紫茉莉β-谷甾醇對(duì)鎘處理的濃度響應(yīng)及其化感效應(yīng)

張文亭，王宏鑌，王海娟，彭 瑜，郭思宇

(昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院/ 云南省土壤固碳與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650500)

鎘(Cd)因具有重要的工業(yè)用途，對(duì)其需求日益增加，Cd 污染成為一個(gè)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。一方面，排入土壤中的 Cd 具有高移動(dòng)性、毒性和污染廣泛性等特征，作為環(huán)境中各類污染物質(zhì)最終歸屬地的土壤成為一個(gè)主要污染場(chǎng)所[1]；另一方面，Cd 易通過(guò)食物鏈在生物體內(nèi)積累，對(duì)動(dòng)、植物及人體健康產(chǎn)生巨大風(fēng)險(xiǎn)[2]。作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，Cd 污染土壤的修復(fù)在我國(guó)尤顯重要且迫切。

作為一種從土壤中去除有毒重金屬和其他污染物的有效、廉價(jià)和環(huán)境友好的技術(shù)，植物修復(fù)(phytoremediation)技術(shù)常用于轉(zhuǎn)移或穩(wěn)定污染土壤中的有毒金屬和其他污染物[3]。該技術(shù)的關(guān)鍵是找到合適的修復(fù)植物，并且這類植物應(yīng)具有分布廣泛、地上部生物量高、生物富集系數(shù)高、生命周期短、繁殖速率高等特點(diǎn)[4]。因此，在所發(fā)現(xiàn)的超富集植物種質(zhì)資源有限、生物量低、生長(zhǎng)緩慢等現(xiàn)實(shí)條件下，尋求利用外來(lái)入侵植物(alien invasive plant，AIP)修復(fù)重金屬污染土壤是一個(gè)值得考慮的思路。

云南是有名的“植物王國(guó)”，根據(jù)《云南省外來(lái)入侵物種名錄(2019版)》，云南省共查明外來(lái)入侵植物321種和4個(gè)變種[5]。若AIP具有較強(qiáng)的重金屬富集能力，可望用于重金屬污染土壤的植物提取(phytoextraction)修復(fù)；若其重金屬富集能力不強(qiáng)，則可以利用這類植物較強(qiáng)的抗逆性，在廣大重金屬礦區(qū)將其作為先鋒植物，用于重金屬污染土壤的植物固定(phytostabilization)修復(fù)，增加礦區(qū)植被覆蓋率，防止水土流失造成重金屬擴(kuò)散，從而化害為利[6]。近來(lái)有研究發(fā)現(xiàn)，盡管外來(lái)入侵植物紫茉莉(Mirabilisjalapa)在野外生長(zhǎng)條件下未表現(xiàn)出 Cd 超富集植物特征[7]，但在盆栽條件下已接近 Cd 超富集植物的標(biāo)準(zhǔn)[8-9]。三葉鬼針草(Bidenspilosa)[10]和假蒼耳(Ivaxanthifolia)[11]等 AIP 都具有較強(qiáng)的富集Cd的能力，但紫茉莉因花形美觀、花色多樣且在我國(guó)各地均有栽培，具有其他植物不可比擬的公眾可接受性。此外，紫茉莉?qū)ζ渌亟饘?如鉛和鉻)也具有較強(qiáng)的富集能力，即具有富集多種重金屬的功能[12-13]。LIU等[14]綜述了國(guó)內(nèi)外運(yùn)用觀賞植物修復(fù)污染土壤的研究進(jìn)展，認(rèn)為作為一種觀賞性修復(fù)植物，紫茉莉在修復(fù) Cd 污染土壤方面具有潛在用途。

化感作用是植物種間關(guān)系的一種重要類型，是由植物通過(guò)釋放化感物質(zhì)到環(huán)境中而對(duì)另一種植物產(chǎn)生積極或消極作用的現(xiàn)象[15]。有研究認(rèn)為，外來(lái)入侵種具有化感作用，紫茉莉植株體內(nèi)已被檢測(cè)到化感物質(zhì)甾醇(sterol)[16-19]。甾醇是以環(huán)戊烷全氫菲(甾核)為骨架，大多以C—5位雙鍵、C—3位羥基作為重要活性基團(tuán)的醇類化合物，以及以此為基礎(chǔ)形成的各種衍生物。因此，各甾醇在結(jié)構(gòu)上非常相似，主要區(qū)別在于側(cè)鏈基團(tuán)不同[20]。植物甾醇種類繁多，紫茉莉中甾醇主要有β-谷甾醇〔β-sitosterol，(24R)-24-ethyl-cholest-5-en-3β-ol〕和豆甾醇(stigmasterol，22-dien-3β-ol)[21-22]，紫茉莉β-谷甾醇是自然界中以游離態(tài)或結(jié)合態(tài)存在的一類甾醇類物質(zhì)，具有分子量較高、含有極性基團(tuán)、沸點(diǎn)較高、不易氣化等特點(diǎn)[20]。β-谷甾醇的合成主要有3個(gè)階段：首先乙酰輔酶 A(acety-l CoA)分子在 6C 一系列酶作用下形成 5C 的異戊烯焦磷酸(isopentenyl pyrophosphate，IPP)分子，然后 IPP 分子聚合形成 C30 的鯊烯(squalene)，最后形成植物體內(nèi)的環(huán)阿屯醇，再經(jīng)過(guò)一系列酶的作用最終完成β-谷甾醇合成[20]。紫茉莉β-谷甾醇結(jié)構(gòu)與動(dòng)物膽甾醇結(jié)構(gòu)很相似，因而具有許多與膽甾醇相同的生理功能，如抗癌、延緩衰老、預(yù)防疾病等。Cd污染下，β-谷甾醇可在紫茉莉抵抗環(huán)境不利因素過(guò)程中發(fā)揮重要作用，如穩(wěn)定細(xì)胞膜、具有較強(qiáng)抗氧化活性等[23]。但有研究表明，甾醇形成修飾過(guò)程復(fù)雜，若紫茉莉的生長(zhǎng)環(huán)境正常，則β-谷甾醇的生物合成也是正常的；若受到環(huán)境脅迫，甾醇作為植物在生物逆境脅迫過(guò)程中重要的化學(xué)物質(zhì)之一，能迅速調(diào)節(jié)自身合成機(jī)制。而其合成過(guò)程有可能產(chǎn)生具有生物活性的物質(zhì)，也可能產(chǎn)生有毒性、刺激性或激素活性的物質(zhì)[20]，這些物質(zhì)均有可能在抗逆過(guò)程中釋放到環(huán)境，此時(shí)產(chǎn)生甾醇的植物體本身獲利，釋放到環(huán)境中的甾醇則對(duì)周圍植物正常的生理活動(dòng)、代謝過(guò)程、植物內(nèi)源激素平衡維持構(gòu)成巨大威脅，從而導(dǎo)致周圍植物無(wú)法正常生長(zhǎng)[24-26]。因此，若運(yùn)用外來(lái)入侵植物紫茉莉修復(fù) Cd 污染農(nóng)田土壤，其可能會(huì)通過(guò)釋放化感物質(zhì)抑制作物的生長(zhǎng)發(fā)育，并促進(jìn)自身擴(kuò)張成為本地生境的單優(yōu)種群[27]。然而，這些研究大多在無(wú)重金屬污染的情況下進(jìn)行，當(dāng)重金屬污染對(duì)作物和紫茉莉均構(gòu)成選擇壓力時(shí)，Cd 處理下紫茉莉是否會(huì)產(chǎn)生或分泌甾醇類物質(zhì)，甾醇類物質(zhì)對(duì)作物產(chǎn)生的化感潛力會(huì)發(fā)生怎樣的變化，目前還鮮見(jiàn)報(bào)道。

