利用化感物質(zhì)防除雜草研究進(jìn)展

趙強(qiáng)，董曉寧，井偉龍，趙海福

(1.甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工學(xué)院，甘肅天水741025;2.天水師范學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，甘肅天水741001)

利用化感物質(zhì)防除雜草研究進(jìn)展

趙強(qiáng)1，董曉寧2，井偉龍2，趙海福2

(1.甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工學(xué)院，甘肅天水741025;2.天水師范學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，甘肅天水741001)

該文闡述了化感作用的作用機(jī)理，國內(nèi)外植物化感抑草的研究現(xiàn)狀，進(jìn)而指出了植物化感作用在抑制雜草方面的優(yōu)越性及存在的問題，同時對其未來的發(fā)展進(jìn)行了展望.

化感物質(zhì);雜草;研究進(jìn)展

雜草是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要問題之一，嚴(yán)重影響到農(nóng)作物的生長和發(fā)育，從而造成農(nóng)作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降.采用化學(xué)除草不但增加生產(chǎn)成本，造成環(huán)境污染，危害人類健康，而且除草管理花費(fèi)大量的勞動力，還能使雜草產(chǎn)生抗藥性，化感作用和化感物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)為解決雜草問題提供了一種可能的思路，為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中控制雜草提供了有效途徑，是一種廉價、安全、高效的方法［1］.

1 化感作用的定義及作用機(jī)理

1.1 化感作用的定義

植物化感作用的概念是德國科學(xué)家H.Molish在1937年首先提出的［2］，Molish將化感作用定義為:所有類型植物(含微生物)之間生物化學(xué)物質(zhì)的相互作用.同時Molish指出，這種相互作用包括有害和有益兩個方面.70年代中期E.L.Rice根據(jù)H.Molish的定義和對植物化感作用的研究認(rèn)為［1］，植物化感作用是指植物(含微生物)通過釋放化學(xué)物質(zhì)到環(huán)境中而產(chǎn)生的對其他植物(含微生物)直接或間接的有害作用.現(xiàn)在的研究表明，化感物質(zhì)作用的對象不僅僅是其他植物，有時甚至是同種植物.而化感作用的結(jié)果不僅包括有害的，也包括一些相互促進(jìn)的效果［3］.1984年Rice將化感作用較完整的定義為:植物或微生物的代謝分泌物對環(huán)境中其他植物或微生物有利或不利的作用［1］.這個定義現(xiàn)在已被廣泛接受.

1.2 作用的機(jī)理

化感作用是植物在長期的進(jìn)化過程中經(jīng)過自然選擇保留下來的，是在生存競爭中取勝的武器.目前對其作用機(jī)理的研究還不夠透徹，僅僅是從側(cè)面揭示其作用的實(shí)質(zhì).化感作用機(jī)理的研究主要是通過測定作物的各種生理生化指標(biāo)，也就是說，作物受到化感物質(zhì)的作用后，是哪些代謝和酶發(fā)生了變化而影響作物生長，利用哪些物質(zhì)可以克服化感作用的不利影響.化感物質(zhì)作用于作物可通過兩種途徑，一是自身釋放的化感物質(zhì);二是其他作物釋放的或人工施加的化感物質(zhì)［4］.

2 植物化感作用在抑制雜草方面的優(yōu)越性

由于雜草對作物的干擾(競爭和化感)降低了農(nóng)作物的產(chǎn)量，給農(nóng)牧業(yè)的生產(chǎn)造成了巨大的損失.雜草防除有多種手段，如人工除草、化學(xué)除草(除草劑)、耕作管理以及生物防除.化學(xué)除草是目前主要的雜草防除手段.由于殺蟲劑和除草劑的大量使用，對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和人類生存環(huán)境造成很大危害，如造成雜草群落的變化，雜草抗藥性的增強(qiáng)，造成控制難度增加，成本大幅度上升，污染地下水以及危害人體健康等.化感作用是一個前景廣闊的新途徑，由于這種控制措施是利用植物體在生態(tài)系統(tǒng)中的自身防御或抗逆能力，沒有向系統(tǒng)中引入難降解的化學(xué)物質(zhì)，不會帶來諸如農(nóng)藥等的環(huán)境問題，故利用作物化感作用控制雜草是一種具有潛力的可持續(xù)發(fā)展的雜草控制措施.

3 國內(nèi)外植物化感抑制雜草的研究現(xiàn)狀

3.1 我國植物化感抑草的研究現(xiàn)狀

我國對植物化感抑草進(jìn)行了大量的研究，結(jié)果表明許多作物都存在化感抑制作用.在1977年，林啟壽［5］已報道番茄不僅具有重要的經(jīng)濟(jì)價值，而且其內(nèi)含物還有十分顯著的殺蟲及抗菌活性.此后人們就對番茄的化感作用做了大量的研究，并從化感物質(zhì)分泌的不同途徑分別進(jìn)行了研究.何衍彪等利用飛機(jī)草的乙醇提取物對豇豆、青瓜、蘿卜、菜心、大白菜、小白菜、水稻、稗草進(jìn)行了研究，飛機(jī)草的乙醇提取物對以上幾種作物具有不同程度的抑制作用［6－7］.慕小倩等研究表明，黃花蒿水浸提取液對小麥幼苗的生長有抑制作用［8］.張紅等利用13科31種植物地上部分的水浸液對高寒草地主要雜草箭葉囊吾的化感作用進(jìn)行了研究，有23種供體材料對箭葉囊吾種子萌發(fā)具較強(qiáng)抑制作用，并降低了萌發(fā)指數(shù)，有9種供體植物顯著抑制箭葉囊吾，同時對牧草的傷害較少甚至有促進(jìn)作用，其中有5種植物有望開發(fā)出新型的植物源除草劑［9］.張強(qiáng)等利用采自西北地區(qū)的21科34屬38種植物樣品的除草活性，對油菜、黃瓜、小麥、高粱等4種作物種子進(jìn)行了研究，結(jié)果有32種植物樣品對至少一種作物種子芽后生長有70%以上的抑制作用［10］.

