植物的化感作用与应用.ppt

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1、植物的化感作用及其应用植物的化感作用及其应用葡葡萄萄与与花花生生间间作作为什么葡萄和紫罗兰间作后，葡萄香味更浓？而为什么葡萄和紫罗兰间作后，葡萄香味更浓？而葡萄与甘蓝同片田地，葡萄就大面积死亡？又为葡萄与甘蓝同片田地，葡萄就大面积死亡？又为什么水仙和铃兰长在一起就会什么水仙和铃兰长在一起就会“同归于尽同归于尽”？怎样解释？怎样解释？一、化感作用的定义一、化感作用的定义植植物物化化感感作作用用是是指指植植物物(含含微微生生物物)通通过过释释放放化化学学物物质质到到环环境境中中而而产产生生对对其其它它植植物物或或微微生生物物直直接接（间间接接）的的有有害害或或有有益益作作用用。分分泌泌的的这这些些

2、化化学学物物质质称称为为化化感感物物质质。可可分分为为他他毒毒和自毒两种。和自毒两种。土壤连作障碍诱导因子土壤连作障碍诱导因子 二、化感作用的历史及现状二、化感作用的历史及现状（一）国外的历史及现状（一）国外的历史及现状早早在在2000年年前前，人人们们就就已已发发现现，黑黑胡胡桃桃树树下下其其它高等植物如苹果、松、杂草等不能生长。它高等植物如苹果、松、杂草等不能生长。1925年年Massey从从黑黑胡胡桃桃树树干干开开始始直直到到27米米远远处处种种植植番番茄茄和和苜苜蓿蓿，发发现现16米米以以内内的的植植株株全全部部死死亡亡，以以外外的的则则生生长长良良好好，且且死死亡亡线线与与黑黑胡胡桃

3、桃根根的的分分布布线线一致。一致。1935年年阿阿莫莫索索娃娃观观察察到到：在在不不通通风风的的房房内内，一一瓶瓶中中插插盛盛开开的的丁丁香香，另另一一瓶瓶中中插插盛盛开开的的铃铃兰兰，发发现现丁丁香香花花朵朵迅迅速速萎萎蔫蔫，而而若若把把丁丁香香换换为蔷薇则无变化。为蔷薇则无变化。从从1996年起，世界植物化感作用大会每年起，世界植物化感作用大会每3年举年举办一次，前三届大会分别在西班牙、加拿大和日本办一次，前三届大会分别在西班牙、加拿大和日本举行。举行。2005年，年，43个国家和地区的专家们聚集在澳个国家和地区的专家们聚集在澳大利亚，召开了植物化感作用的第四届国际盛会。大利亚，召开了植物

4、化感作用的第四届国际盛会。第六届世界化感大会于第六届世界化感大会于2012年由华南农业大学主办。年由华南农业大学主办。共有来自世界共有来自世界32个国家与地区的个国家与地区的200余名代表参加了余名代表参加了此次盛会。此次盛会。国际化感研究已经进入到分子生物学、蛋白质组学、国际化感研究已经进入到分子生物学、蛋白质组学、代谢组学等水平，研究进展非常快。代谢组学等水平，研究进展非常快。国际化感协会主席国际化感协会主席Stephen 国际化感大会候选主席曾任森国际化感大会候选主席曾任森（二）国内的历史及现状1972年周昌博士开始对热带亚热带农业生态年周昌博士开始对热带亚热带农业生态系统中植物的化感作

5、用作了深入系统的研究，并系统中植物的化感作用作了深入系统的研究，并取得了许多成果。取得了许多成果。20世纪世纪80年代初，张宝琛开始研究青海高寒年代初，张宝琛开始研究青海高寒草甸上人工草场自然退化中的化感作用并发表草甸上人工草场自然退化中的化感作用并发表了一系列研究论文。进入了一系列研究论文。进入20世纪世纪90年代，我国年代，我国在植物化感作用的研究工作进入了迅速发展的在植物化感作用的研究工作进入了迅速发展的阶段。阶段。1991年成立了化学生态专业委员会。年成立了化学生态专业委员会。中国第六届植物化感作用大会中国第六届植物化感作用大会本人研究了辣椒化感本人研究了辣椒化感作用与连作障碍的关作用

