黃金香柳精油化感作用研究

吳接呈，龍正南，王蘭英，駱焱平

(海南大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院，海南 ?？?570228)

化感作用是植物在生長(zhǎng)過程中，通過莖葉揮發(fā)、淋溶、根系分泌、植物殘?bào)w的腐爛和降解等途徑向環(huán)境釋放某些次生化學(xué)物質(zhì)，從而對(duì)周圍植物的生長(zhǎng)和發(fā)育造成促進(jìn)或抑制作用的一種現(xiàn)象[1-2].化感作用的研究主要表現(xiàn)在農(nóng)林生態(tài)管理、植物演替、生物入侵、種間互作[3]等方面.化感作用在群落結(jié)構(gòu)的形成與演替，協(xié)同進(jìn)化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生物防治等方面具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值[4-5].黃金香柳(Melaleucabracteata. Revolution Gold)，別名千層金，屬桃金娘科(Myrtaceae)白千層屬(Melaleuca)[6]，原產(chǎn)于新西蘭和澳大利亞[7-8]，它是一種廣泛應(yīng)用的常綠觀賞喬木.對(duì)于黃金香柳的研究,目前主要集中在生理指標(biāo)和生長(zhǎng)特性[9-11]、栽培技術(shù)和組織培養(yǎng)[12-13]、精油的提取方法和提取物的生理生化活性等方面[14-16].這些研究顯示，從黃金香柳的苞葉和莖皮中可以提取精油[17-20],并且該精油具有良好的抗氧化和抗菌活性，故其已被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和化妝品領(lǐng)域[21-22];同時(shí)研究還顯示,黃金香柳精油的成分主要為甲基丁香酚，除此以外,還有少量的醚類、酯類、醇類、醛類以及其他酚類等成分[23-24].盡管如此,然而目前關(guān)于黃金香柳精油化感作用的研究卻鮮有報(bào)道，為此,本研究通過種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)和幼苗生長(zhǎng)量實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)了黃金香柳精油的除草活性，探究了黃金香柳精油的化感作用，并明確了其主要成分甲基丁香酚所起的作用，旨在為黃金香柳精油的開發(fā)提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 種 子綠豆(PhaseolusradiatusL.)、蘿卜(RaphanussativusL.)、水稻(OryzasativaL.)、高丹草(Sorghum-sudangrasshybrid)、黑麥草(LoliumperenneL.)、紅三葉(Trifoliumpratense)、狼尾草(Pennisetumalopecuroides)和蘇丹草(Sorghumsudanense)種子由海南大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院駱焱平課題組提供.

1.1 藥 劑黃金香柳精油按侯文成[25]方法提取，甲基丁香酚由海南大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院駱焱平課題組提供，吐溫-80和無水乙醇購(gòu)于廣州化學(xué)試劑公司.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)將種子用φ=75%的酒精消毒10 s，以清水洗滌后置于紙巾上自然晾干，備用.用清水將黃金香柳精油和甲基丁香酚稀釋至以下系列質(zhì)量濃度：800、400、200、100、50、25 μg/mL，備用.在直徑為9 cm的培養(yǎng)皿內(nèi)鋪上一層濾紙，用移液管移取5 mL藥液于培養(yǎng)皿中，挑取均勻飽滿、大小一致的種子，均勻擺放于濾紙上，每皿10粒，重復(fù)3次，以清水作空白對(duì)照.每天補(bǔ)充等量相應(yīng)質(zhì)量濃度的藥液，以保持濾紙濕潤(rùn)，并于室溫培養(yǎng)，逐日記錄5天的發(fā)芽數(shù).發(fā)芽抑制率=5天內(nèi)未發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；發(fā)芽勢(shì)=(3天內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)(Gt：在t天內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt：第t天)[26].

