全 文 ：植物生态学报 2013, 37 (12): 1114–1122 doi: 10.3724/SP.J.1258.2013.00114
Chinese Journal of Plant Ecology http://www.plant-ecology.com
——————————————————
收稿日期Received: 2013-08-05 接受日期Accepted: 2013-10-08
* 通讯作者Author for correspondence (E-mail: wangqiangsky@263.net)
3,4-二羟基苯乙酮胁迫对天山云杉种子萌发过程中
内源植物激素含量变化的影响
陈志颖1,2 阮 晓2 张玉竹1,2 潘存德1 王 强2*
1新疆农业大学林学与园艺学院, 乌鲁木齐 830052; 2浙江大学宁波理工学院生物与化学工程学院, 浙江宁波 315100
摘 要 3,4-二羟基苯乙酮(DHAP)是天山云杉(Picea schrenkiana ssp. tianschanica)叶和凋落物中存在的主要自毒物质, 是导
致天山云杉林天然更新障碍的原因之一。为了解释自毒物质发生作用的生理机制, 该文设计多个浓度梯度的DHAP溶液处理
天山云杉种子, 以发芽率和发芽势为种子萌发参数, 运用反相超高效液相色谱(UPLC)分析技术, 检测了种子萌发过程中内源
植物激素玉米素(ZT)、赤霉素(GA3)、吲哚乙酸(IAA)和脱落酸(ABA)含量水平的变化。研究结果表明: DHAP处理对天山云杉
种子萌发影响具有浓度效应, 表现为5.0 mmol·L–1 > 0.1 mmol·L–1 > 1.0 mmol·L–1 >对照, 即5.0 mmol·L–1 DHAP处理组对种子
萌发的抑制作用最强、0.1 mmol·L–1 DHAP处理组次之、1.0 mmol·L–1 DHAP处理组最弱; DHAP处理组的种子内源ZT、GA3
浓度水平降低, ABA含量升高, GA3浓度峰值出现时间延迟, IAA浓度在高浓度(5.0 mmol·L–1 DHAP)处理组短时间内(3–6天)过
量积累 , 1.0和5.0 mmol·L–1 DHAP处理组的种子内源ABA浓度峰值出现时间延迟 ; DHAP处理种子萌发1–6天时 ,
ZT/(GA3+IAA)比值降低, IAA/ZT、ABA/ZT比值增大; ABA/(ZT + GA3 + IAA)比值在0.1 mmol·L–1 DHAP处理组增大, 在5.0
mmol·L–1 DHAP处理组降低。DHAP处理引发种子内源激素含量水平及激素含量间比值变化, 可能是抑制、延迟天山云杉种
子萌发的主要原因。
关键词 3,4-二羟基苯乙酮(DHAP) , 内源植物激素, 天山云杉, 种子萌发, 超高效液相色谱(UPLC)
Effects of 3,4-dihydroxy acetophenone stress on changes in the content of endogenous plant
hormones during seed germination in Picea schrenkiana ssp. tianschanica
CHEN Zhi-Ying1,2, RUAN Xiao2, ZHANG Yu-Zhu1,2, PAN Cun-De1, and WANG Qiang2*
1College of Forestry and Horticulture, Xinjiang Agricultural University, Ürümqi 830052, China; and 2School of Biotechnology and Chemical Engineering,
Ningbo Institute of Technology, Zhejiang University, Ningbo, Zhejiang 315100, China
Abstract
Aims Picea schrenkiana ssp. tianschanica is a major tree species in forest ecosystems in the Xinjiang Uygur
Autonomous Region, West China, and plays an important role in the regional water conservation. 3,4-dihydroxy
acetophenone (DHAP) is a principal autotoxic substance occurring in foliage and litter of P. schrenkiana ssp.
tianschanica that causes suppressed natural regeneration in P. schrenkiana ssp. tianschanica forests. The objec-
tives of this study were to investigate changes in the content of endogenous plant hormones during seed germina-
tion in P. schrenkiana ssp. tianschanica as affected by DHAP, and to elucidate the underlying physiological
mechanisms in the autotoxic effects.
Methods We investigated the inter-relationships among DHAP treatment, seed germination, and changes in the
concentration of endogenous plant hormones by measuring the contents of zeatin (ZT), gibberellin (GA3), in-
dole-acetic acid (IAA), and abscisic acid (ABA) during germination process in P. schrenkiana ssp. tianschanica
seeds with or without DHAP treatment. The concentrations of plant hormones in germinating seeds were meas-
ured with the method of ultra performance liquid chromatography (UPLC).
Important findings Results showed that the impact of DHAP on seed germination in P. schrenkiana ssp. tian-
schanica depended on treatment concentrations, in the order of 5.0 mmol·L–1 > 0.1 mmol·L–1 > 1.0 mmol·L–1 >
control; treatments with DHAP reduced the concentrations of ZT and GA3, delayed the peak occurrence of GA3,
and increased the concentration of ABA with a delayed peak occurrence under treatments of 1.0 and 5.0 mmol·L–1
DHAP. Treatment with 5.0 mmol·L–1 DHAP for 3–6 days greatly increased the level of IAA. 1–6 days of treat-
ments with DHAP reduced the ZT/(GA3 + IAA) ratio, and increased the IAA/ZT ratio and ABA/ZT ratio; the
陈志颖等: 3,4-二羟基苯乙酮胁迫对天山云杉种子萌发过程中内源植物激素含量变化的影响 1115

doi: 10.3724/SP.J.1258.2013.00114
ABA/(ZT + GA3 + IAA) ratio increased at 0.1 mmol·L–1 DHAP and decreased at 5.0 mmol·L–1 DHAP. It is sug-
gested that DHAP treatment causes changes in the content and balance of endogenous plant hormones, leading to
inhibition or delaying in seed germination in P. schrenkiana ssp. tianschanica.
Key words 3,4-dihydroxy acetophenone (DHAP), endogenous plant hormone, Picea schrenkiana ssp. tian-
schanina, seed germination, ultra performance liquid chromatography (UPLC)