6、与连作障碍的关系，并得出辣椒的化系，并得出辣椒的化感自毒作用与自毒物感自毒作用与自毒物质的积累是引起连作质的积累是引起连作障碍的重要原因之一。障碍的重要原因之一。三、化感物质种类三、化感物质种类 植物化感物质是植物体释放到环境中的代谢植物化感物质是植物体释放到环境中的代谢物或次生代谢物。根据它们的性质大体可分四物或次生代谢物。根据它们的性质大体可分四大类：大类：（1 1）脂肪族化合物，指水溶性的醇和酸，如草酸、）脂肪族化合物，指水溶性的醇和酸，如草酸、乳酸、甲醇、乙醇、丁醇等；乳酸、甲醇、乙醇、丁醇等；(2)(2)脂肪酸、类酯物脂肪酸、类酯物,以及不饱和内酯，如苹果以及不饱和内酯，如苹果酸、柠

7、檬酸、花楸酸、棒曲霉素；酸、柠檬酸、花楸酸、棒曲霉素；(3)(3)萜类化合物萜类化合物,如单萜烯、呱烯、樟脑、桉树脑如单萜烯、呱烯、樟脑、桉树脑,以以及倍半萜烯等；及倍半萜烯等；(4)(4)芳香族、化合物，如简单的酚、酚酸、醌、单宁、芳香族、化合物，如简单的酚、酚酸、醌、单宁、香豆素、黄酮类、生物碱、肉桂酸衍生物及经苯草香豆素、黄酮类、生物碱、肉桂酸衍生物及经苯草酸合成的芳香族氨基酸。酸合成的芳香族氨基酸。其中低分子有机酸、酚类和萜类最为长见。其中低分子有机酸、酚类和萜类最为长见。酚类物质酚类物质酚类物质是一类重要的次生代谢产物，研究较多，酚类物质是一类重要的次生代谢产物，研究较多，被证实是化

8、感活性较强的一类物质，研究证明大被证实是化感活性较强的一类物质，研究证明大部分酚类物质具有化感作用，其中对羟基苯甲酸、部分酚类物质具有化感作用，其中对羟基苯甲酸、香草酸、丁香酸、香豆酸和阿魏酸是重要的化感香草酸、丁香酸、香豆酸和阿魏酸是重要的化感物质。物质。香草酸香草酸 阿魏酸阿魏酸萜类物质萜类物质萜类化合物分布广泛萜类化合物分布广泛,种类繁多种类繁多,是植物次生代谢产是植物次生代谢产物中最多的一类化合物。常见挥发性萜类有柠檬烯、物中最多的一类化合物。常见挥发性萜类有柠檬烯、蒎烯、杨梅叶烯、樟脑、香茅醇等。蒎烯、杨梅叶烯、樟脑、香茅醇等。香茅醇香茅醇四、化感物质释放途径四、化感物质释放途径淋溶

9、淋溶挥发挥发根分泌根分泌凋落物分解凋落物分解种子萌发种子萌发花粉传播花粉传播淋溶淋溶被雨水冲洗到下层植物的植株上或进一步渗入到土被雨水冲洗到下层植物的植株上或进一步渗入到土壤后表现出克生效应，如芒萁在天然群落中主要通壤后表现出克生效应，如芒萁在天然群落中主要通过雨水、雾或露的淋洗将叶部的液态分泌物通过淋过雨水、雾或露的淋洗将叶部的液态分泌物通过淋溶过程释放到土壤中，抑制周围植物生长。溶过程释放到土壤中，抑制周围植物生长。根系分泌根系分泌 从植物根部溢出的直接从植物根部溢出的直接产生化感效应。产生化感效应。辣椒化感物质的连续收集辣椒化感物质的连续收集土壤原位收集土壤原位收集组培法研究根系分泌的化

