黃頂菊(Flaveria bidentis)對(duì)玉米植物的化感作用及機(jī)理研究.pdf

1、起源于南美洲的菊科植物黃頂菊(Flaveriabidentis)自2001年傳入我國來,已經(jīng)在河北省,天津市,山東省,河南省等地區(qū)廣泛入侵分布,并在這些地區(qū)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境和生物多樣性損失,甚至對(duì)人畜健康構(gòu)成了一定的威脅。深入揭示黃頂菊入侵?jǐn)U展機(jī)理,對(duì)于成功實(shí)現(xiàn)對(duì)此雜草的可持續(xù)控制具有十分重要的意義。在外來植物的入侵機(jī)理和黃頂菊種群擴(kuò)展特征研究的基礎(chǔ)上,本研究從化學(xué)感應(yīng)物質(zhì)的淋溶作用途徑角度,分析了黃頂菊水浸提液對(duì)玉米種子萌發(fā)

2、期和玉米幼苗生長(zhǎng)期作用的生理、形態(tài)結(jié)構(gòu)以及作用機(jī)理的系列研究。
　　 1.黃頂菊水浸提液制備。稱取新鮮健康的黃項(xiàng)菊地上部分植株,室溫條件下用蒸餾水浸泡,抽濾,將所得濾液經(jīng)微孔濾膜過濾,得到濃度為0.1g/mL的母液(用1000mL蒸餾水浸提100g黃頂菊植物粉末)并稀釋成兩種(0.05、0.01g/mL)不同濃度。
　　 2.黃頂菊水浸提液對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響研究。無菌條件下,用三種濃度黃頂菊水浸提液和蒸餾水(對(duì)照)分別

3、處理玉米種子后測(cè)定玉米(紀(jì)元1號(hào))種子的萌發(fā)率、胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)以及含水量。結(jié)果表明,不同濃度處理后每個(gè)萌發(fā)指標(biāo)存在顯著差異,在處理后72-120h之間的種子萌發(fā)率僅為25-30%,胚根和胚芽長(zhǎng)度分別只有0.2cm和0.1cm以下,而對(duì)照種子發(fā)芽率則高于85-95%,胚根、胚芽的長(zhǎng)度長(zhǎng)于5.5cm和1.2cm。處理后胚根含水量為9.8-30.5%,胚芽含水量5.6-21.8%,而對(duì)照中胚根、胚芽含水量達(dá)到90%以上。處理后每隔12h測(cè)定種

4、子中可溶性蛋白(SP)、可溶性糖(WSS)、丙二醛(MDA)、過氧化物酶(POD)、超氧化歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和脯氨酸(Pro)含量。SP含量隨著黃頂菊水浸提液質(zhì)量濃度的增加,呈下降趨勢(shì);MDA和WSS含量高于對(duì)照,變化趨勢(shì)一樣,72h后,不同濃度處理之間沒有顯著差異;POD含量在整個(gè)萌發(fā)過程中明顯少于對(duì)照,其含量隨著處理濃度的增加和萌發(fā)進(jìn)程逐漸增加;黃頂菊水浸提液低濃度(0.01、0.05g/mL)作用玉米種子時(shí),種

5、子萌發(fā)前72h時(shí),體內(nèi)CAT和SOD明顯高于對(duì)照,而在72h之后,玉米種子中兩者含量明顯低于對(duì)照。經(jīng)黃項(xiàng)菊水浸提液處理后的玉米種子萌發(fā)過程中Pro相比對(duì)照,含量明顯增加,但24-72h期間,Pro含量先降低后增加。結(jié)果表明,隨著黃頂菊水浸提液濃度增加,水浸提液脅迫作用明顯,黃頂菊化感作用越明顯。
　　 3.黃頂菊水浸提液對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的影響研究。不同濃度的黃項(xiàng)菊水浸提液處理無土栽培的玉米幼苗,每4d測(cè)定幼苗株高、主根長(zhǎng)、側(cè)根數(shù),

6、葉片中SP’WSS、MDA、POD、SOD、CAT、葉綠素(CHL)和Pro含量以及光合速率。結(jié)果表明,黃頂菊水浸提液對(duì)玉米幼苗株高、主根長(zhǎng)和側(cè)根數(shù)以及整株鮮重具有明顯的抑制作用,且每個(gè)處理與對(duì)照相比差異顯著(P<0.05)。幼苗葉片中MDA、WSS含量和POD、SOD、CAT活性均高于對(duì)照,而SP含量、CHL,含量和光合速率明顯低于對(duì)照。16d,經(jīng)黃頂菊水浸提液處理后的幼苗葉片中SP含量低于1μg/g,而對(duì)照中SP含量(5.58μg/

7、g)是最高濃度(0.1g/mL)處理后幼苗葉片含量的13.23倍:WSS和Pro含量變化趨勢(shì)基本一致,對(duì)照中WSS和Pro含量均低于處理,在整個(gè)測(cè)定過程中,兩者含量增幅均小于9%;而處理中WSS含量增幅達(dá)到45%以上,Pro含量增幅為30%左右。經(jīng)0.1g/mL,黃頂菊水浸提液處理后的玉米幼苗葉片中CHL含量(0.68mg/g)僅為對(duì)照的0.39倍,幼苗葉片光合速率是對(duì)照(108.01μmol·O2/dm2·h)的0.26倍。處理后4-

