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醉马草挥发油对多年生黑麦草种子萌发及幼苗生理变化的影响



全 文 :658-666
05/2015
草 业 科 学
PRATACULTURAL SCIENCE
32卷05期
Vol.32,No.05
DOI:10.11829\j.issn.1001-0629.2014-0211
夏超,钟睿,张兴旭,南志标.醉马草挥发油对多年生黑麦草种子萌发及幼苗生理变化的影响[J].草业科学,2015,32(5):658-666.
XIA Chao,ZHONG Rui,ZHANG Xing-xu,NAN Zhi-biao.Alelopathic effects of volatile compounds from endophyte-free and
infected Achnatherum inebrians on Lolium perenne[J].Pratacultural Science,2015,32(5):658-666.
醉马草挥发油对多年生黑麦草种子萌发及
幼苗生理变化的影响
夏 超,钟 睿,张兴旭,南志标
(草地农业生态系统国家重点实验室 兰州大学草地农业科技学院,甘肃 兰州730020)
摘要:以内生真菌侵染(E+)和未侵染的(E-)醉马草(Achnatherum inebrians)植株中提取的挥发油为材料,通过
纸上芽床试验,研究其对多年生黑麦草(Lolium perenne)种子萌发和幼苗生长的影响。结果发现,醉马草挥发油
对黑麦草种子萌发具有抑制作用,且受到的抑制作用随挥发油浓度的增加而增大。E+挥发油的抑制作用强于
E-,当挥发油浓度达到300mg·mL-1时,黑麦草的发芽率、胚芽长、胚根长、鲜重和干重等均表现出显著差异(P
<0.05),过氧化物酶(POD)的活性是E+挥发油处理显著(P<0.05)低于E-处理;但是超氧化物歧化酶(SOD)
活性则是E+挥发油处理显著(P<0.05)高于E-处理。醉马草挥发油提取液对黑麦草种子的萌发和幼苗膜脂
过氧化酶有抑制作用,内生真菌的侵染增强了醉马草次生代谢产物的化感作用。
关键词:醉马草;挥发油;种子萌发;黑麦草;化感作用
中图分类号:S543+.601;Q945.34   文献标识码:A   文章编号:1001-0629(2015)05-0658-09*
Alelopathic effects of volatile compounds from endophyte-free and
infected Achnatherum inebrians on Lolium perenne
XIA Chao,ZHONG Rui,ZHANG Xing-xu,NAN Zhi-biao
(State Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystems,Colege of Pastoral Agriculture Science and
Technology,Lanzhou University,Lanzhou 730020,China)
Abstract:The effects of the volatile oils from drunken horse grass infected(E+)and non-infected(E-)
by Neotyphodium gansuense on germination and antioxidative enzyme activity involving superoxide dis-
mutase(SOD)and peroxidase(POD)of perennial ryegrass(Lolium perenne)were determined.The ger-
mination experiment showed that the seed germination and POD activities of the perennial ryegrass under E
-treatment were significantly(P<0.05)higher than those under E+treatment when the volatile oils
concentration was greater than or equal to 300mg·mL-1.The inhibition effects increased with the con-
centration increase of volatile oils.However,the SOD activities of the perennial ryegrass under E-treat-
ment were significantly(P<0.05)lower than those under E+treatment.In conclusion,endophyte infec-
tion can strengthen the alelopathic effect of the volatile oils.
