不同入侵程度肿柄菊生态化学计量特征

【目的】研究不同入侵程度下肿柄菊植株不同器官及根际土壤化学计量特征,剖析肿柄菊资源利用和分配策略,为肿柄菊入侵防控提供理论参考。【方法】在云南省普洱市思茅区郊区公路边选取有肿柄菊入侵至少4年的研究样地,设15个试验区,包括5个重度入侵区(肿柄菊盖度占70%以上)、5个中度入侵区(肿柄菊盖度占30%~70%)和5个轻度入侵区(肿柄菊盖度占30%以下),分别采集肿柄菊根、茎、叶样品及根际土壤样品,检测植株和土壤中全磷(TP)、全氮(TN)和有机碳(SOC)含量,并分析化学计量特征。【结果】随入侵程度的增加,肿柄菊生境土壤TN和SOC含量呈显著降低趋势(P<0.05,下同),而TP含量无显著变化(P>0.05,下同);从轻度入侵到重度入侵,TN含量下降54.2%,SOC含量下降53.1%,肿柄菊入侵地土壤SOC和TN贫乏。3种入侵程度的肿柄菊各器官TP和TN含量均为叶>根>茎,SOC含量为根>叶>茎。重度入侵有利于肿柄菊植株TP含量积累,轻度入侵有利于肿柄菊茎TN含量积累。从轻度入侵到重度入侵,肿柄菊根、茎C∶N显著升高,根、茎C∶P显著降低,茎N∶P显著降低;同一入侵程度的肿柄菊C∶N和C∶P均为茎>根>叶;N∶P在轻度入侵为叶>茎>根,在中度和重度入侵为叶>根>茎。入侵程度对肿柄菊TN和TP含量及C∶N、N∶P具有显著或极显著影响(P<0.01,下同),不同器官对肿柄菊SOC、TN和TP含量及C∶N、C∶P、N∶P均具有极显著影响;器官与入侵程度交互作用仅对N∶P有极显著影响,对其他指标无显著影响。肿柄菊根、茎与土壤的TP、TN和SOC含量及化学计量比之间部分存在显著或极显著相关性。【结论】肿柄菊入侵对研究样地的土壤产生一定影响,土壤的改变同时反馈于肿柄菊。肿柄菊将N、P元素更多分配给叶,C元素更多分配给根,生长受到N元素限制;肿柄菊的根和叶具有相对快速的生长能力,以扩张种群、增大入侵性。

外来植物肿柄菊对入侵生境的生态影响及其防控对策

入侵杂草肿柄菊对我国热带和亚热带地区的生物多样性和生态系统功能产生严重影响,且其入侵呈现快速扩张态势。为提高对肿柄菊入侵危害的认识水平,加强对肿柄菊的监测预警及防控,本文通过搜集、整理和分析相关文献资料,总结肿柄菊在世界各国不同地区的入侵情况及其影响,分析肿柄菊在我国入侵的历史、分布现状及其入侵对遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性的影响。结合肿柄菊生态入侵防控研究与应用实践,指出肿柄菊入侵防控存在的主要问题和面临的挑战,并针对肿柄菊监测和高效防控技术体系提出高度重视肿柄菊入侵危害影响的分类风险评价、多元化开展肿柄菊入侵扩张的基础科学研究、建立早监测早预防的预警机制和构建针对肿柄菊入侵防控的综合技术体系等防控对策。