植物的化感作用是植物通过向环境释放化学
物质, 从而对周围植物和微生物产生直接或间接的
有害或有益的作用(Rice, 1984)。同种植物间的化感
作用被称为自毒作用(Hegde & Miller, 1990)。自毒
作用广泛存在于植物和森林生态系统中(Zeng et al.,
2008)。自毒作用是通过自毒物质来实现的(Chon &
Nelson, 2010)。植物通过根分泌、茎叶挥发和残体
分解作用将自毒物质释放到环境中(Singh et al.,
1999; Inderjit et al., 2005)。已有学者报道, Pinus
halepensis、赤松(Pinus densiflora)、Pinus laricio等
的自体物质干扰自身种子发芽、生长及幼苗建成
(Muscolo & Sidari, 2006; Fernandez et al., 2008;
Kato-Noguchi et al., 2010)。在人工抚育森林生态系
统中, 一些树种, 如大桉(Eucalyptus grandis)、银桦
(Grevillea robusta)、木麻黄(Casuarina equisetifolia)
等的自毒物质导致种群更新障碍(Singh et al., 1999;
Zhang et al., 2010)。
天山云杉(Picea schrenkiana ssp. tianschanina)
属云杉属植物, 为中亚和亚洲中部山地特有种, 主
要分布于天山及昆仑山西部北坡。天山云杉林面积
约52.84万hm2, 占新疆天然林有林地总面积的
44.9%, 蓄积量约1.231亿m3, 为天然有林地总蓄积
量的61.3%, 是构成天山乃至新疆森林生态系统的
物质主体, 对水源涵养、水土保持和维系生态系统
健康起着至关重要的作用(Wang et al., 2006)。森林
经营者在长期的管理实践中发现, 云杉天然林存在
生产力下降、地力衰退、自然更新困难等问题(张新
时和张瑛山, 1963)。在无火干扰有限时间的森林自
然恢复中, 自毒作用可能是导致天山云杉天然更新
不良或更新障碍的主要因素(Li et al., 2010)。Ruan
等(2011)从天山云杉凋落物和针叶水浸提液中分离
纯化出的3,4-二羟基苯乙酮(DHAP), 被认为是引起
天山云杉自毒作用的主要化学物质之一。那么 ,
DHAP是通过怎样的生理途径影响天山云杉更新过
程的? 对于这一问题的深入探讨, 对揭示天山云杉
自毒作用发生的内在规律将有所帮助。
内源植物激素对植物生长发育与形态建成具
有调控作用, 与植物的环境适应性、抗逆性、胁迫
信号传导等有关联(Lopez et al., 2008)。化感物质作
为一种胁迫因子, 可以通过诱导受体植物体内源激
素浓度的变化影响细胞正常的生长与发育过程, 进
而干扰植物间的竞争关系 (Broz et al., 2010;
Maqbool et al., 2013)。Kaya等(2012)研究发现, 用
Lepidium draba的甲醇提取物处理玉米(Zea mays),
玉米种子和幼苗的内源赤霉素(GA)、玉米素(ZT)、
吲哚乙酸(IAA)浓度降低, 脱落酸(ABA)浓度升高;
此外, 用L. draba的提取物处理反枝苋(Amaranthus
retroflexus), 反枝苋的种子和幼苗内源GA、ZT浓度
降低, ABA浓度升高, 用较低浓度L. draba提取物处
理反枝苋的种子和幼苗, 内源IAA浓度水平升高,
高浓度的L. draba提取物处理反枝苋的种子和幼苗,
内源IAA浓度水平降低。Lara-Nunez等(2009)报道,
Sicyos deppei提取物能延迟番茄(Lycopersicon escu-
lentum)种子萌发、抑制胚根生长, 番茄种子萌发过
程中内源植物激素ABA含量显著升高。Yang等
(2008)研究发现, 紫茎泽兰(Ageratina adenophora)
所含的化感物质 4,7-二甲基 -1-(丙烷 -2-亚甲
基)-1,4,4a,8a-四氢萘-2,6(1H,7H)-二酮(DTD)和6-羟
基 -5-异丙基 -3,8-二甲基 -4a,5,6,7,8,8a-六氢萘
-2(1H)-酮(HHO), 能使水稻(Oryza sativa)根的ZR、
IAA、ABA浓度发生改变, 当化感物质处理浓度升
高、处理时间延长时, IAA/ABA、ZR/ABA比值就会
降低。已有研究报道了森林生态系统中一些树种存
在自毒作用, 如木麻黄在自毒作用下, 根、茎、叶
的生长量和生物量下降与内源IAA、GA、异戊烯腺
苷(iPA)、ZR含量降低, 以及ABA含量增加相关; 幼
苗叶、根中ABA/IAA、ABA/GA、ABA/iPA、
ABA/ZR、ABA/(IAA + GA + iPA + ZR)比值均随木
麻黄根系浸提液浓度的升高而增大(林武星, 2009)。
自毒物质对天山云杉种子萌发过程中内源激素的
调控作用研究尚未见报道。本文以发芽率为种子萌
发参数, 用3个DHAP浓度处理天山云杉种子, 在种
1116 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2013, 37 (12): 1114–1122

