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紫茎泽兰对昆虫的化感作用


云 南 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) , 2008 , 30 ( S1) : 143 ~147
Jour na l of Yunnan Un iver sity

CN 53 - 1045/ N  ISSN 0258 - 7971

Ξ

紫茎泽兰对昆虫的化感作用
姬艳燕 , 李正跃 ,

肖   , 叶   春 敏
(云南农业大学 农业生物多样性控制病虫害教育部重点实验室 ,云南 昆明   650201 )

摘要 : 到目前为止 ,已经从重要外来入侵植物紫茎泽兰中分离出的化学成分多达 100 余种 ,其中有些 对昆虫 具有明显的化感作用 , 且作用的昆虫涉及种类多 ,作用方式多样 . 介绍了紫茎泽兰的杀虫作用和对昆虫忌避 及拒 食作用的研究进展 ,为深入探讨其作用机理和新型仿生农药先导化合物的开发 ,提供参考 . 关键词 : 紫茎泽兰 ; 昆虫 ; 化感作用 ; 仿生农药 ; 先导化合物 中图分类号 :Q 948    文献标识码 :A    文章 编号 :0258 - 7971(2008) S1 - 0143 - 05

   紫茎泽兰 ( Eu p at oui um aden op horu m ) 英文名 Crofton weed 或 Pamakani ,又名破坏草 ,是一种菊 科泽兰属的多年生草本植物. 其特征是 : 茎紫色 ,直 立 ,高 30~90cm ,分枝对生 ,斜上. 叶对生 ,具长柄 , 叶片呈三角状卵形或菱状卵形 ,基出三脉明显 ,侧 脉纤细 ,叶缘有钝齿. 多数为头状花序 ,在茎顶排列 呈伞房状或复伞房状 ,花全部为筒状花 ,两性 ,淡紫 色或白色. 瘦果 ,长圆柱状 ,略弯 ,黑褐色 ,有棱 ,冠 毛白色. 紫茎泽兰原产美洲的墨西哥至哥斯达黎加一 带 ,早年作为观赏植物被引种欧洲 ,后被引入澳洲 和亚洲. 现已广泛分布在世界热带和亚 热带的 30 多个 国 家 和 地 区 , 除 原 产 地 中 美 洲 外 , 还 有 美 国[ 1 ,
2]

都处在这一纬度范围内 ,而且其它气候因素也较为 适宜. 据此推测再过半个世纪 , 紫茎泽兰可能入侵 整个长江以南各省区 [ 1 2 ] . 紫茎泽兰具有生态适应范围广 、 生长速度快 、 繁殖力强 、 群居性高 、 侵占性和抗逆性强 、 大量消耗 土壤肥力等特性 ,能在短时间内大量繁殖 ,形成密 集成丛的单优植物群落 ,造成许多植物生长缓慢 , 有些物种甚至濒临灭绝 ,以及粮食 、 优质牧草等大 面积减产 [ 13 ] . 紫茎泽兰作为世界性的恶性杂草 ,它 的危害性、 特别是潜在的危害性 ,一直受到全世界 的关注. 紫茎泽兰可侵入农田 、 草地 、 草原 、 经济林 [ 14 ] 地和森林 ,并很快形成优势种群 ,这与其可以分 泌克生物质 、 抑制其周围的其它植物生长有关 [ 15 ] . 紫茎泽兰对土壤肥力的吸收力强 ,能极大地消耗土 壤养分 ,对土地的破坏十分严重. 紫茎泽兰在包括 中国在内的许多国家 ,作为外 来入侵物种 对畜牧 业、 农业、 林业等造成极大的危害 ,已经成为一种严 重的 “生态灾害” . 针对紫茎泽兰这种极具破坏力的外来入侵植 物 ,人们已对其进行了不少研究. 现有研究表明 ,紫 茎泽兰对昆虫具有明显的化感作用 ,且作用的昆虫 涉及种类较多 ,作用方式多样. 本文将就紫茎泽兰 的杀虫作用和对昆虫的忌避及拒食作用研究进行 论述.