外来植物肿柄菊(Tithonia diversifolia)的繁殖特性及其地理扩散

肿柄菊Tithonia diversifolia(Hemsl.)A.Gray原产墨西哥及中美洲,被作为观赏及绿肥植物引入我国各地栽培。引入云南栽培的肿柄菊于20世纪30年代在云南南部逃逸生长,现在云南的热带、南亚热带和中亚热带地区形成危害。为了查明肿柄菊的扩散特点和入侵潜能,对选取的5个不同地理气候条件下的肿柄菊居群的果序直径、每序结实量、结籽率、千粒重、种子大小(长和宽)等6个指标进行统计分析。结果表明,6个生物学指标在5个居群间都具有极显著差异(p<0.01),并随着居群间地理气候条件差异的增大,这6个指标值在居群间的差异也有增大趋势。对新鲜采集的不同居群种子在15、20、25、30、35℃下做萌发实验,结果显示在前4种温度条件下5个居群间的种子萌发率有极显著差异(p<0.01),在35℃下萌发率有显著差异(p<0.05),并且5个居群的种子最高萌发率不相同且差异极显著(p<0.01)。分析对比作者以往对肿柄菊群落特征和克隆繁殖特性的研究结果认为,虽然肿柄菊在不同的地理气候条件下有性繁殖特性有较大差异,但群落结构差异不大,危害程度表现相似;由于肿柄菊有性繁殖和克隆繁殖的协同作用,使其通过人为引种、道路交通、水流等传播到新的地域后,极易建立新种群,并形成单优种群落而不断侵占和统治新的领地。

生境类型对入侵植物肿柄菊(Tithonia diversifolia)种群和个体水平特征的影响

外来植物入侵过程是入侵生态学研究的一个核心问题,被入侵生境中的各种要素对这一过程具有重要影响。为探讨入侵植物肿柄菊(Tithonia diversifolia)在种群和个体水平对不同生境的反应,调查了肿柄菊单优群落、肿柄菊与飞机草(Chromolaena odorata)共优群落和肿柄菊与紫茎泽兰(Ageratina adenophora)共优群落中肿柄菊的相对盖度、相对密度和高度,并开展了一个3因素(小气候、土壤类型和竞争)两水平的控制实验。结果表明:单优群落中,肿柄菊的相对盖度和相对密度显著大于其它两种群落中肿柄菊的相对盖度和相对密度;单优群落中肿柄菊的高度显著大于肿柄菊与紫茎泽兰共优群落中肿柄菊的高度,而与肿柄菊与飞机草共优群落中肿柄菊的高度无显著差异;肿柄菊的相对盖度、相对密度和高度在两个共优群落间无显著差异。小气候、土壤类型和竞争单个因素对肿柄菊的株高和叶片数没有显著影响,但三者的交互作用却显著影响肿柄菊的株高生长。这些结果表明:3个因素的综合作用影响肿柄菊的株高生长。

入侵植物肿柄菊不同组织提取液对千金子的化感作用

研究发现入侵植物肿柄菊对杂草具有较强的化感作用,可用于杂草防治。而肿柄菊对千金子的化感作用未见报道,为明确肿柄菊对千金子的化感作用,寻找千金子的防治技术,采用石油醚、乙酸乙酯、无水乙醇和蒸馏水等溶剂梯度提取肿柄菊根、茎、叶,评价提取液对千金子种子萌发和生长的化感作用及其对超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性的影响,并利用GC-MS技术鉴定肿柄菊提取液中化学成分。结果显示:肿柄菊不同组织部位提取液对千金子发芽率的影响强度依次为叶>茎>根。肿柄菊根、茎、叶的乙酸乙酯和无水乙醇提取液对千金子幼苗生长具有明显的抑制作用。肿柄菊根、茎和叶的乙酸乙酯提取液,叶和根的无水乙醇提取液能明显抑制千金子SOD酶活性;茎的无水乙醇提取液能明显抑制千金子CAT酶的活性;茎和根的乙酸乙酯提取液能明显抑制POD酶活性。GC-MS检测显示,肿柄菊提取液中含有萜类、酚类、酰胺类、酯类及烃类,其中,萜类(α-蒎烯和植醇)和酚类(2,5-二乙酰基-6-羟基苯并呋喃)成分含量较高。结果表明,肿柄菊根、茎和叶的提取液对千金子具有较强的化感作用,其中,α-蒎烯、植醇、2,5-二乙酰基-6-羟基苯并呋喃可能是肿柄菊对千金子产生化感作用的潜在活性成分,可用于千金子的防治。