www.plant-ecology.com
子萌发各阶段取样分析测定4种内源植物激素的含
量变化, 探讨天山云杉自毒作用发生的生理过程与
途径。
1 材料和方法
1.1 实验材料
天山云杉种子于2012年10月采自新疆农业大
学实习林场(43º2037″ N, 86º4901″ E, 海拔1 738
m)。3,4-二羟基苯乙酮(DHAP)标准品购于上海百灵
威科技有限公司。植物激素标准品ZT、GA3、IAA
和ABA购于北京Sigma-Aldrich公司。乙腈、甲醇均
为色谱纯, 购自美国天地公司(Tedia Companic Inc.,
Fairfield, USA)。甲酸为分析纯; 水为二次蒸馏纯
净水。
1.2 方法
配制DHAP处理液, 其浓度分别为0.1、1.0和5.0
mmol·L–1, 置于4 ℃冰箱备用。
1.2.1 DHAP对种子萌发的影响实验
采 用 人 工 气 候 培 养 箱 , 选 择 光 强 40
nmol·m–2·s–1, 设定温度培养条件: 光周期20 , 16 ℃
h; 暗周期15 , 8 h℃ 。选择大小基本一致、籽粒饱满
的天山云杉种子, 均匀摆放在铺有两层滤纸的发芽
盒(20 cm × 25 cm)内, 每盒100粒种子, 加入不同浓
度的DHAP处理液10 mL (对照组为去离子水), 每
个处理设3个重复。处理当天为第一天, 每天统计发
芽粒数, 取样本分析植物激素含量, 第12天结束
实验。
1.2.2 内源植物激素的提取方法
随机从每个处理取3粒种子(用手术刀切开种子
观察种子活力)。分别将单粒种子放入液氮中速冻,
研磨成粉末 , 加预冷的80%甲醇溶液 (内含 1.0
mmol·L–1 2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚, BHT) 200 µL, 4
℃低温避光浸提12 h, 4 1℃ 2 000 r·min–1离心15
min, 取上清液; 残渣再用80%冷却甲醇200 µL浸提
2次, 每次1 h, 4 1℃ 2 000 r·min–1离心15 min, 合并3
次上清液。样品过C-18固相萃取柱, 80%甲醇洗脱收
集, 氮气吹干后, 用流动相溶解并定容至2 mL。过
0.22 μm滤膜, 超高效液相色谱分析, 每个处理组3
粒种子的分析结果取平均值。
1.2.3 色谱分析条件
采用上海安捷伦科技有限公司生产的超高效
液相色谱仪Agilent1290。色谱柱: Eclipse Plus C18
柱, 2.1 mm × 58 mm, 1.8 µm; 柱温30 , ℃ 流速0.5
mL·min–1, 进样体积0.3 µL, 样品外标法定量, 激素含
量单位为μg·g–1 FW; 二极管阵列检测器波长254 nm;
流动相A: 乙腈-甲醇(5:95, 含0.1%甲酸), 流动相B:
乙腈-水(5:95, 含0.1%甲酸); 梯度洗脱程序: 0–1 min,
25% A; 1–3.5 min, 25% A–45% A; 3.5–6 min, 45% A;
6–8 min, 45% A–40% A。图1A为四种植物激素与
DHAP标准溶液的色谱图, 图1B为样品色谱图。
ZT的线性方程: Y = 674.26X + 3.41, R2 =
0.999 5, 线性范围0.03–6.50 μg; GA3的线性方程:

图1 4种植物激素和3,4-二羟基苯乙酮(DHAP)的超高效液相色谱(UPLC)图。A, 标准品色图谱。B, 样品色图谱。ABA, 脱落
酸; GA3, 赤霉素; IAA, 吲哚乙酸; ZT, 玉米素。
Fig. 1 Chromatogram of four plant hormones and 3,4-dihydroxy acetophenone (DHAP) by ultra performance liquid chromatogra-
phy (UPLC). A, Standard chromatogram. B, Sample chromatogram. ABA, abscisic acid; GA3, gibberellin; IAA, indoleacetic acid;
ZT, zeatin.

陈志颖等: 3,4-二羟基苯乙酮胁迫对天山云杉种子萌发过程中内源植物激素含量变化的影响 1117

doi: 10.3724/SP.J.1258.2013.00114


图2 3,4-二羟基苯乙酮(DHAP)处理对天山云杉种子萌发的影响。种子用DHAP处理后第7天为发芽势(平均值±标准偏差, n =
3)。不同小写字母表示同一处理时间不同浓度DHAP处理之间差异显著( p < 0.05)。
Fig. 2 Effects of 3,4-dihydroxy acetophenone (DHAP) on seed germination in Picea schrenkiana ssp. tianschanica. Germination
vigor was assessed on the 7th day following treatment with DHAP (mean ± SD, n = 3). Different lower-case letters indicate signifi-
cant differences among DHAP concentrations at the same treatment time (p < 0.05).


