想想看,植物们虽然不会像咱们人一样说话交流,但它们也有自己独特的“语言”呢,这化感作用就是它们的“秘密交流方式”。
比如说,有些植物会释放出一些化学物质,抑制周围其他植物的生长,就像是在说:“嘿,这地盘是我的,你们别想跟我抢营养!”这种现象在自然界里可不少见哦。
就拿咱们常见的农田来说吧。
有时候,农民伯伯会发现,种过某些作物的地里,再种其他作物的时候,长得就不那么好了。
这是为啥呢?其实啊,就是前面种的作物在生长过程中释放了一些化学物质,留在了土壤里,对后面种的作物产生了化感作用。
这就好比是植物之间的一场“化学战争”,有的植物打赢了,就占了上风,有的呢,就只能委屈巴巴地长不好啦。
不过呀,化感作用也不全是坏事儿。
有些植物释放的化学物质,反而能对周围的植物起到促进生长的作用。
就像是一个热心肠的邻居,会给周围的小伙伴们送点“营养礼物”,帮助它们茁壮成长。
比如说,某些豆类植物会释放出一些对其他植物有益的化学物质,能让它们的小伙伴们长得更结实、更健康。
这种相互帮助的化感作用,是不是还挺暖心的呀?科学家们对化感作用的研究可没少下功夫。
他们就像一群好奇的探险家,想要揭开植物们这种“秘密交流”的神秘面纱。
通过大量的实验和观察,他们发现了很多有趣的现象和规律。
比如说,不同的植物释放的化学物质不一样,产生的化感作用也各不相同;而且,环境因素也会对化感作用产生影响。
就像人在不同的心情和环境下会有不同的表现一样,植物们的“化学语言”也会随着环境的变化而有所改变。
化感作用的研究在很多方面都有着重要的意义呢。
在农业生产上,了解了植物的化感作用,农民伯伯们就能更合理地安排作物种植,避免因为化感作用而影响收成。
植物的化学生态学和化感作用植物不仅仅是静静地生长在大地上,它们还与周围环境产生了密切的相互作用。
植物通过各种化学物质来适应外界环境,并对其它生物产生影响。
这种与环境和其它生物之间的相互作用被称为植物的化学生态学和化感作用。
一、植物化学生态学植物化学生态学研究植物如何通过合成和释放化学物质来适应环境。
植物合成和释放的化学物质可以直接影响周围生物的行为、生长和繁殖。
这些化学物质包括挥发性有机物质(VOCs)、挥发性气味物质、次生代谢产物等。
VOCs是一类具有挥发性的有机物质,植物通常通过挥发性化合物来与外界环境进行交流。
这些化合物可以吸引啮齿动物或昆虫,用于花粉传播。
同时,它们也可以产生各种防御反应,例如排斥植物的天敌或干扰植物周围竞争的植物。
除了VOCs,植物还通过挥发性气味物质来吸引利益共生的昆虫。
比如,某些植物释放出的特定气味可以吸引捕食害虫的昆虫,从而帮助植物保护自己。
植物的次生代谢产物也是其化学生态学中的重要组成部分。
次生代谢产物是植物为了适应环境而合成的化合物,它们具有特定的生物学活性。
比如,植物合成的抗氧化剂能够帮助植物抵御环境中的氧化应激。
二、植物的化感作用植物的化感作用指的是植物通过合成和释放的化学物质对周围生物产生的影响。
这些影响可以是积极的,也可以是消极的。
植物通过合成挥发性化合物来吸引传粉者,进而实现花粉传播。
通过释放化感物质,植物可以吸引到特定的传粉者,这为植物的繁殖提供了有力的支持。
然而,化感作用也可以用于植物的防御。
某些植物通过合成特定的挥发性化合物来排斥天敌,保护自己免受损害。
这种化感作用可以帮助植物维持自身的生存和繁殖。
植物还可以通过释放化感物质来抑制周围竞争者的生长。
一些鞭毛藻通过合成化学物质来抑制其他近亲藻类的生长,从而获得更多的营养资源。
这种化感作用有助于植物在复杂的生态系统中保持自己的竞争优势。
化感作用还可以发生在植物与微生物之间。
植物根系分泌的化学物质可以吸引有益微生物,促进它们与植物形成共生关系。
植物化感作用研究现状作者:周光良专业:林业硕士班级:林业硕士2014级1班学号:S2******* 指导老师:郝建锋摘要:近年来,化感作用成为国内外研究的热点,化感现象广泛存在于植物界。
植物之间的化感作用对生态系统有着不可忽视的影响,但是有关化感作用的研究才刚刚起步,还停留在主要化感物质的生物和化学鉴定方面,在化感作用的机理以及应用仍需要更进一步的探究。
笔者综述了化感作用的定义,并从化感物质种类、化感物质的释放途径、化感物质的作用机制和影响化感物质产生和释放的因素详细的介绍了化感的研究进展,同时还综述了化感作用的应用并提出展望。