8、12d,兩個(gè)高濃度(0.05、0.1g/mL)處理后,幼苗葉片中MDA含量增幅分別達(dá)29.3%和40.1%。整個(gè)生長(zhǎng)過程中,黃頂菊水浸提液(0.01g/mL)處理后的幼苗葉片中WSS含量增幅為45.9%,為最大。12-16d時(shí),最低濃度處理后POD活性增幅為5.8%,兩個(gè)較高濃度(0.05、0.1g/mL)處理后POD活性增幅分別為12.0%和18.4%,高于對(duì)照中葉片POD活性增幅5.5%。黃項(xiàng)菊水浸提取液(0.01、0.05g/mL

9、)處理下后幼苗葉片中SOD活性明顯升高,處理12d時(shí),0.1g/mL處理幼苗葉片中SOD活性開始顯著下降。黃頂菊水浸提取液處理幼苗4d,兩個(gè)較高(0.05、0.1g/mL)濃度作用幼苗葉片CAT活性低于對(duì)照,隨著幼苗生長(zhǎng),CAT活性明顯提高。經(jīng)最高濃度處理葉片中CAT活性增幅最大,達(dá)到129.4%。結(jié)果表明,黃項(xiàng)菊水浸提液能夠抑制幼苗的生長(zhǎng),水浸提液濃度越大,黃項(xiàng)菊的化感抑制作用越明顯。
　　 4.黃頂菊水浸提液對(duì)玉米種子和幼苗

10、的形態(tài)結(jié)構(gòu)影響研究。應(yīng)用掃描電鏡和透射電鏡技術(shù),觀察比較黃頂菊水浸提液(0.1g/mL)處理后玉米種子和幼苗的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果表明,玉米種子萌發(fā)表現(xiàn)為胚根、胚芽長(zhǎng)度短小,側(cè)根數(shù)目少,有的種子甚至不萌發(fā)。玉米幼苗植株表現(xiàn)出矮小,葉片數(shù)量稀少,根短小易破,側(cè)根數(shù)量減少。觀察處理后的種子內(nèi)部結(jié)構(gòu),糊粉層和種皮之間明顯出現(xiàn)斷面,部分糊粉層嚴(yán)重潰陷變形,部分盾片細(xì)胞已經(jīng)成為空室且有較大空隙,這些交化致使種子活性顯著降低或幾乎完全喪失。經(jīng)黃頂菊水

11、浸提液處理后的胚根橫切細(xì)胞排列不整齊,結(jié)構(gòu)破壞甚至出現(xiàn)斷層。玉米種子胚和胚乳細(xì)胞出現(xiàn)細(xì)胞壁分離,細(xì)胞質(zhì)比較稀少,有大液泡或者空洞出現(xiàn),相聯(lián)細(xì)胞間有明顯的空隙,胞間連絲數(shù)量稀少,胞內(nèi)沒有明顯的油脂粒,而胚乳細(xì)胞中只有比較明顯的淀粉粒,脂質(zhì)體出現(xiàn)。玉米幼苗根系表皮脫落細(xì)胞很多,根冠頂部細(xì)胞干癟,部分脫落,頂部表層細(xì)胞中很多僅剩下空的細(xì)胞腔。內(nèi)層細(xì)胞已經(jīng)基本暴露出來,細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞質(zhì)明顯淡稀,有很多大液泡出現(xiàn),液泡中可見有高電子密度顆粒,細(xì)胞核消

12、融甚至沒有,很多核仁已經(jīng)消失,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體數(shù)量減少,囊泡也減少,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體膜結(jié)構(gòu)模糊甚至消失,線粒體不發(fā)達(dá),結(jié)構(gòu)損傷,不完整,細(xì)胞質(zhì)中含有較少量的油脂體。
　　 5.黃頂菊水浸提液對(duì)玉米種子和幼苗作用的內(nèi)部機(jī)理研究。經(jīng)黃項(xiàng)菊水浸提液處理后的玉米種子和幼苗體內(nèi)赤霉素(GA)和脫落酸(ABA)含量均發(fā)生了明顯變化,與對(duì)照均有顯著性差異,GA含量隨著處理濃度增大而減少,ABA含量則隨著處理濃度增大而增加。處理前期,GA含量隨

13、著處理時(shí)間的延長(zhǎng)明顯降低,ABA含量隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)明顯上升。最低濃度(0.01g/mL)處理后的玉米種子中GA和ABA含量增幅分別達(dá)到116.2%和234.9%。黃頂菊水浸提液處理幼苗葉片中GA含量增幅達(dá)50%,ABA含量增幅達(dá)30%。這表明,黃頂菊水浸提液濃度越大,GA和ABA含量變化越明顯,黃頂菊植株的化感抑制作用越強(qiáng)。
　　 綜上所述,黃頂菊對(duì)玉米具有較強(qiáng)的化感抑制作用,其植株水浸提液可抑制玉米種子的萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)。經(jīng)