對羥基苯甲酸和肉桂酸對巨尾桉9 號苗木生長及生理指標(biāo)的影響

申禮鳳 徐圓圓 黃曉露 楊 梅

( 1. 廣西國有高峰林場，廣西 南寧 530001；2. 廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004；3. 廣西林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002)

化感作用指植物、微生物釋放的某些化學(xué)物質(zhì)，如前茬殘根腐解或根系分泌的對羥基苯甲酸、苯甲酸、肉桂酸、間苯三酚、阿魏酸、根皮苷等酚酸類物質(zhì)，對其周圍的植物、微生物產(chǎn)生好的或壞的影響[1]，可引起植物連作障礙[2-5]?；形镔|(zhì)能影響植物的生長與代謝，其對受體植物的影響能力和濃度相關(guān)，且因植物種類而異。徐小軍等[6]研究表明阿魏酸可抑制西瓜（Citrullus lanatus）種子的萌發(fā)，且其根和莖中的O2·-濃度、膜質(zhì)過氧化水平及保護(hù)酶活性隨著阿魏酸濃度增高而增高。張國偉等[7]指出對羥基苯甲酸能抑制棉花（Gossypium hirsutum）根系生長，使根系線粒體中的過氧化酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）活性降低，而O2·-產(chǎn)生速率和過氧化氫（H2O2）含量增加，且隨著其濃度的升高，抑制作用變大。郭偉等[8]報道隨著對羥基苯甲酸濃度的增加，燕麥（Avena sativa）根系和幼芽中的膜脂過氧化水平增強，抗氧化酶活性提高。此外，酚酸對植物的影響還表現(xiàn)出“低濃度促進(jìn)、高濃度抑制”的規(guī)律，在烤煙[9]、平邑甜茶（Malus hupehensis）[10]、柳 杉（Cryptomeria fortunei）[11]、廣 藿 香（Pogostemon cablin）[12]、黃瓜（Cucumis sativus）[13]、蠶豆（Vicia faba）[14]等植物上均有類似規(guī)律。研究表明，林地中的酚酸物質(zhì)累積到一定程度，會影響蘋果（Malus pumila）樹生長[10]。土壤中125 mg/kg 的肉桂酸能降低平邑甜茶苗木根系呼吸[15-16]，而高水平的苯甲酸能降低其苗木中的磷、氮及葉綠素含量[17]，此外，咖啡酸能減緩其苗木生長[18]；鄰羥基苯乙酸、p-香豆酸和阿魏酸對水稻（Oryza sativa）葉綠素的合成具有抑制作用[19]；辣椒地里連作3年的土壤的浸提液能減緩辣椒（Capsicum annuum）苗木葉片光合作用[20]?；形镔|(zhì)還能影響菜豆（Phaseolus vulgaris）根系細(xì)胞分裂[21]和楊樹（Populussp.）人工林土壤酶活性及養(yǎng)分有效性[22]。

