外来入侵植物小蓬草发生现状及防治方法研究综述

外来入侵植物小蓬草(Erigeron canadensisL.)传播扩散速度极快,在我国各省市均有发生,包括东北、华北、西北、西南、华中、华东以及华南等区域,常发生在荒地、田间、路边等,是一种发生率极高的杂草,目前已被列入我国入侵物种第三批名单。作者详细整理小蓬草在我国的入侵途径、发生现状及防治方法,科学分析小蓬草的危害和价值,并提出“三加强,一科学”的防治对策建议。该文通过对小蓬草发生现状及防治方法科学分析,深入研判,旨在为外来入侵植物的科学治理提供参考。

基于MaxEnt的小蓬草在中国的潜在适生区预测

小蓬草是我国分布最广的入侵植物之一。根据文献搜集和生物信息数据库,获得有效数据共325个,结合ArcGIS与SPSS相关性分析筛选获得8个气象因子,基于最大熵模型(MaxEnt)预测了小蓬草的潜在适生区。结果表明:基于MaxEnt模型预测小蓬草在中国的潜在适生区ROC曲线,AUC平均值为0.971,预测结果极好;通过刀切法分析表明,最热季度的降水量(BIO_18)、温度季节性变化标准差(BIO_4)、年平均气温(BIO_1)、最冷季度的降水量(BIO_19)4个气象因子对小蓬草的分布影响最大;小蓬草在中国的潜在适生区分布广泛,秦岭淮河以南的各个省份以及秦岭淮河以北至辽宁省南部均为小蓬草高适生区范围。随着气候变化,2050年小蓬草潜在适生区面积与当前相比增加了559016.64 km^(2),2070年小蓬草潜在适生区面积与当前相比增加了627440.30 km^(2)。本研究结果实现对小蓬草入侵动态预警,为进一步防范工作提供了一定的理论基础。

小蓬草水浸液对2种花卉种子萌发及幼苗生长的化感作用

为揭示入侵杂草与草本花卉之间的竞争关系,以入侵植物小蓬草为供体材料,常用的花卉波斯菊、观赏油菜为受体材料,研究了小蓬草根、叶水浸提液对受体植物种子萌发、幼苗生长、抗氧化酶活性(SOD、POD和CAT)以及丙二醛(MDA)含量的化感效应差异。结果表明,(1)小蓬草浸提液对受体植物的种子萌发均具有显著化感效应,基本表现为“低促高抑”的趋势,且波斯菊、观赏油菜的种子萌发率在根、叶浸提液浓度为25 g/L时最高,在浸提液浓度为100 g/L时最低。(2)小蓬草浸提液对受体植物幼苗上下胚轴生长具有“低促高抑”的浓度效应,且浓度越大抑制作用越显著。(3)在小蓬草根、叶浸提液处理下,观赏油菜的SOD和POD活性大多显著高于对照,波斯菊SOD和POD活性则大多显著低于对照;波斯菊、观赏油菜CAT活性整体呈先缓慢升高后降低的趋势。(4)波斯菊幼苗MDA含量随小蓬草根、叶浸提液浓度的增加均呈现逐渐升高的趋势,并大多高于对照水平,而观赏油菜幼苗MDA含量随着根浸提液浓度增加而逐渐升高,却随着叶浸提液浓度的增加而降低,但大多显著低于对照水平。研究发现,小蓬草浸提液对2种花卉种子萌发和幼苗生长均表现出“低促高抑”化感作用,且综合效应强弱表现为观赏油菜大于波斯菊,根浸提液处理大于叶浸提液。

入侵植物小蓬草水浸提液对绿豆和赤豆种子萌发及幼苗生长的影响

采用纸上发芽法研究小蓬草不同浓度水浸提液对绿豆、赤豆种子萌发和幼苗生长的影响.结果表明,在0.025 g/mL浓度作用下,小蓬草水浸提液对绿豆的发芽指数、幼苗株高、幼苗根长、幼苗鲜重均有促进作用,在高于0.025 g/mL的浓度作用下,对绿豆表现为抑制作用.不同浓度水浸提液对赤豆均有抑制作用,且抑制作用大小与水浸提液浓度大小呈正相关.小蓬草水浸提液对绿豆、赤豆综合效应平均值均为负值,且绿豆>赤豆,即小蓬草对赤豆的抑制作用强于绿豆.