Y = 83.02X – 2.42, R2 = 0.999 6, 线性范围0.03–89.00
μg; IAA的线性方程: Y = 43.01X – 4.26, R2 = 0.999 8,
线性范围0.04–52.00 μg; ABA的线性方程 : Y =
430.02X – 1.38, R2 = 0.9997, 线性范围0.01–0.50 μg。
1.3 数据处理
用发芽率鉴定DHAP对天山云杉种子萌发的影
响。
发芽率= (发芽数/100) × 100%
发芽势= (第7天发芽粒数/100) × 100%
用Excel、SPSS和Sigmaplot软件对数据进行处
理分析。利用单因素方差分析和最小显著差数法
(least significant difference, LSD)多重比较分析种子
发芽率的差异。
2 结果
2.1 DHAP处理对种子发芽率和发芽势的影响
DHAP处理对种子发芽率的影响结果见图2。与
对照相比, 0.1 mmol·L–1 DHAP处理对萌发1–10天的
种子抑制作用显著, 1.0 mmol·L–1 DHAP处理仅对萌
发5–6天的种子有显著的抑制作用, 5.0 mmol·L–1
DHAP处理显著抑制天山云杉种子萌发(p < 0.05);
天山云杉种子发芽势为(53 ± 5.3)%, 0.1 mmol·L–1
DHAP处理后, 发芽势为(38 ± 6.6)% (差异显著, p <
0.05), 1.0 mmol·L–1 DHAP处理后, 发芽势为(47 ±
4.3)% (差异不显著, p > 0.05), 5.0 mmol·L–1 DHAP
处理后, 种子发芽势为(21.0 ± 7.3)% (差异显著, p <
0.05); 1.0 mmol·L–1 DHAP处理对天山云杉种子发
芽率和发芽势的影响弱于0.1和5.0 mmol·L–1 DHAP
处理。
2.2 DHAP处理对种子萌发过程中内源ZT相对含
量的影响
DHAP处理对种子萌发过程中内源ZT相对含
量的影响结果见图3A。对照与DHAP处理组内源ZT
相对含量变化出现双峰。对照与0.1 mmol·L–1 DHAP
处理组的双峰值分别出现在种子处理后第2天和第
9天, 内源ZT的相对含量分别为(0.817 3 ± 0.037 5)
μg·g–1 FW和(0.762 2 ± 0.049 8) μg·g–1 FW、(1.993 6
± 0.060 8) μg·g–1 FW和(1.317 3 ± 0.044 3) μg·g–1
FW; 1.0和5.0 mmol·L–1 DHAP处理组峰值分别出现
在种子处理后第2天和第8天, 内源ZT的相对含量
分别为(0.544 4 ± 0.059 5) μg·g–1 FW和(0.156 5 ±
0.084 2) μg·g–1 FW、(1.758 0 ± 0.130 7) μg·g–1 FW和
(0.936 0 ± 0.055 8) μg·g–1 FW。
2.3 DHAP处理对种子萌发过程中内源GA3相对含
量的影响
DHAP处理对种子萌发过程中内源GA3相对含
量的影响结果见图3B。对照与1.0 mmol·L–1 DHAP
处理组出现双峰 , 对照峰值出现在种子处理后
第6天((57.612 5 ± 2.563 1) μg·g–1 FW)、第9天
((92.9167 ± 0.7156) μg·g–1 FW); 1.0 mmol·L–1 DHAP
1118 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2013, 37 (12): 1114–1122

www.plant-ecology.com


图3 3,4-二羟基苯乙酮(DHAP)处理对天山云杉种子萌发过程中内源激素相对含量变化的影响(平均值±标准偏差, n = 3)。A,
玉米素(ZT)。B, 赤霉素(GA3)。C, 吲哚乙酸(IAA)。D, 脱落酸(ABA)。
Fig. 3 Effects of 3,4-dihydroxy acetophenone (DHAP) on the concentration of endogenous plant hormones during seed germina-
tion in Picea schrenkiana ssp. tianschanica (mean ± SD, n = 3). A, Zeatin (ZT). B, Gibberellin (GA3). C, Indoleacetic acid (IAA). D,
Abscisic acid (ABA).