Key words:Achnatherum inbrians;volatile;germination;Lolium perenne;alelopathic effect
Corresponding author:ZHANG Xing-xu E-mail:xxzhang@lzu.edu.cn
* 收稿日期:2014-04-25  接受日期:2015-01-19
基金项目:国家基础研究发展规划“973”(2014CB138702);国家自然科学基金(31402132);中央高校基本科研业务费(Lzujbky-2014-
75);教育部创新团队发展计划项目(IRT13019)
第一作者:夏超(1990-),男,山西阳泉人,在读硕士生,研究方向为禾草-内生真菌共生体。E-mail:xiach13@lzu.edu.cn
通信作者:张兴旭(1983-),男,甘肃临泽人,讲师,博士,研究方向为禾草内生真菌及其次生代谢产物学。E-mail:xxzhang@lzu.edu.cn
05/2015 草 业 科 学 (第32卷05期)
  化感作用(Alelopathy)是指植物通过向自身所
处的外界环境中释放某些化学物质(化感物质)进而
对周围环境中的其他植物或微生物产生有利或不利
影响,从而使植物在生长竞争中处于有利地位,获得
生长优势[1-3]。化感物质(Alelochemical)是一类来
源于植物或者微生物的次生代谢产物,一般分子量
较小,结构简单,多为酚类、萜类、甾体类和生物碱
类[4-5]。近年来,国内外学者对植物化感作用进行了
大量研究,发现植物产生的化感物质在抑制或者促
进受体植物的生长发育、杀虫和抑菌等方面有重要
作用[6-8]。化感物质主要通过自然挥发、雨雾淋溶、
根分泌和植株分解等途径释放到环境中,进而直接
或间接地作用于自身或周围其他生物[9-11]。
内生真菌可以提高宿主植物对环境中非生物胁
迫和生物胁迫的抗性,已经被兰州大学团队近年来
的研究所证实[12-15]。内生真菌的侵染可以提高宿主
植物的化感作用[16],提高其在种群和群落中的竞争
能力,从而使其能够在群落演替和物种竞争过程中
处于有利地位[17]。有关内生真菌化感作用的研究,
目前已见的报道主要集中于多年生黑麦草(Lolium
perenne)[18-20]和高羊茅(Festuca arundinacea)[21-22]。
杨松等[8]通过发芽试验和盆栽试验研究了醉马
草(Achnatherum inebrians)草粉水浸提液对3种草
坪草的化感作用,发现E+和E-草粉均有化感作
用,而且内生真菌增强了醉马草对3种草坪草的化
感效应[23]。本研究以水蒸气蒸馏得到的醉马草挥
发油为试验材料,通过纸上芽床发芽试验,结合形态
学指标和生理生化指标,研究带菌(E+)和不带菌
(E-)醉马草挥发油成分对多年生黑麦草的化感作
用,为进一步揭示醉马草挥发油成分在植物化感现
象中的作用机制提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 E+和E-醉马草挥发油成分的提取
用于挥发油成分提取的E+和E-醉马草植株
于2012年9月植物成熟期收获自兰州大学草地农
业科技学院榆中试验地(104°09′E,35°56′N,海拔
1 653m)。割取醉马草植株地上部分,带回实验室,
暗室内自然阴干后用低温冷冻干燥机(LGJ-18型冷
冻干燥机,北京四环科学仪器厂制造)于-60℃干
燥24h后,取出后用植物微型粉碎机(FZ102,天津
泰斯特仪器公司制造)粉碎成细粉状,经0.85mm
直径筛孔筛选后低温保存,准备提取挥发油。
分别取E+和E-醉马草草粉100g,在水蒸气
蒸馏装备中100℃条件下持续4h。蒸馏得到的挥
发性物质用乙醚(天津市富宇精细化工有限公司)自
冷凝水中萃取,然后用无水硫酸钠(天津市力强化学
试剂二厂)干燥,保存在棕色小瓶中,用聚乙烯封口
膜(ParafilmTM,USA)密封后 4 ℃ 冰箱 (BCD-
240G/C Haier冰箱,青岛海尔股份有限公司)低温
冷冻保存备用。
1.2 挥发油对禾草种子萌发的抑制作用
凯蒂沙多年生黑麦草(L.perenne cv.Caddie-
shack)种子采购于兰州市华丰园林草坪工程有限公
司。将已经提取的醉马草挥发油(提取率 E+为
2.3%,E-为1.2%)用蒸馏水配成浓度为100、
200、300、400和500mg·mL-1的水溶液待用。采
用纸上(TP)发芽床发芽,参照卫东和王彦荣[24]的
方法,先用0.01g·mL-1氯化汞溶液分别对多年生
黑麦草种子进行表面消毒,然后用70%(v/v)乙醇
处理,随后用去离子水对种子彻底冲洗后,浸泡3
h。将种子放入用无菌过滤纸铺成的芽床培养皿
中,设置5个挥发油浓度梯度,依次为100、200、
300、400和500mg·mL-1,以每天加入2mL蒸馏
水为对照(CK)。于14d后对种子发芽率和幼苗生
长、生理指标进行测定,其中胚根长度以大于2mm
为准[25]。每个培养皿放置100粒种子,每个处理5
次重复,以肉眼看到种子白色幼根为标准判断种子
是否发芽,按照《牧草种子检验规定 GB/T2930-
2001》为依据计算种子发芽率[26],发芽指数(GI)用
以下公式计算:
GI=∑(GT/DT).