、 澳大 利亚 [ 3 , 4 ] 、 新西兰 [ 5 ] 、 南非 [ 6 , 7 ] 、 西班
[8]

牙、 印度 、 菲律宾 、 马来西亚 、 新加坡 、 印度尼西 [9 ] 亚、 巴布亚新几内亚 、 泰国 、 缅甸 、 越南 、 中国 、 尼 泊尔、 巴基斯坦等国家以及太平洋群岛 [ 10 ] . 紫茎泽兰大约于 20 世纪 40 年代由中缅边境 传入云南省 ,经过约半个世纪的传播扩散 ,现已在 我国西南地区的云南 、 贵州 、 四川 、 广西 、 西藏等省 区广泛分布 ,并仍在以每年大约 60 km 的速度 、 随 西南风向东和向北扩散 . 从世界范围来看 ,紫茎 泽兰在北至北纬 37° 的西班牙 ,南至南纬 35° 的南 非和澳大利亚均发生和有分布. 我国长江以南地区
[1 1 ]

Ξ 收稿日期 : 2008 - 02 - 18

基金项目 : 云南省自然科学基金项目 ( 2006C0036M ) ; 云南省科技攻关项目 ( 2006S G23) 资助. ) 作者简介 : 姬艳燕 ( 1981 -   ,女 ,辽宁人 ,硕士生 ,主要从事农药应用与植物化学生态方面的研究 . 通讯作者 : 叶   ( 1960 -   ,男 ,云南人 ,教授 ,主要从事农药应用与植物化学生态方面的研究 , E - mail :yemi npc @126. co m. 敏 )

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云南大学学报 (自然科学版)                  30 卷 第

1  紫茎泽兰的杀虫作用
由于泽兰属植物中一些萜类化合物及其精油 对昆虫具有的毒杀 、 忌避及拒食活性 ,一直以来受 到国内外研究者的普遍关注. 到目前为止 ,已经从 紫茎泽兰植株中分离出 100 余种化学成分 ,从紫茎 泽兰根提取物中分离出的化合物有 6 个 、 茎提取物 中分离出 23 个 、 叶提取物中分离出 12 个、 花提取 物中分离出 12 个. 另外 ,从紫茎泽兰叶的精油中分 离出的化 合物有 78 个 ,从花 的精 油中分 离出 64 个 [ 1 6 ] . 关于紫茎泽 兰中 化学 成分 对昆 虫的 杀虫 作 用 ,以对蚜虫的研究较为深入. 刘世贵、 王一丁 、 张 其红等人对紫茎泽兰中杀蚜虫活性物质 ,进行了较 为系统的研究. 张其红 [ 17 ] 等采用系统分离和分步 毒力测定的方法 ,对紫茎泽兰提取物进行了初步分 离纯化并研究了杀蚜活性. 通过对紫茎泽兰的正已 烷、 乙酸乙酯 、 氯仿 3 种萃取物的杀蚜校正平均值 比较 ,发现氯仿萃取物的杀蚜活性最高 ,各稀释浓 度的杀蚜校正平均值均高于其它 2 种萃取物 ,在稀 释 1 000 倍时 ,达到 9514 %. 同时 ,发现氯仿萃取物 的干重是正已烷萃取物的 2 倍 ,是乙酸乙酯萃取物 干重的 3 倍 ,表明紫茎泽兰的杀蚜活性物质多为低 极性、 亲脂性的物质 ,大多存在于氯仿萃取物中. 经 用 TLC 技术将氯仿萃取物进行分离纯化 , TLC 图 谱显示出 10 条谱带 , 对各条谱带中物质的毒力测 定结果表明 : 绿色 ( R f 值 0168) 谱带和黄色 ( Rf 值 0175) 谱带中所含成分的杀蚜活性最强 . 王一丁 [ 18 ] 等用紫茎泽兰提取物对棉蚜进行了毒力测定 ,研究 结果表明 使用 紫茎泽 兰乙 醇总 提物 在分 别稀 释 500 ,1 000 ,2 000 ,4 000 倍时处理蚜虫 ,蚜虫的平均 校 正 死 亡 率 分 别 为 9017 % , 8119 % , 7211 % , 5619 % ,其毒力回归方程为 : y = 4173 + 1119 x ,其 LC5 0 为 16719 mg/ L. 对紫茎 泽兰乙醇总提物用不 同溶剂由低极性到高极性依次萃取 ,将萃取物浓缩 干燥 ,用干燥后的 4 种溶剂萃取物对蚜虫进行毒力 测定 , 发现 氯仿萃 取物 的杀蚜 活性 最高 , 在稀 释 500 倍时 ,校正死亡率达 82191 % , 其毒力回归方 程为 : y = 4168 + 0191 x ,其 LC5 0 为 22417 m g/ L , 结果也表明紫茎泽兰中含有的杀蚜活性物质多为 低极性 、 亲脂性物质 ,且大多存在于氯仿萃取物中. 王一丁等从紫茎泽兰氯仿萃取物中通过毒力跟踪 技术和薄层层析技术分离得到的一种具有杀蚜活 β α 性的物质 ,紫茎泽兰素 A ,其化学名为 : 3 , 5 - 3