处理组峰值出现在种子处理后第7天((52.317 2 ±
0.534 8) μg·g–1 FW)和第9天((86.654 0 ± 0.742 9)
μg·g–1 FW); 0.1和5.0 mmol·L–1处理组仅出现1个峰
值 , 分别出现在种子处理后第9天 ((80.639 0 ±
0.604 4) μg·g–1 FW)和第10天((78.175 4 ± 1.285 6)
μg·g–1 FW)。
2.4 DHAP处理对种子萌发过程中内源IAA相对含
量的影响
DHAP处理对种子萌发过程中内源IAA相对含
量的影响结果见图3C。对照组IAA相对含量呈先上
升后回落的趋势 , 种子处理后第9天达到最高值
(14.714 5 ± 0.935 8) μg·g–1 FW; 0.1 mmol·L–1 DHAP
处理组种子萌发过程中内源IAA相对含量呈上升趋
势, 最高值为(33.472 6 ± 0.923 5) μg·g–1 FW; 1.0
mmol·L–1 DHAP处理组, 种子萌发过程中内源IAA
相对含量变化呈双峰 , 峰值出现在种子处理后
第3天 ((5.176 0 ± 0.969 2) μg·g–1 FW)和第10天
((27.675 1 ± 1.532 4) μg·g–1 FW); 5.0 mmol·L–1
DHAP处理组的种子内源IAA相对含量在种子处理
后第3–6天出现高峰平台, IAA相对含量为(26.387 3
± 0.645 4)–(34.374 6 ± 0.972 5) μg·g–1 FW。
2.5 DHAP处理对种子萌发过程中内源ABA相对
含量的影响
DHAP处理对种子萌发过程中内源ABA相对含
量的影响结果见图3D。对照与DHAP处理组种子内
源ABA相对含量呈先降后升, 对照与0.1 mmol·L–1
DHAP处理组种子萌发过程中内源ABA的最小值
出现在种子处理后第2天 , 内源ABA相对含量
为(0.139 5 ± 0.011 3) μg·g–1 FW和(0.161 0 ±
0.012 9) μg·g–1 FW, 峰值出现在种子处理后第3天,
内源ABA相对含量为(0.1864 ± 0.0170) μg·g–1 FW和
(0.292 8 ± 0.013 1) μg·g–1 FW, 种子处理后第4天和
陈志颖等: 3,4-二羟基苯乙酮胁迫对天山云杉种子萌发过程中内源植物激素含量变化的影响 1119

doi: 10.3724/SP.J.1258.2013.00114


图4 3,4-二羟基苯乙酮(DHAP)处理对天山云杉种子萌发过程中内源激素玉米素(ZT)、赤霉素(GA3)、吲哚乙酸(IAA)、脱落
酸(ABA)间比值的影响(平均值±标准偏差, n = 3)。
Fig. 4 Effects of 3,4-dihydroxy acetophenone (DHAP) on the ratio among the endogenous plant hormones zeatin (ZT), gibberellin
(GA3), indoleacetic acid (IAA), and abscisic acid (ABA) during seed germination of Picea schrenkiana ssp. tianschanica (mean ±
SD, n = 3).


第5天后检测不到ABA的存在; 1.0和5.0 mmol·L–1
DHAP处理组, 种子萌发过程中内源ABA相对含量
的最小值出现在处理后第 3天 , 为 (0.117 0 ±
0.015 7) μg·g–1 FW和(0.052 5 ± 0.014 2) μg·g–1 FW,
处理后第4天达到峰值, 为(0.266 3 ± 0.015 4) μg·g–1
FW和(0.338 2 ± 0.011 5) μg·g–1 FW, 处理后第5天和
第7天后检测不到ABA的存在。
2.6 DHAP处理对种子萌发过程中内源ZT/(GA3 +
IAA)、IAA/ZT、ABA/ZT、ABA/(ZT + GA3 + IAA)
比值的影响
DHAP处理对种子萌发过程中内源ZT/(GA3 +
IAA)比值的影响结果见图4A。对照与DHAP处理组
种子处理后第2天出现峰值, 0.1、1.0和5.0 mmol·L–1
DHAP处理组 , 种子萌发过程中内源ZT/(GA3 +
IAA)比值分别比对照组降低了38.65%、14.82%和
95.58%; DHAP处理对种子萌发过程中内源IAA/ZT
比值的影响结果见图4B。对照与DHAP处理组在种
子处理后第6天出现峰值, 0.1、1.0和5.0 mmol·L–1
DHAP处理组比对照组分别增大168.81%、123.02%
和1576.91%; DHAP处理对种子萌发过程中内源
ABA/ZT比值的影响结果见图 4C。对照与 0.1
mmol·L–1 DHAP处理组在种子处理后第3天内源
ABA/ZT出现峰值, 1.0和5.0 mmol·L–1 DHAP处理组
在种子处理后第4天内源ABA/ZT出现峰值; 0.1、1.0
和5.0 mmol·L–1 DHAP处理组种子内源ABA/ZT比
值分别比对照增大169.89%、119.24%和406.10%;
DHAP处理对种子萌发过程中内源ABA/(ZT + GA3
+ IAA)比值的影响结果见图4D。0.1 mmol·L–1
1120 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2013, 37 (12): 1114–1122