肿柄菊化学成分研究进展

肿柄菊是菊科向日葵族肿柄菊属植物,其在农业和生物医药领域具有较高的应用价值,随着化学分析技术的发展,肿柄菊化学成分得到了广泛的研究。现代研究发现肿柄菊中含有大量具有生物活性的化学成分,迄今为止在肿柄菊提取液中发现150多种化合物,主要有黄酮类、醇类、酯类、萜类、烯烃类等化合物。本文从肿柄菊化学成分的提取鉴定和应用价值等方面阐述肿柄菊化学成分的研究进展,为肿柄菊的开发和利用提供理论依据。

入侵植物肿柄菊对三叶鬼针草的化感作用

肿柄菊(Tithonia diversifolia A.Gray)和三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)同属菊科外来入侵植物。采用培养皿培养法用前者不同含量(0.8%,1.6%,2.4%,3.2%)的叶片提取液胁迫处理后者的种子和幼苗,通过测定后者种子活力及幼苗生长量、抗氧化酶活性和细胞膜透性,探讨肿柄菊对三叶鬼针草的化感作用,进而为前者用于后者防控提供理论依据。结果表明,随着肿柄菊叶片提取液含量的提高,三叶鬼针草种子发芽指数和种子活力及幼苗生长量逐渐下降,化感效应指数小于0;相对电导率逐渐提高,幼苗细胞膜的完整性下降;而超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活性则随之提高,化感效应指数大于0。肿柄菊叶提取含量达3.2%时,鬼针草种子发芽指数、活力指数和幼苗生长量仅分别为对照的25.7%、2.1%和9.4%。对照的SOD、CAT和POD活性分别为68.3±2.3、0.6±0.0和0.5±0.1,而提取液含量3.2%时则分别为117.2±3.2、1.2±0.1和0.9±0.2。显然,肿柄菊对鬼针草产生强烈化感作用,且随浓度的增加而加强。

逃逸外来植物肿柄菊在云南的生长繁殖特性、地理分布现状及群落特征

调查表明 ,肿柄菊在云南省已逃逸生长于北纬 2 4°10′以南的 53个县区 ,面积达 184,2 12 km2。分布区为热带、南亚热带、中亚热带气候类型。逃逸生长的肿柄菊呈多年生灌木或亚灌木状 ,植株全年生长 ,5～ 10月份的雨季是其生长旺盛期 ,10月份开始献蕾 ,花期为 11月至翌年 1月份 ,果熟期 12月下旬至翌年 2月份。肿柄菊的结实量高达 80 0 0 0～ 160 0 0 0枚 / m2 ,种子 (瘦果 )千粒重 4.5782～ 6.52 92 g。成熟种子在风力摇曳下从果序中脱出 ,借助风力、流水或附着于交通工具、人畜等广泛散播 ,在适宜的生境下实现萌发生长和种群扩增。肿柄菊能依靠植株基部节处萌生的小芽体形成克隆分株 ,克隆分株迅速生长后成密集状丛生 ,在倒伏或贴地面生长的茎秆上萌生无数的不定根和不定芽 ,进一步实现植物体的克隆增殖。由于肿柄菊强大种子繁殖潜力、特殊的克隆增殖特性和植物体固有的化感作用 ,种群个体在适宜的环境条件下快速扩增 ,排挤本土植物 ,形成大面积的单一优势种群落 ,其伴生植物多为一些适应范围广的 1年、2年生或多年生杂草。

