朝倉花椒葉水浸提物對白菜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

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(1.貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/農(nóng)業(yè)生物工程研究院山地植物資源保護(hù)與種質(zhì)創(chuàng)新省部共建教育部重點實驗室, 貴陽 550025；2.山地生態(tài)與農(nóng)業(yè)生物工程協(xié)同創(chuàng)新中心， 貴州 貴陽 550025)

化感作用(allelopathy)是植物(或微生物)向環(huán)境釋放某些化學(xué)物質(zhì)，形成微環(huán)境，從而抑制或促進(jìn)其他生物生長的現(xiàn)象[1]，是研究次生代謝產(chǎn)物與環(huán)境生態(tài)效應(yīng)的重要指標(biāo)，在化學(xué)生態(tài)學(xué)研究中占有重要地位。其主要研究內(nèi)容包括化感物質(zhì)的分離鑒定及活性測定、化感物質(zhì)對受體生物生長發(fā)育的調(diào)控機(jī)制和化感作用應(yīng)用潛能開發(fā)等[2]。就植物而言，盡管同一植物產(chǎn)生的化感物質(zhì)對不同受試物種的化感效應(yīng)略有不同，但均能影響受試生物的生長和產(chǎn)量[3]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用方面，無論是作物的單一種植，還是作物輪作、套作、間作、覆蓋等種植都應(yīng)重視植物的化感作用[4]。研究表明，芝麻根系分泌的化感物質(zhì)能夠抑制棉花生長，故應(yīng)避免棉花跟芝麻一起種植，芝麻可以用來防止野毛竹的蔓延，抑制白茅生長[5]。番茄根分泌物及其植株揮發(fā)物對黃瓜生長均有較明顯的抑制作用，所以不適宜一起種植[6]?？状谷A等認(rèn)為，植物的化感作用可為作物的間作或間套作提供科學(xué)指導(dǎo)，進(jìn)而發(fā)揮其重要的生態(tài)學(xué)效應(yīng)[2]。

表1 朝倉花椒葉水浸提液對白菜種子發(fā)芽率的影響

浸提液稀釋倍數(shù)發(fā)芽率小夏陽魯白三號上海青青麻葉096．67±1．15100．00±0．00100．00±0．0086．00±2．0016×97．67±1．53?99．67±0．58?98．33±1．15?86．00±2．658×96．00±1．73?99．00±1．73?96．00±2．00?83．00±1．73?4×94．33±5．03?99．00±1．00?88．00±1．73?82．67±0．58?2×68．33±3．79??96．00±2．00?30．67±1．53??36．33±5．51??原液31．33±6．35??48．00±9．17??3．67±2．08??7．67±3．06??

注：“*”與“**”分別表示在p<0.05與p<0.01上的差異顯著性。下同。

花椒(Zanthoxylumbungeanum)是重要的木本油料和香料樹種，不僅具有食用、藥用價值，還是一種重要的經(jīng)濟(jì)生態(tài)樹種[7]。王進(jìn)闖等[8]曾對不同品種花椒的化感效應(yīng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)不同品種對受試植物的化感效應(yīng)有差異。朝倉花椒(ZanthoxylumpiperitumDC.var.inermeMakino)是從日本引進(jìn)的一種無刺花椒，它是蕓香科(Rutaceae)花椒屬(ZanthoxylumL.)落葉灌木，具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、精油含量高等特點，但對朝倉花椒化感作用研究國內(nèi)尚未見報道。本文通過分析朝倉花椒葉水浸提液對白菜種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，以及對CAT、POD、SOD酶活性和MDA含量的影響進(jìn)行研究，為探討朝倉花椒對本地物種的化感作用，以及引進(jìn)推廣應(yīng)用該花椒品種提供更多的參考資料。

1 材料和方法

1.1 供試材料

本研究所用材料日本朝倉花椒是本實驗室于2010年由河北林科院引進(jìn)，種植于貴州大學(xué)分子植物育種基地，2014年10月采集葉片用于本項研究。白菜品種小夏陽、魯白三號、上海青和青麻葉分別購于貴州亞春農(nóng)業(yè)科技有限公司、山東省臨朐縣德明種業(yè)有限公司、貴陽興大農(nóng)種子有限公司和山東省臨朐縣天和種業(yè)有限公司。