www.plant-ecology.com
DHAP处理组种子内源ABA/(ZT + GA3 + IAA)比值
比对照增大97.64% (种子处理后第3天), 1.0和5.0
mmol·L–1 DHAP处理组, 种子内源ABA/(ZT+GA3+
IAA)比对照分别降低9.03%和91.89% (种子处理后
第2天)。
3 讨论
植物激素是由植物自身代谢产生的一类生长
调节物质, 能从合成部位快速转运到效应器, 在极
低浓度下产生生理效应, 与植物的生长发育、抗逆
性密切相关(Kohli et al., 2013; Davies, 2010)。研究
表明植物可通过不同激素响应逆境胁迫。ABA被认
为是一种最为直接的应激响应激素, 有促进种子休
眠的生理效应(Cutler et al., 2010; Sreenivasulu et al.,
2012)。生长素可促进细胞核的分裂, 调节种子萌发
等(Zhao, 2010)。赤霉素具有解除种子休眠, 促进萌
发的作用(Davière & Achard, 2013)。细胞分裂素具
有打破种子休眠的生理效应(Perilli et al., 2010)。生
长素、赤霉素和细胞分裂素这3类激素也是植物在
胁迫条件下维持生长的关键因子(Peleg & Blum-
wald, 2011)。Hutchison和Kieber (2002)研究认为, ZT
具备与ABA类似功能的响应效应。Prasad和Devi
(2002)研究发现, 受体植物经化感物质处理后, IAA
含量显著下降。本研究中用天山云杉所含自毒物质
DHAP处理种子后, 种子萌发过程中内源植物激素
的含量与对照相比有明显变化。天山云杉种子内源
ABA、IAA、GA3、ZT浓度及激素间浓度比例关系
响应自毒物质胁迫而发生的变化是调控天山云杉
种子萌发的主要因素。林武星(2009)的研究也认为
在木麻黄自毒作用下, 根、茎、叶生长量和生物量
下降与内源IAA、GA、iPA、ZR、ABA含量变化密
切相关, 与本研究结论一致。
天山云杉种子萌发过程中, 内源ABA相对含量
降低, ZT、GA3和IAA相对含量增加, 种子能顺利萌
发, 自毒物质DHAP处理干扰了种子的正常萌发生
理过程。Kaya等(2012)在研究L. draba甲醇提取物对
玉米种子萌发的影响时发现, 玉米种子的内源GA、
ZT、IAA浓度降低, ABA浓度升高; 在研究L. draba
甲醇提取物对反枝苋种子萌发的影响时发现, 反枝
苋种子内源GA、ZT浓度降低, ABA浓度升高, 较低
浓度L. draba提取物处理后的反枝苋种子和幼苗,
内源IAA浓度水平高于对照组, 高浓度的L. draba
提取物处理后, 反枝苋种子和幼苗的内源IAA浓度
降低。Wang等(2005)研究外源GA3和2,4-二氯苯氧乙
酸(2,4-D)处理红景天(Rhodiola rosea)种子破除休眠
过程中, 内源ABA水平降低并保持在低水平。Xu等
(2011)利用高浓度NaCl (100 mmol·L–1)盐胁迫处理
大豆(Glycine max)的两个品种‘Lee68’和‘N2899’时
发现, 种子萌发率未受影响, 萌发时间延迟7.2–24
h, 大豆内源ABA含量增加, GA1+3和iPA含量降低,
‘Lee68’种子内源IAA水平约高出对照2倍, ‘N2899’
种子中IAA水平与对照无差异。本研究中, DHAP处
理后种子萌发过程中的ZT、GA3浓度水平降低 ,
ABA浓度增加, 与Kaya等(2012)、Xu等(2011)得出
的结果一致。本研究中种子内源IAA浓度水平在高
处理浓度(5.0 mmol·L–1 DHAP)时短时间内(种子处
理后第3天到第6天)显著高于对照与低处理浓度(0.1
和1.0 mmol·L–1 DHAP)组, 与Xu等(2011)研究大豆
‘Lee68’种子得出的结果相似, 高IAA浓度水平可能
是抑制或延迟种子萌发的主要因素。种子萌发后期
低浓度处理(0.1和1.0 mmol·L–1 DHAP)组, 种子内
源 IAA相对含量高于对照 , 高浓度处理 (5.0
mmol·L–1 DHAP)组, 种子内源IAA相对含量降低,
此结论与Kaya等(2012)得出的结果相符。
DHAP处理对天山云杉种子萌发的影响实验结
果还表明 , 外源处理液的浓度效应表现为 5.0
mmol·L–1 DHAP处理组对种子萌发的抑制作用最
强, 0.1 mmol·L–1 DHAP处理组次之, 1.0 mmol·L–1
DHAP处理组最弱。经过DHAP处理的种子, 萌发过
程中内源ZT浓度变化趋势与种子萌发影响实验表
现的浓度效应变化趋势一致。经过DHAP处理的种
子, 萌发过程中内源GA3浓度峰值出现时间延迟,
1.0 mmol·L–1 DHAP处理组延迟时间短(1天), 5.0
mmol·L–1 DHAP处理组延迟时间长 (3天 )。 5.0
mmol·L–1 DHAP处理种子后第3天到第6天, 内源
IAA相对含量出现峰值, 与对照相比, 第3天增大了
90倍 , 第6天增大了4倍 ; DHAP处理组种子内源
ABA含量升高, 1.0和5.0 mmol·L–1 DHAP处理组种
子内源ABA浓度峰值出现时间延迟。0.1 mmol·L–1
DHAP处理组种子4种内源激素水平的变化幅度处
于1.0和5.0 mmol·L–1 DHAP处理组之间, 这可能是
5.0 mmol·L–1 DHAP处理组对种子萌发抑制作用最
强、0.1 mmol·L–1 DHAP处理组次之、1.0 mmol·L–1
DHAP处理组最弱的原因。DHAP处理是通过影响
陈志颖等: 3,4-二羟基苯乙酮胁迫对天山云杉种子萌发过程中内源植物激素含量变化的影响 1121