式中,GT 表示发芽试验开始第T 天的发芽种子数,
DT 表示发芽天数。发芽试验结束后,测量并记录幼
苗的胚芽和胚根长度并称其鲜重。每皿取20株幼
苗于75℃条件下烘干至恒重后,称量其干重并记
录,其余新鲜植物样品保存在-80℃冰箱(Thero-
mo,ELECTRON Corporation,ULT Freezer)以备
各项生理指标的检测。
1.3 超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性的测定
超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)
酶活性的测定,参考李合生[27]的方法略作修改。取
先前保存在-80℃冰箱的植物样品地上部分0.5g
用剪刀剪碎,加入35mL 50mmol·L-1的PBS磷
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酸缓冲液(天津市科密欧化学试剂有限公司),置于
0℃冰浴上研磨,滤液于冷冻离心机(3K30型,Sig-
ma公司)9 000r·min-1转速条件下离心15min,
上清 液 为 粗 酶 液,保 存 于 -20 ℃ 冰 箱 中,5
mmol·L-1反应液中含有50mmol·L-1磷酸缓冲
液(pH 7.8),13mmol·L-1蛋氨酸(天津市科密欧
化学试剂有限公司),75μg NBT,0.1mmol·L
-1
EDTA和100μL酶粗提液。加入2mmol·L
-1核
黄素(天津市风船化学试剂有限公司)后在光照下启
动反应。用 UV-2102型紫外可见分光光度计在
560nm下测定反应液的吸光值。其中,以每克鲜重
样品每小时所抑制氮蓝四唑(NBT)的光还原量为
一个SOD酶活性单位。
5mL 反应液中含磷酸缓冲液(pH 7.8),60
mmol·L-1愈创木酚(天津市科密欧化学试剂有限
公司)、2mmol·L-1 H2O2、加100μL酶提取液,用
UV-2102型紫外可见分光光度计在290nm下测定
反应液的吸光值。其中,以每克鲜重样品每小时所
抑制愈创木酚的氧化量为一个POD酶活性单位。
1.4 电导率值和丙二醛含量的测定
发芽试验结束后测定电导率和丙二醛(MDA)
含量,参照张兴旭[28]和李玉荣[29]的方法略有改动:
分别取E+和E-醉马草挥发油处理的多年生黑麦
草幼苗10株称重,重复3次。用超纯水清洗5次,
置于100mL的三角瓶中,加超纯水80mL,用锡箔
纸加盖后在20 ℃的恒温培养箱中放置 24h,用
DDSJ-308A型数字式电导仪测定浸出液的电导率。
膜脂过氧化物———MDA 的测量采用 Ester-
bauer和Cheeseman[30]的方法略有改进。称取0.5
g植物样品置于5mL 5%的三氯乙酸(TCA)中,
于9 000r·min-1的转速条件下离心25min。吸
取2mL的上清液加入2mL 0.67%的代巴比妥酸
(天津市光复精细化工研究所)溶液置于100℃恒
温水浴中加热30min,然后将反应试管置于冰浴
中以终止反应。将样品再次于9 000r·min-1的
转速条件下离心5min,冷却后离心去除沉淀物,
吸取上清液稀释相同倍数后,用 UV-2102型紫外
可见分光光度计分别于450、535和600nm下测
量其吸光值,以其含有其他试剂的处理作空白对
照。样品中 MDA-TBA螯合物(红色)的浓度通过
如下公式进行计算:
C=6.45(A532-A600)-0.56A450.