关键词:化感作用;种类;释放途径;作用机制;研究进展Allelopathy research statusAuthor: Zhouguang Liang Major: Forestry Master Class: Master of Forestry 2014 1 classstudent number: S2******* Instructor: Hao JianfengAbstract:In recent years, allelopathy has become a hot research at home and abroad, the allelopathic phenomenon widespread in the plant kingdom. Allelopathic effects on ecosystems between plants would have a negligible impact, but research on allelopathy has just started, still remain in terms of biological and chemical identification of the main allelochemicals in allelopathy mechanism and the application is still need further exploration. Factors author reviews the allelopathic effects of definition and released from the way allelochemicals species, allelochemicals, mechanisms and influence of allelochemicals allelopathic substances produced and released a detailed description of the research progress of sense, but also Allelopathy application reviewed and made outlook.Keywords: allelopathy; species; release pathways; mechanism; Advances1 引言化感作用(Allelopathy)的概念由Molish在1937年提出[1],不同的学者因为研究侧重点的不同,给出的定义有一定的差异。
植物化感作用及其调节机制研究植物是同一物种的个体之间、或者不同物种之间相互作用的主体,它们通过异方性的信息来描述这种相互作用,以迅速并有力地响应周围环境的变化。
其中,化感作用就是植物之间,或者植物与外界环境之间,通过化学信息交流来产生响应和互动的一种生物学现象。
植物化感作用的调节机制也越来越受到学术界的重视,本文将会探讨植物化感作用及其调节机制研究的新进展。
一、植物化感作用的类型植物化感作用是植物通过释放或感知特定化感物质,在相邻植株或者其他环境条件下触发生长、发育和防御反应等。
根据化感作用介导信息的类型,可以将其划分为“广谱”和“专化”两种类型。
广谱的化感作用指的是基于非特异性化感物质的协同反应;而专化的化感作用则基于特异性信息传输分子,例如蚜虫释放的诱导物,就可以激活植物的特异性防御反应。
二、植物化感作用的功能植物化感作用在植物的适应性进化中发挥着重要作用。
其中最明显的表现就是在植物抗虫和抗菌中的作用。
此外,植物化感作用还可以大大影响植物的生长和开花等方面,最近的研究还发现了植物化感作用在植物内生种间互作和多生物体系统中的作用等。
三、植物化感作用调节的机制植物化感作用调节的研究越来越受到学术界重视。
在这方面,研究人员尤其关注植物激素在植物间的化感作用中的功能。
植物激素是一类特定结构的小分子化合物,它们可以通过运输系统在植物体内传输。
目前为止,已经发现了多种类型的激素介导的化感作用。
例如,茉莉酸可以激活邻近的植物防御反应,而脱落酸则可以抑制茉莉酸的激活。
植物间的化感作用也与白藜芦醇等互作分子有关。
白藜芦醇是植物与外界环境隔绝最外层的植物细胞壁组成物,它可以使植物产生抗逆性,而同时也能增加植物免疫反应的稳定性。
