化感作用在生态控制喜旱莲子草过程中的效应及其机制研究

As the global worst weed,Alternanthera philoxeroides(Mart.)Griseb causes great impact on the biodiversity, ecosystem and social economy of the invaded area. Domestic and foreign scholars carried out a lot of research on the mechanism of its invasion and control strategy, and applied the physical, chemical and biological control methods of natural enemies to practice, but the study and understanding of the use of plants to control the weed is still quite limited, especially the mechanism and process control of the invasive plant more remains to be studied. Bying the passed preliminary study ,the results showed that Humulus scandens had significant effect on the soil microbial, soil fauna, resource of the invaded area under the replacement control of Alternanthera philoxeroides. In order to explain the causes of these effects, this application project will take H. scandens and the invasive species as donor materials, through GC-MS analysis, isotope determination, high-throughput sequencing and other analysis techniques, from the aspects of the soil physical and chemical properties, soil animal, and soil microbial and so on, analyse the changes of allelochemicals species, allelopathy effect and soil micro-ecological environment,explain the occurrence mechanism and the influence mechanism of allelopathy in the control process of H. scandens on A. philoxeroides, to further clarify the effect and mechanism of allelopathy in the process of alternative control, so as to provide theoretical basis and application basis for the management of the invasive plant.

喜旱莲子草（Alternanthera philoxeroides） 作为全球恶性杂草，对入侵地生态系统和社会经济造成很大的影响。国内外学者对其入侵机制与防除策略开展了大量研究，并将物理、化学和天敌生物等防治方法应用于实践，但利用土著植物生态控制喜旱莲子草的过程和机理尚待深入研究。项目申请者通过前期研究发现葎草（Humulus scandens）在替代控制喜旱莲子草过程中对入侵地土壤微生物与土壤动物的群落结构、资源竞争等方面具有明显的影响，但这些影响表现产生的原因尚未开展深入分析，更不清楚化感作用在其中充当的角色。本申请项目以葎草和喜旱莲子草为供体材料，结合室内与野外实验分析，通过GC-MS分析、同位素测定、高通量测序等技术，探讨替代控制过程中化感物质的种类与迁移转化特性、化感作用的效应、土壤微生态环境的响应，阐释化感作用生态控制的效应机制，从而为治理该入侵植物提供理论依据和应用基础。

如何有效防控入侵植物进一步扩散，是入侵生物学研究的重点内容之一。生态控制方法作为一种经济有效、可持续的防治手段，也越来越受到人们的关注。本项目以全球恶性入侵杂草喜旱莲子草为研究对象，结合室内与野外实验，探讨土著植物葎草在替代控制喜旱莲子草过程中化感物质的种类、化感作用的效应、土壤微生态环境的响应，阐释化感作用生态控制的效应机制，从而为治理该入侵植物提供理论依据和应用基础。. 通过气相色谱-质谱联用技术分析，从葎草的根提取物中共分离得到55种化合物。其中6种化合物首次从葎草根中分离得到，分别为（1）邻苯二甲酸二丁酯；（2）Stigmasta-3,5-diene；（3）2,6-二叔丁基苯酚；（4）菜油甾醇；（5）新植二烯；（6）山嵛酸甲酯。. 于乙酸乙酯萃取物中选取了相对含量≥1%的10种外源化合物，开展生物测定实验。结果表明，10种外源化合物对喜旱莲子草无性系小株的生长均表现出显著化感抑制作用。其中，棕榈酸甲酯、亚麻酸甲酯、硬脂酸、菜油甾醇和山嵛酸甲酯对喜旱莲子草无性系小株的茎长、节数、叶片数、叶面积和生物量等指标表现出明显的浓度效应，较对照处理相比下降了28.57%-85.58%。. 以化感作用较强的棕榈酸甲酯和亚麻酸甲酯作为外源性化感物质，测定对喜旱莲子草生长发育的影响，发现两种物质对喜旱莲子草幼苗生长发育具有抑制作用。. 基于高通量测序技术，对比分析红薯和喜旱莲子草在相同种植密度不同种植比例条件下的土壤微生物群落结构多样性分析。结果表明：(1)从土壤理化性质来看，随红薯种植比例的减少、喜旱莲子草种植比例的增加，AP含量显著降低(P < 0.05)，而AK与AN含量显著增加。(2)土壤细菌群落主要菌门为酸杆菌门、变形菌门等；真菌群落主要菌门为子囊藻门、担子菌门等。随着入侵物种喜旱莲子草种植比例的增加，土壤细菌alpha多样性下降，但真菌alpha多样性没有显著差异。. 该研究结果筛选出的本土植物对入侵植物具有明显的替代控制，其根系分泌的化感物质，可以改变微生态环境，抑制喜旱莲子草的生长，从而达到控制效果。