doi: 10.3724/SP.J.1258.2013.00114
种子萌发过程中4种内源激素含量水平的变化来抑
制种子萌发和延长萌发时间的。种子萌发1–6天, 内
源ABA浓度水平可能对种子萌发率和萌发时间起
主要控制作用 ; 萌发 3–6天 , 高处理浓度 (5.0
mmol·L–1 DHAP)组诱导过量积累IAA, 这一阶段
IAA浓度水平可能起主导作用; 萌发8–12天, 内源
ZT、GA3、IAA协同作用调控发育过程。
在植物的生长发育进程中, 任何一个生理过程
都是由多种激素协同作用的结果, 植物通过多种植
物激素的相互调节, 使各种激素维持在适宜的浓度
范围(Davies, 2010)。一种激素的存在可能会增强另
一种激素的效应, 也可能抵消或削弱另一种激素的
作用(Depuydt & Hardtke, 2011)。有学者在研究种子
萌发过程中激素动态变化规律时 , 比较了
GA3/ABA、ZT/IAA、ZT/ABA、IAA/ABA、(GA3 +
IAA + ZR)/ABA等比值关系, 认为激素间相对水平
变化对种子休眠与萌发起调控作用(Baydar, 2002;
Qin et al., 2009; Anosheh et al., 2013)。本研究中,
DHAP处理后的种子在萌发初期, ZT/(GA3 + IAA)、
IAA/ZT、ABA/ZT、ABA/(ZT + GA3 + IAA)比值变
化与DHAP对种子萌发抑制作用的强弱表现一致。
ZT/(GA3 + IAA)比值降低, IAA/ZT、ABA/ZT比值增
大, DHAP处理对种子萌发的抑制作用增强。1.0和
5.0 mmol·L–1 DHAP处理组中, ABA/ZT比值峰值出
现时间延迟。Qin等(2009)研究认为(GA3 + IAA +
ZR)/ABA比值与植物生长势呈正相关关系。本研究
结果表明0.1 mmol·L–1 DHAP处理组中ABA/(ZT +
GA3 + IAA)比值增大, 较对照组增加幅度超过90%;
5.0 mmol·L–1 DHAP处理组中ABA/(ZT + GA3 +
IAA)比值减小, 较对照组降低幅度超过90%, DHAP
处理对种子萌发的影响实验结果表现为 : 5.0
mmol·L–1 DHAP处理组对种子萌发的抑制作用强于
0.1 mmol·L–1 DHAP处理组, 1.0 mmol·L–1 DHAP处
理组对种子萌发的抑制作用最弱。作者认为过高和
过低的ABA/(ZT + GA3 + IAA)比值不利于天山云
杉种子萌发。DHAP处理引发的4种激素间浓度比值
变化可能是抑制、延迟天山云杉种子萌发的关键因
素, 也是调控种子萌发的“扳机”。
基金项目 国家自然科学基金(30360087和30960313)。
参考文献
Anosheh HP, Emam Y, Pessarakli M (2013). Changes in en-
dogenous hormonal status in corn (Zea mays) hybrids un-
der drought stress. Journal of Plant Nutrition, 36,
1695–1707.
Baydar H (2002). Effects of gibberellic acid treatment for pol-
len sterility induction on the physiological activity and
endogenous hormone levels of the seed in safflower.
Turkish Journal of Biology, 26, 235–239.
Broz AK, Broeckling CD, De-la-Peña C, Lewis MR, Greene E,
Callaway RM, Sumner LW, Vivanco JM (2010). Plant
neighbor identity influences plant biochemistry and physi-
ology related to defense. BMC Plant Biology, 10, 115.
Chon SU, Nelson CJ (2010). Allelopathy in compositae plants:
a review. Agronomy for Sustainable Development, 30,
349–358.
Cutler SR, Rodriguez PL, Finkelstein RR, Abrams SR (2010).
Abscisic acid: emergence of a core signaling network.
Annual Review of Plant Biology, 61, 651–679.
Davière JM, Achard P (2013). Gibberellin signaling in plants.
Development, 140, 1147–1151.
Davies PJ (2010). Plant Hormones: Biosynthesis, Signal
Transduction, Action. Kluwer Academic Publishers, Lon-
don. 27–28.
Depuydt S, Hardtke CS (2011). Hormone signalling crosstalk
in plant growth regulation. Current Biology, 21, 365–373.
Fernandez C, Voiriot S, Mévy JP, Vila B, Ormeño E, Dupouyet
S, Bousquet-Mélou A (2008). Regeneration failure of
Pinus halepensis Mill.: the role of autotoxicity and some
abiotic environmental parameters. Forest Ecology and
Management, 255, 2928–2936.
Hegde RS, Miller DA (1990). Allelopathy and autotoxicity in
alfalfa: characterization and effects of preceding crops and
residue incorporation. Crop Science, 30, 1255–1259.
Hutchison CE, Kieber JJ (2002). Cytokinin signaling in Arabi-
dopsis. Plant and Cell, 14, S47–S59.
Inderjit, Weston LA, Duke SO (2005). Challenges, achieve-
ments and opportunities in allelopathy research. Journal of
Plant Interactions, 1, 69–81.
Kato-Noguchi H, Seki T, Shigemori H (2010). Allelopathy and
allelopathic substance in the moss Rhynchostegium pal-
lidifolium. Journal of Plant Physiology, 167, 468–471.
Kaya Y, Aksakal Ö, Sunar S, Erturk FA, Bozari S, Agar G,
Erez ME, Battal P (2012). Phytotoxical effect of Lepidium
draba L. extracts on the germination and growth of
monocot (Zea mays L.) and dicot (Amaranthus retroflexus
L.) seeds. Toxicology and Industrial Health, http://tih.
sagepub.com/content/early/2013/01/03/074823371247170
2. Cited on May 27, 2013.
Kohli A, Sreenivasulu N, Lakshmanan P, Kumar PP (2013).
The phytohormone crosstalk paradigm takes center stage
in understanding how plants respond to abiotic stresses.
Plant Cell Reports, 32, 945–957.
Lara-Nunez A, Sánchez-Nieto S, Anaya AL (2009). Phytotoxic
effects of Sicyos deppei (Cucurbitaceae) in germinating
1122 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2013, 37 (12): 1114–1122