肿柄菊乙酸乙酯部位的化学成分

目的肿柄菊乙酸乙酯部位化学成分的提取、分离和结构鉴定。方法肿柄菊地上部分80%的乙醇渗漉提取,通过萃取、硅胶柱层析、凝胶柱层析、MCI柱层析等方法进行成分分离,应用质谱、核磁等方法进行结构鉴定。结果从乙酸乙酯部位得到10个化合物,鉴定为香草醛(1)、麦角甾醇(2)、过氧化麦角甾醇(3)、3-甲氧基-4-羟基肉桂醛(4)、对羟基苯甲醛(5)、异东莨菪内酯(6)、5-羟甲基糠醛(7)、尼泊尔黄酮(8)、二十二烷酸单甘油酯(9)和13-羟基泽兰烯(10)。结论香草醛、麦角甾醇、过氧化麦角甾醇、3-甲氧基-4-羟基肉桂醛、对羟基苯甲醛、异东莨菪内酯、5-羟甲基糠醛、二十二烷酸单甘油酯和13-羟基泽兰烯均为首次从肿柄菊中分离得到。

肿柄菊挥发油的化学成分分析及其化感作用

采用水蒸气蒸馏法提取肿柄菊地上部分的挥发油,利用GC-MS技术对肿柄菊地上部分的挥发油进行分析,以假臭草、巴西含羞草、含羞草、蝶豆和鬼针草5种肿柄菊伴生植物为供试植物,用半密闭容器法对肿柄菊挥发油的化感效应进行生物测定。GC-MS分析结果显示,从肿柄菊挥发油中鉴定出50个化合物,占总出峰面积的94.79%,肿柄菊挥发油中主要含有α-蒎烯(63.81%)、柠檬烯(7.07%)、β-石竹烯(4.85%)、双环大香烯(2.95%)、香桧烯(2.78%)、斯巴醇(2.70%)等萜类和醇类化合物,占挥发油总量的94.15%,其中萜类化合物含量占总挥发油的86.01%。生测结果显示,肿柄菊挥发油对5种受试植物的种子萌发和幼苗生长均产生抑制作用,其中对巴西含羞草的抑制作用最为显著,而对含羞草和蝶豆影响较小。说明肿柄菊挥发油在其入侵扩散中发挥一定的化感作用。

中国的外来入侵植物肿柄菊

简述了外来入侵植物肿柄菊的分布现状、个体生长发育特征、遗传特征和种群特征。论述肿柄菊对本地生物多样性和生态系统的危害以及对农业生产和天然林恢复带来的影响。从药物的利用与研究,杀虫剂和除草剂的研究,肥料和饲料的利用与研究三个面综述目前国内外对肿柄菊的开发利用与研究现状。最后指出对肿柄菊的防治对策主要是保护当地生物多样性,恢复本地植被,减少人类对生态系统的干扰和破坏。

肿柄菊水浸液对5种植物的化感作用

采用培养皿滤纸法和盆栽法,对外来入侵植物肿柄菊(Tithonia diversifolia A.Gray)的根、茎、叶水浸液对玉米、水稻、油菜、豌豆、绿豆5种植物的化感作用进行初步研究。结果表明:肿柄菊根、茎、叶的各个质量浓度对豌豆、绿豆2种植物的发芽率没有影响,对玉米、油菜、水稻3种植物的萌发率有一定的抑制作用,料液比1 g∶5 mL的叶水浸液对玉米、油菜种子萌发的抑制作用最强。肿柄菊各质量浓度的根、茎对绿豆根长、芽长均有促进作用,1∶10的肿柄菊根和茎水浸液对绿豆芽长的生长促进作用较强。叶水浸液质量浓度在1∶5、2.5%时,对受体植物抑制作用最强。说明肿柄菊根、茎、叶水浸液对不同受体植物或对同一种受体植物的不同部位有不同的化感效应。

肿柄菊提取物对7种植物病原菌的抑菌作用

为了寻找防治植物病原菌的新型植物源杀菌剂,采集肿柄菊地上部分,分别收集了石油醚、乙酸乙酯、乙醇的提取物,用菌落直径法测定了其对作为靶标生物的7种植物病原菌的抑菌作用。研究结果表明:乙酸乙酯提取物抑菌作用>乙醇提取物>石油醚提取物。在120h,乙酸乙酯提取物对蚕豆基腐病的效果最好,抑制中浓度(EC50)最低为0.68mg/mL。因此,肿柄菊次生代谢产物具有一定的开发潜力。

