草原毒害草白喉乌头的化感作用

韩彩霞，彭瑞娟，邰凤姣，张 弛，邵 华

(1.中国科学院新疆生态与地理研究所干旱区生物地理与生物资源重点实验室，新疆乌鲁木齐 830011；2.新疆师范大学生命科学学院，新疆乌鲁木齐 830054；3.中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室，新疆乌鲁木齐 830011)



草原毒害草白喉乌头的化感作用

韩彩霞1，彭瑞娟2，邰凤姣1，张 弛3，邵 华1

(1.中国科学院新疆生态与地理研究所干旱区生物地理与生物资源重点实验室，新疆乌鲁木齐 830011；2.新疆师范大学生命科学学院，新疆乌鲁木齐 830054；3.中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室，新疆乌鲁木齐 830011)

采用培养皿滤纸法，研究白喉乌头根、茎、叶的粉末，三氯甲烷提取物及水提取物在不同浓度下(0.01、0.02、0.05、0.10 g/mL)对受体植物高羊茅、草地早熟禾、垂穗披碱草和蒲公英幼苗生长的影响。结果表明，白喉乌头根、茎、叶的不同处理对受体植物的根长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强，说明其主效化感物质为水溶性化合物。白喉乌头各部位的化感作用强度无本质差异，表明其化感物质在植株各部位均有分布。

化感作用；白喉乌头；除草剂；提取物

白喉乌头(AconitumleucostomumWorosch)分布于我国新疆天山和阿勒泰山，为毛茛科(Ranumculaceae)乌头属多年生草本植物，具有祛风除湿、温经止痛功效，主要用于风寒湿痹等疾患，是西北少数民族常用的民间草药[1-2]。白喉乌头也是新疆草地的主要有毒植物之一，牲畜误食会造成中毒和死亡[3]。近年来，白喉乌头呈现出恶性蔓延的态势，已经成为新疆伊犁河谷的主要毒害草。例如，白喉乌头在新源县的危害面积已达13.5万hm2，约占全县可利用草地的30%，并且还在以0.30万～0.36万hm2/年的速度快速蔓延[4]。草原毒害草的大量繁殖占据了可食牧草的生长空间，加重了草地退化进程，使草地生产能力和牧草品质、产量下降，从而引起天然草地生态环境的恶化，并严重危及草地畜牧业的发展及生态安全[5]。

目前，人们对于白喉乌头近年来快速蔓延的机制尚不清楚。事实上，一个物种能够在特定的生态环境中占据优势，不仅可能受环境因子的影响，而且往往与其生物学特性密切相关[6]。有些植物因为能够产生一些抑制周围植物生长的化学物质，也就是化感物质，而使自身占据优势[7]。有研究表明，化感作用是多种外来植物的重要入侵机制之一，通常会对入侵植物迅速占据生态优势起到至关重要的辅助作用；并且，从薇甘菊、蟛蜞菊、胜红蓟、意大利苍耳等入侵植物中均已鉴定出多种化感物质[8-11]。徐彩芹等的研究表明，白喉乌头对禾本科牧草表现出一定的化感作用[3]。本研究通过白喉乌头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)对白喉乌头 4种常见伴生植物幼苗生长的影响，来比较白喉乌头不同部位及各部位不同提取物质化感作用的强弱，从而为进一步了解白喉乌头主效化感物质的分布、释放和作用方式，以及探索其蔓延机理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供体植物：新鲜白喉乌头植株于2014年8月采自新疆伊犁哈萨克自治州巩留县库尔德宁。4种受体植物为白喉乌头在自然生境中的常见伴生植物，即高羊茅(Festucaelata)、草地早熟禾(Poapratensis)、垂穗披碱草(Elymusnutans)、蒲公英(Taraxacumofficnala)，其种子购自当地草坪种子公司。