1.2 方 法

1.2.1 花椒葉水浸提液制備

隨機(jī)摘取種植于試驗地中、生長良好的朝倉花椒葉片若干， 置于60 ℃的恒溫箱中烘干至恒重，液氮研磨成粉狀存于4 ℃冰箱備用。稱取80 g粉末樣品于1 L 三角瓶中，加入1 L蒸餾水180 r/min充分震蕩混勻24 h。之后經(jīng)2層紗布過濾備用。濾液經(jīng)4 000 g離心力場下離心30 min，得到水浸提儲備液，用蒸餾水將儲備液分別稀釋成2倍(2×)、4倍(4×)、8倍(8×)、16倍(16×)和原液5個處理液濃度備用。

1.2.2 水浸提液處理萌發(fā)的白菜種子

參照韓志軍等[7]的方法，略有修改。選取充實飽滿的白菜種子，用2%的次氯酸鈉溶液浸泡15 min消毒， 蒸餾水清洗4次后置于分別含有0、2倍、4倍、8倍、16倍及原液水浸提液的90 mm培養(yǎng)皿中，28 ℃恒溫暗培養(yǎng)6 d，每個處理重復(fù)3次， 每皿100粒白菜種子，以蒸餾水培養(yǎng)為對照。每天統(tǒng)計各培養(yǎng)皿中的種子萌發(fā)數(shù)，記錄數(shù)據(jù)。

1.2.3 水浸提液處理白菜幼苗

選取充實飽滿的白菜種子，用2%的次氯酸鈉溶液處理15 min，蒸餾水清洗4次后在28 ℃的恒溫箱中黑暗條件下催芽2 d。選取100粒芽長均一的白菜種子分別置于含0、8倍、原液的水浸提液珍珠巖培養(yǎng)缽中，光照培養(yǎng)箱(26 ℃、光照時間12 h/d)中培養(yǎng)4 d，每個處理3次重復(fù)。洗凈根部珍珠巖，用吸水紙吸干表面水分，測量株高、主根長、地上部和地下部的鮮重，記錄數(shù)據(jù)。

1.2.4 保護(hù)酶活性及MDA含量測定

取經(jīng)0、8倍、原液水浸提液處理后的白菜幼苗葉片，按照南京建成生物工程研究所的試劑盒說明書，測定SOD、POD及CAT的酶活性以及MDA的含量。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

以國家農(nóng)業(yè)部發(fā)布的白菜類種子發(fā)芽率(85%)為標(biāo)準(zhǔn)，實驗數(shù)據(jù)以Excel 2010和Origin 8.0軟件進(jìn)行分析處理。

發(fā)芽率(%)=發(fā)芽終止時6 d正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽勢(%)=發(fā)芽最多日正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt(式中：G為在t日內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽相對日數(shù))。

2 結(jié)果與分析

2.1 花椒葉水浸提液對白菜種子萌發(fā)的影響

研究結(jié)果表明，朝倉花椒葉的水浸提液對白菜種子萌發(fā)有抑制作用，且水浸提液濃度越高，白菜種子萌發(fā)數(shù)越少。水浸提液稀釋16倍、8倍、4倍時，對不同白菜品種萌發(fā)率的影響有一定差異，稀釋16倍水浸提液對小夏陽種子萌發(fā)還有一定的促進(jìn)作用，而對其他3個白菜品種均有抑制作用。水浸提液濃度僅稀釋2倍時，白菜種子萌發(fā)率均顯著或極顯著下降，但青麻葉和上海青下降幅度較大，所受抑制作用更強(qiáng)，而對魯白三號的抑制作用未達(dá)到顯著水平。提取液原液處理時，與對照相比，小夏陽、魯白三號、上海青、青麻葉發(fā)芽率分別降低了66.34%、52%、96.33%、78.33%，發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢隨著水浸提液濃度的升高逐漸降低。說明朝倉花椒水提液對白菜種子萌發(fā)具有明顯的抑制作用，但不同品種間具有一定差異。

表2 朝倉花椒葉水浸提液對白菜種子發(fā)芽勢的影響

浸提液稀釋倍數(shù)發(fā)芽勢小夏陽魯白三號上海青青麻葉091．03±0．8298．67±0．4789．67±1．2573．00±2．9416×69．67±2．49??75．20±2．94??64．67±7．41??73．00±3．568×41．67±1．70??47．33±3．30??53．33±3．40??71．33±4．50?4×37．33±4．03??34．33±6．13??49．67±1．70??37．67±1．70??2×24．10±2．16??33．67±2．49??18．67±9．46??28．33±7．85??原液17．33±0．94??29．67±3．09??3．20±1．16??3．33±0．47??