10、感作用组培法研究根系分泌的化感作用凋落物分解凋落物分解 植物残株或凋落物分解，如高梁、小麦残株能释植物残株或凋落物分解，如高梁、小麦残株能释放化感物质，强烈抑制某些杂草生长。放化感物质，强烈抑制某些杂草生长。试验用浸泡的方法模拟试验用浸泡的方法模拟挥发挥发 一些挥发性化感物质通过植物体表进入环境而一些挥发性化感物质通过植物体表进入环境而发生作用。如无剌槐树皮产生的挥发性物质能发生作用。如无剌槐树皮产生的挥发性物质能抑制附近杂草的生长。抑制附近杂草的生长。对于挥发和雨雾淋溶这两个途径之间往往存在着对于挥发和雨雾淋溶这两个途径之间往往存在着交叉关系，雨雾淋溶的化感物质有时和挥发物相交叉关系，雨雾淋

11、溶的化感物质有时和挥发物相一致，即雨雾可以将挥发物中的溶于水的和微溶一致，即雨雾可以将挥发物中的溶于水的和微溶于水的物质淋溶下来。于水的物质淋溶下来。植物根系分泌物和残株分解两个途径相对来说要植物根系分泌物和残株分解两个途径相对来说要复杂得多，主要是因为这两个途径涉及到土壤和复杂得多，主要是因为这两个途径涉及到土壤和微生物的作用，很难分辨化学物质是植物产生的微生物的作用，很难分辨化学物质是植物产生的,还是微生物作用的结果。还是微生物作用的结果。五、化感物质的收集方法五、化感物质的收集方法 由于化感物质的释放途径不同，因此化感物质的收由于化感物质的释放途径不同，因此化感物质的收集方法也不尽相同。

12、集方法也不尽相同。水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法挥发性物质的提取挥发性物质的提取溶剂浸提法溶剂浸提法降水淋溶物质的收集降水淋溶物质的收集培养培养吸附法吸附法根系分泌物质的提取根系分泌物质的提取厌氧腐解厌氧腐解植物残体分解释放化感物质的收集。植物残体分解释放化感物质的收集。幼苗幼苗鹅卵石鹅卵石塑料桶塑料桶鹅卵石鹅卵石树脂柱树脂柱止水钳止水钳泡沫板泡沫板储液槽储液槽玻璃棉玻璃棉玻璃棉玻璃棉石英砂石英砂根系分泌物连续收集装置示意图根系分泌物连续收集装置示意图培养培养吸附法吸附法六、化感作用的影响因素六、化感作用的影响因素 化感作用往往是多种化学成分同时起作用化感作用往往是多种化学成分同时起作用的，而且与环

13、境条件密切相关。植物产生的，而且与环境条件密切相关。植物产生分泌物的多少和性质，不仅取决于有机体分泌物的多少和性质，不仅取决于有机体的生理特性，而且与外界条件有关。的生理特性，而且与外界条件有关。光的性质、强度和持续照射时间对毒素的合成有光的性质、强度和持续照射时间对毒素的合成有重要的调节作用，长日照可提高许多植物酚酸和重要的调节作用，长日照可提高许多植物酚酸和萜的含量。萜的含量。（一）（一）光照光照 一些研究表明，一些研究表明，N、P 的输入能减轻来自秋麒麟的输入能减轻来自秋麒麟草、高牛毛和向日葵的化感抑制作用，缺乏草、高牛毛和向日葵的化感抑制作用，缺乏B、Ca、Mg、N、P、K和和S，则大

