黃蒿化感作用的研究.pdf

1、化感作用的研究是一門新興的交叉學(xué)科，近年來(lái)受到生態(tài)學(xué)家和化學(xué)家的共同重視。該領(lǐng)域的研究成果將成為研究植物群落結(jié)構(gòu)、群落演替的機(jī)理和擬定植被恢復(fù)的措施等提供重要的理論依據(jù)。一些研究成果在生物農(nóng)藥的創(chuàng)制方面還具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 黃蒿(Artemisia scoparia)為菊科蒿屬植物，一年或二年生草本，在我國(guó)各地廣泛分布在農(nóng)田、路旁、荒地等。可以觀察到在黃蒿與其他植物共生的群落中，有時(shí)在以黃蒿為優(yōu)勢(shì)種的群落中，其它植物的生長(zhǎng)明顯

2、受到抑制，對(duì)自然植被、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形成較大的危害。 本文首次較全面地對(duì)黃蒿可能產(chǎn)生的化感物質(zhì)及其化感作用進(jìn)行了研究，探討了化感作用在植被恢復(fù)演替過(guò)程的作用機(jī)理，并進(jìn)行了化感物質(zhì)人工合成和化感緩釋載體材料合成的研究，為黃蒿群落的化學(xué)生態(tài)學(xué)研究及其在生產(chǎn)實(shí)踐中的利用提供科學(xué)依據(jù)。 本研究主要結(jié)論如下： 1．黃蒿富含大量揮發(fā)性物質(zhì)，本研究采用水蒸汽蒸餾法從黃蒿中提取揮發(fā)油，試驗(yàn)其對(duì)受體植物籮卜(Raphanus sativ

3、us)、苜蓿(Medicago sativa)、白菜(Brassia pekinensis)、玉米(Zea mays)的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明黃蒿揮發(fā)油對(duì)蘿卜、苜蓿、白菜、玉米種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)具有不同程度的抑制作用。抑制種子萌發(fā)最明顯的是蘿卜種子，抑制幼苗生長(zhǎng)最明顯的是苜蓿。而對(duì)玉米種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的抑制作用不明顯，說(shuō)明不同科的植物對(duì)化感物質(zhì)的耐受性不同。黃蒿的化感作用與揮發(fā)油中含量較高的萜烯類化合物有關(guān)，萜烯類化合

4、物通常是重要的化感物質(zhì)，黃蒿中萜烯類物質(zhì)共檢出12種，占45.04％。在天然植物群落中，黃蒿廣泛蔓延的原因，除了其本身具有較強(qiáng)的繁殖能力和耐旱性、根系發(fā)達(dá)外，并通過(guò)釋放體內(nèi)所含有的化學(xué)成分對(duì)其他植物產(chǎn)生抑制作用，是其中重要原因之一。試驗(yàn)黃蒿揮發(fā)油對(duì)植物的化感作用的同時(shí)，也研究了其對(duì)昆蟲的毒殺活性，為開發(fā)無(wú)公害的植物性殺蟲劑，合理利用黃蒿資源提供了科學(xué)依據(jù)。 2．黃蒿可以通過(guò)淋洗釋放化感物質(zhì)，其水溶物對(duì)不同科屬的受體植物紫花苜蓿、

5、地膚(Kochia scoparia)、野稗(Echinochloa crusgali)、莧(Amaranthus tricolor)、羊草(LeymusChinese)的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的影響。黃蒿水溶物對(duì)不同受體植物或?qū)ν皇荏w植物的不同部位(幼苗或幼根)有不同的化感效應(yīng)(促進(jìn)、抑制)。抑制作用在紫花苜蓿、地膚、莧的發(fā)芽實(shí)驗(yàn)中較羊草、野稗更敏感，且幼根比幼苗更敏感。關(guān)于化感物質(zhì)的濃度效應(yīng)，莧和羊草的根長(zhǎng)生長(zhǎng)隨水溶物濃度的增

6、高抑制作用增強(qiáng)。黃蒿水溶物對(duì)受體植物表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)，高濃度抑制的雙重效應(yīng)，當(dāng)水溶物濃度為0.002g·ml<'-1>時(shí)，促進(jìn)效應(yīng)較一致，而大于0.05g·ml<'-1>時(shí)，抑制效應(yīng)極其顯著。 3．本研究通過(guò)用0.15 g·ml<'-1>，0.10 g·ml<'-1>，0.05 g·ml<'-1>，0.01 g·ml<'-1>(DW/V)四種不同濃度和不同器官的黃蒿水溶物對(duì)羊草的幼苗生長(zhǎng)、光合速率和SOD、cAT、POD 3種保

7、護(hù)酶進(jìn)行了化感活性的測(cè)定，實(shí)驗(yàn)證明，不同濃度的黃蒿水溶物對(duì)羊草幼苗生長(zhǎng)均有抑制作用，濃度越高抑制作用越強(qiáng)。黃蒿不同器官水溶物對(duì)羊草幼苗的生長(zhǎng)也有不同的抑制作用，其中葉的抑制作用最強(qiáng)。黃蒿對(duì)羊草的抑制作用主要是通過(guò)影響三種保護(hù)酶和光合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。黃蒿水溶物處理使羊草體內(nèi)活性氧代謝系統(tǒng)失衡，破壞或降低活性氧清除劑，增加活性氧的產(chǎn)量，從而破壞了膜結(jié)構(gòu)，影響羊草的生長(zhǎng)發(fā)育。化感物質(zhì)能顯著地降低受體植物的葉綠素含量、或葉綠素合成的酶系統(tǒng)，黃蒿對(duì)羊