表3 朝倉花椒葉水浸提液對白菜種子發(fā)芽指數(shù)的影響

浸提液稀釋倍數(shù)發(fā)芽指數(shù)小夏陽魯白三號上海青青麻葉093．33±0．4799．33±0．2494．72±0．6478．30±2．0516×81．78±1．83??86．71±1．45??80．25±4．28??77．96±1．33?8×63．02±2．63??71．31±1．52??70．77±2．95??75．52±3．41?4×59．78±3．92??56．92±4．04??64．19±1．08??54．06±1．49??2×38．86±2．30??48．06±4．31??12．32±0．80??16．27±2．02??原液23．22±2．64????17．15±2．19??1．21±0．44??4．44±1．23??

圖1 朝倉花椒葉水浸提液對白菜幼苗生長的影響

2.2 朝倉花椒葉水浸提液對白菜幼苗生長的影響

研究發(fā)現(xiàn)，花椒葉水浸提液濃度越高，白菜地上(下)部鮮重、株高及根長所受的抑制作用越強(qiáng)，出現(xiàn)為葉片窄小，莖縮短，根部褐化，主根變短，根毛數(shù)降低等特征。浸提液稀釋8倍時，受試白菜品種地下鮮重、株高及根長受到的抑制仍達(dá)到顯著水平，小夏陽、上海青及青麻葉地上部生物量顯著下降，魯白三號極顯著下降。原液處理時，地上鮮重下降均達(dá)到極顯著水平，根長和根重的抑制達(dá)到顯著水平。表明幼苗對花椒的化感物質(zhì)較敏感。

注：A.小夏陽；B.魯白三號；C.上海青；D.青麻葉。圖2 朝倉花椒葉水浸提液對白菜CAT、POD和SOD活性及MDA含量的影響

表4 朝倉花椒葉水浸提液對白菜(小夏陽)地上(下)部生物量、株高和根長的影響

浸提液稀釋倍數(shù)地上部鮮重(mg)地下部鮮重(mg)株高(cm)根長(cm)023．16±1．428．83±0．415．63±0．163．50±0．148×17．27±1．18?6．86±1．22?3．20±0．08?1．24±0．09?原液14．24±1．23??5．02±1．24?2．69±0．14?0．83±0．07

表5 朝倉花椒葉水浸提液對白菜(魯白三號)地上(下)部生物量、株高和根長的影響

浸提液稀釋倍數(shù)地上部鮮重(mg)地下部鮮重(mg)株高(cm)根長(cm)073．55±9．178．72±1．475．65±0．592．76±0．688×34．23±1．60??6．33±1．47?3．82±0．14?1．37±0．13?原液27．35±1．02??4．7±1．45?2．45±0．22?0．71±0．13

表6 朝倉花椒葉水浸提液對白菜品種上海青地上(下)部生物量、株高和根長的影響

浸提液稀釋倍數(shù)地上部鮮重(mg)地下部鮮重(mg)株高(cm)根長(cm)034．75±2．517．52±1．936．40±0．223．49±0．278×27．79±2．56?6．33±1．4?5．71±0．23?2．57±0．24?原液22．88±1．09??5．45±1．3?4．99±0．37?2．09±0．64

表7 朝倉花椒葉水浸提液對白菜品種青麻葉地上(下)部生物量、株高和根長的影響

浸提液稀釋倍數(shù)地上部鮮重(mg)地下部鮮重(mg)株高(cm)根長(cm)032．47±1．598．43±1．537．07±0．142．57±0．178倍27．49±2．33?6．45±1．71?5．96±0．22?2．19±0．22?原液17．00±1．09??5．87±1．39?4．56±0．26?1．50±0．23