www.plant-ecology.com
tomato seeds. Physiologia Plantarum, 136, 180–192.
Li ZH, Wang Q, Ruan X, Pan CD, Jiang DA (2010). Phenolics
and plant allelopathy. Molecules, 15, 8933–8952.
Lin WX (2009). Effect of Casuarina equisetifolia autotoxicity
on endogerous hormones. Chinese Agricultural Science
Bulletin, 25(19), 100–103. (in Chinese with English ab-
stract) [林武星 (2009). 木麻黄自毒作用物对其幼苗内
源激素的影响. 中国农学通报, 25(19), 100–103.]
Lopez MA, Bannenberg G, Castresana C (2008). Controlling
hormone signaling is a plant and pathogen challenge for
growth and survival. Current Opinion in Plant Biology,
11, 420–427.
Maqbool N, Wahid A, Farooq M, Cheema ZA, Siddique KHM
(2013). Allelopathy and abiotic stress interaction in crop
plants. Allelopathy, 451–468.
Muscolo A, Sidari M (2006). Seasonal fluctuations in soil
phenolics of a coniferous forest: effects on seed germina-
tion of different coniferous species. Plant and Soil, 284,
305–318.
Peleg Z, Blumwald E (2011). Hormone balance and abiotic
stress tolerance in crop plants. Current Opinion in Plant
Biology, 14, 290–295.
Perilli S, Moubayidin L, Sabatini S (2010). The molecular basis
of cytokinin function. Current Opinion in Plant Biology,
13, 21–26.
Prasad MNV, Devi SR (2002). Physiological basis for al-
lelochemical action of ferulic acid. In: Reigosa MJ, Pedrol
N eds. Allelopathy: From Molecular to Ecosystems. Sci-
ence Publishers, Enfield, USA. 25–43.
Qin D, Wang JZ, Guo JM, Zhai H (2009). The relation between
endogenous hormones and late-germination in buds of
Avrolles apple. Agricultural Sciences in China, 8,
564–571.
Rice EL (1984). Allelopathy. 2nd edn. Academic Press, New
York.
Ruan X, Li ZH, Wang Q, Pan CD, Jiang DA, Wang GG
(2011). Autotoxicity and allelopathy of 3, 4-dihydroxy-
acetophenone isolated from Picea schrenkiana Needles.
Molecules, 16, 8874–8893.
Singh HP, Batish DR, Kohli RK (1999). Autotoxicity: concept,
organisms, and ecological significance. Critical Reviews
in Plant Sciences, 18, 757–772.
Sreenivasulu N, Harshavardhan VT, Govind G, Seiler C, Kohli
A (2012). Contrapuntal role of ABA: Does it mediate
stress tolerance or plant growth retardation under
long-term drought stress? Gene, 506, 265–273.
Wang Q, Ruan X, Pan CD, Xu NY, Luo X, Huang MM (2006).
Need for sustainability policy―a case study of the Natural
Forest Conservation Program (NFCP) in the western re-
gion of Tianshan Mountain, China. The Forestry Chroni-
cle, 82, 31–39.
Wang Q, Ruan X, Yan QC (2005). Study on the effect of plant
hormones and pre-chilled treatment to break dormancy
and germination of Rhodiola rosea seeds. Journal of
Zhejiang University (Agriculture and Life Sciences), 31,
423–432.
Xu XY, Fan R, Zheng R, Li CM, Yu DY (2011). Proteomic
analysis of seed germination under salt stress in soybeans.
Journal of Zhejiang University-Science B (Biomedicine &
Biotechnology), 12, 507–517.
Yang GQ, Wan FH, Liu WX, Guo JY (2008). Influence of two
allelochemicals from Ageratina adenophora Sprengel on
ABA, IAA and ZR contents in roots of upland rice seed-
lings. Allelopathy Journal, 21, 253–262.
Zeng RS, Mallik AU, Luo SM (2008). Allelopathy in Sustain-
able Agriculture and Forestry. Springer, New York.
363–386.
Zhang DJ, Zhang J, Yang WQ, Wu FZ (2010). Potential al-
lelopathic effect of Eucalyptus grandis across a range of
plantation ages. Ecological Research, 25, 13–23.
Zhang XS, Zhang YS (1963). Preliminary study on the natural
regeneration of Picea schrenkiana in Wusu forest. Xinji-
ang Agricultural Sciences, (1), 8–12 (in Chinese) [张新时,
张瑛山 (1963). 乌苏林区天山云杉天然更新的初步研
究. 新疆农业科学, (1), 8–12.]
Zhao YD (2010). Auxin biosynthesis and its role in plant de-
velopment. Annual Review of Plant Biology, 61, 49–64.


特邀编委: 张守仁 责任编辑: 王 葳