3.2 國外植物化感抑草的研究現(xiàn)狀

國外對植物化感作用抑制雜草的研究比較多，特別是在一些農(nóng)作物上，如小麥、水稻等，尤其是在水稻上的研究相對比較深入和全面.目前，國內(nèi)外已有許多學(xué)者正在開展水稻化感作用的研究工作，研究重點(diǎn)集中在具有化感作用的水稻種質(zhì)資源篩選和評價方法、水稻化感物質(zhì)的分離與作用機(jī)制、化感作用的生物學(xué)特性與遺傳規(guī)律、水稻化感作用性狀的基因定位與品種選育等4個方面，并取得了一定的成果.

4 化感除草研究中存在的問題及展望

化感物質(zhì)在根、莖、葉等多種器官產(chǎn)生后，通過不同途徑進(jìn)入周圍環(huán)境中發(fā)揮作用，進(jìn)入土壤后又以多種方式移動.一部分經(jīng)過物理和化學(xué)過程而發(fā)生降解，一部分被土壤組分中的無機(jī)物所吸附或并入有機(jī)質(zhì)中而不能起作用，還有一部分經(jīng)土壤微生物的呼吸作用或代謝過程而失去毒性.植物對其生活環(huán)境中鄰近植物和自身的負(fù)面效應(yīng)，除了化感作用外，還可通過資源競爭，潛在的有機(jī)物(如病原菌)來實(shí)現(xiàn)，很多時候各種各樣的干擾機(jī)制是累加起來作用的.因此，區(qū)分干擾對象和化感物質(zhì)流動速率成為化感作用研究的瓶頸，分離、提取和鑒定新的化感物質(zhì)是化感作用研究的一個重要方向［11］.

化感除草是一個涉及多學(xué)科的研究領(lǐng)域，國內(nèi)對化感作用的研究還大多處于起始階段，多數(shù)還只是涉及化感現(xiàn)象的觀察，化感物質(zhì)的分離提取和鑒定等方面，對化感作用的生理、生化基礎(chǔ)、作用機(jī)制、生態(tài)環(huán)境的研究等做的較少.因此必須不同學(xué)科研究者共同參與和合作，使這一新興的交叉學(xué)科日臻成熟，我國地大物博，有非常豐富的植物資源，在這方面的研究有著得天獨(dú)厚的條件，只要加大經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的投入，必將會有可喜的成果.

［1］Rice EL.Alelopathy［M］.NewYork:Academic Press Inc，1984.

［2］Rice EL.天然化學(xué)物質(zhì)與有害生物防治［M］.胡敦孝，譯.北京:北京科學(xué)出版社，1988.

［3］孔垂華.植物化感作用研究中應(yīng)注意的問題［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，1998，9(3):332－336.

［4］周克福.蔬菜作物化感作用及其利用［J］.長江蔬菜，2010(8):7－11.

［5］林啟壽.中草藥成分化學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，1977.

［6］何衍彪.飛機(jī)草化感作用的初步研究［J］.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2002，23(3):60－63.

［7］鄔彩霞，沈益新，李志華.豆科牧草對多花黑麥草化感作用的種間差異［J］.中國草地，2005，27(6):39－41.

［8］慕小倩.黃花蒿化感作用機(jī)理的初步研究［J］.西北植物學(xué)報，2005，25(5):1025－1028.

［9］張紅，馬瑞君，王乃亮.不同植物對高寒草場主要雜草箭葉囊吾的化感作用［J］.西北植物學(xué)報，2006，26(11):2307－2311.

［10］張強(qiáng)，郝雙紅，馬志卿，等.38種植物除草活性研究初報［J］.西北林學(xué)院學(xué)報，2004，19(3):95－98.

［11］李志華，沈益新，倪建華，等.豆科牧草化感作用初探［J］.草業(yè)科學(xué)，2002，19(8):28－31.

Research Progress on Weed－controlling by Using Allelochemicals

ZHAO Qiang1，DONG Xiao－ning2，JING Wei－long2，ZHAO Hai－fu2
(1.Institute of Chemistry Engineering，Gansu Industry Polytechnic College，Tianshui，Gansu 741025，China;2.College of Life Science and Chemistry，Tianshui Normal University，Tianshui，Gansu 741001，China)

By elaborating the mechanism of action of allelopathy and the research status of weed－controlling of allelopathy at home and abroad，further pointing out superiority and existing problems of allelopathy in the management of weeds，at the same time looking into the future.

allelochemicals;weed;research progress

S451

A

1008－7974(2012)08－0019－02

甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研基金資助項(xiàng)目(Gzy2010－1).

2011－10－18

趙強(qiáng)(1982－)，甘肅天水人，碩士，甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工學(xué)院講師.

(責(zé)任編輯:陳衍峰)