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以化感水稻PI312777(PI)和非化感水稻Lemont(Le)为种植材料,采用水稻/稗草抑草圈种植方法,以水稻根际土壤(内圈)和12 cm有效抑草距离(抑草率>50%)之稗草根际土壤(外圈)为研究对象,分析土壤物质的化学组成与含量,以及抑草效率关系。主要结果如下:1.与未处理的土壤比较,水浸提后化感水稻PI外圈土壤对稗草根长的影响显著减少,而70%乙醇浸提后外圈土壤对稗草根长仍有一定的影响。PI外圈土壤水提液和70%乙醇提取液对莴苣根长的抑制率分别为42.6%和21.4%。结果表明外圈土壤中潜在的抑草物质主要为水溶性和中等极性化合物。2.采用四种不同提取方法(蒸馏水、灭菌辅助蒸馏水、0.25 M柠檬酸和0.5 MNaOH)对抑草圈土壤中不同类型的酚酸进行提取分析,结果表明,不管是化感水稻PI还是非化感水稻Le,内外圈土壤总酚酸含量(Folin酚法)不存在显著差异,但PI可直接利用的总酚酸量显著高于Le。HPLC结果表明,PI外圈土壤中8种酚酸化感物质总量显著高于Le。PI外圈土壤的5种苯甲酸型酚酸(原儿茶酸、对羟基苯甲酸、香草酸、丁香酸和水杨酸)总量高于内圈土壤,而肉桂酸型酚酸(肉桂酸、对香豆酸和阿魏酸)总含量显著低于内圈。但是,Le内外圈土壤中两种类型的酚酸总量不存在差异。PI外圈土壤中可逆吸附和不可逆吸附的肉桂酸型酚酸总量分别是非化感水稻Le的11倍和2倍,而吸附的苯甲酸型酚酸在两种水稻抑草圈土壤中的总量不存在差异。3.GC/MS分析结果表明,两种水稻内外圈土壤中萜类物质主要均为单萜类。从总萜和单萜含量上来看,PI内外圈土壤中萜类物质含量均显著高于Le,且PI外圈土壤中含氧单萜的比例(84.3%)显著高于Le(69.2%)。同时,PI外圈土壤中含氧单萜的比例高于内圈土壤,而Le内外圈土壤含氧单萜比例不存在差异。4.结合生物活性追踪分离法和柱层析法以及GC/MS分析,结果表明,PI外圈土壤70%乙醇提取物的乙酸乙酯萃取物经过硅胶柱层析后,得到三个活性组分:第一个活性组分(氯仿:甲醇8:2馏分)主要为长链脂肪酸(酯);第二个活性组分(氯仿:甲醇6:4馏分)主要为甾体(甾醇);第三个活性组分(氯仿:甲醇4:6馏分)的主要为类黄酮。抑草圈土壤70%乙醇提取物的水萃取物经过ADS-8树脂吸附后,活性组分主要为生物碱或含氮化合物。各组分在土壤中的相对含量均很低。PI外圈土壤的长链脂肪酸含量比Le低,而其他成分在Le外圈土壤中并未发现。5.根据以上结果,选取5种含氧单萜、6种长链脂肪酸(酯)、2种甾体、3种黄酮、1种吲哚生物碱和1种胺类生物碱进行室内生测验证(3个浓度梯度)。结果表明,含氧单萜物质对受体株高的抑制显著强于根长,来自PI内圈土壤的6,10-Dimethyl-3,5,9-undecatrien-2-one 和 3,7-Dimethyl-7-hydroxy-l-octana 以及外圈土壤的2,6-Dimethyl-1-octene-7-ol对受体株高的抑制率分别为1.2%,13.9%和14.2%,显著高于Le 土壤中萜类物质的抑制率。三种浓度下,长链脂肪酸Myristic acid、Stearic acid、Palmitic acid 和 Oleic acid、甾体 Cholic acid、黄酮 Biochanin A、和 3-Hydr oxy-7-methoxy flavone 以及吲哚类生物碱 Indolo[2,3-a]quinolizine,1,2,3,4,6,7,12,12b-Octahydro-3,12b-dimethyl-对莴苣根长的抑制作用很明显。在此基础上,选定以下几种代表物:2,6-Dimethyl-1-octene-7-ol、Myristic acid、Cholic acid、3-Hydroxy-7-methoxy flavone 和 Indolo[2,3-a]quinolizine,1,2,3,4,6,7,12,12b-octahydro-3,12b-dimethyl-,以8种酚酸混合物为基本溶液,进行多类物质的组合抑草作用分析。结果表明,当把低浓度的其它物质(<100μM)与10-4 M,5×10-5 M混合酚酸混合后,显著增强了混合酚酸对受体株高和根长的抑制作用。综上所述,化感水稻会释放更多的肉桂酸型酚酸(对香豆酸、肉桂酸等),而且大部分以吸附在土壤颗粒上的形式避免了被微生物的直接分解,当达到受体植株根部时,活性更高的苯甲酸型酚酸(香草酸、对羟基苯甲酸等)的含量增加,增强了抑草作用。化感水稻抑草圈土壤含有更多的含氧单萜和长链脂肪酸等潜在化感物质,这些物质在较低浓度下可以显著提高酚酸物质对受体的抑制作用。因此,化感水稻抑草圈形成,主要是有效距离处含有较高浓度和活性的酚酸类物质,在此基础上,含氧单萜、黄酮、长链脂肪酸、甾体等其他次生代谢物质的综合作用,显著提高了酚酸类物质的抑草作用,特别是含氧单萜2,6-Dimethyl-1-octene-7-ol、甾体Cholic acid等物质促进了酚酸类物质对受体株高和根长的抑制作用。各类物质的共同作用是化感水稻抑草圈形成的物质基础。