- 羟基 - 雄甾 - 16 - 内型 (16 , 17 - b) - 1 - 甲基 吲哚 ,化学结构式为 :

用 0125 ,0150 ,1100 ,2100 mg/ mL 的紫茎泽兰 素 A 溶液分别处理棉蚜 , 48 h 后棉蚜的平均 校正 死亡率分别为 4217 % ,5618 % ,6914 % ,8113 %. 紫 茎泽兰素 A 对棉蚜的毒力回归方程为 : y = 4133 + 1119 x ,L C50 为 36218 m g/ L . Na - K- A TPase 广泛分布于昆虫的各类细胞 质膜上 ,在可兴奋细胞如神经突触质膜上含量尤为 丰富. Na - K - ATPase 的基本功能是催化 A TP 末 端磷酸水解 ,并利 用该反应产 生的自由能 来进行 钠、 钾离子的主动运输 ,从而维持细胞膜内外钠 、 钾 离子浓度的相对恒定及渗透压的平衡 ,以保证细胞 的神经传导或物质吸收等重要生理功能的正常进 行 [ 1 9 ,20 ] . 当 Na - K - ATPase 的活性被抑制后 ,细 胞膜内的钠离子就不能 被 Na - K - A TPase 运 到 细胞膜外 ,导致昆虫细胞处于持续兴奋状态 ,最后 使昆虫死亡 . 人们发现拟除虫菊酯类杀虫剂的毒理 机制与昆虫 ,如美洲大蠊 、 家蝇等的 Na - K - A T2 [ 2 1 ,22 ] Pase 有密切关系 . 王一丁等在 pH 714 ,37 ℃ 的条件下测定了紫茎泽兰素 A 溶液对体外 Na - K - ATPase 的 影响. 试验结果表 明 ,紫茎 泽兰素 A 溶液对体外 Na - K - ATPase 有明显的抑制作用. Na - K - A TPase 分别经 0150 ,2100 mg/ mL 的紫 茎泽兰素 A 溶 液处理后 ,其比 活力分 别为 0139 , 0162 nmoL/ ( mg mi n) ,其活性仅为对照组 Na - K - A TPase 活性 ( 3194 nmoL/ (mg mi n) ) 的 9190 % 和 15174 %. 用不同浓度的紫茎泽兰素 A 溶液处理 棉蚜 (直接浸渍法 ,5 s) ,分别在处理后 6 ,12 h 取棉 蚜测定其体内的 Na - K - A TPase 活性. 试验结果 表明 ,棉蚜经紫茎泽兰素 A 溶液处理后 ,其体内的 Na - K- A TPase 活性降低 , 并且随着紫茎泽兰素 A 溶液浓度的增加和 中毒时间的延长 , 棉蚜体内 Na - K - ATPase 的活 性降 低幅 度更 大. 棉 蚜经 2 100 mg/ mL 紫茎泽兰素 A 溶液 处理 12 后 ,其体 内的 N a - K - A TPase 活性仅为对照组棉蚜 酶活