入侵植物小蓬草化感作用研究

测定了小蓬草水浸提液对小麦、油菜和白菜种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明:①小蓬草水浸提液对小麦种子萌发和幼苗生长具有显著的抑制作用,且这种抑制作用随着浓度的增加而增强;②浓度为0.05 g/mL的小蓬草水浸提液对油菜和白菜种子萌发和幼苗生长具有促进作用,浓度为0.40 g/mL的小蓬草水浸提液对油菜和白菜种子萌发和幼苗生长具有抑制作用。小蓬草水浸提液含有酚类物质。

小蓬草浸提液对3种植物病原菌的抑制作用

采用生长速率法和载玻片上萌发法测定了小蓬草丙酮浸提液对3种病原菌的生物活性。结果表明:小蓬草丙酮浸提液对棉花黑斑病菌(Alternaria tenuis)、棉花红腐病菌(Fusarjum moniliforme)、葱黑斑病菌(Stemphylium bortyosum)菌丝生长及孢子萌发具有明显抑制作用,其中浸提液对葱黑斑病菌菌丝生长影响最大,用添加0.1 g/mL、0.2 g/mL0、.3 g/mL小蓬草浸提液的PDA培养基培养2 d,对菌丝生长的抑制率分别为60.30%、94.97%、96.95%;丙酮对菌丝生长总体表现为抑制作用,但对棉花黑斑病菌菌丝生长具有一定促进作用;小蓬草浸提液对3种病原菌孢子萌发有极明显的抑制作用,抑制率均达98%以上。

小蓬草总黄酮提取条件及含量测定

采用聚酰胺吸附-硝酸铝显色法,以芦丁为标样,在510nm处测总黄酮含量,通过正交实验,在不同乙醇体积分数(50%、65%、80%),不同固液比(1∶20、1∶35、1∶50),不同提取时间(1h、2h、3h)和不同提取温度(40℃、60℃、80℃)条件下,得出小蓬草叶总黄酮提取最佳条件为:在80℃条件下乙醇体积分数65%,固液比1∶50,提取3h.并用该最佳提取条件分别提取小蓬草根、茎、叶中的黄酮类化合物,测其含量分别为0.773%、0.380%、1.185%.

小蓬种子萌发特性和幼苗分布格局研究

对小蓬(Nanophyton erinaceum)种子萌发特性和小蓬幼苗分布格局进行了调查研究。结果表明,小蓬在20℃条件下的发芽效果最好;小蓬种子的发芽不需要光照,但是全光照情况下发芽速度比在黑暗条件下快;在变温条件下,小蓬种子的发芽率有所提高,其中以15℃和10℃变温条件下的发芽效果最佳;不同坡向种群种子发芽率和千粒重存在明显差异,表明不同种群种子是异质的;通过调查发现小蓬主要在靠近母株一定范围内依靠种子进行自然更新。

小蓬草精油对两种蚊虫的毒杀活性和成分分析

【目的】明确小蓬草Conyza canadensis(L.)Cronq.精油的杀虫潜力及其活性成分。【方法】通过浸虫法和密闭熏蒸法测试了小蓬草精油对白纹伊蚊Aedes albopictus和致倦库蚊Culex pipiens quinquefasciatus幼虫及成蚊的毒杀活性,并利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对精油的挥发性成分进行了定性分析。【结果】小蓬草精油对白纹伊蚊1-4龄期幼虫及蛹的24 h LC50值分别为25.01,45.88,56.94,64.60和346.23μg/mL;对致倦库蚊幼虫1-4龄期幼虫及蛹的24 h LC50值分别为9.16,8.65,32.12,43.68和197.83μg/mL。在剂量分别为48,64,80,96,112和128μg/cm3时,小蓬草精油对白纹伊蚊成蚊的KT50值分别为28.81,22.31,20.38,17.05,13.92和9.74min;对致倦库蚊的KT50值分别为34.90,32.97,23.97,19.60,15.20和10.34 min。24 h熏蒸对白纹伊蚊和致倦库蚊成蚊的LC50值分别是75.46和99.19μg/cm3。小蓬草精油的GC-MS定性分析共分离鉴定出31种化合物,其中单萜类物质6种,倍半萜烯类物质17种,含氧萜烯类6种。【结论】结果表明小蓬草精油对这两种蚊虫的毒杀活性较高,具有深开发潜力。

