阿魏酸對2種野生杜鵑種子萌發(fā)的化感作用

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(貴州師范大學 a.山地環(huán)境重點實驗室;b.植物生理與發(fā)育調控重點實驗室, 貴陽 550001)

阿魏酸對2種野生杜鵑種子萌發(fā)的化感作用

金晶a,b，付遠洪a,b，李朝嬋a，唐鳳華a

(貴州師范大學 a.山地環(huán)境重點實驗室;b.植物生理與發(fā)育調控重點實驗室, 貴陽 550001)

為探究化感物質阿魏酸對馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子萌發(fā)的化感作用，本研究采用不同濃度阿魏酸分別處理馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子，利用單因素方差對其發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和化感指數(shù)進行差異性分析。結果表明：阿魏酸顯著抑制馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子的萌發(fā)，對2種杜鵑種子的抑制作用隨濃度的增加而增加。阿魏酸對馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子均具有顯著的化感作用，化感效應的最強濃度為1 000μg/mL。

阿魏酸； 馬纓杜鵑； 露珠杜鵑； 萌發(fā)； 化感效應指數(shù)

植物化感(Allelopathy)是指植物新陳代謝產生的次生代謝產物釋放到環(huán)境中，對其它臨近植物或自身產生的不利或有利的作用[1]。阿魏酸化學名稱為4-羥基-3-甲氧基肉桂酸，是桂皮酸的衍生物之一，是目前發(fā)現(xiàn)的主要的酚酸類化感物質[2]。陳蕓等研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度的阿魏酸能顯著抑制大豆種子萌發(fā)[3]。趙銳明等發(fā)現(xiàn)，阿魏酸對鬼針草種子萌發(fā)、幼苗生長和根尖細胞有絲分裂有較強的抑制作用[4]。宋亮等研究表明，阿魏酸10 moL-1時對苜蓿種子萌發(fā)和抗氧化酶活性有顯著的抑制用[5]。郭雅麗等[2]報道，阿魏酸通過降低葉綠素含量抑制銅綠微囊藻的生長。阿魏酸被普遍認為是一種對多數(shù)植物存在化感作用的酚酸類物質，影響著植物生長發(fā)育的各個階段[6]。

目前國內外對杜鵑化感作用的研究主要集中在對化感成分的分析及浸提液對種子萌發(fā)的影響[7-8]。外施阿魏酸對杜鵑種子萌發(fā)和幼苗生長的影響尚未見報道。馬纓杜鵑(RhododendrondelavayiFranch)和露珠杜鵑(RhododendronirroratumFranch)屬于杜鵑屬灌木或小喬木，是百里杜鵑國家森林公園林區(qū)重要的建群種和優(yōu)勢種，具有較高的優(yōu)勢度和均勻度，但群落垂直結構簡單，多樣性指數(shù)較低，林下灌木、草本植物和新生杜鵑幼苗非常稀少[9]。種子萌發(fā)和幼苗生長是種群建立和更新的2個重要階段，探究酚酸類化感物質對種子萌發(fā)化感作用尤為重要。本研究采用3個不同濃度的阿魏酸處理馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子，探討阿魏酸對馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子萌發(fā)的影響，為其繁殖培育和指導林下天然更新提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 種子采集

馬纓杜鵑和露珠杜鵑的種子于2016年12月采自貴州省百里杜鵑國家森林公園。摘取馬纓杜鵑和露珠杜鵑外圍黃褐色的蒴果后帶回實驗室內，常溫攤開晾干，待蒴果自然開裂后抖出。選取籽粒飽滿、大小均一，無病蟲害的馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子進行發(fā)芽實驗。