1.2 试验方法

1.2.1 提取液制备 从库尔德宁天然草地上挖取健康的白喉乌头全株，冲洗干净后在室温下自然晾干，分为根、茎、叶3个部分。将各个部位分别剪成<2 cm的小段，用粉碎机打磨成粉，然后称取根、茎、叶粉末各10.8 g，以3倍体积的三氯甲烷进行提取。提取时在室温条件下超声30 min，重复3次，合并提取液，过滤后的滤液用旋蒸仪浓缩至干，然后以108 mL丙酮溶解配制成0.10 g/mL的原液。将原液用丙酮依次稀释至0.01、0.02、0.05 g/mL备用。然后将上述三氯甲烷提取后剩下的白喉乌头根、茎、叶残渣放入通风橱，除尽三氯甲烷后用蒸馏水进行同样的超声提取，并将提取液定容至108 mL，而后稀释至0.01、0.02、0.05 g/mL 备用。

1.2.2 种子萌发试验 化感活性测定采用培养皿滤纸法[12]。在直径为9 cm的培养皿中依次加入0.05、0.10、0.25、0.50 g的白喉乌头根、茎、叶粉末或同等质量的三氯甲烷及水提取物，上覆2层滤纸，三氯甲烷提取物须在通风橱中挥干三氯甲烷，然后在各培养皿中加入5 mL蒸馏水和供试种子，以0.01、0.02、0.05、0.10 g/mL的浓度梯度进行生测，以蒸馏水为对照，每处理3个重复。放入人工气候箱，置于25 ℃中黑暗培养，7 d后测量根长和苗高。

1.2.3 数据分析方法 根长和苗高数据使用SPSS 16.0软件处理，首先利用单因素方差分析(ANOVA)检验差异是否达到显著性，然后通过LSD法比较不同处理组间的差异显著性(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 白喉乌头根的化感作用

白喉乌头根的不同处理对4种受体植物根长和苗高的化感作用的测定结果如表1所示。总体来说，3种不同的处理中，以三氯甲烷提取物的作用强度较弱，水提取物的作用强度较强。各个浓度的白喉乌头根的三氯甲烷提取物对草地早熟禾和高羊茅的根长生长并未产生显著影响，但是对垂穗披碱草、蒲公英的根长生长有显著抑制作用，并在最高浓度时(0.10 g/mL)分别达到了34%、74%；白喉乌头根的粉末处理作用强度高于三氯甲烷提取物，当浓度达到0.05、0.10 g/mL 时，对受试植物的根长生长表现出显著的抑制作用。其中，当浓度为0.10 g/mL时，根粉对垂穗披碱草、草地早熟禾、高羊茅、蒲公英根长的抑制率分别为43%、31%、46%、78%。白喉乌头根水提物的化感作用较强，在最低浓度时(0.01 g/mL)即对4种受试植物的根长产生明显的抑制作用，其中，水提物在最高浓度时对垂穗披碱草、草地早熟禾、高羊茅、蒲公英根长的抑制率依次达到36%、78%、81%、88%。水提物对4种植物的根长抑制率大小为：蒲公英>高羊茅>草地早熟禾>垂穗披碱草。

2.2 白喉乌头茎的化感作用

白喉乌头茎的不同处理对4种受体植物根长和苗高的化感作用的测定结果如表2所示。与根的3种处理相同，茎的三氯甲烷提取物作用强度最弱，在最高浓度时(0.10 g/mL)对垂穗披碱草、草地早熟禾、高羊茅、蒲公英根长的抑制率为11%、7%、9%、54%。茎的粉末处理作用强度略高于三氯甲烷提取物，而水提取物的化感作用最强，对4种受试植物根长的抑制率分别达到77%、56%、72%、91%。

表1 白喉乌头根对4种植物根长和苗高的影响Table 1 Allelopathy of roots of A. leucostomum on root and shoot growth of 4 test plants

注：表中数值为平均值±标准误，n=30；同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0. 05)。

表2 白喉乌头茎对4种植物根长和苗高的影响Table 2 Allelopathy of stems of A. leucostomum on root and shoot growth of 4 test plants