1.5 统计分析
所有数据均用Microsoft Excel 2003录入,并作图。
醉马草E+和E-挥发油成分对黑麦草种子的
发芽率、发芽指数以及根苗长和干鲜重,SOD 和
POD活性,电导率和 MDA含量的结果均用平均值
加标准误表示。采用SPSS 17.0(Ver.17.0,SPSS
Inc.,Chicago,IL,USA)统计分析软件分别对上述
指标进行单因素和双因素方差分析(ANOVA),采
用Duncan法进行多重比较差异显著性。
2 结果与分析
2.1 发芽率和发芽指数
黑麦草发芽率受内生真菌的影响不显著(P=
0.094),但受挥发油浓度的影响显著(P<0.001),
受内生真菌及挥发油浓度互作的影响也显著(P<
0.01)(表1)。与CK相比,从E+和E-醉马草植
株中提取的挥发油成分均能降低黑麦草种子的发芽
率,而且E+挥发油对黑麦草种子发芽率的抑制作
用要强于E-挥发油(图1A)。黑麦草的发芽率在
挥发油各浓度之间差异显著(P<0.05),随着挥发
油浓度的增加,黑麦草种子的发芽率呈现降低的趋
势。在挥发油浓度为400和500mg·mL-1时,E+
醉马草提取的挥发油处理过的黑麦草种子的发芽率
显著低于E-醉马草挥发油处理的黑麦草种子,分
别降低了18.89%和62.96%,其余各浓度之间E+
和E-提取挥发油处理黑麦草种子后,其发芽率无
显著差异(P>0.05)。
黑麦草发芽指数受内生真菌的影响不显著(P=
0.173),但受挥发油浓度的影响显著(P=0.003),受
内生真菌及挥发油浓度互作的影响也显著(P<0.01)
(表1)。与CK相比,从E+和E-醉马草植株中提取
的挥发油成分均能显著降低黑麦草种子的发芽指数
(图1B)。黑麦草的发芽指数在各浓度挥发油之间差
异显著,且随着挥发油浓度的增加,呈现下降的趋势。
当挥发油浓度超过200mg·mL-1时,E+醉马草中
提取的挥发油对黑麦草种子发芽指数的抑制作用要
显著强于E-挥发油处理。
2.2 胚根和胚芽长
黑麦草胚芽长受内生真菌的影响不显著(P=
0.072),但受挥发油浓度的影响显著(P=0.002),
受内生真菌及挥发油浓度互作的影响也显著(P<
0.001)(表1)。与CK相比,E+和E-醉马草中提取
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表1 内生真菌与挥发油浓度互作对黑麦草生长指标的影响
Table 1 Two-way ANOVA analysis for effects of endophyte(E)and concentrate of
volatile oils(C)on growth index of Lolium perenne
变异来源
Variation source
自由度
df
发芽率Germination rate
F P
发芽指数Germination index
F  P
胚芽长Seedling height
F  P
E  1  4.768  0.094  2.747  0.173  10.110  0.072
C  4  76.725 <0.001  29.955  0.003  40.933  0.002
E×C  4  15.562 <0.001  23.168 <0.001  21.839 <0.001
变异来源
Variation source
自由度
df
胚根长Root length
F  P
苗鲜重Seedling fresh weight
F  P
苗干重Seedling dry weight
F  P
E  1  5.912 <0.001  4.039  0.115  4.039  0.115
C  4  57.060  0.001  92.045  0.001  92.045 <0.001
E×C  4  47.815 <0.001  45.851 <0.001  45.821 <0.001
图1 不同浓度醉马草挥发油水溶液对黑麦草发芽率(A)和发芽指数(B)的影响
Fig.1 Effects of volatile oils with different concentrations on germination rate(A)and germination index(B)of Lolium perenne
注:不同字母表示不同浓度处理之间差异显著(P<0.05)。下同。
Note:Different lower case letters indicate significant difference among different concentrations at 0.05level.The same below..
的挥发油均能降低黑麦草种子的胚芽长度,挥发油
各浓度之间黑麦草的胚芽长度差异显著(P<
0.05),且随着挥发油浓度的增加,黑麦草胚芽长度
呈现下降的趋势(图2A)。当挥发油浓度大于200
mg·mL-1时,E+和E-醉马草中提取的挥发油对
黑麦草胚芽长度产生显著影响。在300、400和500
mg·mL-1条件下,E+提取挥发油处理黑麦草的胚
芽长较E-提取挥发油处理黑麦草的胚芽长分别短
9.6%、9.8%和28.57%。
黑麦草胚根长受内生真菌的影响显著(P<
0.001),且受挥发油浓度的影响也显著(P=0.