1.2.2 幼苗生長(zhǎng)量實(shí)驗(yàn)將種子用φ=75%的酒精消毒10 s，以清水洗滌后，將其置于紗布上催芽1～2 d.藥劑配制同上.在直徑為9 cm的培養(yǎng)皿內(nèi)鋪上一層濾紙，用移液管移取5 mL藥液于培養(yǎng)皿中，挑取萌發(fā)一致且剛露白的種子，將其均勻地?cái)[放在濾紙上，每皿10粒，重復(fù)3次，同時(shí)用清水培養(yǎng)作空白對(duì)照.將所有的培養(yǎng)皿置于保鮮袋內(nèi)，密封包裝，并于室溫下培養(yǎng)，5天后用刻度尺測(cè)量幼苗的根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)，根長(zhǎng)測(cè)量為最大根長(zhǎng)，莖長(zhǎng)測(cè)量為苗高，精確到毫米[27].

1.2.3 化感綜合效應(yīng)化感效應(yīng)指數(shù)(IR)=1-C/T(T≥C)或RI=T/C-1(T

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析采用SPSS 22.0 軟件計(jì)算EC50值及毒力回歸方程.

2 結(jié) 果

2.1 藥劑對(duì)種子發(fā)芽指標(biāo)的影響

2.1.1 藥劑對(duì)種子發(fā)芽抑制率的影響以系列質(zhì)量濃度梯度法稀釋藥劑，然后測(cè)定黃金香柳精油和甲基丁香酚對(duì)種子發(fā)芽率的影響，總體而言，黃金香柳精油和甲基丁香酚對(duì)綠豆、蘿卜、水稻和高丹草的影響沒有顯示出質(zhì)量濃度梯度效應(yīng)(見圖1)，但對(duì)黑麥草、紅三葉、狼尾草、蘇丹草卻呈現(xiàn)明顯的梯度效應(yīng)，兩種藥劑的毒力方程見表1.

表1 藥劑對(duì)種子發(fā)芽抑制率的影響

由圖1可知，兩種藥劑對(duì)綠豆種子的萌發(fā)沒有任何影響，在供試濃度下，其種子發(fā)芽率均為100%；黃金香柳精油對(duì)蘿卜種子呈現(xiàn)出低質(zhì)量濃度促進(jìn)萌發(fā)，而高質(zhì)量濃度則起抑制作用的現(xiàn)象；對(duì)水稻種子則呈現(xiàn)出抑制率隨質(zhì)量濃度的變化先升高后降低的趨勢(shì)；對(duì)高丹草的影響，除100 μg/mL外，其余質(zhì)量濃度均呈現(xiàn)抑制作用；甲基丁香酚對(duì)蘿卜、水稻和高丹草的發(fā)芽影響呈鋸齒狀曲線，總體而言，以抑制作用為主，僅有個(gè)別質(zhì)量濃度有促進(jìn)作用.

由表1可知，各方程的相關(guān)系數(shù)R2值均大于0.9，說明方程的相關(guān)性好，可信度高.分析表中EC50的值可以發(fā)現(xiàn)，黃金香柳精油對(duì)狼尾草的抑制效果最強(qiáng)，其EC50值為67.53 μg/mL；其對(duì)黑麥草的抑制效果稍差；甲基丁香酚則對(duì)蘇丹草的抑制效果最強(qiáng)，其EC50值為94.95 μg/mL，但其對(duì)紅三葉的抑制效果稍差.

2.1.2 藥劑對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)的影響為測(cè)定黃金香柳精油和甲基丁香酚對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)的影響，本研究以3天內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖2.由圖2可知，兩種藥劑對(duì)綠豆的發(fā)芽勢(shì)沒有影響，在所測(cè)試的質(zhì)量濃度下發(fā)芽勢(shì)均沒有變化；黃金香柳精油對(duì)水稻的發(fā)芽勢(shì)則呈現(xiàn)出低質(zhì)量濃度促進(jìn)發(fā)芽，而高質(zhì)量濃度卻起抑制作用；而在對(duì)蘿卜、高丹草、黑麥草、紅三葉、狼尾草、蘇丹草的種子發(fā)芽勢(shì)測(cè)定中，所測(cè)試的質(zhì)量濃度主要呈現(xiàn)抑制作用，僅有個(gè)別質(zhì)量濃度表現(xiàn)出促進(jìn)作用；在所測(cè)試的質(zhì)量濃度下，甲基丁香酚對(duì)黑麥草、蘇丹草的發(fā)芽勢(shì)均呈現(xiàn)抑制作用，但在蘿卜、水稻、高丹草、紅三葉、狼尾草種子發(fā)芽勢(shì)的測(cè)定中卻部分表現(xiàn)出：低質(zhì)量濃度(≤100 μg/mL)下呈現(xiàn)促進(jìn)作用，高質(zhì)量濃度下卻呈現(xiàn)抑制作用.