第 S1 期                姬艳燕等 :紫 茎泽 兰对 昆虫 的化 感作 用

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性的 21160 %. 上 述试验结果表明 , 紫茎泽兰 素 A 对棉蚜 Na - K - A TPase 有明显的抑制作用 ,说明 棉蚜 Na - K - ATPase 很可 能是紫茎泽兰提取物 的重要作用靶标 ,对 Na - K - A TPase 的抑制是导 致棉蚜死亡的主要因素之一. 乙酰胆碱酯酶是昆虫体内的一种重要的酶. 乙 酰胆碱酯酶水解昆虫体内的重要神经递质乙酰胆 碱 ,使其成为乙酸和胆碱. 如果乙酰胆碱酯酶的活 性被抑制 , 乙酰胆碱的 积累将导致 神经传递被 阻 断. 有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂对昆虫的毒理作 用 ,就在于它们能有效地抑制昆虫体内乙酰胆碱酯 酶的活性. 王一丁等在 pH 810 ,37 ℃ 条件下 ,测定 了不同浓度紫茎泽兰素 A 对体外乙酰胆碱酯酶的 影响 . 实验结果表明 :紫茎泽兰素 A 对棉蚜乙酰胆 碱酯酶有一定的抑制作用. 随 着紫茎泽兰素 A 浓 度的增加 (从 0125 mg/ mL 增大至 210 mg/ mL) ,棉 蚜乙酰胆碱酯酶的比活力 ( OD/ ( mg min ) ) 分别为 01571 1 ,01495 5 ,01427 8 ,01379 4 ,为对照组酶活 力比(01632 7) 的 9019 % ,7812 % ,6713 % ,6010 %. 用不同浓度的紫茎泽兰素 A 处理棉蚜 ( 浸液法 ,5 s) 后 ,分别在 0 ,2 ,4 ,6 ,8 ,10 ,12 h 取蚜虫测定其体 内乙酰胆碱酯酶活性. 实验结果表明 ,棉蚜经紫茎 泽兰素 A 处理后 ,会使其 体的内乙酰胆碱酯酶 活 性降低 ,并且紫茎泽兰素 A 浓度越高 ,中毒时间越 长 ,其体内乙酰胆碱酯酶活性越低 ,蚜虫经 2 mg/ mL 紫茎泽兰素 A 处理 12 h 后 ,其体内乙酰胆碱酯 酶活性仅为对照组蚜虫体内乙酰胆碱酯酶活性的 3013 %. 紫茎泽兰对其他昆虫的杀虫作用也有不少报 道. 李云寿 [ 23 ]等用新鲜的紫茎泽兰地上部分与水 共沸制得的精油对玉米象、 米象 、 绿豆象和蚕豆象 4 种仓储害虫进行了杀虫活性研究 ,毒力测定结果 表明紫茎泽兰提取物对米象、 玉米象、 绿豆象和蚕 豆象成虫 24 h 的 LC5 0 分别为 141 65 mg/ L ,12180 mg/ L ,25107 m g/ L 和 12120 mg/ L ;48 h 的 LC 50 分 别为 l1179 mg/ L ,9167 mg/ L , 13129 和 9176 mg/ L ,紫茎泽兰提取物对玉米 象和蚕豆象活性最高 . 程丽坤
[24]

育受到不利影响 . 程丽坤等的试验表明 ,紫茎泽兰 对棉铃虫产卵的影响 因浓度不同 而有所差异 . 用 0108 ,014 ,2 ,10 g/ L 浓 度的紫茎 泽兰乙醇提 取物 处 理 成 虫 , 产 卵 的 平 均 卵 粒 数 分 别 为 198117 , 230100 ,272133 和 28183 粒 ,0108 ,014 ,2 g/ L 浓度 处理的平均卵粒数高于对照的平均卵粒数 ( 51167 粒 ) ,而 10 g/ L 剂量处理的平均卵粒数则低于对照 的平均总卵粒数. Duncan 新复极差检验表明 ,实验 各处理达到显著水平 ,说明紫茎泽兰提取物在低浓 度下有吸引棉铃虫产卵作用 ,而高浓度下则有一定 的驱避产卵作用 . 卵孵化率则与紫茎泽兰提取物的 浓度成负相关 ,0108 ,014 ,2 ,10 g/ L 浓度处理时孵 化 率 分 别 为 93133 % , 78196 % , 68167 % 和 52171 %. 巴 西 Ceara 大 学 的 M . R. J . R. Al bu2 querque [ 25 ]等人用 GC - M S 分析泽兰叶油和根油 的挥发性成分 ,共检出 12 个化合物 . 其中β- 石竹 α 烯 、 - 蓓草烯 、 双环大根香叶烯 、 ,2 - 二甲基 - 6 2 - 乙烯基 - 苯并二氢吡喃 - 4 - 酮及 2 - 异戊烯酰 基 - 4 - 乙烯基苯酚是最重要的化合物. 精油和被 分离出的化合物对埃及伊蚊幼虫的杀灭作用进行 的试验表明 ,得自泽兰根的精油和 2 ,2 - 二甲基 6 - 乙烯基 - 苯并二氢吡喃 - 4 - 酮是天然酸杀蚊 幼虫剂 .