001),同时,受内生真菌及挥发油浓度互作的影响亦
显著(P<0.001)(表1)。与CK相比,E+和E-醉
马草中提取的挥发油均能降低黑麦草的胚根长度,
挥发油各浓度之间的黑麦草的胚根长度差异显著
(P<0.05),且随着挥发油浓度的增加,黑麦草胚根
长度呈现下降的趋势(图2B)。当挥发油浓度大于
100mg·mL-1时,E+和E-醉马草中提取的挥发
油对黑麦草胚根长度即会产生显著影响。在200、
300、400和500mg·mL-1浓度条件下,E+提取挥
发油处理黑麦草的胚根长较E-提取挥发油处理的
分别短10.59%、10.19%、14.92%和30.82%。
2.3 鲜重和干重
黑麦草苗鲜重受内生真菌的影响不显著(P=
0.115),但受挥发油浓度的影响显著(P=0.001),
受内生真菌与挥发油浓度互作的影响也显著(P<
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PRATACULTURAL SCIENCE(Vol.32,No.05) 05/2015
图2 不同浓度醉马草挥发油水溶液对黑麦草胚芽(A)及胚根(B)长的影响
Fig.2 Effects of volatile oils with different concentrations on seedling height(A)and the length of root(B)of Lolium perenne
0.001)(表1)。与CK相比,从E+和E-植株中提
取的挥发油成分均能降低黑麦草幼苗的鲜重(图
3A)。不同浓度条件下,黑麦草幼苗的鲜重之间差
异显著(P<0.05),在100和200mg·mL-1条件
下,经E+和E-提取挥发油处理的黑麦草幼苗之
间鲜重差异不显著(P>0.05),但在300、400和500
mg·mL-1的浓度条件下,经E+和E-提取挥发油
处理的黑麦草幼苗鲜重之间的差异显著(P<
0.05),经E+提取挥发油处理的黑麦草幼苗鲜重较
E-提取挥发油处理的黑麦草幼苗鲜重分别低
13.16%、34.99%和58.64%。
黑麦草苗干重受内生真菌的影响不显著(P=
0.115),但受挥发油浓度的影响显著(P<0.001),
受内生真菌与挥发油浓度互作的影响也显著(P<
0.001)(表1)。与CK相比,从E+和E-植株中提
取的挥发油成分均能降低黑麦草幼苗的干重(图
3B)。不同浓度条件下,黑麦草幼苗的干重之间差
异显著(P<0.05),在100和200mg·mL-1条件
下,经E+和E-提取挥发油处理的黑麦草幼苗之
间干重差异不显著(P>0.05),而在300、400和500
mg·mL-1的浓度条件下,经E+和E-提取挥发油
处理的黑麦草幼苗干重之间的差异显著(P<
0.05),经E+提取挥发油处理的黑麦草幼苗鲜重较
E-提取挥发油处理的黑麦草幼苗干重偏低。
2.4 电导率和丙二醛含量的变化
黑麦草电导率受内生真菌的影响显著(P=
0.017),且受挥发油浓度的影响也显著(P=0.
006),同时,受内生真菌与挥发油浓度互作的影响亦
显著(P<0.001)(表2)。与CK相比,从E+和E-
植株中提取的挥发油成分均能提高黑麦草叶片的电
导率(图4A)。不同挥发油水溶液浓度条件下,黑麦
草叶片的电导率之间差异显著(P<0.05),在100
mg·mL-1条件下,经E+和E-提取挥发油处理
的黑麦草叶片电导率之间差异不显著(P>0.05),
图3 不同浓度醉马草挥发油水溶液对黑麦草干重(A)和鲜重(B)的影响
Fig.3 Effects of volatile oils with different concentrations on fresh weight(A)and dry weight(B)of Lolium perenne
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表2 内生真菌与挥发油浓度互作对黑麦草生理指标的影响
Table 2 Two-way ANOVA analysis for the effects of endophyte(E)and concentrate of
volatile oils(C)on physiological index of Lolium perenne
变异来源
Variation source
自由度
df
电导率Conductivity
F  P
丙二醛 MDA
F  P
超氧化物歧化酶SOD
F  P
过氧化物酶POD
F P
E  1  15.462  0.017  3.666  0.128  6.204  0.067  12.614  0.024
C  4  21.680  0.006  8.520  0.031  14.712  0.012  65.311  0.001
E×C  4  44.703 <0.001  104.131 <0.001  60.367 <0.001  126.187 <0.001
图4 不同浓度醉马草挥发油水溶液对黑麦草幼苗电导率(A)和丙二醛(B)含量的影响