肿柄菊茎叶提取物除草活性的研究

采用培养皿滤纸法,以水田稗(Echinochloa oryzoides)、玉米(Zea mays)、黄瓜(Cucumis sativus)和鳢肠(Eclipta prostrata)为供体植物,测定肿柄菊(Tithonia diversifolia)茎叶水提液的除草活性;以水田稗为供体植物,测定肿柄菊茎叶乙醇提取物的不同溶剂萃取物的除草活性。结果显示,肿柄菊茎叶水提液浓度为0.1 g/mL时,对水田稗和玉米种子萌发具有显著抑制作用,抑制率分别达92%和72%;对黄瓜和鳢肠种子萌发抑制率低。肿柄菊茎叶水提液浓度为0.1和0.05 g/mL时,对水田稗幼苗根长和茎高具有显著抑制作用,对玉米、黄瓜和鳢肠根长和茎高抑制率低。在肿柄菊茎叶乙醇提取物的石油醚、氯仿、乙酸乙酯和水萃取物中,只有氯仿萃取物1 mg/mL对水田稗种子萌发及幼苗根长和茎高的抑制作用最强。采用活性追踪法对肿柄菊茎叶活性物质进行分离鉴定,得到一化合物为肿柄菊内酯A。肿柄菊具有较强的除草活性,值得进一步深入研究。

肿柄菊对绿豆和水稻种子的化感作用

[目的]研究不同浓度的肿柄菊叶、茎和花序水浸提液对绿豆和水稻种子萌发的化感作用。[方法]分别用蒸馏水对肿柄菊叶、茎和花序进行活性物质浸提,并稀释为3.0%、1.0%和0.5%3个浓度,采用培养皿滤纸法进行种子萌发和幼苗生长试验,研究不同浓度不同部位肿柄菊对绿豆和水稻种子萌发的化感作用。[结果]肿柄菊叶、茎、花序水浸提液均对绿豆和水稻种子萌发和幼苗生长产生一定的抑制作用,并且随着肿柄菊不同部位的水浸提液浓度的增加,其化感效应不断增强;肿柄菊不同部位水浸提液在相同浓度下对绿豆和水稻种子的化感效应强度顺序大体呈现为:叶>花序>茎。[结论]肿柄菊植株不同部位及浓度的水浸提液均对绿豆和水稻种子产生化感效应,这也可能是肿柄菊入侵的重要机制。

肿柄菊中倍半萜类化合物对番茄斑萎病毒的抑制活性分析

为有效防治烟草番茄斑萎病毒(TSWV)引起的烟草病毒病害,从植物中筛选出抗病毒的先导化合物,并利用枯斑计数法,对从肿柄菊中分离的14种倍半萜类化合物进行抑制活性测定。结果表明,接种病毒24 h后施用100μg/mL制剂(防控作用)情况下有7种化合物的抑制率高于对照宁南霉素(58.80%),其中倍半萜类化合物12的抑制率最高,为76.00%;先施用制剂6 h后接种病毒(预防作用)情况下,有4种化合物的抑制率高于对照宁南霉素(61.25%),其中化合物12的抑制率为78.50%;抑制率随化合物浓度的增加而提高,具有明显的浓度效应,浓度为200μg/mL时化合物12防控作用和预防作用的抑制率分别为86.00%和89.20%。因此,肿柄菊中倍半萜类化合物可作为抗TSWV新型生物源农药研发的先导化合物。

