刺苍耳在伊犁河谷地区恶性入侵的化感作用机制研究

As a native plant species of Asteraceae in South America,Xanthium spinosum has been found in some areas of China,and it is a noxious,vicious invasive species which has widely spreaded in Ili River Valley of Xinjiang. The previous research indicated that the extracts from Xanthium spinosum possessed strong biological activity. However, the structure and species and mechanism of allelochemicals are in need of father investigation. The secondary metabolites of different parts of the plant will be extrated by different methods,and the allelopathic effects will be evaluated by conducting bioassays against six dicot plants and six monocot plants. According to the results of biological activity, the separation, purification, structural identification of allelochemicals will be performed. The purified compounds will be studied adopting these methods,such as testing of physiology and biochemistry, pot method and root-box experiments, by analying the affecting pattern of activity compounds, morphology ,cytohistoloy and physiological and biochemical indexes of receptor plants, and through which we can reveal the invasiong machnism of chemical ecology.The result will improve and perfect the contents of allelopathy studies of invasive plant species,promote the studies of chemical ecological machnisms,even the exploiting of new type of botanical pesticides.And at the same time, this work will provide some theoretical basis for the control and management of noxious invasive species in local area.

刺苍耳（Xanthium spinosum）为原产于南美洲的菊科植物，目前在我国的多个省区均有少量分布，但其在新疆伊犁河谷内已经成为恶性入侵植物种。项目组前期的研究发现，刺苍耳提取液具有较好的化感活性，但化感物质的种类、结构及其作用机理急待深入研究。本研究在前期工作的基础上，拟采用不同方法提取（收集）刺苍耳根、茎、叶种子中的次生代谢物质，以本地敏感作物、杂草为受体，在生物活性的跟踪指导下进行化感物质的分离、纯化和结构鉴定；采用室内活性生理生化测试、盆栽法、根系栽培法等实验手段，通过对化感物质作用方式、受体植物形态学、组织细胞学和生理生化指标变化的综合分析，揭示刺苍耳入侵的化学生态学机理。研究成果不仅可以丰富和完善入侵植物的化感效应研究内容，促进入侵植物的化学生态学机理研究，甚至开发可能的新的植物源农药，以及本地区有毒有害入侵物种的管控提供科学依据。

刺苍耳为原产于南美洲的菊科植物，在新疆伊犁河谷已经成为恶性入侵植物种。对刺苍耳的研究大多是涉及到其生态学意义及生物特征，极少文献对刺苍耳的化感作用进行研究。本研究以新疆伊犁图开沙漠的刺苍耳为研究对象，通过生物测定的方式，全面探究了刺苍耳不同生长期(幼苗期、花蕾前期、成熟期)、不同部位(叶、茎、果实、根)、果实不同萃取相(石油醚相、氯仿相、正丁醇相、水相)的化感作用强弱、刺苍耳全株在水浸提液和醇浸提液的富集程度、并在此基础上有针对性地对刺苍耳叶、茎进行以生物活性为导向的分离提纯，共分离出8个具有除草活性的单体化合物，最后研究了刺苍耳叶乙酸乙酯处理液对小麦幼苗生理活性的影响。研究结果表明：.(1)刺苍耳不同生长期的全株水提液化感抑制作用强弱顺序为：幼苗期>花蕾前期>成熟期；.(2)刺苍耳不同部位的化感作用以叶的浸提液最强，乙醇浸提液中除了叶、根和果实也都显示出较强的化感作用，并且总体上各部位的醇浸提液的化感作用都强于相应的水浸提液。.(3)刺苍耳果实不同萃取相的化感作用：石油醚萃取相对受试植物根长生长表现出了化感促进作用,氯仿萃取相表现化感抑制作用，而正丁醇相和水相无显著性影响。.(4)采用生物活性为导向从刺苍耳叶、茎分离得到8个化合物。其中有3个化合物的植物毒性是首次研究，对反枝苋的生长以化合物xanthatin 的抑制作用最强，对早熟禾的生长以化合物coniferoldehyde的抑制作用最强，化合物4-epiisoxanthanol对单子叶和双子叶植物有很好的选择性，有望成为天然除草剂。.(5)经过刺苍耳叶乙酸乙酯处理液培养的小麦幼苗与对照相比较：可溶性糖含量在五天前明显高于对照；超氧化物歧化酶活力随时间呈下降趋势且均比对照低；过氧化氢酶活力随时间呈上升趋势且均比对照低；丙二醛含量、过氧化物酶活性均比对照组高。说明小麦种子经过化感活性抑制物质处理后影响了种子的吸水作用，进而影响了种子内物质代谢及各种代谢酶的活性。.这些研究成果可以丰富入侵植物的化感效应研究内容，促进入侵植物的化学生态学机理研究，甚至可能开发新的植物源农药。