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水稻抑草的天然化学防御武器化感作用 [复制链接]

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「本文来源:科普中国」

水稻作为我国最主要的粮食作物,稻田杂草则可导致水稻减产40%-60%。使用化学除草剂是常用的稻田除草方法,而除草剂的大规模使用以及用量的逐年增加,则导致杂草抗性不断增加(resistance)、农药残留(residue)和杂草再度猖獗(rampant)等“3R”难题。利用水稻自身合成的具有生理活性的化合物(主要是次生代谢物)抑制邻近杂草生长的化学生态学现象称为水稻的化感作用。化感作用现象最早于公元77年,古罗马的自然学家PlinytheElder记载的黑胡桃木(blackwalnut)对临近植物的生长毒害作用的自然现象。

图1黑胡桃木对邻近植物的毒害现象(TERRYA.TATTAR,)

化感作用的英文为“Allelopathy”,该词由希腊语的allelo-(意为“相互伤害”)和-pathy(意为“痛苦”)合成而来。年,奥地利教授HansMolisch出版的德文专著《DerEinflusseinerPflanzeaufdieandere-Allelopathie》中首次使用这一表述,用该词来描述一种植物抑制邻近植物生长的生物化学相互作用。年,ElroyLeonRice在其《Alleloapthy》专著中扩大了定义的范围,将植物释放到自然环境中,对另一种植物或微生物产生的所有直接正面或负面影响都归为化感作用。E.L.Rice也被公认为现代化感作用研究的奠基人。为纪念这两位学者,化感作用领域最高规格的学术会议“WorldAllelopathyCongress”自年起特别设立了“MolischAward”用于表彰化感作用研究方面做出杰出贡献的学者;设立“RiceAward”用于表彰当届大会的学生最佳口头报告,该会议每3年举办一届,目前已经举办9届。

HansMolisch(-)ElroyLeonRice(-)

水稻化感作用现象是上个世纪80年代,美国农业部农业研究服务署(USDA-ARS)的遗传育种学家RobertH.Dilday在田间调查的时候观察到的部分野生的水稻品种具有的抑草作用现象。他们从到对来自全世界个国家约1份水稻品种的抑草潜力进行了评价,发现其中3%-4%的品种具有化感抑草能力,其中个水稻品种对ducksalad,个水稻品种对redstem能够产生大于10cm的抑制圈,另外还有94个水稻品种对稗草有抑制作用。

RobertH.Dilday非化感水稻周围遍布杂草化感水稻周围形成抑草圈

福建农林大学水稻化感作用研究团队通过连续三年的田间试验发现,在不除草的情况下,杂草的存在导致强化感水稻的产量降低20%左右,而非化感水稻的产量则减少50%左右,且不同化感潜力水稻田中杂草的总生物量与种植非化感水稻的田间杂草生物量相比降低了32%-60%,体现了化感水稻的田间控草能力。浙江大学的研究团队也发现直播和小苗移栽条件下,化感水稻品种对无芒稗株高、分蘖和干重均有较好的抑制作用,且水稻仍保持一定产量水平(徐正浩等,)。

图2化感水稻和非化感水稻直播的田间抑草效果

图3化感水稻PI和非化感水稻Lemont移栽的田间抑草效果

水稻的这种化感抑草能力,早期有学者认为是化感效应(allelopathiceffect)的作用,也有学者认为是营养资源竞争(resource

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