肿柄菊粗提物对果蝇胃毒、驱避、触杀、熏蒸效果的研究

为了寻找防治果蝇的新型植物源杀虫剂。采集肿柄菊地上部分,分别收集了石油醚、乙酸乙酯、乙醇的提取物,比较了不同极性溶剂提取物对果蝇的胃毒、驱避、触杀及熏蒸作用。结果表明:乙酸乙酯提取物在10mg/mL时对果蝇胃毒效果最好,72h可达93.33%;3种提取物在50mg/mL时对果蝇均有很强的驱避效果,乙酸乙酯和乙醇提取物在8h可达100%,石油醚次之,可达85%;乙酸乙酯及乙醇提取物在50mg/mL时对果蝇熏蒸效果最好,120min可达100%;3种提取物对果蝇的触杀效果均较低。因此,肿柄菊次生代谢产物具有一定绿色农药的开发潜力。

肿柄菊水浸提液对3种作物的化感作用研究

采用培养皿滤纸法测定肿柄菊不同浓度水浸提液对豌豆、萝卜和水稻种子萌发、幼苗生长的影响。结果表明:肿柄菊浸提液对豌豆和萝卜种子萌发有抑制和延缓作用,对水稻最终萌发率无显著影响;低浓度的浸提液可促进受体植物幼苗生长,高浓度则有显著的抑制作用,同时还发现高浓度浸提液可降低受体植物叶绿素、可溶性蛋白质和糖的含量。

入侵植物肿柄菊叶片凋落物化感潜力的研究

外来入侵植物肿柄菊(Tithonia diversifolia)对入侵地的生态环境造成严重危害,为明确肿柄菊叶片凋落物的化感作用,研究不同浓度肿柄菊叶片凋落物水提液对黑麦草(Lolium perenne)、高羊茅(Festuca elata)和高丹草(Sorghum sudanense)幼苗生长的影响,同时结合盆栽试验研究了肿柄菊叶片凋落物在入侵地土壤中的化感作用。结果表明,肿柄菊凋落物水提液对3种受体植物的生长具有显著地化感作用,低浓度水提液对3种受体植物的幼苗生长有显著促进作用,而随着水提液浓度的增加则表现为抑制作用。当水提液浓度为0.1 g·m L^(–1)时,肿柄菊对高丹草幼苗根长和黑麦草幼苗茎高的抑制作用最强,化感效应指数分别为–52.2%和–33.9%。同时,肿柄菊凋落物与土壤混合比例为30 g·kg^(–1)和50 g·kg^(–1)时可显著减低3种受体植物的生物量,进一步证实肿柄菊叶片凋落物在土壤中的化感抑制作用。研究表明,肿柄菊可通过其叶片凋落物在入侵地土壤中分解,释放化感物质,从而抑制邻近植物的生长,为其进一步入侵创造有利的生长环境。

肿柄菊氯仿萃取相化学成分分析及其植物毒性

采用GC-MS联用技术对肿柄菊氯仿萃取相化学成分进行分析,并以白菜[Brassica pekinensis(Lour.)Rupr]、萝卜(Raphanus sativus Linnaeus)和莴苣(Lactuca sativa Linnaeus)为供试植物,采用培养皿滤纸法对不同质量浓度(0.1、0.05、0.025 g/mL)肿柄菊氯仿萃取相进行了生物测定。结果表明,肿柄菊氯仿萃取相化学成分中共鉴定了48个化合物,占其总量的81.28%。肿柄菊氯仿萃取相化学成分主要为醇类、酯类、萜类等,其中含量较高的依次为豆甾醇(10.335%)、穿贝海绵甾醇(8.640%)、十六酸乙酯(7.164%)、7-tert-butyl-1-tetralone(6.304%)、2-单棕榈酸甘油(4.226%)、新植二烯(4.089%)等。通过种子萌发和幼苗生长抑制试验发现,肿柄菊氯仿萃取相对白菜、萝卜和莴苣种子的最终发芽率及幼苗生长总体上均产生抑制作用,并且随质量浓度的增大,抑制作用增强,其中肿柄菊氯仿萃取相对白菜种子萌发和莴苣幼苗生长影响较为明显。