因此，若將紫茉莉運(yùn)用于重金屬污染土壤的植物修復(fù)實(shí)踐，重金屬污染下其是否仍會(huì)產(chǎn)生化感作用并排擠農(nóng)作物等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題不容忽視。玉米、大豆是當(dāng)前全國(guó)種業(yè)研究的重點(diǎn)對(duì)象，云南又是西南地區(qū)黃豆和玉米的主要產(chǎn)地[28]，超富集植物研究常將玉米或其他農(nóng)作物與其進(jìn)行間作[29-31]，化感研究也常用玉米和黃豆作為受試植物[32-33]。以紫茉莉、黃豆、玉米作為供試植物，采用室內(nèi)水培實(shí)驗(yàn)，探究 Cd 處理下紫茉莉根系產(chǎn)生的β-谷甾醇對(duì)黃豆和玉米種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響。筆者研究的目的是：(1)探明 Cd 處理下紫茉莉體內(nèi)和根系分泌物中主要的甾醇類物質(zhì)——β-谷甾醇的含量；(2)進(jìn)一步確認(rèn)β-谷甾醇對(duì)2種作物化感效應(yīng)的強(qiáng)弱。該研究可為深入探究 Cd 脅迫下紫茉莉植株與作物的種間關(guān)系、利用外來(lái)入侵植物進(jìn)行土壤環(huán)境修復(fù)實(shí)踐提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試植物

紫茉莉種子經(jīng)φ=75% 乙醇表面消毒后，進(jìn)行萌發(fā)生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)。紫茉莉在溫室的清潔土壤中自然光照條件下培養(yǎng)45 d后，選擇大小一致的幼苗進(jìn)行水培實(shí)驗(yàn)。紫茉莉種子購(gòu)自江蘇綠友種業(yè)有限公司，玉米和黃豆種子均購(gòu)于云南京滇種業(yè)有限公司。

1.2 紫茉莉培養(yǎng)及根系分泌物收集

植物培養(yǎng)：用容積為 2.5 L 的塑料容器設(shè)置不同濃度含Cd 營(yíng)養(yǎng)液(0、1、3、5 mg·L-1)進(jìn)行培養(yǎng)，Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液參照 ZHANG 等[34]介紹的方法配制，Cd 以 CdCl2·2.5H2O 形式添加，Cd2+濃度以純Cd 計(jì)。紫茉莉移入水培裝置后，每個(gè)容器放置 6 株，且保證植株的大小和鮮重較為一致，植物放置在溫室自然光照條件下培養(yǎng)。植物生長(zhǎng)期間用氧氣泵持續(xù)充氧，每隔 3 d 更換1次培養(yǎng)液，每處理均設(shè)置 3 個(gè)重復(fù)，培養(yǎng)14 d后收獲。

根系分泌物收集：用章家恩[35]介紹的方法收集紫茉莉根系分泌物，根據(jù)Cd處理濃度依次收集，即紫茉莉水培14 d后，將其取出，用EDTA·Na2和去離子水先后分別沖洗根系數(shù)次以去除根表面附著的Cd，再將根放入 0.2 mol·L-1CaCl2溶液2 h以抑制細(xì)菌生長(zhǎng)。隨后將植株(只有根浸沒(méi)在去離子水中)放入盛有 500 mL 滅菌去離子水的玻璃瓶中(玻璃瓶外包有錫箔紙避光)，置入光照培養(yǎng)箱 6 h后將植株取出，收集的水溶液即為相應(yīng) Cd 處理下的紫茉莉根系分泌物。再將根系分泌物收集液經(jīng)布氏漏斗抽濾、減壓濃縮，連續(xù)收集的根系分泌物定容至 500 mL，一部分放入 4 ℃ 冰箱備用，另一部分進(jìn)行作物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的生物學(xué)測(cè)試。

1.3 甾醇處理液的制備

為進(jìn)一步明確 Cd 處理下紫茉莉根系分泌物中β-谷甾醇的化感作用，并排除其他化感物質(zhì)對(duì)作物的干擾，采用外源添加β-谷甾醇進(jìn)行作物的化感作用實(shí)驗(yàn)。Cd 處理質(zhì)量濃度為 3 mg·L-1，準(zhǔn)確稱取25 mgβ-谷甾醇，先用 2 mL 甲醇溶解后再用去離子水稀釋至 250 mL，用RE 52-99 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(上海亞榮生化儀器廠)于 50 ℃ 條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，待溶液體積減少約 25% 后加100 mL 去離子水，重復(fù)操作 5 次，以去除溶液中的甲醇，然后用去離子水定容至 500 mL。為保證外加β-谷甾醇濃度接近紫茉莉根系分泌物的濃度，用去離子水分別稀釋至 0、0.125、0.5、1 和 2 mg·L-1作為外加β-谷甾醇處理液，進(jìn)行β-谷甾醇對(duì)作物的影響實(shí)驗(yàn)。