1.2 阿魏酸的配置

用電子天平(精確度0.000 1)準確稱取1 g阿魏酸于50 mL燒杯中，先用少量95%乙醇溶解，待其充分溶解后用玻璃棒引流，轉入100 mL容量瓶中，用蒸餾水清洗燒杯3～4次，并將沖洗液一起轉入容量瓶中，定容至100 mL，配制成濃度為10 mg/mL的原液，再分別用1，5 mL移液槍分別吸取1，5，10 mL的阿魏酸原液用蒸餾水分別定容至100 mL容量瓶中，配成100，500，1 000μg/mL即A 100，A 500，A 1000的3個不同濃度的阿魏酸溶液，置于4 ℃冰箱備用。

1.3 試驗方法

將種子先用75%的酒精消毒20 s，取出用蒸餾水沖洗3～5次，并用濾紙吸干種子表面水分。用消毒的鑷子分別將馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子整齊排列在用100，500，1 000μg/mL阿魏酸潤濕的墊有濾紙的發(fā)芽盒中，以蒸餾水處理為對照。每個處理100粒種子，重復3次。將盛有種子的發(fā)芽盒置于光照強度為3 000 lx、光照時間為12 h、溫度為25 ℃的恒溫光照培養(yǎng)箱。實驗期間觀察記錄種子萌發(fā)情況，用不同濃度的阿魏酸噴灑保持濾紙濕潤。以第1顆胚乳沖破種皮視為種子萌發(fā)啟動速度，待第1顆種子發(fā)芽之后每2 d記錄1次種子發(fā)芽數(shù)，以上處理均以45 d為發(fā)芽周期。

1.4 項目測定

發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)等指標參照鄭健等[10]的方法，化感指數(shù)參照葉文斌等[11]的研究。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel進行數(shù)據(jù)整理、SPSS進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同濃度阿魏酸對馬纓杜鵑種子萌發(fā)的化感作用

從表1可知，阿魏酸對馬纓杜鵑種子的萌發(fā)具有抑制作用，呈現(xiàn)出低濃度促進高濃度抑制的現(xiàn)象。100，500，1 000μg/mL濃度的阿魏酸處理的馬纓杜鵑種子的發(fā)芽率顯著低于對照(ck)，差異性達顯著水平(plt;0.05)，較ck分別減少15.000%，24.000%和61.000%。當阿魏酸濃度為1 000μg/mL時，對馬纓杜鵑種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)較100μg/mL和500μg/mL處理組顯著(plt;0.01)。阿魏酸3個濃度處理組之間其發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)達顯著水平(plt;0.05)從化感效應指數(shù)(RI)來看，100，500，1 000μg/mL濃度的阿魏酸對馬纓杜鵑種子的化感效應指數(shù)均小于零(RIlt;0)。100，500，1 000μg/mL濃度的阿魏酸對馬纓杜鵑種子的化感效應指數(shù)達顯著水平?；行笖?shù)(RI)絕對值的大小表示化感強度的強弱。100，500，1 000μg/mL濃度的阿魏酸對馬纓杜鵑種子的化感效應指數(shù)的絕對值分別為0.211、0.353、0.897，阿魏酸濃度為1 000μg/mL時，化感效應強度最強，化感效應強度隨阿魏酸濃度的增加而增強。

表1 阿魏酸對馬纓杜鵑種子萌發(fā)的影響

濃度(μg/mL)發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽指數(shù)(GI)化感指數(shù)(RI)10053Bb2．409Bb1．178Bb-0．211Bb50044Cb2．000Cb0．978Cb-0．353Cc10007Dc0．318Dc0．156Dc-0．897Ddck68Aa3．091Aa1．511Aa0Aa

