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活性炭(英文名:Activated carbon,常常简称:AC)是化感植物研究领域不得不提的一种研究媒介,其主要成分是碳的单质(占八成以上)和少量灰分与氢氧杂质。
活性炭最大的特点就是吸附性强,俗话说“结构决定功能”,强大的吸附力得益于其丰富的微孔结构,和上千的每克表面比,其吸附的本质是分子水平的范德力。基于这种特性,活性炭广泛应用于水质净化,工业脱色,化学过滤及催化剂,和生态学研究;生活中常用它来做冰箱除臭剂,净化空气甲醛,防毒面具,口罩,水族箱过滤等。
在植物生态学领域,一提到活性炭,就自然而然和吸附植物次级代谢产物扯上关系。
在任何情况下,植物分泌的次生代谢产物都是混合物,成分都是复杂的,而且具有时间和空间的动态性。 对这方面若想了解更多可以看看天然产物化学方面的著作,当然还有很多中药成份的分析报告,那些通过仪器分析(如气质联用,或液质联用)得到的天然代谢产物无一不是多种复杂的成份。
因此,在研究一种植物对另一个植物群落释放的化感物质的时候,我们通常有两种方法:
1 直接提取分析
2 间接地利用活性炭吸附掉
第一种方法是直接的,也是相对经典的。采用收集,浓缩,水溶部分提取,有机部分提取,然后上仪器分析,得到种类和丰度值,然后针对某野外或者在温室中构建的微群落进行定量试验,记录抑制/促进效果。
第二种方法是近年来流行的,尤其是入侵理论----“新武器假说”提出的那几年 (Callaway and Ridenour 2004)。 这种研究的目的不是弄清化感化合物的成份,而更主要的是将是否加入活性炭当做一种处理,具体的过程暂不探讨,而是关注作用的效果的评价,分析其中的生态学原因。
在2014年春天的温室实验中,我采用加入活性炭的方法寻找本地植物群落是否存在化感潜力的证据。在实验中我发现:对于某些物种,活性炭不太适合当做研究媒介,当然之前也有很多相关报道(Abhilasha et al. 2008, Kulmatiski 2011 and Nolan et al. 2015, Lau et al. 2008, Wurst etal. 2009, and Del Fabbro et al 2015)。
下图充分表现了:活性炭的添加对有某些种的毒害作用,上排为未加活性炭,下排为添加,图二同理
图一
图二
通过实验观察,这种毒害作用可能是通过土壤微生物介导的,这么说是不负责任的,因为我没有证据,科学讲究事实说话,所以刚才的理由只是我的瞎猜罢了。
论文向一个挺不错的生态学杂志投稿后,主编的评论是:
In as much the authors should be careful of their interpretation of activated carbon effects. For example, an alternative explanation for their results is that activated carbon suppresses the development of positive plant-microbe interactions between non-natives and soil organisms and that this explains decreased non-nativegrowth in non-native monoculture pots with activated carbon.
看来,活性炭在同行当中的争议已经很大了,在以后的实验中要谨慎使用了,否则将来投稿都困难,那么问题来了,有其他的替代物吗?
基于目前的文献来看,还没有比活性炭更合适的吸附剂,难道以后的化感研究都要走一号路线了吗?
因此,目前我的研究进入到了一个瓶颈,就是研究方法的瓶颈,如何找到一个既能吸附掉特定化合物的化学溶剂,又能最大限度的减少对其它生态学过程的扰乱。
(待续)
参考文献:
Abhilasha,E. et al. 2008.Do allelopathic compounds in invasive Solidago canadensis s.l. restrain thenative European flora? –J. Ecol. 96: 993-1001.
Callaway,R. M. andRidenour, W. M. 2004. Novel weapons: invasive success and theevolution ofincreased competitive ability. – Front. Ecol. Environ. 2:436-443.
Del Fabbro, C., andD.Prati. 2015. The relative importance of immediate allelopathy andallelopathiclegacy in invasive plant species. Basic and Applied Ecology16:28-35.
Kulmatiski A. 2011.Changingsoils to manage plant communities: activated carbon as a restorationtool inex-arable fields. Restoration Ecology 19:102-110.
NolanN., Kulmatiski, A., Beard, K.H., Norton, J. 2015. Activated Carbondecreasesinvasive plant growth by meditating plant-microbe interactions. AnnalsofBotany. DOI: 10.1093/aobpla/plu072.
Lau,J. A. et al. 2008. Inference of allelopathy is complicated by effectsofactivated carbon on plant growth. – New Phytol. 178:412-423.
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