1.4 樣品處理及測(cè)定

1.4.1樣品前處理

紫茉莉根系分泌物收集完成后，再次先后用自來(lái)水、去離子水、EDTA·Na2溶液、去離子水分別清洗紫茉莉植株數(shù)次。測(cè)量植物高度及根長(zhǎng)，將植株分為根、莖、葉3個(gè)部分，用濾紙吸干植物表面水分并稱量鮮重后，置于烘箱 105 ℃ 殺青30 min，然后在 70 ℃ 下烘干至恒重，磨碎后得到待測(cè)樣品，室溫下保存。紫茉莉β-谷甾醇采用超聲波輔助法[36]進(jìn)行提取，結(jié)晶法進(jìn)行提純[37]，至少結(jié)晶 3 次，以保證得到純度更高的β-谷甾醇，最終得到待測(cè)液。提取、結(jié)晶操作流程為：紫茉莉樣品→甲醇提取劑超聲輔助提取→過(guò)濾→濾液 50 ℃ 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮→ 50 ℃ 蒸干，加 1 mL 甲醇溶解→β-谷甾醇粗制品→乙醇重結(jié)晶 3 次→旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀去除乙醇→β-谷甾醇精制品→超高效液相色譜分析。

1.4.2種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)

參照文獻(xiàn)[38]介紹的方法進(jìn)行化感作用實(shí)驗(yàn)。首先進(jìn)行不同 Cd 處理濃度下紫茉莉根系分泌物對(duì)黃豆和玉米的化感效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。其次，由于收集到的紫茉莉根系分泌物是混合物，為進(jìn)一步研究Cd處理下紫茉莉根系分泌物中β-谷甾醇的化感效應(yīng)大小，外源添加 0、0.125、0.5、1 和 2 mg·L-1β-谷甾醇溶液，進(jìn)行 2 種作物的化感效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。

(1)種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)

選取飽滿、大小一致的黃豆和玉米種子，用75%酒精浸泡1 min，φ=1% NaClO 溶液消毒 3 min，然后用去離子水清洗干凈，吹干備用。取洗凈的種子 50 粒放入鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿(直徑90 mm)中，分別加入不同 Cd 處理濃度下的紫茉莉根系分泌物或不同濃度β-谷甾醇溶液20 mL，每個(gè)處理重復(fù)3次。種子于恒溫培養(yǎng)箱中25 ℃ 暗培養(yǎng) 7 d， 3 d時(shí)在每個(gè)培養(yǎng)皿中補(bǔ)加 10 mL紫茉莉根系分泌物或β-谷甾醇。每隔 12 h 統(tǒng)計(jì)1次種子發(fā)芽數(shù)(以芽突破種皮為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn))，記錄數(shù)據(jù)。

(2)幼苗生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)

取胚根剛突破種皮且較為一致的種子 25 粒，均勻擺放在鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，加 20 mL不同Cd處理濃度下的紫茉莉根系分泌物(對(duì)照為蒸餾水)或不同濃度β-谷甾醇處理液(對(duì)照為不加β-谷甾醇處理)，每處理設(shè)置 3 個(gè)重復(fù)，每隔 3 d在每個(gè)培養(yǎng)皿中補(bǔ)加紫茉莉根系分泌物或β-谷甾醇溶液 10 mL。培養(yǎng) 15 d 時(shí)，在每個(gè)培養(yǎng)皿隨機(jī)選取 10 粒種子，測(cè)定其胚根、胚芽長(zhǎng)度及鮮重，每處理計(jì)算 3 次重復(fù)的平均值。

1.4.3樣品測(cè)定

植物Cd含量測(cè)定：植物樣品采用 HNO3-H2O2加熱消化，用火焰原子吸收光譜儀(AA240FS，美國(guó) Varian公司)測(cè)定植株各部位 Cd 含量。

紫茉莉樣品中甾醇的分析測(cè)定：對(duì)紫茉莉提取結(jié)晶所得供試液進(jìn)行測(cè)定，并用豆甾醇、β-谷甾醇標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行對(duì)照分析。采用超高效液相色譜法(Agilent 1200 型液相色譜儀)進(jìn)行甾醇含量分析測(cè)定，色譜柱：Nova-Pak C18Column (150 mm×4.6 mm×5 μm)；流動(dòng)相：V(甲醇)∶V(水)=70∶30；檢測(cè)波長(zhǎng) 210 nm；柱溫 25 ℃；流速 1.0 mL·min-1;進(jìn)樣量 20 μL。甾醇組分鑒定選用保留時(shí)間法定性和峰面積外標(biāo)法定量[39]。

對(duì)紫茉莉甾醇提取液樣品進(jìn)行定性與定量分析，得到甾醇提取液的液相色譜圖，經(jīng)與標(biāo)樣對(duì)比，色譜定性結(jié)果如圖1 所示。圖1中，1為豆甾醇，2 為β-谷甾醇，3、4 為未知峰，并且 2.622 min 處為β-谷甾醇的檢測(cè)峰。設(shè)x為β-谷甾醇的物質(zhì)的量濃度，y為相應(yīng)的峰面積，得到相應(yīng)直線的回歸方程為y=54 900x-35 300，r= 0.999 8，然后根據(jù)該方程計(jì)算紫茉莉β-谷甾醇含量。

圖1 紫茉莉甾醇色譜

種子發(fā)芽率=測(cè)試種子發(fā)芽數(shù)/測(cè)試種子總數(shù)×100%；發(fā)芽勢(shì)=發(fā)芽初期 3 d的發(fā)芽種子數(shù)/測(cè)試種子總數(shù)×100%。

采用WILLIAMSON 等[40]提出的化感響應(yīng)指數(shù)(allelopathic response index，RI)表征化感效應(yīng)強(qiáng)弱，計(jì)算公式為

IR=(T/C-1)×100%。

(1)

式(1)中，IR為化感響應(yīng)指數(shù)；C為對(duì)照值；T為處理值。IR>0說(shuō)明化感效應(yīng)表現(xiàn)為促進(jìn)作用，IR<0說(shuō)明為抑制作用，IR=0說(shuō)明無(wú)影響，IR絕對(duì)值表征化感作用強(qiáng)度大小。綜合效應(yīng)(synthesis effect，SE)是供體對(duì)同一受體所有測(cè)試項(xiàng)目的化感作用抑制(或促進(jìn))百分率的算術(shù)平均值[41]。

