13C同位体の影響

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13756 (2023) この記事を引用

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在来植物の二次代謝産物は、侵入外来植物の成長と発達に対して顕著なアレロパシー阻害効果を持っています。 外因性アレロパシー物質としてパルミチン酸メチル (MP) およびリノレン酸メチル (ML) を使用しました。 この研究では、Alternanthera philoxeroides の実生の成長に対する MP と ML の阻害効果の違いを調査し、それらの形態学的特徴、バイオマス、生理学的指標、および応答指数 (RI) を計算しました。 1 mmol/L MP の合成アレロパシー指数 (SE) は最小 (-0.26) で、アレロパシー阻害は最も強力でした。 したがって、13C 標識アレロケミカルとして選択されました。 A. philoxeroides のさまざまな部分における 1 mmol/L MP の分布と根、茎、葉のバイオマス比と 13C 含有量の間の相関を 13C 安定同位体追跡実験によって研究しました。 1 mmol/L MP で処理した A. フィロキセロイデスの根、茎、葉の間の原子パーセント過剰 (APE) は、葉 (0.17%) > 根 (0.12%) > 茎 (0.07%) と大きさの点で有意に異なりました。 侵入雑草の根、茎、葉のバイオマス比は、13C 含有量と大きな正の相関関係がありました (p < 0.01、R2 は 0.96 ～ 0.99)。 この現在の研究は、A. philoxeroides の防除のための新しいアイデアと方法を提供しますが、大規模な普及についてはまだ研究の余地があります。

地球規模の気候変動を背景に、侵略的な外来植物は生物多様性損失の主な原因の 1 つであり、生態系の安定性に深刻な脅威をもたらしています1。 侵入植物は、さまざまな競合方法を通じて侵入部位に侵入することに成功し、より高い表現型可塑性を示しました2。 外来植物は、エネルギー利用効率が高く、再生産コストが低いため、成長と発達が速く、化学防御能力が強い3。 「新兵器仮説」は、侵入植物が根の分泌物などのさまざまな方法でアレロケミカルを生成し、他の植物の成長と発達を阻害し、侵入を達成することを示唆しています4,5。

ヒユ科属の多年草である Alternanthera philoxeroides は、中国の侵略的外来種の最初のリストに含まれており、適応性が高く、表現型が可塑的です6。 それにもかかわらず、彼らの無性生殖と競争能力は、地元の種の多様性の喪失、種の均質化、および作物収量の減少を引き起こす可能性があります7。 A. フィロキセロイデスの物理的、化学的、生物学的防除の有効性は、人間と環境の観点から見てあまりにも高価すぎます8。 在来植物は、置換制御によって A. philoxeroides の成長をうまく制御することができ、Humulus scandens の根、Ipomoea butatas、および Phragmites australis 器官の水性抽出物は、それらの光合成と苗の発育を阻害することで侵入蔓延を軽減し、効果的な管理をもたらします 9,10,11。

在来植物は、特定の代謝産物を周囲の環境に分泌してアレロパシーを引き起こすことにより、外来植物の成長と拡大を阻害および撃退することができ、これにより植物の能力が約 25% 低下する可能性があります 12,13。 アレロケミカルはアレロパシーの主な材料です14。 植物によって生成されるアレロケミカルのほとんどは二次代謝産物であり、その構造機能と組成に応じて 14 のカテゴリーに分類され、その中で最も一般的なものには有機酸、フェノール、テルペノイドが含まれます 15。 アレロパシー物質は主に、雨や霧の浸出、自然揮発、植物の残骸や落葉の分解、根の分泌を通じて周囲の環境に放出されますが、植物は通常、二次代謝産物を 1 つ以上の方法で放出します 16。 植物の細胞分裂、膜透過性、光合成と呼吸、酵素合成と代謝、タンパク質と核酸などの生理活動はすべてアレロパシー物質と密接に関係しています17。 たとえば、桃の根樹皮抽出物と安息香酸は、桃の苗木の光合成パラメータを低下させ、抗酸化酵素を増加させる可能性があり、その結果、細胞小器官の損失と核の不規則性が引き起こされます18。 雑草の水性抽出物中のステロイドおよびフェノール化合物による、パンコムギ苗における細胞透過性の変化、細胞損傷、膜透過性の変化、ミネラル摂取量および胚水分吸収の減少19。