Fig.4 Effects of volatile oils with different concentrations on electrical conductivity(A)and
the content of MDA(B)of Lolium perenne under
但当挥发油浓度大于100mg·mL-1时,经E+和E
-提取挥发油处理的黑麦草叶片电导率之间均呈现
显著差异,经E+提取挥发油处理的黑麦草叶片的
电导率较E-提取挥发油处理的黑麦草叶片的电导
率高,分 别 高 出13.36%、15.64%、14.02% 和
14.22%。
黑麦草 MDA受内生真菌的影响不显著(P=
0.128),但受挥发油浓度的影响显著(P=0.031),受
内生真菌与挥发油浓度互作的影响也显著(P<
0.001)(表2)。与CK相比,除100mg·mL-1浓度E
+外,从E+和E-醉马草植株中提取的挥发油成分
均能显著(P<0.05)提高黑麦草幼苗中 MDA的含量
(图4B)。其中,在100mg·mL-1浓度条件下,经E-
提取挥发油处理的幼苗中MDA含量显著高于经E+
提取挥发油处理的幼苗;200mg·mL-1浓度条件下,
经E+和E-提取挥发油处理的幼苗中 MDA含量差
异不显著(P>0.05)外,其余各浓度条件下,经E+提
取挥发油处理的幼苗中 MDA的含量显著(P<0.05)
高于经 E-提取挥发油处理的幼苗,分别高出
27.72%、24.27和26.04%。
2.5 超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性变化
黑麦草SOD受内生真菌的影响不显著(P=
0.067),但受挥发油浓度的影响显著(P=0.012),
受内生真菌与挥发油浓度互作的影响也显著(P<
0.001)(表2)。与CK相比,E+和E-挥发油成分
均能显著增加黑麦草幼苗体内SOD的含量(P<
0.05)(图5A)。除100和200mg·mL-1外,其他
浓度条件下,经E+和E-醉马草挥发油处理的黑麦
草幼苗体内SOD的含量之间均存在显著性差异,且
经E+挥发油处理的黑麦草幼苗体内SOD含量均
大于经E-挥发油处理的黑麦草幼苗的,分别高出
21.18%、28.64%和26.44%。另外,从挥发油水溶
液浓度来看,100和200mg·mL-1与其他浓度之间
存在显著差异。
POD受内生真菌的影响显著(P=0.024),且受
挥发油浓度的影响也显著(P=0.001),同时,受内
生真菌与挥发油浓度的影响亦显著(P<0.001)(表
2)。与对照相比,E+和E-挥发油成分均能增加
黑麦草幼苗体内 POD 的含量(图 5B)。除100
mg·mL-1外,其他浓度条件下,经E+和E-醉马草
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图5 不同浓度醉马草挥发油水溶液对黑麦草幼苗超氧化物歧化酶(A)和过氧化物酶(B)活性的影响
Fig.5 Effects of volatile oils with different concentrations on SOD activity(A)and POD activity(B)of Lolium perenne
挥发油处理的黑麦草幼苗体内POD的含量之间差
异均显著(P<0.05),且经E+挥发油处理的黑麦
草幼苗体内POD含量均低于经E-挥发油处理的
黑麦草幼苗,分别低了16.90%、23.38%、16.66%
和14.54%。
3 讨论
本研究首次以E+和E-醉马草挥发油为材
料,通过纸上芽床发芽试验,研究了醉马草挥发油对
黑麦草的化感作用,结果表明醉马草挥发油对黑麦
草种子萌发和幼苗生长具有一定的抑制作用。
关于内生真菌化感作用的研究,最初Suther-
land等[20]的研究发现,内生真菌产生的黑麦草碱可
以降低周围白三叶(Trifolium repens)的密度。
Quigley等[19]用黑麦草-内生真菌共生体提取液来
处理豆科植物就发现,提取液对豆科植物的根系发
育具有明显的抑制作用。张颖和韩建国[18]分析认
为,黑麦草-内生真菌共生体能够产生化感物质来
提高宿主黑麦草的竞争能力,从而使其在种间和种
内竞争中处于有利地位。Tan和Zou[31]的研究也
表明,内生植物真菌能够通过提高寄主植物对其他
植物的化感作用,来竞争更多的营养和空间。还有
研究结果表明,植物间的化感作用广泛存在并且影
响种子萌发、幼苗存活、植物物种的分布以及种群的
结构和演替[2]。本研究发现,内生真菌影响了醉马
草挥发油对黑麦草种子萌发和幼苗生长的作用。与
E-挥发油相比,在种子萌发和幼苗生长过程中,
E+挥发油成分对多年生黑麦草的发芽率、发芽指
数、根苗长以及苗干鲜重具有更强的抑制作用,这样
的结果不仅表明了醉马草挥发油对黑麦草种子的萌
发和幼苗生长具有一定的抑制作用,还说明内生真
菌的存在增强了醉马草-内生真菌共生体挥发油的
化感作用。这与Sutherland等[20]以内生真菌 N.