生理生化指標(biāo)測(cè)定：作物幼苗生長(zhǎng) 15 d 后進(jìn)行幼苗葉片生理生化指標(biāo)測(cè)定，超氧化物歧化酶(SOD)活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑(NBT)光化還原法[42]，過(guò)氧化物酶(POD)活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[35]，過(guò)氧化氫酶(CAT)活性測(cè)定采用過(guò)氧化氫還原法[43]。SOD活性以抑制NBT光化還原50%作為1個(gè)酶活性單位(U)，POD活性以每分鐘O.D.470(470 nm的光密度)增加0.01為1個(gè)酶活性單位，CAT活性以每分鐘O.D.240減少0.1的酶量為1個(gè)酶活性單位。丙二醛(MDA)含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法[43]，葉綠素含量測(cè)定采用乙醇和丙酮等量浸提比色法[44]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)先用 Microsoft Excel 2010 進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(SD)表示。各處理之間的顯著性差異程度運(yùn)用 SPSS 20.0 軟件進(jìn)行方差分析，顯著性差異水平取 0.05，極顯著差異水平取 0.01。用 Origin 2018 軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同 Cd 處理濃度對(duì)紫茉莉生長(zhǎng)、Cd 吸收和富集影響

紫茉莉在水培條件下培養(yǎng) 14 d時(shí)，不同 Cd 處理濃度之間其株高、根長(zhǎng)、生物量無(wú)顯著差異(P>0.05)。除根外，紫茉莉莖和葉片中的 Cd 含量隨著 Cd 處理濃度增加而顯著增加(P<0.05)。在相同 Cd 處理濃度下，除對(duì)照外，同一植株中紫茉莉根部吸收的 Cd 含量顯著高于莖和葉片(P<0.05)，但是莖和葉片之間 Cd 含量無(wú)顯著差異(P>0.05，表 1)。

表1 不同 Cd 處理濃度對(duì)紫茉莉生長(zhǎng)和Cd 含量的影響

2.2 不同 Cd 處理濃度下紫茉莉根系分泌物對(duì)作物的化感效應(yīng)

不同 Cd 處理濃度下收集的紫茉莉根系分泌物對(duì) 2 種作物的化感效應(yīng)不同(表 2)。隨著 Cd處理濃度升高，紫茉莉根系分泌物使黃豆的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、根長(zhǎng)均呈逐漸降低趨勢(shì)，苗高僅在3 mg·L-1Cd 處理下顯著降低，鮮重則無(wú)顯著變化(P>0.05)；玉米的發(fā)芽勢(shì)、鮮重也均呈下降趨勢(shì)。3～5 mg·L-1Cd 處理下的紫茉莉根系分泌物使玉米根長(zhǎng)顯著增加(P<0.05)，說(shuō)明紫茉莉根系分泌物對(duì)黃豆和玉米的影響不同(表 2)。

表2 不同 Cd 處理濃度下紫茉莉根系分泌物對(duì)黃豆和玉米種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的影響

從化感響應(yīng)指數(shù)值(RI)看，不同 Cd 處理濃度下紫茉莉根系分泌物對(duì) 2 種作物發(fā)芽勢(shì)均產(chǎn)生化感抑制作用，對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響主要表現(xiàn)為延遲其發(fā)芽時(shí)間，由原來(lái)的12 h 延長(zhǎng)至 24 h 甚至更久(圖 2)。隨著 Cd 處理濃度升高，紫茉莉根系分泌物對(duì)黃豆和玉米種子發(fā)芽勢(shì)的RI值均顯著低于對(duì)照(P<0.05)；同一Cd 處理濃度下，除對(duì)照外，紫茉莉根系分泌物對(duì)玉米發(fā)芽勢(shì)的 RI 值均顯著高于黃豆，說(shuō)明玉米發(fā)芽勢(shì)受到的化感抑制作用顯著低于黃豆。1 和3 mg·L-1Cd處理下，紫茉莉根系分泌物對(duì)黃豆和玉米種子發(fā)芽率的 RI 值均顯著低于對(duì)照，且玉米的 RI值顯著低于黃豆，但5 mg·L-1Cd處理下已升高至正值。中濃度(3 mg·L-1) Cd 處理下，紫茉莉根系分泌物對(duì)黃豆幼苗苗高的 RI值顯著低于對(duì)照(P<0.05)，玉米則顯著高于對(duì)照且RI值>0，說(shuō)明此時(shí)紫茉莉根系分泌物對(duì)玉米苗高起促進(jìn)作用；隨著 Cd 處理濃度增加，紫茉莉根系分泌物對(duì)玉米根長(zhǎng)的 RI 值呈先下降后升高趨勢(shì)，黃豆根長(zhǎng)則均下降；同一 Cd 處理濃度下，黃豆幼苗苗高、根長(zhǎng)的 RI 值顯著低于玉米。隨著 Cd 處理濃度升高，玉米幼苗鮮重的 RI 值均顯著低于對(duì)照(P<0.05)，黃豆則無(wú)顯著變化。不同 Cd 處理濃度下，紫茉莉根系分泌物對(duì)黃豆和玉米的化感綜合作用(SE)值均顯著低于對(duì)照(P<0.05)，且同一 Cd 處理濃度下，黃豆的 SE 值顯著低于玉米(P<0.05)，說(shuō)明不同 Cd 處理濃度下，紫茉莉根系分泌物對(duì)黃豆的化感抑制作用大于玉米(圖2)。

同一幅圖中直方柱上方小寫字母不同表示同一作物在不同Cd處理濃度間化感響應(yīng)指數(shù)差異顯著(P<0.05)，大寫字母不同表示同一 Cd 處理濃度下2個(gè)作物之間化感響應(yīng)指數(shù)差異顯著(P<0.05)。

2.3 不同 Cd 處理濃度下紫茉莉β-谷甾醇含量分析

先用豆甾醇、β-谷甾醇標(biāo)準(zhǔn)品配制一定濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，并與紫茉莉體內(nèi)提取及根系分泌物收集所得供試液進(jìn)行超高效液相色譜測(cè)定分析，發(fā)現(xiàn)紫茉莉體內(nèi)及根系分泌物中均檢測(cè)到β-谷甾醇，而豆甾醇并未檢測(cè)到，因此對(duì)β-谷甾醇進(jìn)行重點(diǎn)分析。