桉樹（Eucalyptussp.）是我國南方重要的速生造林樹種，我國桉樹人工林中有2/3 屬于短輪伐期人工林，其中一半以上的林地進(jìn)行連栽經(jīng)營，人工純林多代連栽常會帶來許多生態(tài)問題，如地力衰退、生物多樣性銳減等。研究表明，桉樹的枝葉、枯落物及其林下表土含有蒎烯、均烯和桉樹腦等揮發(fā)性物質(zhì)以及巨桉酚、2，5-二羥基苯甲酸、香草酸、沒食子酸、香豆酸、綠原酸、咖啡酸等酚酸類化學(xué)物質(zhì)[23-25]。桉樹凋落物分解、根系分泌、淋溶釋放的一些化學(xué)物質(zhì)能阻礙其周圍微生物和植物的生長[26-27]，且由于其葉片的淋洗作用，會在樹冠下方形成抑制區(qū)[28]。巨尾桉9 號（E. grandis×E.urophyllaNo.9）是優(yōu)良的桉樹無性系，具有生長快、干直、枝下高大等優(yōu)點，在我國南方地區(qū)種植廣泛[29]。對羥基苯甲酸、肉桂酸是植物中廣泛存在的一類重要的次生代謝產(chǎn)物，許多研究學(xué)者認(rèn)為其能抑制植物生長[30]。課題組前期對桉樹人工純林及混交林土壤酚酸物質(zhì)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明2年生、5年生巨尾桉純林土壤中存在對羥基苯甲酸和肉桂酸[31]，其林間及根區(qū)土壤中均含有對羥基苯甲酸，而肉桂酸只存在于根區(qū)土壤，林間土壤中未檢測出肉桂酸。此外，對羥基苯甲酸、肉桂酸等酚酸物質(zhì)對桉樹幼苗生長及生理指標(biāo)方面的研究仍很少見。為此，本試驗以巨尾桉9 號為對象，研究了對羥基苯甲酸、肉桂酸對其生長及相關(guān)生理指標(biāo)的影響，探討酚酸濃度與桉樹苗木生長及生理間的關(guān)系，可為桉樹化感作用方面的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取長勢良好、生長情況較一致的3個月生巨尾桉9 號組培苗為試驗材料，移栽至由V（黃心土）∶V（河沙）為2∶1 混合成的育苗基質(zhì)塑料盆中，適應(yīng)1 周后開始試驗。

1.2 試驗方法

試驗地為廣西大學(xué)林學(xué)院苗圃，歷時3個月。采用完全隨機區(qū)組試驗設(shè)計進(jìn)行試驗，分別設(shè)置以下處理：對羥基苯甲酸10、50、100、500 mg/L（分別記為pHA-10、pHA-50、pHA-100、pHA-500），肉桂酸10、50、100、500 mg/L（分別記為CA -10、CA -50、CA -100、CA -500），以清水為對照（CK），每盆栽植1 株苗木，每個處理30 盆，重復(fù)3 次。用配制好的酚酸溶液處理上述巨尾桉苗木，每盆往根部澆灌0.2 L，7 d/次；試驗在自然氣候條件下進(jìn)行，試驗期間根據(jù)干旱程度適量補充等量水分，且每周施加1 次1/2 Hoagland 培養(yǎng)液。

1.3 相關(guān)指標(biāo)的測定及方法

1.3.1 生長指標(biāo)的測定

分別于試驗第0 天、第90 天測定巨尾桉苗木苗高和地徑，分別采用卷尺（精確到0.1 cm）和游標(biāo)卡尺（精確到0.1 mm）進(jìn)行測定，并計算苗高增長量和地徑增長量。

1.3.2 生理指標(biāo)的測定

采用丙酮乙醇提取法對葉綠素含量進(jìn)行測定，采用硫代巴比妥酸法對丙二醛（MDA）含量進(jìn)行測定，采用氮藍(lán)四唑比色法對超氧化物歧化酶（SOD）活性進(jìn)行測定，采用鄰苯二酚法對多酚氧化酶（PPO）活性進(jìn)行測定，采用愈創(chuàng)木酚法對過氧化物酶（POD）活性進(jìn)行測定[32]。各生理指標(biāo)采用植物鮮質(zhì)量測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，單因素方差分析、Duncan 多重比較和Pearson 相關(guān)性分析均使用SPSS 21.0 進(jìn)行。

參照Williamson 等[33]的方法計算化感效應(yīng)指數(shù)RI（response index），計算公式為：

式中：C為對照值；T為處理值。RI＞0，促進(jìn)；RI＜0，抑制；化感作用強度與RI 絕對值大小一致。

綜合化感效應(yīng)SE 指同一處理濃度對同一植物多個測量指標(biāo)化感效應(yīng)指數(shù)RI 的算術(shù)平均值。其中，SE＞0，促進(jìn)；SE＜0，抑制；綜合作用的強弱與SE 絕對值大小一致[34-35]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同酚酸處理對苗木生長的影響