小蓬草精油化感作用的生物测定

采用水蒸气蒸馏法从小蓬草〔Conyza canadensis (L.) Cronq.〕地上部分分离出精油,利用GC-MS技术对该精油的主要化学成分进行了鉴定,结果显示:精油提取率为0.07%;该精油主要含有2,3-二甲基-4(3H)-喹唑啉酮、α-佛手柑油烯、柠檬烯二醇、反式-β-金合欢烯和α-姜黄烯等成分,其中,2,3-二甲基-4(3H)-喹唑啉酮的相对含量最高,达到54.41%。以青菜(Brassica chinensis L.)、白菜〔B. pekinensis (Lour.) Rupr.〕、小麦(Triticum aestivum L.)和高粱〔Sorghum bicolor (L.) Moench〕为供试植物,采用培养皿法对不同质量浓度(0.75、1.5、3.0和6.0 g.L-1)小蓬草精油的化感效应进行了生物测定,结果显示:经不同质量浓度小蓬草精油处理后4种供试植物的种子最终发芽率和发芽指数以及幼苗的根长和株高等4个生物测定指标总体上均低于对照,且随精油质量浓度的提高不断降低,其中,0.75 g.L-1精油处理组的4个生物测定指标均与对照无显著或极显著差异,而6.0 g.L-1精油处理组的4个指标与对照则有显著或极显著的差异。4种供试植物的4个生物测定指标的化感效应敏感指数几乎均为负值,且随精油质量浓度的提高敏感指数的绝对值逐渐增大,说明小蓬草精油对供试植物的化感作用为抑制作用,且抑制作用的强度与精油质量浓度有关。在4种供试植物中,小蓬草精油对青菜种子的最终发芽率的抑制作用最明显,其半抑制浓度(IC50)约为3.0 g.L-1;在4个生物测定指标中,种子最终发芽率以及幼苗根长对小蓬草精油的化感作用较敏感。研究结果表明,小蓬草精油具有一定的化感活性,可将其作为植物源除草剂原料进行开发利用。

小蓬草的胚胎学研究

对小蓬草(Conyza canadensis)大小孢子发生、雌雄配子体形成、受精、胚及胚乳发育过程进行了研究,主要结果如下:花药四室,药壁由表皮、药室内壁、中层和绒毡层组成。表皮退化;药室内壁宿存,细胞柱状伸长,纤维状加厚;中层细胞退化较早,在小孢子母细胞减数分裂开始时仅存残迹;绒毡层于小孢子母细胞减数第一次分裂前期开始原位变形退化,属于腺质型绒毡层;小孢子母细胞减数分裂为同时型,四分体的排列方式主要为四面体形和左右对称形;成熟花粉粒多为3细-胞花粉粒,偶见2细-胞花粉粒。子房下位,2心皮,1室,单胚珠,基生胎座;单珠被,薄珠心,倒生胚珠,具发达的珠被绒毡层。珠心表皮下分化出大孢子孢原细胞,孢原细胞直接发育为大孢子母细胞,大孢子母细胞减数分裂形成4个大孢子直线形排列,仅合点端的大孢子发育成功能大孢子母细胞,胚囊发育为蓼型。两个极核在受精前融合为次生核,珠孔受精。胚乳发育属于核型,胚胎发育为紫菀型;具胚乳吸器。