由圖3可見(jiàn)，不同 Cd 處理濃度之間以及同一Cd處理濃度下紫茉莉不同部位之間β-谷甾醇含量均存在顯著差異。同一 Cd 處理濃度下，紫茉莉根部β-谷甾醇含量均顯著高于莖和葉片(P<0.05)，而莖和葉片之間β-谷甾醇含量無(wú)顯著變化；5 mg·L-1Cd 處理使紫茉莉根和莖部β-谷甾醇含量顯著低于對(duì)照，但葉片β-谷甾醇含量與對(duì)照相比差異不顯著。在高濃度(5 mg·L-1) Cd 處理下，紫茉莉根分泌物中β-谷甾醇含量較對(duì)照顯著增加，但1和3 mg·L-1Cd處理下與對(duì)照無(wú)顯著差異(圖3)。上述結(jié)果說(shuō)明，在5 mg·L-1Cd處理下，紫茉莉植株根和莖部的β-谷甾醇含量顯著減少，但其根系分泌物中β-谷甾醇含量顯著增加(P<0.05)。

同一幅圖中英文小寫字母不同表示不同Cd處理濃度間β-谷甾醇含量差異顯著(P<0.05)，大寫字母不同表示同一Cd處理濃度下植物不同部位β-谷甾醇含量差異顯著(P<0.05)。

2.4 Cd處理下不同濃度β-谷甾醇對(duì)作物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

從種子發(fā)芽勢(shì)可以看出，β-谷甾醇處理對(duì)黃豆和玉米種子萌發(fā)的影響同樣表現(xiàn)在延緩萌發(fā)時(shí)間上，其中以黃豆種子表現(xiàn)較為明顯。當(dāng)β-谷甾醇質(zhì)量濃度升至 2 mg·L-1時(shí)，黃豆發(fā)芽勢(shì)比對(duì)照顯著下降 37.5%(P<0.05)，發(fā)芽率和苗高也顯著低于對(duì)照，而此時(shí)玉米的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率顯著高于對(duì)照(P<0.05，表3)。隨著β-谷甾醇處理濃度的增加，黃豆的根長(zhǎng)、鮮重以及玉米的苗高、根長(zhǎng)、鮮重均與對(duì)照無(wú)顯著差異(P>0.05，表3)。

表3 3 mg·L-1 Cd 處理下β-谷甾醇對(duì)黃豆、玉米種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

從2種作物受β-谷甾醇的化感效應(yīng)(表 4)看，低濃度β-谷甾醇(0.125 mg·L-1)處理下，玉米種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的 RI 值顯著低于對(duì)照(P<0.05)，但黃豆種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的RI值均與對(duì)照無(wú)顯著差異，說(shuō)明低濃度β-谷甾醇處理下玉米較敏感。當(dāng)β-谷甾醇濃度為 2 mg·L-1時(shí)，黃豆種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的RI值均顯著低于對(duì)照，分別為-39.82% 和-33.61%，但玉米表現(xiàn)為RI>0，說(shuō)明此時(shí)黃豆發(fā)芽率受到的化感抑制作用高于玉米。0.5～2 mg·L-1β-谷甾醇處理下，玉米種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的RI>0且均顯著高于黃豆(P<0.05)，表現(xiàn)為化感促進(jìn)作用。在β-谷甾醇處理濃度為 0.125和 2 mg·L-1時(shí)，黃豆幼苗苗高的 RI 值均小于0并顯著低于對(duì)照和玉米。0.5 mg·L-1β-谷甾醇處理下，2種作物根長(zhǎng)均受化感促進(jìn)作用；1和2 mg·L-1β-谷甾醇處理下，黃豆幼苗鮮重的 RI 值顯著低于對(duì)照，但玉米無(wú)顯著變化。

總體而言，Cd 處理下β-谷甾醇對(duì)2種作物的化感綜合作用存在顯著差異(P<0.05)，隨著β-谷甾醇處理濃度升高，黃豆的化感綜合效應(yīng)(SE)值呈先下降再升高后回落的趨勢(shì)，且在β-谷甾醇低濃度和高濃度處理時(shí)SE<0，表明受化感抑制作用；玉米幼苗的SE值無(wú)顯著變化。因此從化感綜合效應(yīng)看，β-谷甾醇對(duì)黃豆的化感抑制作用大于玉米。

表4 3 mg·L-1 Cd 處理下β-谷甾醇對(duì)黃豆、玉米的化感響應(yīng)指數(shù)(RI)及化感綜合效應(yīng)(SE)

2.5 Cd 處理下不同濃度β-谷甾醇對(duì)黃豆和玉米幼苗葉片抗氧化能力的影響

隨著β-谷甾醇處理濃度升高，黃豆和玉米幼苗葉片的過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、超氧物歧化酶(SOD)活性均發(fā)生不同變化(圖4)。

同一幅圖中直方柱上方英文小寫字母不同表示不同β-谷甾醇濃度處理下同一植物幼苗葉片中某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

黃豆幼苗葉片 SOD 和 POD 活性呈先升高后下降的趨勢(shì)(圖4)，而 CAT 活性與對(duì)照相比變化不顯著(P>0.05)；玉米幼苗葉片的SOD和CAT活性隨著β-谷甾醇濃度的升高而升高，而 POD 活性與對(duì)照相比差異不顯著。當(dāng)β-谷甾醇濃度增至 2 mg·L-1時(shí)，黃豆幼苗苗高受化感抑制作用，有可能使黃豆幼苗細(xì)胞遭受損傷，抗氧化酶系統(tǒng)遭到破壞，導(dǎo)致酶活性降低。這說(shuō)明經(jīng)β-谷甾醇處理后，2 種作物受試幼苗的抗氧化酶系統(tǒng)均受到了影響(圖4)。

隨著β-谷甾醇處理濃度的升高，黃豆幼苗葉片細(xì)胞膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)含量呈先升高后下降的趨勢(shì)，玉米則無(wú)顯著變化，表明 2 種作物幼苗葉片細(xì)胞膜受損情況不同，β-谷甾醇對(duì)黃豆幼苗葉片細(xì)胞膜的影響大于玉米。

2.6 Cd處理下不同濃度β-谷甾醇對(duì)黃豆和玉米幼苗葉片光合色素含量的影響

低濃度(0.125 mg·L-1)與高濃度(2 mg·L-1)β-谷甾醇處理下，與對(duì)照相比，黃豆和玉米幼苗葉片的葉綠素 a 和類胡蘿卜素含量均顯著下降(P<0.05)；不同β-谷甾醇處理濃度下，2 種作物幼苗葉片的葉綠素 b 含量與對(duì)照相比均無(wú)顯著變化，葉綠素總量均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)(圖5)。