14、部分植物中的绿，则大部分植物中的绿原酸和莨菪灵浓度升高，少数植物绿原酸浓度原酸和莨菪灵浓度升高，少数植物绿原酸浓度下降。下降。（二）（二）营养营养 缺水可导致某些植物的绿原酸浓度提高。萜类，缺水可导致某些植物的绿原酸浓度提高。萜类，如如2蒎稀、蒎稀、2蒎稀、桉树脑、樟脑通过挥蒎稀、桉树脑、樟脑通过挥发释放到环境中，在干燥的条件下特别明显。酚发释放到环境中，在干燥的条件下特别明显。酚类以及生物碱是通过下雨淋溶而带走的。类以及生物碱是通过下雨淋溶而带走的。（三）（三）水分水分 不同亚种、相同种的不同组织、相同组不同亚种、相同种的不同组织、相同组织不同年龄阶段产生化感物的类型、组织不同年龄阶段产生化

15、感物的类型、组织和产生时间均有差别。织和产生时间均有差别。（四）植物组织的年龄和植物类型（四）植物组织的年龄和植物类型 植物中化学成分释放到环境中，有的直接作为抑植物中化学成分释放到环境中，有的直接作为抑制物抑制受体的生长发育，有的则由微生物作制物抑制受体的生长发育，有的则由微生物作用转化，如糖苷配基是通过土壤中微生物的作用转化，如糖苷配基是通过土壤中微生物的作用而从糖苷中分解出来的。植株残体通过微生用而从糖苷中分解出来的。植株残体通过微生物作用分解产生毒素。物作用分解产生毒素。（五）（五）微生物微生物七、化感作用在农业生产中的应用七、化感作用在农业生产中的应用（一）开发生物杀虫剂和杀菌剂（一

16、开发生物杀虫剂和杀菌剂植物的许多次生代谢物能有效地抵御病原菌的植物的许多次生代谢物能有效地抵御病原菌的侵染，开发利用植物源杀虫剂和杀菌剂是当前植物侵染，开发利用植物源杀虫剂和杀菌剂是当前植物保护工作的热点之一。保护工作的热点之一。苦参碱、烟碱、鱼藤酮、茶皂素、木烟碱等苦参碱、烟碱、鱼藤酮、茶皂素、木烟碱等（二）利用化感作用进行作物栽培的地面覆盖（二）利用化感作用进行作物栽培的地面覆盖采用作物残体进行地面覆盖，不仅具有保水、保温采用作物残体进行地面覆盖，不仅具有保水、保温等特性，而且有利于作物的生长，采用具有化感潜等特性，而且有利于作物的生长，采用具有化感潜势的作物残体进行覆盖后，利用其化感作

17、用进行杂势的作物残体进行覆盖后，利用其化感作用进行杂草的控制及生物防治。草的控制及生物防治。（三）指导合理的间套作（三）指导合理的间套作生产实践中有些作物种植在一起可以提高产量，生产实践中有些作物种植在一起可以提高产量，而有些作物间作时则出现减产，造成上述情况的重而有些作物间作时则出现减产，造成上述情况的重要原因之一是作物间的化感作用。要原因之一是作物间的化感作用。玉米与大豆玉米与大豆“马铃薯与菜豆马铃薯与菜豆”小麦与豌豆种在小麦与豌豆种在一起可提高产量；相反番茄与黄瓜，葱与菜豆之间一起可提高产量；相反番茄与黄瓜，葱与菜豆之间有明显的化感抑制作用，应把它们分植，避免相互有明显的化感抑制作用，应

18、把它们分植，避免相互抑制。抑制。日本的日本的Hasegawa Koji从水芹幼苗的胚根中分泌从水芹幼苗的胚根中分泌出一种二糖（出一种二糖（Lepidimoide），它广泛存在于植物种），它广泛存在于植物种子中，可明显促进植株叶绿素的合成，进而促进植子中，可明显促进植株叶绿素的合成，进而促进植物生长，并且在弱光照条件下也具有相同的作用，物生长，并且在弱光照条件下也具有相同的作用，是国际上首次确认的促进型化感物质，被称为第是国际上首次确认的促进型化感物质，被称为第7类类植物激素。植物激素。（四）生产天然的生长调节剂（四）生产天然的生长调节剂（五）指导植物育种（五）指导植物育种利用利用传统育种或育种