四、未来的研究方向未来的研究方向包括了植物化感作用的分子机制和生态遗传机制。
这包括了单个基因产生的变异,还有非基因性遗传的贡献,可以更好地解释化感作用的遗传基础,进而解释化感作用如何影响植物群落的演化。
植物化感作用之浅学植物化感作用是植物生长过程或植物腐烂过程中产生的化学物质对邻近植物生长的干扰(宋君1990)。
在植物界中,几乎所有的植物都或多或少地有化感作用的物质,会产生不同程度的化感作用,这是物种进化过程中生存竞争的必然。
这些研究对于农业作物间作,套作和轮作等耕作制度的合理安排布局,农田杂草防除,作物病虫害的防治,减少连作障碍危害以及植物群落演替具有重要的指导作用。
1 研究化感作用的进展植物化感作用的研究方法主要有三方面:①生化物质的捕集,如根分泌物的研方法(吴辉,郑师章1992),主要是指Tang C S的疏水性根系分泌物的捕获系统CRETS;②化学物质定性、定量的测定,如紫外、红外、核磁共振、质谱等分析手段进行化感作用物的鉴定;③生物技术鉴定。
1.1化感物质。
化感物质存在于植物的各部分组織中,包括叶、花、果、种子、茎、根、须根。
它主要是通过植物地上部的淋洗和挥发,根的分泌,以及植物残体的腐解这4种途径向农业系统中释放这些化学物质,从而影响周围或后茬植物的生长发育。
化感物质主要来源于植物的次生代谢产物,在植物体内有自己独特的代谢途径(阎秀峰2001),在植物提高自身保护和生存竞争能力、协调与环境关系上充当主要的角色。
1.2化感作用在农作物上的表现形式1.2.1自毒作用。
自毒作用是植物通过分泌与释放有毒化学物质对同种植物种子萌发和生长起抑制作用的现象(何水林2000)。
作物在正常的生命活动过程中,根系会不断的向根际土壤中分泌一些有机物或者无机物。
在这些分泌物中既有能促进土壤养分由难溶的分子状态变成作物可吸收利用的离子状态的有益作用;也有部分,如一些有机酸、酚类等分泌物在土壤中积聚,对作物自身具有毒害作用。
因此,用一种作物长期连作,会造成有毒害作用的根系分泌物在土壤中大量聚积,因而影响到作物的正常生长、发育,常出现黄化、僵苗等现象,进而影响到作物产量和品质的提高,甚至造成作物死亡。
所以,避免同种作物或同科作物长期连作,实行轮作,尤其是选择“他感作物”与农作物轮作,是缓解连作障碍(自毒作用)的有效途径之一。
2008年第43卷第11期生物学通报13植物之间以各种物理或化学的方式相互联系,相互影响,经过长期的进化,部分物种能向周围环境分泌化学物质,以使其在与其他物种的竞争时取得优势,这种自卫方式称作植物的化感作用。
植物的化感作用对周围生物产生的有利或不利的影响,在农作物耕作制度的治理安排、农田杂草控制、作物的虫害和病害的防治以及减少连作障碍危害等方面起着重要的作用。
1化感作用机理1.1化感物质植物的化感物质都是次生物质,这类物质的结构较简单。
Rice(1974)把各种化感物质归纳为14种:水溶性有机酸、直链醇、脂肪族醛和酮、简单不饱和内脂、长链脂肪酸和多炔、苯醌、蒽醌和复醌,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、丹宁、类萜和甾类化合物、氨基酸和多肽、生物碱和氰醇、硫化物和芥子油苷和嘌呤和核苷。
化感物质的分类有很多方式,种类也有很多,以下2类是在植物体内含量较多的化感物质。
1.1.1酚类这类化感物质比其他种类化感物质的总量还要多。
它们主要存在于樟科等26种植物类群中,由于它们的水溶性和成盐性,因此易于被雨水淋溶,被土壤吸收。
同时它们的分子量跨度大。
1.1.2萜类这类化合物是次于酚类的第2大类化感物质。
这类化合物是主要的挥发性物质,但是它的水溶性差,雨水很难将其淋溶到土壤中。
许多菊科植物含有大量的萜类化感物质(周凯,2004)。
1.2化感物质的释放途径植物的化感作用是通过向周围环境释放化感物质而实现的,化感物质存在于植物的花、果实、种子、茎、叶和根中,其存在部位不同导致释放途径也不同。
1.2.1淋溶水溶性的化感物质通过雾,雨水等作用溶解,通过植物的表面淋溶、转移到植物的根部或者其他部位,对周围的植物发生直接或者间接的作用。
桉树属、香桃木属(Myrthus Linn.)和臭蝽属(Alanthus Desf.)等植物释放的酚类化合物,就是从叶面溢出再进入土壤后,才能表现出对亚麻(Linum usitatissinum)的抑制效应(李绍文,1989)。