同一幅圖中直方柱上方英文小寫字母不同表示不同β-谷甾醇濃度處理下同一植物幼苗葉片中光合色素含量差異顯著(P<0.05)。

3 討論

3.1 不同 Cd 處理濃度下紫茉莉β-谷甾醇含量變化

對(duì)于入侵植物而言，它們大多具有較強(qiáng)的化感作用，即通過(guò)分泌次生化學(xué)物質(zhì)以增加其在逆境下的入侵成功機(jī)率[45]。非重金屬脅迫下，植物根部能分泌化感物質(zhì)早已被證實(shí)，且根系分泌物中檢測(cè)到的甾醇已被報(bào)道為一類化感物質(zhì)[46-47]。有關(guān)紫茉莉β-谷甾醇的研究[21-22]主要集中在鑒定其成分是否存在，鮮見(jiàn)對(duì)其含量進(jìn)行定量分析的報(bào)道，且從紫茉莉體內(nèi)檢測(cè)到甾醇類物質(zhì)的相關(guān)研究基本在無(wú)重金屬條件下進(jìn)行[48]。而筆者研究主要在于明確紫茉莉β-谷甾醇化感作用強(qiáng)弱，并對(duì)其進(jìn)行定量分析，以便測(cè)定Cd 處理下其含量變化以及由此所產(chǎn)生的化感效應(yīng)情況。Cd處理?xiàng)l件下，紫茉莉根系分泌物中甾醇類的變化情況是筆者研究的一個(gè)重點(diǎn)。結(jié)果表明，在不同 Cd 處理濃度下，紫茉莉不僅表現(xiàn)出較高的耐Cd性，同時(shí)在其植株和根系分泌物中也檢測(cè)到化感物質(zhì)β-谷甾醇，可見(jiàn)紫茉莉β-谷甾醇在 Cd 處理?xiàng)l件下仍能正常合成。在植物甾醇與抗病性相關(guān)研究中，尤其是環(huán)境脅迫下，植物必然產(chǎn)生一系列的生理和化學(xué)響應(yīng)，環(huán)境、生理和化感物質(zhì)三者之間必然存在著聯(lián)系[20，45]。因此，紫茉莉β-谷甾醇化感物質(zhì)的產(chǎn)生和釋放是紫茉莉在Cd污染的選擇壓力下形成的結(jié)果。紫茉莉根部作為直接接觸Cd的部位，也是β-谷甾醇的主要合成和儲(chǔ)存部位。對(duì)照中紫茉莉根和莖的β-谷甾醇含量最高，高濃度(5 mg·L-1)Cd 處理時(shí)其含量則顯著降低，即無(wú) Cd 處理最有利于紫茉莉β-谷甾醇合成和儲(chǔ)存，高濃度 Cd 處理下則相反，且在高濃度 Cd (5 mg·L-1) 處理下紫茉莉根系分泌物中β-谷甾醇最多，其他處理則無(wú)顯著變化(圖3)。紫茉莉?yàn)橥鈦?lái)入侵植物，有研究認(rèn)為，生長(zhǎng)在不利于自身環(huán)境條件下的植物，其分泌用于防御的次生代謝物質(zhì)數(shù)量增加[49]。因此，低濃度 Cd 處理下紫茉莉能夠正常生長(zhǎng)，此時(shí)其分泌甾醇物質(zhì)的相對(duì)成本較高，因而其分泌量較少；而高濃度 Cd 脅迫時(shí)，紫茉莉生長(zhǎng)的潛在速度受到抑制，其生長(zhǎng)的相對(duì)成本較高，必然會(huì)分泌較多甾醇類次生化感物質(zhì)用于防御。另外，Cd 對(duì)酶活性具有一定抑制作用，且呈現(xiàn)“低促高抑”的情況[50]。筆者研究表明，不同 Cd 濃度處理下，雖然紫茉莉植株β-谷甾醇含量與根系分泌量呈相反趨勢(shì)，但是紫茉莉植株β-谷甾醇的合成總量幾乎保持不變?？梢?jiàn)不同 Cd 處理下，紫茉莉根部β-谷甾醇合成所需的酶并未受到影響，而是通過(guò)增加其根系β-谷甾醇的分泌量，來(lái)減少紫茉莉體內(nèi)β-谷甾醇的儲(chǔ)存總量。另一方面，可能是外來(lái)入侵植物紫茉莉在高濃度 Cd 處理下，需要通過(guò)提高抗逆性等生理作用，進(jìn)一步強(qiáng)化防御機(jī)制中重要的化學(xué)機(jī)制，從而增強(qiáng)了相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)力，根系則分泌較多化感物質(zhì)來(lái)獲得更加有利的生態(tài)位，通過(guò)改變自身生理生化反應(yīng)來(lái)適應(yīng)周邊環(huán)境的變化，產(chǎn)生化感作用來(lái)影響鄰近植物的生長(zhǎng)發(fā)育，改造環(huán)境使其更有利于自身生長(zhǎng)?，F(xiàn)行的GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》中，農(nóng)用地土壤 Cd 污染風(fēng)險(xiǎn)管制限值最高為4 mg·kg-1。據(jù)WANG等[51]報(bào)道，當(dāng)土壤(pH值為6.5)中Cd含量為10.23 mg·kg-1時(shí)，土壤孔隙水中Cd質(zhì)量濃度僅為80 μg·L-1。因此，實(shí)際土壤溶液中 Cd 質(zhì)量濃度很難達(dá)到 5 mg·L-1，加之土壤的吸附作用、緩沖性能和土壤微生物的分解作用，就甾醇類物質(zhì)而言，紫茉莉根系分泌的β-谷甾醇很難達(dá)到很高的濃度，所引起的化感作用有限。但需要注意的是，筆者研究?jī)H測(cè)定了外源不同 Cd 濃度處理 14 d后紫茉莉根系分泌的β-谷甾醇變化，未考慮植物根系分泌化感物質(zhì)的連續(xù)釋放性或瞬間性，今后需跟蹤監(jiān)測(cè)實(shí)際土壤環(huán)境中紫茉莉根系分泌的β-谷甾醇隨生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)間的動(dòng)態(tài)釋放規(guī)律。