注:不同大寫字母表示差異顯著(plt;0.05)；不同小寫字母表示差異極顯著(plt;0.01)。下同。

2.2 不同濃度阿魏酸對露珠杜鵑種子萌發(fā)的化感作用

從表2可知，阿魏酸對露珠杜鵑種子萌發(fā)同樣具有明顯的抑制作用。3個濃度的阿魏酸對露珠杜鵑種子的發(fā)芽率較ck達顯著水平，分別較ck減少9.00%，21.00%和72.00%，抑制作用隨阿魏酸濃度的升高而增強。阿魏酸濃度為1 000μg/mL時，發(fā)芽率為0，完全抑制了露珠杜鵑種子的萌發(fā)。1 000μg/mL濃度的阿魏酸處理的露珠杜鵑的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)較100μg/mL和500μg/mL處理組達顯著水平(plt;0.01)。對于露珠杜鵑，阿魏酸3個濃度處理組之間其發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均達到顯著水平(plt;0.05)。

從化感效應指數(shù)(RI)來看，100，500，1 000μg/mL濃度的阿魏酸對露珠杜鵑種子的化感效應指數(shù)也小于零(RIlt;0)。100，500，1 000μg/mL濃度的阿魏酸對露珠杜鵑種子的化感效應指數(shù)的絕對值分別為0.125、0.292、1，阿魏酸濃度為1 000μg/mL時，化感效應強度最強，化感效應強度變化趨勢與馬纓杜鵑相同。

表2 阿魏酸對露珠杜鵑種子萌發(fā)的影響

濃度(μg/mL)發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽指數(shù)化感指數(shù)ck72Aa3．273Aa1．600Aa0Aa10063Bb2．864Bb1．400Bb-0．125Bb50051Cc2．318Cc1．133Cc-0．292Cc10000Dd0Dd0Dd-1Dd

2.3 不同濃度的阿魏酸對馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子萌發(fā)的化感作用比較

2.3.1 阿魏酸對馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子發(fā)芽率的化感作用比較

由圖1可知，100，500，1 000μg/mL濃度的阿魏酸對馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子的發(fā)芽率低于ck。阿魏酸濃度為100μg/mL和500μg/mL時對馬纓杜鵑的抑制作用大于露珠杜鵑。阿魏酸濃度為1 000μg/mL時對馬纓杜鵑種子萌發(fā)的抑制作用反而小于露珠杜鵑，對露珠杜鵑和馬纓杜鵑種子萌發(fā)的抑制率分別為100%和93%。

圖1 不同濃度阿魏酸對馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子發(fā)芽率的影響

2.3.2 阿魏酸對馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子發(fā)芽勢的化感作用比較

從圖2可以看出，阿魏酸處理的馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子其發(fā)芽勢顯著低于蒸餾水處理。阿魏酸濃度為100μg/mL和500μg/mL時，對露珠杜鵑種子發(fā)芽勢的影響大于馬纓杜鵑，表現(xiàn)為相同濃度的阿魏酸脅迫下，露珠杜鵑種子出苗率受阿魏酸影響較小。當阿魏酸濃度為1 000μg/mL時，嚴重影響馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子的發(fā)芽勢，對露珠杜鵑種子發(fā)芽勢的影響大于對馬纓杜鵑種子的。

2.3.3 阿魏酸對馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子化感效應強弱的比較

由表3可知，當阿魏酸濃度為100μg/mL時，馬纓杜鵑RI的絕對值大于露珠杜鵑的絕對值，阿魏酸濃度為500μg/mL和1 000μg/mL時，馬纓杜鵑RI的絕對值小于露珠杜鵑的絕對值，表明在同一濃度的阿魏酸處理下，阿魏酸對馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子的化感效應強度不同，表現(xiàn)為低濃度對馬纓杜鵑種子的化感效應強度大于露珠杜鵑，高濃度對馬纓杜鵑的化感效應強度小于露珠杜鵑。

圖2 不同濃度阿魏酸對馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子發(fā)芽勢的影響

圖3 不同濃度阿魏酸對馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子化感效應指數(shù)的影響

3 討 論

化感效應指數(shù)(RI)是衡量化感強度的重要指標，RIgt;0時為促進作用；當RIlt;0時為抑制作用，RI絕對值代表化感作用強度的大小[11]。筆者研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度的阿魏酸對馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子萌發(fā)的化感效應指數(shù)均小于零(RIlt;0)，表明阿魏酸對馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子均具有化感作用，化感效應強度表現(xiàn)為“低促高抑”的現(xiàn)象，與周艷[7]等用不同濃度的迷人杜鵑調落物浸提液對種子萌發(fā)的研究現(xiàn)象一致。