2  紫茎泽兰的昆虫忌避和拒食作用
紫茎泽兰除了具有杀虫作用之外 ,对某些昆虫 还有 明显 的忌 避和 拒食 作用 . 程 丽坤 [ 2 6 ] 等 应用 “Y” 型嗅觉仪 ,对经紫茎泽兰精油和乙醇提取物处 理的美洲大蠊和米蛾进行了生物测定. 试验结果表 明 ,随着紫茎泽兰提物浓度的提高 ,对美洲大蠊的 平均忌避活性增高 , 50 g/ L 剂量忌 避活性较高 为 54183 % ,而用相当于 10 g/ L 乙醇提取物中含量的 精 油 剂 量 01028 g/ L 平 均 忌 避 活 性 则 达 到 78128 %. Duncan’ 新复极差检 验表明 ,在试验 剂 s 量下 ,精油对美洲大蠊忌避活性显著高于乙醇提取 物各剂量. 低浓度条件下 ,随着浓度的提高 ,紫茎泽 兰乙醇提取物对米蛾幼虫的忌避活性增高 ,24 h 后 10 g/ kg 剂量的忌避活性最高可达到 83117 % , 并 且忌避活力可持续作用 10 d 以上. Duncan’ 新复 s 极差检验表明 , 在 10 g/ kg 剂 量下 ,紫茎泽兰粗 提 物对米蛾忌避活性显著高于其它各粗提物剂量. 其 中 218 g/ kg 精油 ( 与 l0 kg 粗 提物中 精油 含量相 当 ) 剂量对米蛾幼虫有引诱作用 ,平均引诱活性达

等在室内用含紫茎泽兰乙醇提取物的人

工饲料喂养棉铃虫初孵幼虫 ,与对照比较各处理棉 铃虫的死亡率显著升高 ,蛹重 、 羽化率都显著降低 , 其中 11 g/ kg 浓度效果最明显 ,初孵幼虫的死亡率 3 d 后达到 6 010 % ,羽化率为 781 0 %. 这表明棉铃 虫初孵幼虫取食含紫茎泽兰的人工饲料后 ,生长发

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云南大学学报 (自然科学版)                  30 卷 第

到 76106 % . 在试验所处理的不同时间 ,紫茎泽兰 提取物对米蛾忌避效果没有显著差异. 试验结果表 明 ,对于美洲大蠊使用精油的忌避效果要好于使用 含有精油的乙醇提取物 ,这可能是由于乙醇提取物 中的其它物质气味的干扰了活性物质的作用降低 了其忌避效果. 而在 011 g/ L 剂量下紫茎泽兰乙醇 提取物对美洲大蠊的忌避活性为 2616 % ,高于 1 g/ L 剂量的避活性为 917 % ,可能 是由于 011 g/ L 是美洲大蠊在低剂量下较为敏感的浓度 ,而再低于 此剂量活性物质含量太低 ,其活性则又开始降低 , 是否由于紫茎泽兰对美洲大蠊的忌避活力规律有 着特殊性 ,还有待于进一步研究证实. 适宜浓度的 紫茎泽兰乙醇提取物对米蛾幼虫也有较好的忌避 效果 ,但高剂量时忌避活性反而下降 ,这可能是由 于高浓度的提取物中其它无效成分的干扰作用增 加 ,导致有效忌避物质的活性降低 ,使米蛾辨别忌 避气味的能力也降低. 紫茎泽兰提取物对菜粉蝶有明显的拒食活性. 周天雄 [ 2 7 ] 等测定了紫茎泽兰花和茎叶的石油醚提 取物对小菜粉蝶的拒食活性 ,实验结果表明紫茎泽 兰的 2 种提取物对小菜粉蝶 ( pieris rapae L1) 幼虫 都具有拒食活性. 其中 ,以从花序的石油醚提取物 中分离得到的倍半萜化合物 2 - acetoxy - 3 , 4 , 6 , 11 - t et ra - hydrocadinen - 7 - ene 活性最强 ,无论 是选择拒食作用或完全拒食作用 ,其拒食中浓度在 1 000 mg/ L 左右 .