圖1a 所示，對羥基苯甲酸各濃度下巨尾桉苗木苗高增長量均顯著大于對照，且在10 mg/L 處理下達(dá)到最大，為52.33 cm，肉桂酸10 mg/L 處理下巨尾桉苗木苗高增長量略高于對照，但隨著處理濃度的增加，其苗高增長量逐漸下降；對羥基苯甲酸50 mg/L 下，地徑增長量（5.31 mm）顯著大于對照及其他濃度處理，肉桂酸各濃度下，巨尾桉苗木地徑增長量均極顯著小于對照；肉桂酸濃度為500 mg/L 時，巨尾桉苗木苗高增長量和地徑增長量均達(dá)到最小值（圖1b）。同一處理濃度下，對羥基苯甲酸處理下的苗高增長量及地徑增長量均顯著高于肉桂酸處理。

圖1 不同酚酸處理對苗木生長的影響Fig. 1 Effects of different phenolic allelochemicals on the growth of seedlings

2.2 不同酚酸處理對苗木葉片葉綠素含量的影響

圖2 所示，對羥基苯甲酸、肉桂酸各濃度下巨尾桉9 號苗木葉片葉綠素含量均極顯著小于對照，隨著對羥基苯甲酸濃度的升高，葉綠素含量逐漸減少，而隨著肉桂酸濃度的升高，葉綠素含量呈降低—升高—降低趨勢；在對羥基苯甲酸500 mg/L 濃度下，葉綠素含量（2.27 mg/g）達(dá)到最低，為對照的0.42 倍?？梢?，對羥基苯甲酸、肉桂酸均不利于巨尾桉9 號苗木葉片葉綠素的積累。

圖2 不同酚酸處理對苗木葉片葉綠素含量的影響Fig. 2 Effects of different phenolic allelochemicals on the chlorophyll content in leaves of seedlings

2.3 不同酚酸處理對苗木葉片丙二醛含量的影響

由圖3 可以看出，對羥基苯甲酸濃度為500 mg/L 時，巨尾桉9 號苗木葉片中丙二醛含量極顯著高于對照，為7.00 μmol/g，而在對羥基苯甲酸0、10、50、100 mg/L 時，丙二醛含量變化不大，隨著其濃度的增加，丙二醛含量呈先升高后下降趨勢；肉桂酸各濃度下丙二醛含量變化均不明顯。

圖3 不同酚酸處理對苗木葉片丙二醛含量的影響Fig. 3 Effects of different phenolic allelochemicals on the MDA content in leaves of seedlings

2.4 不同酚酸處理對苗木葉片抗氧化酶活性的影響

圖4a 所示，對羥基苯甲酸各處理下，巨尾桉9 號苗木葉片SOD 活性變化不大，隨著其濃度的升高，SOD 活性先下降后上升，肉桂酸各處理下，SOD 活性略高于對照，且在10 mg/L 時，達(dá)到最高，為309.13 U/g；對羥基苯甲酸、肉桂酸各濃度下，巨尾桉9 號苗木葉片POD 活性均較對照高，且隨著對羥基苯甲酸濃度的增加，POD 活性不斷上升，而隨著肉桂酸濃度的增加，POD 活性先上升后下降，在50 mg/L 時POD 活性達(dá)到最高，為29.36 U/g，顯著大于對照（圖4b）；隨著對羥基苯甲酸濃度的增加，巨尾桉9 號苗木葉片PPO 活性呈降低—升高—降低趨勢，在10 mg/L時達(dá)到最低，僅為3.70 U/g，而隨著肉桂酸濃度的增加，巨尾桉9 號苗木葉片PPO 活性呈升高—降低—升高趨勢（圖4c）。在同一處理濃度下，對羥基苯甲酸處理下的SOD、POD、PPO 活性總體上較肉桂酸處理小。

2.5 化感作用的綜合效應(yīng)