2.3 花椒葉水浸提液對幼苗酶活性及丙二醛含量的影響

對應(yīng)用花椒葉水浸提液處理的白菜幼苗CAT、POD和SOD酶活性及MDA含量進(jìn)行分析測定，發(fā)現(xiàn)隨著處理濃度增加，品種小夏陽的SOD酶活性表現(xiàn)出先升后降的變化，CAT和POD酶活性降低。16×、8×、4×水浸提液稀釋液處理時，魯白三號、上海青和青麻葉的SOD酶活性下降幅度較小，水浸提液8×液處理，SOD、CAT和POD酶活性均下降，尤以SOD酶活性下降顯著。隨著水浸提液濃度的增加，該白菜品種幼苗的MDA含量增加，表明幼苗細(xì)胞膜嚴(yán)重受損。不同受試品種間各酶活性和MDA含量變化也存在差異，上海青的變化較小，而其他品種變化幅度較大，說明受試品種上海青對花椒水浸提液的反應(yīng)較不敏感。由于水浸提液的作用使MDA含量升高，保護(hù)酶活性降低，說明酶系統(tǒng)的破壞導(dǎo)致種子萌發(fā)和幼苗生長受到抑制。

3 討 論

本研究中受試白菜品種在朝倉花椒葉的水浸提液處理后，在低濃度時萌發(fā)率抑制作用不明顯，高濃度時抑制效應(yīng)加強(qiáng)，且達(dá)到顯著或極顯著水平。幼苗生長受到嚴(yán)重破壞，且根比莖受到的抑制效應(yīng)更強(qiáng)，莖長縮短，根部呈褐化中毒癥狀，側(cè)根數(shù)目減少，推斷這可能是由于化感物質(zhì)中一些水溶性次生代謝物所致。Lin等對稗草胚根、幼芽在化感物質(zhì)作用下的研究發(fā)現(xiàn)，其形態(tài)發(fā)生變異，長勢畸形，地上部和地下部生長失調(diào)[9]，說明了化感物質(zhì)可能對受試植物生長調(diào)節(jié)系統(tǒng)(激素水平)有影響。胡遠(yuǎn)等研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞分裂素不僅能改變小油桐幼苗生長狀況，促進(jìn)種子萌發(fā)，而且還能抑制根的生長[10]。Thomaszewishi等的研究證實，許多化感物質(zhì)會降低受體植物中的赤霉素和生長素水平，從而抑制受試植物的生長[11]。本研究中受試植物根對化感效應(yīng)的響應(yīng)更敏感，與一些早期研究結(jié)果一致。Chon與Chung認(rèn)為，這是由于根直接接觸化感物質(zhì)所致[12-13]?；ń返幕凶饔贸耸芴崛∫簼舛群突ń菲贩N的影響外[8]，還與受試植物種子活力有關(guān)[7]。本研究中朝倉花椒葉浸提液對受試白菜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響趨勢一致，但魯白三號發(fā)芽率及幼苗生長較強(qiáng)，青麻葉最弱，表明魯白三號的種子抵抗花椒化感物質(zhì)的活力較強(qiáng)。

植物體內(nèi)存在清除活性氧的保護(hù)酶活系統(tǒng)，能協(xié)同抵御外界脅迫。本研究發(fā)現(xiàn)低濃度浸提液可以促進(jìn)小夏陽SOD酶活升高，水浸提液處理高于8倍，SOD呈現(xiàn)下降趨勢。Han等[14]研究生姜對大豆的化感作用也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果。然而，其他3個白菜品種隨著水浸提液濃度升高，MDA含量升高，導(dǎo)致SOD、CAT和POD酶活性降低。Roshchina等研究發(fā)現(xiàn)，化感物質(zhì)里的一些多酚類化合物會破壞細(xì)胞膜的功能，認(rèn)為化感物質(zhì)抑制受體植物SOD和CAT酶活性，導(dǎo)致體內(nèi)活性氧增多，從而膜結(jié)構(gòu)被破壞[15]?？赏茰y花椒化感效應(yīng)的一種作用方式是破壞膜結(jié)構(gòu)。本研究中的白菜幼苗酶系統(tǒng)受到破壞應(yīng)是導(dǎo)致白菜萌發(fā)和幼苗生長受到抑制的原因之一。

化感物質(zhì)一般可以直接作用于鄰近作物，還可間接影響土壤化學(xué)性質(zhì)、土壤微生物類群以及養(yǎng)份循環(huán)從而影響作物生長[16-17]。所以，要配置適宜和可持續(xù)發(fā)展的花椒農(nóng)林復(fù)合種植模式，不僅要重視加強(qiáng)病蟲害的防治，花椒的化感作用也是不容忽視的因素之一。

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