乌鲁木齐市郊小蓬荒漠及其生态经济评价

小蓬(Nanophyton erinaceum Bunge)荒漠在乌鲁木齐市郊低山丘陵强烈砾质化的环境下获得良好发育,以低矮、组成贫乏、结构简单、生物量低为显著特点,群落外貌独特是这里最有景观意义的植物群落类型,从生态经济观点出发,对乌鲁木齐市郊小蓬荒漠的评价,应持大力保护、适度开发、合理利用。

小蓬草精油的挥发性组分比较分析

通过气相色谱-质谱法分析了小蓬草水蒸气蒸馏法提取的鲜6月根、7月花和8月地上部分以及水蒸馏法提取的干8月和10月地上部分共计5种精油,结果表明trans-α-佛手柑油烯、(E)-β-金合欢烯和α-姜黄烯为5种精油共有成分。水蒸馏法提取的干8月和10月地上部分精油不相同的挥发性化合物大多数在各自精油中的相对含量较低。通过水蒸气蒸馏法提取小蓬草鲜8月地上部分和水蒸馏法提取小蓬草干8月地上部分精油的气相色谱-质谱法分析结果表明,水蒸馏法提取室温下自然风干的干小蓬草精油更有利于得到高相对含量的柠檬烯(68.46%)和trans-α-佛手柑油烯(9.76%)。水蒸馏法提取的小蓬草干地上部分精油具有开发为香料或环境友好型除草剂的潜在价值。

小蓬草精油活性组分分析

利用气相色谱-质谱法对水蒸气蒸馏提取小蓬草精油的挥发性组分进行了分析,匹配度83%以上的活性组分有5种,其中4种为萜类化合物(柠檬烯、α-佛手柑油烯、顺式-β-金合欢烯、反式-β-金合欢烯)。通过纸上种子发芽的生物测定试验,结果表明,小蓬草精油对受体植物青菜、白菜、小麦、高粱种子萌发具有抑制作用,小蓬草精油对4种受体植物种子萌发具有50%抑制作用的丙酮溶液的适宜浓度IC50分别为0.4、0.6、0.4、0.8 g/L。精油的活性组分主要有柠檬烯等萜类化合物、2,3-二甲基-4(3H)-喹唑啉酮等酮类化合物。

小蓬草鲜花和鲜果精油挥发性组分分析

利用气质联用仪(GC-MS)对水蒸气蒸馏提取小蓬草鲜花和鲜果精油的挥发性组分进行了分析,结果表明精油组分中匹配度96%以上的共5种化合物:烃类化合物2种,醇类化合物2种,酮类化合物1种。其中含有常用作香料的顺式-2-甲基-5-异丙烯基-2-环己烯-1-醇(顺式香芹醇)、反式-2-甲基-5-异丙烯基-2-环己烯-1-醇(反式香芹醇)和(s)-2-甲基-5-异丙烯基-2-环己烯-1-酮(s-香芹酮),此外还含有2,6-二甲基-6-(4-甲基-3-戊烯基)双环[3.1.1]庚-2-烯。萜类化合物、脂肪酮具有化感作用,小蓬草鲜花和鲜果精油具有开发为香料、除草剂的潜在价值。

小蓬的开花生物学及果实形态发育特性

为研究旱生植物小蓬〔Nanophyton erinaceum(Pall)Bge.〕的开花生物学特征及果实形态发育特性,2010-2011年连续对其开花物候、开花动态、花粉活力和柱头可授性以及果实发育进程进行了观测。小蓬种群夏季开花(6月下旬至8月上旬),花期历时56～58d,表现为"持续开花模式"。花为单被两性花,开花时,柱头露出2～4h后花被片打开,花药在柱头外侧上方呈丁字形;花药开裂的方向始终正对柱头;花粉活力和柱头可授性在时间上吻合;花粉/胚珠比在750～1 100,该物种的繁育系统属于兼性异交。开花后子房在夏季高温下发育缓慢,至8月下旬温度降低时子房才开始膨大,果实质量明显增加,至9月末10月初果实(种子)逐渐成熟。宿存花被片和果实的发育节律同步,花被片长宽始终是果实的两倍,对幼果起到一定的保护功能。