不同酚酸處理對巨尾桉9 號苗木生長及抗氧化酶活性的綜合化感效應(yīng)如表1 所示。結(jié)果表明，對羥基苯甲酸10、50 mg/L 和100 mg/L 處理下的綜合化感效應(yīng)指數(shù)分別為0.01、0.06 和0.03，可見這3個濃度處理對巨尾桉9 號苗木總體上表現(xiàn)為促進(jìn)作用，而對羥基苯甲酸500 mg/L 的綜合化感效應(yīng)指數(shù)為-0.11，表現(xiàn)出抑制作用。肉桂酸10 mg/L 的綜合化感效應(yīng)指數(shù)為0.04，表現(xiàn)出促進(jìn)作用；而肉桂酸50、100、500 mg/L 處理下的綜合化感效應(yīng)指數(shù)分別為-0.02、-0.04 和-0.14，表現(xiàn)為抑制作用，且濃度為500 mg/L 時，抑制作用最強。對羥基苯甲酸10、50、100、500 mg/L 及肉桂酸10 mg/L 對苗高生長表現(xiàn)出促進(jìn)作用。酚酸各濃度對葉綠素具有抑制作用，而對PPO 活性具有促進(jìn)作用。對羥基苯甲酸、肉桂酸各濃度下，葉綠素的綜合化感效應(yīng)指數(shù)均為負(fù)，而PPO 的綜合化感效應(yīng)指數(shù)均為正，可見，其對葉綠素具有抑制作用，而對PPO 活性具有促進(jìn)作用。處理濃度相同時，肉桂酸的化感作用較對羥基苯甲酸強。

2.6 相關(guān)性分析

表2 所示，苗高增長量與地徑增長量顯著正相關(guān)；苗高、地徑、葉綠素、丙二醛與SOD、PPO、POD 間均表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系；SOD 活性與PPO、POD 活性間存在正向相關(guān)關(guān)系，分別達(dá)到極顯著和顯著水平。

圖4 不同酚酸處理對苗木葉片抗氧化酶活性的影響Fig. 4 Effects of different phenolic allelochemicals on the activity of antioxidant enzyme in leaves of seedlings

表1 不同酚酸處理對苗木生長及抗氧化酶活性的綜合化感效應(yīng)指數(shù)Table 1 Synthetical allelopathic effect index of different phenolic allelochemicals on growth andantioxidant enzyme activity of seedlings

表2 巨尾桉9 號苗木生長指標(biāo)與其葉片生理指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)Table 2 The correlation coefficient of seedlings growth index and physiological index of leaves in E. grandis×E.urophylla No.9 seedlings

3 結(jié)論與討論

人工林多代連載，營林技術(shù)不合理，人工林生態(tài)系統(tǒng)化感作用，常會導(dǎo)致地力衰退；土壤中酚酸物質(zhì)的積累會對植物根系造成危害，不僅可以抑制植物地下部分的生長，還會影響其地上部分的生長發(fā)育[11，36-37]。植物在正常的生理中，組織中的活性氧的產(chǎn)生與清除動態(tài)平衡，而當(dāng)植物受到傷害，這種平衡就會被打破，活性氧過度積累，誘發(fā)細(xì)胞膜脂過氧化，造成植物體內(nèi)代謝紊亂[38-39]，SOD、POD、PPO 等保護(hù)酶協(xié)同作用能有效清除植物體內(nèi)活性氧、自由基，其活性的高低能直接反映植物體內(nèi)活性氧清除能力的強弱，間接反映植物受害程度的大小[40]。SOD 能將植物體內(nèi)轉(zhuǎn)化成H2O2和O2，POD 能加速過氧化物和植物中某些酚類物質(zhì)的分解，PPO 能清除多余O2[41]。

酚酸物質(zhì)對植物生長生理的影響因其種類、濃度而異，酚類物質(zhì)主要是抑制植物生長，但有時也表現(xiàn)出促進(jìn)作用[42]。對羥基苯甲酸10、50、100、500 mg/L 4個濃度對苗高、地徑增長有促進(jìn)作用，且在10 mg/L 處理下其苗高增長量達(dá)到最大。酚酸對植物的生長和生理的影響還會呈現(xiàn)出高濃度抑制，低濃度促進(jìn)的作用[43-44]，肉桂酸10 mg/L 對巨尾桉苗木不但沒有表現(xiàn)出化感作用，還能促進(jìn)其苗高生長，而肉桂酸濃度達(dá)500 mg/L時，則能明顯的抑制巨尾桉苗木生長。對羥基苯甲酸10、50 mg/L 和100 mg/L 及肉桂酸10 mg/L處理下的綜合化感效應(yīng)指數(shù)為正，對羥基苯甲酸500 mg/L 及肉桂酸50、100 mg/L 和500 mg/L 處理下的綜合化感效應(yīng)指數(shù)為負(fù)?？梢?，對羥基苯甲酸、肉桂酸對巨尾桉9 號苗木的生長具有低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的規(guī)律，這與李夏等[45]在辣椒和茄子（Solanum melongena）上的研究結(jié)果相似。