2.1.3 藥劑對(duì)種子發(fā)芽指數(shù)的影響為測(cè)定黃金香柳精油和甲基丁香酚對(duì)種子活力的影響，本研究測(cè)定了不同質(zhì)量濃度下種子的發(fā)芽指數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)(見圖3)：兩種藥劑對(duì)種子的發(fā)芽指數(shù)均以抑制作用為主，僅有甲基丁香酚的個(gè)別質(zhì)量濃度呈現(xiàn)出促進(jìn)作用，可見，供試藥劑對(duì)供試種子的活力均有明顯的影響.

2.2 藥劑對(duì)種子生長(zhǎng)量指標(biāo)的影響

2.2.1 藥劑對(duì)種子莖長(zhǎng)抑制率的影響采用梯度法(系列質(zhì)量濃度)稀釋藥劑，并測(cè)定黃金香柳精油和甲基丁香酚對(duì)種子莖長(zhǎng)的抑制效果，毒力方程及抑制質(zhì)量濃度見表2.由表2可知，各計(jì)算方程的相關(guān)系數(shù)R2值均大于0.9，說明方程的相關(guān)性較好，可信度高.分析表中的EC50值可以發(fā)現(xiàn)，黃金香柳精油和甲基丁香酚對(duì)種子幼苗莖長(zhǎng)生長(zhǎng)的影響均不相同：黃金香柳精油對(duì)狼尾草的影響最大，抑制質(zhì)量濃度為112.66 μg/mL；對(duì)紅三葉的影響最小，抑制質(zhì)量濃度可達(dá)1 523.15 μg/mL，最高抑制質(zhì)量濃度是最低抑制質(zhì)量濃度的13.5倍，各種子對(duì)黃金香柳精油的敏感順序是：狼尾草>水稻>高丹草>綠豆>蘇丹草>黑麥草>蘿卜>紅三葉；甲基丁香酚對(duì)狼尾草的影響也最大，其抑制質(zhì)量濃度為71.36 μg/mL，但對(duì)蘿卜的影響最小，其抑制質(zhì)量濃度為389.67 μg/mL，最高抑制質(zhì)量濃度是最低抑制質(zhì)量濃度的5.5倍，各種子對(duì)甲基丁香酚的敏感順序是：狼尾草>水稻>高丹草>黑麥草>蘇丹草>紅三葉>綠豆>蘿卜.總體而言，甲基丁香酚對(duì)種子的抑制效果強(qiáng)于黃金香柳精油對(duì)種子的抑制效果，除對(duì)綠豆種子外，它對(duì)其余種子的抑制質(zhì)量濃度均小于黃金香柳精油的抑制質(zhì)量濃度.

表2 藥劑對(duì)種子莖長(zhǎng)抑制率的影響

2.2.2 藥劑對(duì)種子根長(zhǎng)抑制率的影響進(jìn)一步測(cè)定黃金香柳精油和甲基丁香酚對(duì)種子根長(zhǎng)的抑制效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種藥劑對(duì)綠豆、蘿卜、紅三葉根的生長(zhǎng)均有促進(jìn)作用，對(duì)高丹草、黑麥草、狼尾草、蘇丹草根的生長(zhǎng)具有不同程度的抑制作用，毒力計(jì)算方程的相關(guān)系數(shù)均大于0.9，這說明其相關(guān)性較好，且方程的可信度較高(見表3).相比較而言，蘇丹草對(duì)黃金香柳精油和甲基丁香酚較為敏感，其EC50值分別為43.45 μg/mL和75.05 μg/mL，水稻則對(duì)黃金香柳精油的敏感性稍差，而高丹草則對(duì)甲基丁香酚的敏感性稍差.