19、或现代生物育种技代生物育种技术手段手段，对那那些具有高些具有高产、优质、抗病等抗病等优良性状的作物品种良性状的作物品种进行化感性状的改行化感性状的改变，增增强强对其他植物其他植物、杂草和减少草和减少自身的化感作用自身的化感作用，培育抗有害生物的作物品种培育抗有害生物的作物品种，最最大限度的减少大限度的减少农田生田生态系系统中化学中化学农药的使用的使用，减减少少连作障碍作障碍。八、研究展望八、研究展望要认识化感作用研究本质，需要阐明：要认识化感作用研究本质，需要阐明：一、植物为什么产生和释放化感物质？一、植物为什么产生和释放化感物质？二、植物在什么条件下产生和释放化感物质？二、植物在什么条件下产

20、生和释放化感物质？三、植物间如何识别相互作用的化感物质？三、植物间如何识别相互作用的化感物质？四、植物化感作用的生理、生化和生态机制及相应四、植物化感作用的生理、生化和生态机制及相应 的分子生物学基础？的分子生物学基础？（一）继续开展不同植物化感作用机理的精确研（一）继续开展不同植物化感作用机理的精确研究，通过对不同植物化感作用的研究找出作用机理究，通过对不同植物化感作用的研究找出作用机理上的异同点，形成固定的理论框架，使其具有普遍上的异同点，形成固定的理论框架，使其具有普遍性。性。（二）化感作用遗传机制和基因定位方面的研究（二）化感作用遗传机制和基因定位方面的研究已成为世界性的热点，但在遗传

21、机理方面的研究尚已成为世界性的热点，但在遗传机理方面的研究尚不够，许多结果是推测所得，缺乏基因水平上的验不够，许多结果是推测所得，缺乏基因水平上的验证。证。（三）化感物质的基因调控与基因诱导方面也具（三）化感物质的基因调控与基因诱导方面也具有很大的研究潜力，通过人工手段培育对作物或树有很大的研究潜力，通过人工手段培育对作物或树种有益的物种或对杂草有抑制作用的作物，从而可种有益的物种或对杂草有抑制作用的作物，从而可以达到驱弊就利的目的。以达到驱弊就利的目的。（四）开展分子水平和病理学方面的机理性研究，（四）开展分子水平和病理学方面的机理性研究，寻求化感物质抑制植物细胞分裂伸长、光合作用的寻求化感

22、物质抑制植物细胞分裂伸长、光合作用的途径，电子显微技术可以有助于这方面的深入。途径，电子显微技术可以有助于这方面的深入。化感作用与生产实践的结合将是未来的发化感作用与生产实践的结合将是未来的发展趋势，以下这些方面的研究尤其应该得到展趋势，以下这些方面的研究尤其应该得到重视：重视：（一）（一）有用化感物质的化学合成或工业化有用化感物质的化学合成或工业化获取与市场开发；获取与市场开发；（二）（二）植物间互相有益的作用；植物间互相有益的作用；（三）（三）全球气候变化条件下植物尤其是作全球气候变化条件下植物尤其是作物与杂草之间化感作用的变化物与杂草之间化感作用的变化；（四）（四）主要粮食、经济作物对主要杂草的主要粮食、经济作物对主要杂草的化感作用谱；化感作用谱；（五）（五）建立化感种质资源信息库；建立化感种质资源信息库；（六）（六）化感作物品种筛选。化感作物品种筛选。谢谢谢谢!敬请批评指正敬请批评指正!谢谢 谢！谢！放映结束 感谢各位批评指导！让我们共同进步