注同表1。

2.3 白喉乌头叶的化感作用

白喉乌头叶的不同处理对4种受体植物根长和苗高的化感作用的测定结果如表3所示。同样地，三氯甲烷提取物表现出相对较弱的生长抑制作用，而粉末处理的作用强度稍高于三氯甲烷提取物，水提取物作用最强。当浓度为0.05 g/mL 时，粉末和水提取物对4种受体植物根长有显著抑制作用，而三氯甲烷提取物只对蒲公英根长有显著抑制，对垂穗披碱草、草地早熟禾、高羊茅影响不显著；当浓度升高到为 0.10 g/mL 时，3种处理对4种受体植物的根长生长基本具有显著抑制作用；在此浓度时，粉末处理对垂穗披碱草、草地早熟禾、高羊茅、蒲公英的根长抑制率分别为39%、35%、62%、79%，三氯甲烷提取物抑制率依次为18%、10%、14%、71%，而水提取物抑制率分别为71%、57%、64%、89%。

3 讨论与结论

本试验分别对白喉乌头根、茎、叶进行3种处理，利用这3种处理分别对4种受体植物进行室内生物测定，结果发现，白喉乌头根、茎、叶的3种处理对4种受体植物根长和苗高均表现出一定的抑制作用，且随着浓度的升高而增强。其中，白喉乌头根、茎、叶的三氯甲烷提取物对4种受体植物的抑制作用弱于粉末和水提取物，按抑制作用强弱排序即：水提取物>粉末>三氯甲烷提取物。这表明白喉乌头中的化感物质主要集中在水提取物中，为水溶性成分；三氯甲烷提取物作用很弱，表明白喉乌头的脂溶性成分化感作用弱；白喉乌头的粉末作用强于三氯甲烷提取物，但是远弱于水提取物，应该是由于超声提取更好地萃出了化感物质所致。白喉乌头根、茎、叶的化感作用强度没有本质上的差异，表明主效化感物质并未集中在某个植株部位分布，而是在整个植株中有较为均匀的分布。这些水溶性化感物质有可能通过雨水淋溶、凋落物分解等方式释放到周围环境中，从而影响周围植物的生长，使自身占据更大的优势。

表3 白喉乌头叶对4种植物根长和苗高的影响Table 3 Allelopathy of leaves of A. leucostomum on root and shoot growth of 4 test plants

注同表1。

白喉乌头中含有乌头碱、新乌头碱、次乌头碱等多种生物碱成分，其可溶性生物碱盐是否具有化感作用值得进一步研究[13]。植物中含有的化感物质多为次生代谢产物，它们不仅具有重要的生态学意义，还具有开发为对环境无污染的植物源除草剂的潜力。目前人们已在 30 多科植物中发现了具除草活性的多种化合物，主要有酚醌类、生物碱类、肉桂酸类、萜烯类、氨基酸类等，有些已开发成为除草剂[14]。从化感物质中筛选出理想的先导化合物，进而人工模拟合成新型、高效、低毒的植物源除草剂，已成为当前除草剂研究领域的一大热点，可以大大减少化学合成除草剂的使用，有利于实现可持续的杂草防治策略[15]。因此，有必要在未来的研究中对白喉乌头中的化感物质进行分离鉴定，探讨将其开发为对环境无污染的植物源除草剂的可行性。

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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，Festucaelata，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

中国科学院西部之光联合学者项目(编号：LHXZ201202)；中国科学院百人计划(张弛)。

韩彩霞(1980—)，女，河南许昌人，硕士，主要从事植物资源研究。E-mail：hancaixia2007@sina.com。

邵 华，博士，副研究员，主要从事植物化感作用研究。E-mail：shaohua@ms.xjb.ac.cn。

Q948.12+<2.1 文献标志码：a="" class="emphasis_bold">2.1 文献标志码：A 文章编号：1003-935X(2015)01-0010-042.1 文献标志码：a=""

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

A 文章编号：1003-935X(2015)01-0010-04

韩彩霞，彭瑞娟，邰凤姣，等. 草原毒害草白喉乌头的化感作用[J]. 杂草科学，2015，33(1)：10-13.