8、草幼苗葉片光合效能的限制，使羊草正常的生長(zhǎng)發(fā)育缺少物質(zhì)基礎(chǔ)，發(fā)育遲緩。 4．試驗(yàn)不同生長(zhǎng)期、不同器官的黃蒿水溶物對(duì)紫花苜蓿種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，檢驗(yàn)黃蒿對(duì)苜蓿的化感作用；同時(shí)用0.1g·m<'-1>，0.05g·ml<'-1>，0.01g·ml<'-1>，0.002g·ml<'-1>4個(gè)不同濃度的黃蒿水溶物來(lái)檢驗(yàn)對(duì)苜蓿體內(nèi)SOD、POD、CAT活性的影響，研究其化感作用的機(jī)理。實(shí)驗(yàn)證明，不同生長(zhǎng)期、不同器官的黃蒿水溶物對(duì)紫花

9、苜蓿乃至其不同部位(幼苗或幼根)有不同的化感效應(yīng)(促進(jìn)、抑制)；紫花苜蓿體內(nèi)的SOD、POD、CAT可以通過(guò)提升酶活力來(lái)抵御黃蒿水溶物中化感物質(zhì)對(duì)其產(chǎn)生的脅迫，隨著黃蒿水溶物濃度的增加，CAT、SOD、POD的酶活力有先升高后下降的趨勢(shì)，這可能是由于黃蒿水溶物的化感作用脅迫強(qiáng)度超過(guò)了二者的調(diào)節(jié)能力。黃蒿水溶物中的化感物質(zhì)影響了受體植物體內(nèi)保護(hù)酶的活性，造成了膜脂過(guò)氧化程度的加劇，破壞了膜的結(jié)構(gòu)和功能，這可能是黃蒿化感作用的機(jī)制之一，且有

10、可能是多種化感效應(yīng)的起始點(diǎn)。 5．為了研究黃蒿的化感物質(zhì)，我們對(duì)揮發(fā)油和水溶物的成分進(jìn)行了分離、分析，采用水蒸汽蒸餾法從黃蒿中提取揮發(fā)油，利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC/MS)技術(shù)對(duì)黃蒿揮發(fā)油進(jìn)行測(cè)定，共鑒定出38種化合物，檢出物占總質(zhì)量87.53％，其中重要的化感物質(zhì)萜烯類化合物12種，占45.04％；用石油醚、乙酸乙酯和正丁醇對(duì)黃蒿的水溶物進(jìn)行分步多次萃取，并試驗(yàn)每一萃取組分對(duì)不同受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，檢驗(yàn)其是否具

11、有化感活性，結(jié)果證明正丁醇萃取組分有較強(qiáng)的化感作用，對(duì)其進(jìn)一步分離純化，利用生物活性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)、GC/MS技術(shù)和核磁共振技術(shù)對(duì)得到的三個(gè)樣品進(jìn)行了分析測(cè)試，通過(guò)GC/MS的分析，A樣品的主要成分為酚類、烯烴類、醇類、有機(jī)酸類、酯類等，均為化感類物質(zhì)。通過(guò)核磁共振確定了兩種具有化感活性的單體成分B為6，7-二甲氧基香豆素，C為鄰苯二甲酸二異辛酯。二者都有報(bào)道證明為化感物質(zhì)。 6．化感物質(zhì)在植物體內(nèi)一般含量較少，提取費(fèi)時(shí)費(fèi)力，收率較低

12、，極大地限制了對(duì)其進(jìn)行深入的研究和在農(nóng)林業(yè)上的應(yīng)用?；形镔|(zhì)的人工合成是深入化感作用研究的重要方向，因此，以鄰苯二甲酸酐、異辛醇為原料用對(duì)甲苯磺酸作為酯化反應(yīng)的催化劑，化學(xué)合成了黃蒿中的化感物質(zhì)鄰苯二甲酸二異辛酯，并通過(guò)其對(duì)受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響實(shí)驗(yàn)，證明了化學(xué)合成的鄰苯二甲酸二異辛酯具有較強(qiáng)的化感作用。探索了一條化學(xué)合成化感物質(zhì)的途徑，使化感物質(zhì)的深入研究與實(shí)際應(yīng)用成為可能。 7．緩釋載體材料為延長(zhǎng)化感物質(zhì)作用持效期

13、、提高藥劑的穩(wěn)定性等提供了可能，是節(jié)約藥劑用量、減少污染的重要途徑之一，可以達(dá)到釋放數(shù)量可控、釋放時(shí)間可控和釋放空間可控的目的。目前關(guān)于化感物質(zhì)緩釋載體材料的研究還未見報(bào)道。為研究化感物質(zhì)的緩釋載體材料，本研究首次分別以含有兩種化感物質(zhì)阿魏酸、沒(méi)食子酸的聚丙烯酰胺(PAM)纖維為模板，采用化學(xué)氧化聚合法，分別合成了阿魏酸、沒(méi)食子酸摻雜的聚苯胺(PANI)納米緩釋載體材料。并通過(guò)紅外光譜(IR)、X-射線粉末衍射(XRD)以及電子掃描電鏡