3.2 Cd 處理下不同濃度β-谷甾醇對(duì)黃豆和玉米種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

研究結(jié)果表明，不同 Cd 濃度處理下，紫茉莉根系分泌物β-谷甾醇含量達(dá) 0.4～2 mg·L-1，β-谷甾醇作為紫茉莉根系分泌物中主要的甾醇類化感物質(zhì)，其在紫茉莉成功入侵方面發(fā)揮了一定作用。受到環(huán)境脅迫時(shí)植物化感作用會(huì)明顯增強(qiáng)，這種增強(qiáng)作用對(duì)產(chǎn)生化感物質(zhì)的植物是有利的，但對(duì)受化感抑制作用影響的受體植物則是雪上加霜[52]。已有研究表明，在無(wú)重金屬脅迫下，紫茉莉?qū)ψ魑锓N子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)具有化感作用，對(duì)西瓜表現(xiàn)為化感抑制作用，而對(duì)枸杞則為促進(jìn)作用[15]。同時(shí)，有研究表明，紫茉莉浸提液對(duì)小麥等作物地上部的化感作用抑制率達(dá)-85%～-60%[53]。因此，筆者選取中等濃度Cd污染水平(3 mg·L-1)，結(jié)合根系分泌物中的β-谷甾醇含量，通過(guò)外源添加β-谷甾醇進(jìn)一步確認(rèn)β-谷甾醇對(duì)黃豆和玉米作物的化感作用。結(jié)果表明，Cd 處理下β-谷甾醇對(duì)黃豆和玉米的種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)均產(chǎn)生了化感作用，且黃豆受β-谷甾醇的化感抑制作用大于玉米。有研究指出，紫茉莉的化感物質(zhì)會(huì)降低作物的有絲分裂指數(shù)，誘導(dǎo)各種染色體畸變，進(jìn)而推測(cè)紫茉莉的化感作用可能是其成功入侵和快速擴(kuò)散的機(jī)制之一[54]。筆者研究結(jié)果與其一致，在β-谷甾醇處理下，黃豆種子萌發(fā)率有可能因細(xì)胞分裂受阻、種子胚的生長(zhǎng)受抑制而降低，并且這種抑制具有濃度和時(shí)間效應(yīng)。因此在Cd 脅迫下，β-谷甾醇的分泌會(huì)增加黃豆生長(zhǎng)壓力，對(duì)受化感影響的作物細(xì)胞膜系統(tǒng)造成傷害，使膜功能失調(diào)，幼苗生長(zhǎng)期呼吸作用受損并降低對(duì)水分的吸收能力，光合作用、激素含量、細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)等也受影響[55]。然而，這種化感效應(yīng)因受試作物的種類及其對(duì)化感物質(zhì)的耐受性而異，與黃豆相反，玉米則表現(xiàn)為促進(jìn)作用。

筆者研究中，Cd 處理下黃豆和玉米受β-谷甾醇的化感抑制效應(yīng)與植物化感作用通常表現(xiàn)形式不盡相同，即無(wú)重金屬污染下的“低促高抑”現(xiàn)象[56]。不同之處在于，雖然2種作物均受到了β-谷甾醇的化感作用，但從兩者所受化感綜合作用來(lái)看，黃豆表現(xiàn)為β-谷甾醇低濃度與高濃度處理下的化感抑制現(xiàn)象，玉米則表現(xiàn)為低濃度抑制、高濃度促進(jìn)現(xiàn)象(表4)。相同之處在于，同一化感物質(zhì)對(duì)不同作物具有不同的作用，這與辛福梅等[57]在非重金屬條件下對(duì)紫茉莉化感作用的研究結(jié)果基本吻合，這是因?yàn)橥N植物中次生代謝物質(zhì)種類相同，因而化感作用具有相似性。此外，不同作物對(duì)β-谷甾醇的化感抑制作用敏感程度不同，這可能是種屬間的遺傳組成差異所致。

3.3 Cd處理下不同濃度β-谷甾醇對(duì)黃豆和玉米幼苗主要生理生化指標(biāo)的影響

化感作用打破了植物細(xì)胞內(nèi)原有自由基產(chǎn)生和清除之間的平衡，導(dǎo)致自由基積累和膜脂過(guò)氧化損傷，細(xì)胞正常生理功能受到影響或破壞，誘導(dǎo)生物膜損傷是許多化感物質(zhì)抑制受試植物生長(zhǎng)的主要機(jī)制之一[58]。受試植物的抗氧化酶活性會(huì)隨植物浸提液的處理而變化，即植物的 MDA 含量會(huì)隨化感物質(zhì)的濃度升高而上升。當(dāng)植物受到逆境脅迫時(shí)，植物細(xì)胞膜系統(tǒng)會(huì)發(fā)生膜脂過(guò)氧化。在該研究中，當(dāng)β-谷甾醇處理濃度為 0.125 mg·L-1時(shí)，黃豆幼苗葉片 MDA 含量顯著高于對(duì)照，這可能是因?yàn)樵谠撎幚頋舛认曼S豆幼苗葉片受到的化感抑制作用較強(qiáng)，引起 MDA 含量急劇升高(圖4)；而在該β-谷甾醇處理濃度下玉米的 MDA 含量則無(wú)顯著變化，說(shuō)明在 Cd 處理下玉米幼苗葉片對(duì)β-谷甾醇具有更強(qiáng)的阻止膜脂過(guò)氧化的能力。而黃豆幼苗 MDA 含量的積累可能是β-谷甾醇處理抑制受試黃豆生長(zhǎng)的主要原因。植物細(xì)胞膜系統(tǒng)損傷的直接后果是膜通透性發(fā)生改變。一旦細(xì)胞膜的功能遭受損傷，將有可能影響植物幼苗對(duì)水分和營(yíng)養(yǎng)的吸收，從而影響植物的正常新陳代謝。

在正常條件下，活性氧的產(chǎn)生和清除處于平衡狀態(tài)時(shí)，植物受到的危害較小。 SOD作為超氧自由基清除劑，在適度逆境條件下，其活性升高可以增加植物的抗氧化能力； CAT主要存在于細(xì)胞的過(guò)氧化體中，能夠清除細(xì)胞內(nèi)過(guò)多的 H2O2，以使細(xì)胞內(nèi) H2O2維持在正常水平，從而保護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)。POD 是植物體內(nèi)常見(jiàn)的氧化還原酶，具有清除H2O2、有機(jī)氫的過(guò)氧化物等功能[59]。黃豆幼苗在相應(yīng)β-谷甾醇濃度下的綜合化感效應(yīng)與SOD和POD活性先上升后下降的變化趨勢(shì)保持一致，當(dāng)β-谷甾醇進(jìn)入黃豆幼苗體后，對(duì)黃豆幼苗有害的過(guò)氧化物含量增加。玉米幼苗的 SOD 和 CAT 活性隨β-谷甾醇處理濃度的升高而逐漸升高，從而使玉米幼苗獲得較好的抗逆能力，這可能是玉米幼苗為抵御β-谷甾醇化感物質(zhì)誘發(fā)的氧化損傷而產(chǎn)生的生理應(yīng)答，以減輕其受到的化感抑制作用，與玉米幼苗在β-谷甾醇高濃度處理下受到的化感促進(jìn)現(xiàn)象保持一致。當(dāng)然，因?yàn)辄S豆幼苗的 CAT 活性和玉米幼苗的POD活性變化不顯著，所以β-谷甾醇對(duì)作物是否通過(guò)化感作用產(chǎn)生較多的活性氧，還需進(jìn)一步測(cè)定其幼苗中活性氧含量來(lái)加以驗(yàn)證。