GC-MS法分析小蓬草茎叶挥发油的化学成分研究

为研究小蓬草茎叶挥发油的组成及含量,用水蒸气蒸馏法提取小蓬草茎叶挥发油,用毛细管气相色谱-质谱(GC-MS)获得其总离子流图,对各个色谱峰进行了定性,并用面积归一化法获得各化合物的相对质量分数。结果表明:共鉴定出31个化合物,主要成分为苧稀(65.332%)、2,6-二甲基-6-(4-甲基-3-戌烯基)-双环[3.1.1]庚-2-烯(3.494%)、石竹烯氧化物(2.622%)等。

小蓬草鲜花和鲜叶提取物中挥发性组分比较分析

用正己烷分别提取小蓬草(Conyza canadensis)鲜花和鲜叶,提取得率分别为0.0043和0.0124。利用气质联用仪(GC-MS)对小蓬草鲜花和鲜叶正己烷提取物挥发性组分进行了分析,结果表明二者主要挥发性组分是萜烯类化合物,其中,柠檬烯质量分数最高,分别为0.4764和0.4060。鲜花正己烷提取物中还含有顺-3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯(罗勒烯),而鲜叶正己烷提取物未检测出罗勒烯。对植物具有化感作用柠檬烯的存在,使小蓬草开发为高附加值的环境友好型除草剂成为可能。

小蓬NeMT2基因的克隆及其植物表达载体的构建

该研究利用RACE（Rapid amplification of cDNA ends）技术从小蓬中成功分离编码金属硫蛋白（Metallothionein,MT）的cDNA序列,命名为NeMT2,在GenBank中登录号为KT835290。该基因全长590 bp,开放阅读框为237 bp,编码78个氨基酸,编码的氨基酸序列中含有14个半胱氨酸残基（Cys,C）,呈C-C,C-X-C,C-X-X-C排列,集中分布在肽链的N端和C端,基因编码蛋白的分子量为7.603 6 kD,等电点为4.71。系统发育分析表明,小蓬金属硫蛋白NeMT2与藜科的海蓬子（AEF01492）和盐穗木（AHI62953）同源性最高,其次是甜菜（XP_010667708.1）。生物信息学分析表明,金属硫蛋白NeMT2无信号肽结构,属于非跨膜亲水性蛋白;疏水性分析表明,NeMT2蛋白的35~45个氨基酸之间有较强的疏水性,其中第41位Asp具最强的疏水性（1.444）;结构预测分析该蛋白质二级结构的主要元件是无规则卷曲。通过RT-PCR对NeMT2基因的表达分析发现,NeMT2基因在铜矿区和非铜矿区的小蓬叶片中均有表达,但该基因在铜矿区小蓬叶片的表达量明显高于非铜矿区。将小蓬NeMT2基因定向克隆到植物表达载体pCAMBIA1300的35S启动子下游,构建该基因的植物超表达载体pCAMBIA1300＋NeMT2。该研究结果为进一步研究该基因的功能和小蓬响应重金属胁迫的分子机制提供了一定基础。

桑叶和小蓬草提取物的抑菌活性研究

桑品种龙桑1号桑叶的氨基酸、蛋白质、脂肪、维生素E和叶绿素含量的分析表明,10月干桑叶氨基酸总量及蛋白质、脂肪、维生素E的含量较高;叶绿素含量的季节变化为9月干桑叶的叶绿素a含量最高。正己烷或二氯甲烷或水提取分别获得的桑叶和小蓬草提取物的抑菌活性试验表明,12种提取物中,6月鲜桑叶正己烷3 h或24 h提取物对白腐菌、密黏褶菌和黑曲霉均无抑制作用。7月鲜桑叶正己烷24 h提取物、8月鲜桑叶二氯甲烷3 h提取物、小蓬草提取物对金黄色葡萄球菌均有抑制作用,且7月鲜桑叶正己烷24 h提取物对金黄色葡萄球菌抑制效果较好(抑菌圈直径8.64 mm)。桑叶和小蓬草在食品和化妆品领域具有开发潜力。