瑞香狼毒根系分泌物中化感物质与构效关系及活性作用机理研究

植物化感作用广泛存在于自然界生态系统中，是揭示植物与生境其它植物种之间相互作用关系和生态学作用机制的重要手段。本项目以模式植物拟南芥为受体，以我国北方退化草地植被的优势有毒植物瑞香狼毒根分泌物为研究材料，采用活性化合物跟踪分离方法，在明确瑞香狼毒化感物质的化学结构、理化性质的基础上，运用结构修饰方法，明确化感物质的构效关系；采用细胞、生理生化和分子生物学的技术和方法，从分子、基因水平揭示瑞香狼毒根分泌化感物质的活性作用机理；验证实验室条件下和自然生态环境中瑞香狼毒根系分泌的化感物质的一致性，研究自然生态环境下化感物质在土壤中的化学状态和降解规律，明确瑞香狼毒在不同生长时期的化感物质分泌规律以及化感效应，揭示瑞香狼毒在自然生长环境下成为优势植物群落、危害草地生态平衡的作用机制。本项目的研究成果，为我国草原良性生态建设提供理论依据，也可为瑞香狼毒资源利用以及植物源农药研制奠定基础。

瑞香狼毒（Stellera chamaejasme L.）是我国北方草地主要毒性植物之一，近年来在局部草原地区发生面积不断扩大，形成单优势种植物群落，致使草场退化、草地生态平衡遭受破坏。瑞香狼毒之所以在草地蔓延，与其化感作用及本身的生物学特性有关。项目从瑞香狼毒盆栽培养根系分泌物中分离鉴定出1种化感物质，从其根际淋洗液中分离鉴定出7种化合物，并以HPLC方法确认了7种化感物质在根区土壤中的存在；从其叶面分泌物中分离鉴定出1种化感物质，并用GC-MS方法鉴定出33种挥发性化学成分。.以拟南芥、莴苣、紫羊茅、红车轴草、紫花苜蓿、披碱草六种植物幼苗为受体的化感活性研究表明，瑞香狼毒7种化感物质对受体植物具有不同程度的生长抑制活性，活性作用与其化学结构和作用浓度密切相关；采用细胞和生物学技术，对化感物质的活性作用机理研究发现，瑞香狼毒化感物质能够引起受体植物体内活性氧信号发生变化，导致根尖细胞活力降低、细胞分裂受阻、多种生理指标发生改变，影响内源生长素、乙烯的分布和生物合成水平，从而抑制受体植物的生长发育。.为探讨化感物质的构效关系，设计合成了13种香豆素类似物和9种咖啡酸类似物，并通过化学结构具有关联化合物的化感作用研究发现，瑞香狼毒化感物质的活性作用与其结构中甲基/羟基及其它活性基团的连接位置和数目紧密相关，基本骨架中杂原子的引入和活性基团的取代数目和位置会明显影响瑞香狼毒化感物质的化感作用，而立体构型对于双黄酮类化感物质的活性并非关键影响因素。通过对海拔165~4741 m之间吉林、内蒙、甘肃、青海、西藏五省区25个根际土壤样品中化感物质分泌种类和含量变化规律与环境因子之间的相关性研究，明确了各类化感物质的生态学作用机制以及不同来源和代谢分泌途径。.借助于本项目经费支持，拓展了项目研究内容，初步开展了瑞香狼毒微生态以及化学防御和生态适应分子机制，明晰了由于化感物质的分泌对瑞香狼毒生境土壤微生物群落结构的影响及其随生长季变化规律，筛选确立了具有生态防御功能的微生物种类；采用柱层析、重结晶和谱学技术，从瑞香狼毒体内分离鉴定出51种化合物，明确了其次生代谢物化学组成以及线虫触杀和抗菌活性代谢物；建立了指纹图谱分析技术，初步明确了随生态环境变化瑞香狼毒次生代谢物化学组成和含量变化规律以及生态适应性次生代谢物。