對羥基苯甲酸、肉桂酸各濃度下，葉綠素的綜合化感效應(yīng)指數(shù)均為負(fù)，而PPO 的綜合化感效應(yīng)指數(shù)均為正，可見，對羥基苯甲酸、肉桂酸能抑制葉綠素含量的積累，而對PPO 活性具有促進(jìn)作用。對羥基苯甲酸、肉桂酸處理巨尾桉9 號幼苗，使其體內(nèi)活性氧、自由基含量增多，葉綠素受到破壞，苗木體內(nèi)葉綠素發(fā)生降解，葉綠素含量下降；同時活性氧、自由基能激發(fā)SOD、POD、PPO 的活性，增強巨尾桉苗木細(xì)胞的抵抗能力。對羥基苯甲酸、肉桂酸處理下，巨尾桉9 號苗木葉片丙二醛含量略大于對照，但總體變化不大；SOD、POD、PPO 活性隨著對羥基苯甲酸濃度的增加分別呈先降后升、不斷上升、降低—升高—降低趨勢，而隨著肉桂酸濃度的增加分別呈先升后降、先升后降、升高—降低—升高趨勢，總體上均略高于對照。對羥基苯甲酸、肉桂酸均可以改變抗氧化酶活性，不同酚酸處理對巨尾桉9 號苗木抗氧化酶活性的影響存在差異，低濃度酚酸處理，植株體內(nèi)SOD、POD、PPO 等酶活性增強，植株體內(nèi)抗氧化酶協(xié)同作用清除活性氧，來維持自身穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境，其生理機能有可能恢復(fù)到或超過對照水平，對植株的生長、生理不僅沒有不利影響，還可能表現(xiàn)出促進(jìn)作用；酚酸濃度過高時，植株通過改變抗氧化酶活性，來減弱酚酸對植物體的傷害，但植株自身防御系統(tǒng)的清除能力有限，當(dāng)酚酸的危害過大，則使植株生長受到影響[46]。處理濃度相同時，對羥基苯甲酸處理下的苗高增長量及地徑增長量均顯著高于肉桂酸處理，而對羥基苯甲酸處理下的SOD、POD、PPO活性總體上較肉桂酸處理小，表明對羥基苯甲酸對巨尾桉苗木的生長及抗氧化酶活性的影響較肉桂酸小。同時，綜合化感作用指數(shù)的結(jié)果也顯示，肉桂酸的化感作用較對羥基苯甲酸強，類似結(jié)果在其他植物研究中也有報道[5，47]。

本試驗中，低濃度的肉桂酸對巨尾桉9 號苗木生長的促進(jìn)作用要比對羥基苯甲酸小，高濃度的肉桂酸對巨尾桉9 號苗木生長的傷害作用要比對羥基苯甲酸大，表明不同酚酸類物質(zhì)對巨尾桉9 號幼苗的影響不一樣，且對羥基苯甲酸及肉桂酸均表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的效應(yīng)，其拐點濃度分別為100、10 mg/L。本研究設(shè)置0～500 mg/L 較大濃度范圍內(nèi)的對羥基苯甲酸、肉桂酸對巨尾桉9 號幼苗苗高、地徑、丙二醛及抗氧化酶活性的影響，所得出的結(jié)論有一定的局限性，需要對桉樹人工林林地酚酸物質(zhì)種類及含量進(jìn)行更進(jìn)一步監(jiān)測，并在此基礎(chǔ)上設(shè)定處理濃度，以詳細(xì)評價酚酸物質(zhì)對桉樹的化感效應(yīng)。