Cd處理下2種作物幼苗在不同濃度β-谷甾醇處理后，其抗氧化酶系統(tǒng)均受到一定程度的影響，細(xì)胞清除自由基的能力降低，促使細(xì)胞降低了抵御β-谷甾醇化感作用的能力。同樣，隨著β-谷甾醇處理濃度升高，黃豆及玉米幼苗的葉綠素總量存在不同的變化趨勢(shì)，與β-谷甾醇對(duì)這 2 種作物幼苗苗高的抑制作用一致(表 4)。因此，紫茉莉根系分泌物中存在的β-谷甾醇會(huì)對(duì)作物產(chǎn)生化感作用，降低其葉綠素含量，減弱其光合作用，從而影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育。綜上所述，通過(guò)β-谷甾醇對(duì) 2 種作物生理生化指標(biāo)的影響來(lái)看，外來(lái)入侵植物紫茉莉根系分泌物中β-谷甾醇的化感作用影響了作物的生理生化過(guò)程。

該研究結(jié)果表明，不同 Cd 處理濃度下紫茉莉根分泌物β-谷甾醇含量不同，而不同濃度β-谷甾醇處理下 2種作物幼苗對(duì)β-谷甾醇的抗性也不同?？梢钥隙ǖ氖?，雖然β-谷甾醇僅占紫茉莉化感物質(zhì)的一小部分，但其化感抑制作用的確存在。由此可見(jiàn)，在 Cd 處理下，外來(lái)入侵植物紫茉莉自身的競(jìng)爭(zhēng)能力中化感作用并沒(méi)有減弱，并可能隨其根分泌物β-谷甾醇含量增加而提高。因此，在將紫茉莉作為先鋒物種修復(fù)不同Cd污染程度土壤時(shí)可選擇不同作物進(jìn)行間作。雖然其對(duì)共存作物產(chǎn)生的化感作用不容忽視，但這種化感作用的強(qiáng)弱與土壤溶液的Cd濃度有關(guān)，可利用其可能產(chǎn)生的促生作用實(shí)現(xiàn)與作物的互利共生，如β-谷甾醇對(duì)玉米的化感綜合效應(yīng)多表現(xiàn)為促進(jìn)作用(表4)。

Cd處理下外來(lái)入侵植物紫茉莉仍會(huì)通過(guò)釋放化感物質(zhì)影響其他植物生長(zhǎng)，為自身迅速生長(zhǎng)、擴(kuò)散創(chuàng)造條件，導(dǎo)致生物入侵現(xiàn)象出現(xiàn)。單純運(yùn)用紫茉莉等外來(lái)入侵植物修復(fù)某一農(nóng)田土壤時(shí)，容易造成生態(tài)結(jié)構(gòu)單一和生物多樣性減少，進(jìn)而引發(fā)生態(tài)危機(jī)。因此，若能夠找到合適的共生作物與其間作或套作，不僅能夠增加物種多樣性，穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)，還能實(shí)現(xiàn)“邊生產(chǎn)邊修復(fù)”。例如，QIN等[60]將Cd富集植物續(xù)斷菊(Sonchusasper)與玉米間作，發(fā)現(xiàn)續(xù)斷菊根系分泌的草酸和檸檬酸含量比單作時(shí)分別升高43.8%和75.4%，但玉米根系分泌的這2種有機(jī)酸含量則分別降低18.5%和18.7%，進(jìn)而影響到根際土壤的生物有效態(tài)Cd含量，使續(xù)斷菊對(duì)Cd的富集增加，而玉米對(duì)Cd的富集減少。筆者研究結(jié)果表明，紫茉莉?qū)S豆的化感抑制作用高于玉米，因此可優(yōu)先選擇玉米與紫茉莉進(jìn)行Cd污染土壤的間作修復(fù)。同時(shí)，筆者課題組前期已篩選出一些重金屬低積累玉米品種，如“雅玉 69”“盛農(nóng)玉10”等[61]，這樣就更降低了玉米的食品安全隱患，既能實(shí)現(xiàn)作物的良好生長(zhǎng)，又能發(fā)揮外來(lái)入侵植物紫茉莉進(jìn)行Cd污染土壤修復(fù)的生態(tài)功能。

4 結(jié)論

(1)不同 Cd 處理濃度下收集的紫茉莉根系分泌物對(duì)黃豆和玉米均能產(chǎn)生化感抑制作用，且黃豆受到的化感抑制作用大于玉米。

(2)在高濃度 Cd (5 mg·L-1)處理下，紫茉莉根和莖葉β-谷甾醇含量顯著減少，但其根系分泌物中β-谷甾醇含量顯著增加，即隨著外源 Cd 處理濃度增加，入侵植物紫茉莉根系會(huì)分泌更多β-谷甾醇，引起更強(qiáng)的化感作用。

(3)在不同Cd 處理濃度下，紫茉莉根系分泌物中β-谷甾醇含量范圍為 0.4～2 mg·L-1。外源添加中(1 mg·L-1)、高濃度(2 mg·L-1)β-谷甾醇時(shí)，玉米受化感促進(jìn)作用。不同濃度β-谷甾醇處理?xiàng)l件下，黃豆和玉米幼苗葉片中抗氧化酶、丙二醛以及葉綠素含量發(fā)生了不同程度的變化，與其受到的化感作用一致，玉米幼苗表現(xiàn)出相對(duì)較強(qiáng)的抗氧化調(diào)節(jié)機(jī)制以應(yīng)對(duì)β-谷甾醇產(chǎn)生的化感效應(yīng)。因此，可選擇玉米與紫茉莉進(jìn)行Cd 污染土壤的間作修復(fù)。