1.2.2挥发植物活体的地上部分或者枯落叶通过分解释放出了具有挥发性的物质,在挥发性化感物质中,萜类化合物是最主要的。
菊科的加州蒿(Artemisia canifornica)和唇形科的鼠尾草(Salvia leucophylla)产生的萜类物质会对周围植物的生长产生抑制作用(李绍文,2001)。
1.2.3根部分泌和残根的分解植物的根部直接分泌出化感物质,对周围植物发生的直接或者间接的作用,这是化感物质影响地下种子库以及根系活动的主要形式。
1.2.4植株的分(降)解植物组织腐败后通过微生物的降解产生了化感物质,黄利群等(2000)研究得出杉木根桩在分解过程中就会释放酚类物质,影响下一代杉木的生长。
同一种植物所释放化感物质的途径可以有多种,例如王大力等(1996)研究表明豚草主要通过挥发、雨水淋溶、根系分泌等方式向周围环境释放化感物质,影响其他植物的生长发育,而使自身蔓延生长。
淋溶和挥发也没有特别明显的界限,在一定条件下可以相互转化。
1.3化感物质的作用机理化感作用是通过化感物质的作用实现的。
任何一种化感物质都能够影响植物化感作用的机理及应用前景陈静雯张丽(北京师范大学生命科学学院北京100875)摘要植物的化感作用是植物进化出的一种保护自身生存的方式,通过向环境中释放化学物质促进或抑制自身和其他植物的生长,抑制作用较为常见。
化感作用既可以被人类应用于农业除杂草,又是入侵物种强有力的武器,合理地利用化感作用将是保持生态平衡,同时创造农业经济效益的关键所在。
详细介绍了植物化感物质种类、作用机理,最后讨论了植物化感作用的应用前景。
关键词植物化感作用化感物质作用机理应用前景中国图书分类号:Q946.8文献标识码:A14生物学通报2008年第43卷第11期植物的基本代谢和生长状况;任何化感作用的效果都与化感物质的浓度有关,表现为低促高抑。
本篇综述主要是从对细胞的影响,到能量的产生和使用,还有小部分的化感作用只是影响细胞内酶的活性来影响植物的方面对化感作用的机理进行简单阐述。
1.3.1对细胞膜的影响化感物质可以通过影响细胞膜结构、功能和渗透性来影响植物对水分,金属离子、激素等通过细胞膜进行运输的物质的吸收。
Bazivamakenga(1995)认为化感物质处理降低了细胞膜中巯基的含量,从而破坏了细胞膜的完整性,导致植物根细胞对养分吸收下降,同时细胞内物质大量外渗。
1.3.2对细胞分裂的影响化感物质可通过多种方式影响细胞分裂。
杨斌等人(2007)认为化感物质能通过改变RNA和DNA的合成量和合成时间来改变细胞分裂周期。
李绍文(2001)在书中指出,饱和的香豆素水溶液完全阻断了洋葱和百合根细胞的分裂,起始效应和用秋水仙碱处理的相似,纺缍体遭到破坏,中期累积和分裂后期的终止,由于有丝分裂受阻,于是形成了四倍体核和双核的细胞。
孔垂华(2001)指出黑胡桃果壳提取液会减慢豌豆根细胞原生质里脂肪小体的积累,使完整的细胞器包括线粒体数目的骤减和膜系统的损伤,造成细胞分裂受阻。
1.3.3对呼吸作用的影响化感物质可通过影响植物呼吸作用的不同过程,如氧吸收,电子传递,NADH的氧化作用以及CO2的产生等。
绿藻产生的化感物质可显著抑制线粒体的电子传导,而抑制部位在Ⅱ和Ⅲ部位之间(孔垂华,2001)。
1.3.4对光合作用的影响化感物质可以通过调节生理代谢活动直接影响光合作用。
高粱酮是一种从高粱根部分泌并经氧化的苯醌类化感物质,主要通过抑制光合系统II中电子转移反应,即能有效地抑制光合系统II中QA和QB位之间电子的转移(Gonzalez,1981)。
同时化感物质可通过改变叶绿素含量影响光合作用,促进型化感物质Lepidimoide可以促进叶绿素的合成,具体表现为能促进δ-氨基酮戊酸(ALA)的合成以及提高叶绿素的含量(陈大清等,1998),进而影响植物的光合作用或叶绿素合成的酶系统。
其他一些化感物质还通过抑制参与光合作用的组织来毒害靶细胞,最终导致靶细胞死亡(杨斌等,2007)。
1.3.5对酶系统的影响许多化感物质会对生物体内酶的合成和酶活性产生影响。
水稻化感物质会降低周围杂草的超氧化物歧化酶和过氧化酶的活性(林文雄等,2001)。