表3 藥劑對(duì)種子根長(zhǎng)抑制率的影響

2.3 化感綜合效應(yīng)由表4可知，用黃金香柳精油處理的雜草種子，其化感綜合效應(yīng)的絕對(duì)值整體要高于作物種子化感綜合效應(yīng)的絕對(duì)值.依據(jù)化感綜合效應(yīng)均值的絕對(duì)值大小，雜草種子的化感綜合效應(yīng)由強(qiáng)到弱的順序依次為：狼尾草、蘇丹草、黑麥草、紅三葉和高丹草.用甲基丁香酚處理的雜草種子，其綜合效應(yīng)的絕對(duì)值整體也要高于作物種子綜合效應(yīng)的絕對(duì)值，雜草種子的化感綜合效應(yīng)強(qiáng)弱的順序依次為：蘇丹草、狼尾草、黑麥草、高丹草和紅三葉.另外，水稻和蘿卜對(duì)兩種藥劑的綜合效應(yīng)絕對(duì)值整體要高于綠豆對(duì)兩種藥劑的綜合效應(yīng)絕對(duì)值，綠豆對(duì)各藥劑處理的綜合效應(yīng)不明顯.

表4 藥劑對(duì)種子的化感綜合效應(yīng)

3 討 論

化感物質(zhì)的綜合效應(yīng)是將發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)等指標(biāo)進(jìn)行綜合后，以此來評(píng)價(jià)藥劑的化感效應(yīng).本研究比較了黃金香柳精油和其主要成分甲基丁香酚的化感綜合效應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)，黃金香柳精油和甲基丁香酚對(duì)狼尾草、黑麥草和蘇丹草的抑制作用最強(qiáng)，其次為紅三葉和高丹草，再次為水稻和蘿卜，而對(duì)綠豆的影響最小.可見，黃金香柳精油和甲基丁香酚對(duì)作物種子的化感綜合效應(yīng)低于對(duì)雜草種子的化感綜合效應(yīng)，這一結(jié)論將為兩種藥劑的進(jìn)一步開發(fā)和利用奠定基礎(chǔ).另外，所測(cè)得的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然兩種藥劑的化感綜合效應(yīng)基本一致，但各自對(duì)同一種供試種子的某項(xiàng)指標(biāo)的影響卻也不完全相同，如黃金香柳精油對(duì)水稻種子根長(zhǎng)的生長(zhǎng)具有抑制作用，而甲基丁香酚則表現(xiàn)出促進(jìn)作用.究其原因，這可能是水稻種子的根長(zhǎng)對(duì)黃金香柳精油中的其他成分比較敏感的緣故，雖然該成分的含量不高(有研究表明：甲基丁香酚占黃金香柳精油的95%以上)[29]，但卻能夠明顯地抑制水稻根的生長(zhǎng)，因此，在今后的研究中有必要對(duì)黃金香柳精油的其他成分也進(jìn)行深入的探討.

此外，測(cè)定結(jié)果還表明，同一種藥物對(duì)不同的植物種子的影響也有明顯差異，如黃金香柳精油對(duì)蘿卜種子呈現(xiàn)出低質(zhì)量濃度起促進(jìn)作用而高質(zhì)量濃度則起抑制作用的現(xiàn)象；對(duì)水稻種子則呈現(xiàn)出：隨著質(zhì)量濃度變化抑制率呈先升高后降低的趨勢(shì)；而對(duì)于高丹草，除100 μg/mL外，其余質(zhì)量濃度均對(duì)其呈現(xiàn)抑制作用.這種物種間的差異可為選擇性防除植物提供很好的研究依據(jù)[30].