酚酸類物質廣泛存在于植物和生物體之間，通過浸析、揮發(fā)、植物殘體分解和根系分泌等方式進入環(huán)境中[1，12]。研究表明，酚酸的積累是影響種子萌發(fā)的主要因素之一[13]，酚酸作為一類化感物質普遍存在于土壤和根系分泌物中，通過抑制受體植物的SOD和CAT酶活性，導致膜質過氧化，破壞受體膜結構而抑制受體種子萌發(fā)[14-15]。筆者發(fā)現(xiàn)，濃度為100，500，1 000μg/mL的阿魏酸對2種杜鵑種子的萌發(fā)均具有抑制作用，與對照處理差異顯著，這可能是由于阿魏酸破壞種子的細胞膜結構、抑制酶活性和蛋白質的合成，導致膜質過氧化，抑制種子萌發(fā)。當阿魏酸濃度為100μg/mL和500μg/mL時，對馬纓杜鵑種子萌發(fā)的抑制作用大于露珠杜鵑，表明在較低濃度阿魏酸脅迫下，阿魏酸較馬纓杜鵑促使露珠杜鵑種子的萌發(fā)，這可能與2種杜鵑生活環(huán)境的土壤酸性有關，馬纓杜鵑適合生長在pH值為3.7～5.2的強酸性至極強酸的土壤中，而露珠杜鵑適應于pH值為6.0～6.4的弱酸性土壤[16]，馬纓杜鵑長期生長在強酸性土壤中為適應環(huán)境生成了一些抗逆性物質，如滲透調節(jié)物質等[3]能抵抗外界環(huán)境的變化。當阿魏酸濃度為1 000μg/mL時對2種杜鵑種子的抑制率最大，這可能是由于阿魏酸濃度過高促使種子過度失水而死亡。阿魏酸對馬纓杜鵑和露珠杜鵑種子萌發(fā)促進或抑制的機理，以及這些化感物質在其生長發(fā)育過程中的作用還有待進一步研究。

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Allelopathy of Ferulaic Acid on Seed Germination of Two WildRhododendron

JINJinga,b,FUYuanhonga,b,LIChaochana,TANGFenghuaa

(a.Guizhou Normal University Guizhou Provincial Key Laboratory of Mountainous Environmental Protection;b.Guizhou Provincial Key Laboratory of Plant Physiology and Developmental Regulation,Guiyang 550001，China)

This experiment studied allelopathic effects of ferulaic acid on seed germination of Rhododendron delavayi and Rhododendron irroratum at three different concentrations(100，500，1 000μg/mL) to investigate the effects of germination percentage,germination potential,germination index and response index by single factor analysis of variance.The results showed that ferulaic acid had inhibiting effects on seed germination of two rhododendron,the inhibition increases with the increase of concentration of ferulaic acid.Ferulaic acid expressed allelopathy on the seeds germination ofR.irroratum,and the effect was the greatest at 1 000μg/mL.

ferulaic acid;RhododendrondelavayiFranch;RhododendronirroratumFranch; germination; response index

2017-01-13

國家自然科學基金項目(31460136)；貴州省科學技術基金項目(黔科合J字[2013]2230號)；貴州師范大學博士科研基金。

金 晶(1993—)，女(侗族)，貴州貴陽人；在讀碩士研究生，研究方向：植物生理學；E-mail：jinjing0607@126.com。

李朝嬋，女，博士，副教授，碩士生導師，研究方向：植物生理生態(tài)；E-mail：chaochanl@gznu.edu.cn。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.06.022

S 685.21

A

1001-4705(2017)06-0022-04