A.Muscolo等(2001)研究得出来自欧洲山毛榉(Fagus sylvatica)和欧洲黑松(Pinus lar-icio)土壤中酚类化合物对种子萌发过程中的呼吸作用酶和氧化戊糖磷酸化途径酶的活性有抑制作用。
2植物化感作用的应用前景化感作用在宏观上体现为不同物种之间相生相克的作用。
根据其相生作用,可进行有益的植物组合,促进植物生长。
谢群(2005)14C标记试验表明,晚熟大豆和玉米混作时其一方的根分泌物能促进另一方的离子吸收和积累,较单作时增加1.5~7倍。
此原理可以作为套种植物的依据,科学配置植物种类,从而增加植物产量。
植物间化感作用体现的相克作用应用更为广泛。
依据对水生植物之间化感作用的研究,利用其种间抑制作用,抑制藻类过度生长,防止水体富营养化或用于治理已富营养化的水体同时通过化感物质的脱氮作用,对污水进行处理(李峰民,2003)。
利用某些菊科植物的化感物质对杂草发芽或生长的抑制作用,通过轮作、间作、覆盖等栽培措施,减少甚至逐步代替化学除草剂,这对农业的可持续发展无疑具有极为重要的意义(周凯,2004)。
化感作用是一个涉及化学、植物学、生态学、农学等多领域的交叉学科,研究它有助于解决植物入侵问题、研究抗性药物、培育转基因植物以及保持生态系统平衡等。
主要参考文献1周凯,郭维明,徐迎春.菊科植物化感作用研究进展.生态学报,2004,24(8):1776—1783.2李绍文.生态生物化学(二)一高等植物间生化关系.生态学杂志,1989,8(1):66—70.3李绍文.生态生物化学.北京:北京大学出版社,2001:45—69. 4黄志群,廖利平,汪思龙等.杉木根桩和周围土壤酚含量的变化及其化感效应.应用生态学报,2000,11(2):190—192.5孔垂华.植物化感(相生相克)作用及其应用.北京:中国农业出版社,2001:1—168.6杨斌,董俊德,吴军等.浮游植物的化感作用.生态学报,2007, 27(4):1619—1626.7余叔文,汤章城.植物生理与分子生物学.北京:科学出版社, 1998:699—718.8Gonzalez.,de.Parra M.,Anaya A.L.et al.Allelopathic potentia of poqueria trinervian(Aomposite)and piquerola A and B.J.Chem.Eco1.1981,7:209—215.9陈大清,陈汝民,潘瑞炽.一种新发现的促进型他感作用物质———Lepidimoide.植物生理学通讯,1998,34(6):455—457.2008年第43卷第11期生物学通报1510林文雄,何华勤,郭玉春等.水稻化感作用及其生理生化特性的研究.应用生态学报,2001,12(6):871—875.11 A.Muscolo,M.R.Panuccio,M.Sidari.The effect of phenols onrespiratory enzymes in seed germination-Respiratory enzyme activities during germination of Pinus laricio seeds treatedwith phenols extracted from different forest soils.Plant Growth Regulation,2001(35):31—35.12李峰民,胡洪营.生物化感作用在水处理中的应用.中国给水排水,2003,19(7):38—40.(E-mail:cjw@)近年来,入侵物种对生态系统、生物多样性以及社会经济造成严重的影响,已引起了许多国家和有关国际组织的广泛关注。
据统计,美国每年因外来物种侵入造成的经济损失高达1500亿美元,印度每年的损失为1300亿美元,南非为800亿美元,我国因外来物种入侵造成的损失就达574亿元人民币(黄大庆等,2005)。
菟丝子就是这样一类人侵植物。
由于菟丝子的危害性及易随作物种子传播的特点,世界上许多国家都把菟丝子列为禁止或限制输入的有害生物。
1992年农业部颁发的《中华人民共和国进境植物检疫危险性病、虫、杂草名录》中,菟丝子被列为二类危险性有害生物,2007年我国新公布的《中华人民共和国进境植物检疫性有害生物名录》中,菟丝子属植物仍被列为检疫性杂草。
1种类、形态特征菟丝子是旋花科、菟丝子亚科、菟丝子属(Cuscuta spp.)植物的通称,为一年生寄生草本。