lolii侵染的多年生黑麦草和Springer[21]以内生真
菌N.coenphianum侵染的高羊茅对三叶草的化感
作用的研究结果基本一致。另有研究表明,内生真
菌还可以通过影响宿主植物的生理生化特性而改变
对其伴生种的影响[32-33]。
内生真菌侵染的高羊茅通过根际分泌到土壤中
的生物碱可以抑制意大利黑麦草(L.multiflorum)
种子萌发[22]。野大麦(Hordeum brevisublatum)草
粉在种子萌发试验中对多年生黑麦草、高羊茅和草
地早熟禾(Poa pratensis)这3种草坪草具有抑制作
用,但是在盆栽条件下,野大麦草粉却又对这3种草
坪草的幼苗生长均具有一定的促进作用[34],这可能
是因为在发芽试验中,影响种子萌发的物质均处于
培养皿中,而盆栽试验中可能由于浇水导致这些活
性物质下渗至土壤深层或者直接流失从而未对植物
的生长造成影响[35]。也有可能盆栽试验施用的草
粉用量较低,未达到抑制植物生长的浓度[6],从而表
现出了低浓度促进、高浓度抑制的结果[36]。用于植
物培养的土壤介质中本来就含有醛类和有机酸等一
些化合物,能够和草粉中的元素和物质产生特异性
反应,降低草粉成分的浓度和含量,从而降低了抑制
作用[37]。这说明挥发油对植物的影响除与其成分
有关,还与浓度和培养基质有一定的关系。本研究
也表明,随着挥发油水溶液浓度的提高,黑麦草幼苗
各项生长指标受到的抑制作用也越大,且经E+、
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E-不同挥发油处理的黑麦草幼苗之间的差异也越
来越明显。这可能是因为随着挥发油水溶液浓度的
增大,E+和E-植株本身提取出的挥发油之间的
差别也被逐步放大,最终导致受不同浓度E+、E-
提取挥发油水溶液处理的黑麦草幼苗的不同生理指
标之间的差异也越来越大。
电导率是一个间接评定质膜完整性及细胞膜渗
透性的指标,其高低的变化反映了植物细胞膜是否
遭到了破坏[38-40]。MDA作为机体受到逆境胁迫后
膜脂过氧化的产物,其含量的高低反映着机体细胞
受伤害的程度[41]。本研究结果显示,随着挥发油水
溶液浓度的升高,黑麦草幼苗的电导率和 MDA含
量都随之升高,且经E+提取挥发油处理幼苗的指
标普遍高于E-提取挥发油处理幼苗的指标值。这
可能是因为随着挥发油水溶液浓度的升高,黑麦草
幼苗细胞膜受到的破坏程度逐渐增大,且内生真菌
的存在增强了醉马草挥发油的化感作用[18-21],使得
经E+挥发油处理的黑麦草幼苗遭到比E-挥发油
处理的幼苗更加严重的破坏。醉马草和披碱草
(Elymus dahuricus)草粉对多年生黑麦草、高羊茅
和草地早熟禾的种子萌发均具有一定的抑制作用,
而内生真菌显著增强了化感作用[8,23],对E+和E-
野大麦草粉的研究也得到了相类似的结论[34]。异
株相克是研究植物间化感作用的基本依据,即一种
生物释放出对另一种生物有促进或抑制作用的物
质[1]。Springer[21]认为,可能是由于内生真菌在寄
主体内产生了生物碱、多酚类物质、有机酸、脂肪族
类和醌类等活性物质,而这些次生代谢产物参与到
了植物的化感作用当中,并且发挥了积极的作用,使
带菌禾草的化感作用加强,从而使带菌禾草在植物
竞争中处于有利地位。
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(责任编辑 武艳培)
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