济效益和环境效益.

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3    展 望
紫茎泽兰特点在于生物产量极大、 繁殖速度极 快、 传播潜在范围及广 、 对生态的破坏及为严重. 面 对紫茎泽兰日益严重的危害 ,仅靠人工防治 、 机械 防治、 生物防治 、 化学防治等方法进行被动防除 ,很 难从根本上解决问题. 从辨正的角度来讲 ,事物的 负面影响在特定条件下通过积极的转化 ,可以成为 正面效应. 随着对紫茎泽兰生物学特性 、 化学成分 、 生物活性研究的深入 ,人们对紫茎泽兰有了新的认 识. 从目前对紫茎泽兰昆虫化感作用的研究结果来 看 ,有望从紫茎泽兰中发现更多的昆虫化感物质 , 并对其进行利用 ,最终将紫茎泽兰这种导致 “生态 灾难” 的外来入侵恶性杂草 ,转化成制造生物农药 的原料 ,做到防治与利用相结合 ,从根本上解决紫 茎泽兰的防除问题 . 此举将通过保护农业环境和生 态安全 、 发展农牧业生产 ,产生巨大的社会效益、 经

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Allelop at hic act ivit y of Eu pa toui u m a de nop hor u m again st i nsect s
J I Yan2yan , L I Zheng2yue , XIAO Chun , YE Min
( Key Laboratory for Agricultural by Biodiversity and Pest Ma nagement of China Education Ministry , Yunnan Agricult ure U2 niversity , Kunming 650201 , China)

Abstract : More t han 100 chemical composit ions have been isolated f rom t he invasion weed species E up a2
tori u m adenophoru m Spreng. Some of t he composit ions have obvious allelopat hic activit y agai nst insect s. The

research advances of anti - i nsect bioactivities of Eu patori u m adenophoru m were reviewed. It will be useful to research t he mechani sm of anti - i nsect bioactivities of Eupatorium adenophorum and develop pilot chemical compounds from Eu pat oriu m adenophoru m for new bionic pesticide. Key words : Eu patoui u m a denophor u m ; i nsect ; allelopathic act ivit y ; bionic pesticide ; pilot chemical compound


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紫茎泽兰的危害及其化感作用研究综述王亚麒112014320001419_军事/政治_人文社科_专业...Bordoloi等人从紫茎泽兰中分离得到的5种倍半萜烯化合物对昆虫具有驱避 作用以及...
水城县发耳乡紫茎泽兰入侵农田昆虫多样性调查
紫茎泽兰对昆虫的化感作用 5页 免费 紫茎泽兰的入侵机制 10页 10财富值 黔西南...水城县发耳乡紫茎泽兰入侵农田昆虫多样性调查 摘要:外来物种入侵可以通过竞争或占...
紫茎泽兰危害、防治与利用
增加除草和化 学除草等农业成本,给农业带来了很大的...紫茎泽兰具有高繁 殖系数、生化感应作用、耐贫瘠和...它对昆虫的驱避、拒食性以及对其他植物、 杂草的...
紫茎泽兰的入侵机制
降低动物胃的消化功能,引起动物和昆虫的拒食,从而使相应的动物 消化不良消瘦死去...紫茎泽兰叶片水提液对 10 种受体植物种子萌发和 幼苗生长均有化感作用高浓度的...
紫茎泽兰
另外,紫茎泽兰对土壤可耕性的破坏也较为 严重。 2、破坏农业生产 紫茎泽兰生活力强,适应性广, 化感作用强烈,易成为群落中的优势 种,甚至发展为单一优势群落。...
紫荆泽兰的危害与防治的措施
紫茎泽兰生活力强,适应性广, 化感作用强烈,易成 为群落中的优势种,甚至发展...5.2. 紫茎泽兰花中含有的克拉维醇和紫茎泽兰内对动物及昆虫的粘膜具有刺 激...
华南地区几种常见草坪的化感作用
华南地区几种常见草坪的化感作用_理学_高等教育_教育专区。华南师范大学实验报告...油茶、板栗、构树的化感作用紫茎泽兰种子萌发的影 响和综合评价[J]. 贵州...
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