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朝仓花椒叶水浸提物对白菜种子萌发及幼苗生长的影响



全 文 :收稿日期:2015-09-28
基金项目:贵州省重点实验室专项“无刺花椒快速繁殖技术及产业化示
范研究”(编号:黔科合计Z字(2012)4008号)资助。
作者简介:陈 锡(1989—),女,贵州贵阳人;在读硕士研究生,主要从
事植物基因工程研究。
通讯作者:赵德刚(1961—),男,理学博士,教授,博士生导师,主要从事
植物基因工程与转基因生物安全研究;E-mail:dgzhao@gzu.
edu.cn。
朝仓花椒叶水浸提物对白菜种子萌发及幼苗生长的影响
陈 锡1, 曾晓芳1, 赵德刚1,2
(1.贵州大学生命科学学院/农业生物工程研究院山地植物资源保护与
种质创新省部共建教育部重点实验室, 贵阳550025;
2.山地生态与农业生物工程协同创新中心, 贵州 贵阳550025)
摘 要:就朝仓花椒(Zanthoxylum piperitum DC.var.inerme Makino)叶水浸提物对4种白菜种子萌发和幼苗生长的影
响进行了研究。结果表明,花椒叶水浸提物显著抑制白菜种子萌发和幼苗生长,且水浸提液浓度越高,抑制作用越强。
水浸提液稀释4倍,白菜幼苗生长仍受到显著抑制,过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性
均显著降低,丙二醛(MDA)含量显著增高。说明白菜萌发及幼苗生长受到抑制是由于白菜幼苗的酶系统遭受破坏所
致。
关键词: 朝仓花椒;浸提液;白菜;种子萌发
DOI编码: 10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.02.037
中图分类号: S 634   文献标志码: A   文章编号: 1001-4705(2016)02-0037-05
Effect of Aqueous Extracts fromZanthoxylum piperitum DC.var.inerme
Makino on Seed Germination and Seedling Growth of Cabbage
CHEN Xi 1,ZENG Xiaofang1,ZHAO Degang1,2
(1.The Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Germplasm Innovation in Mountainous Region
(Ministry of Education),Institute of Agro-Bioengineering and Colege of Life Sciences,
Guizhou University,Guiyang,550025,China;
2.Colaboratiue innovation Center for Mountain Ecliogy&Agro-Bioengineering,Guiyang Guizhou 550025,China)
Abstract:The alelopathic effects of aqueous extract of Zanthoxylum piperitum DC.var.inerme
Makino leaves on seed germination and early seedling growth of four cabbage varieties were investiga-
ted.It was found that the aqueous extracts inhibited both germination and growth,the inhibition were
more strong as the aqueous extract concentration increased.When the aqueous extract was diluted 4
folds,the seed germination and seedling growth of cabbage stil were inhibited significantly,the MAD
content increased constantly,while CAT,POD and SOD activity was inhibited strongly.It’s suggesting
that the aqueous extracts fromZanthoxylum piperitumDC.var.inerme Makino destroys the cabbage’
s antioxidase system,thus inhibiting both the seed germination and the early seedling growth.
Key words: Zanthoxylum piperitum DC.var.inerme Makino;extracts;cabbage;seeds germination
  化感作用(alelopathy)是植物(或微生物)向环境
释放某些化学物质,形成微环境,从而抑制或促进其他
生物生长的现象[1],是研究次生代谢产物与环境生态
效应的重要指标,在化学生态学研究中占有重要地位。
其主要研究内容包括化感物质的分离鉴定及活性测
定、化感物质对受体生物生长发育的调控机制和化感
作用应用潜能开发等[2]。就植物而言,尽管同一植物
产生的化感物质对不同受试物种的化感效应略有不
同,但均能影响受试生物的生长和产量[3]。在农业生
产应用方面,无论是作物的单一种植,还是作物轮作、
套作、间作、覆盖等种植都应重视植物的化感作用[4]。
研究表明,芝麻根系分泌的化感物质能够抑制棉花生
长,故应避免棉花跟芝麻一起种植,芝麻可以用来防止
野毛竹的蔓延,抑制白茅生长[5]。番茄根分泌物及其
植株挥发物对黄瓜生长均有较明显的抑制作用,所以
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研究报告  陈 锡 等:朝仓花椒叶水浸提物对白菜种子萌发及幼苗生长的影响
表1 朝仓花椒叶水浸提液对白菜种子发芽率的影响
浸提液稀
释倍数
发芽率
小夏阳 鲁白三号 上海青 青麻叶
0  96.67±1.15  100.00±0.00  100.00±0.00  86.00±2.00
16× 97.67±1.53* 99.67±0.58* 98.33±1.15* 86.00±2.65
8× 96.00±1.73* 99.00±1.73* 96.00±2.00* 83.00±1.73*
4× 94.33±5.03* 99.00±1.00* 88.00±1.73* 82.67±0.58*
2× 68.33±3.79** 96.00±2.00* 30.67±1.53** 36.33±5.51**
原液 31.33±6.35** 48.00±9.17** 3.67±2.08** 7.67±3.06**
   注:“*”与“**”分别表示在p<0.05与p<0.01上的差异显著性。下同。
不适宜一起种植[6]。孔垂华等认为,植物的化感作用
可为作物的间作或间套作提供科学指导,进而发挥其
重要的生态学效应[2]。
花椒(Zanthoxylum bungeanum)是重要的木本
油料和香料树种,不仅具有食用、药用价值,还是一种
重要的经济生态树种[7]。王进闯等[8]曾对不同品种花
椒的化感效应进行了研究,发现不同品种对受试植物
的化感效应有差异。朝仓花椒(Zanthoxylum piper-
itum DC.var.inerme Makino)是从日本引进的一种无
刺花椒,它是芸香科(Rutaceae)花椒属(Zanthoxylum
L.)落叶灌木,具有高产、优质、精油含量高等特点,但
对朝仓花椒化感作用研究国内尚未见报道。本文通过
分析朝仓花椒叶水浸提液对白菜种子萌发和幼苗生长
的影响,以及对CAT、POD、SOD酶活性和 MDA含
量的影响进行研究,为探讨朝仓花椒对本地物种的化
感作用,以及引进推广应用该花椒品种提供更多的参
考资料。
1 材料和方法
1.1 供试材料
本研究所用材料日本朝仓花椒是本实验室于
2010年由河北林科院引进,种植于贵州大学分子植物
育种基地,2014年10月采集叶片用于本项研究。白
菜品种小夏阳、鲁白三号、上海青和青麻叶分别购于贵
州亚春农业科技有限公司、山东省临朐县德明种业有
限公司、贵阳兴大农种子有限公司和山东省临朐县天
和种业有限公司。
1.2 方 法
1.2.1 花椒叶水浸提液制备
随机摘取种植于试验地中、生长良好的朝仓花椒
叶片若干,置于60℃的恒温箱中烘干至恒重,液氮研
磨成粉状存于4℃冰箱备用。称取80g粉末样品于
1L三角瓶中,加入1L蒸馏水180r/min充分震荡混
匀24h。之后经2层纱布过滤备用。滤液经4 000g
离心力场下离心30min,得到水浸提储备液,用蒸馏
水将储备液分别稀释成2倍(2×)、4倍(4×)、8倍
(8×)、16倍(16×)和原液5个处理液
浓度备用。
1.2.2 水浸提液处理萌发的白菜种子
参照韩志军等[7]的方法,略有修改。
选取充实饱满的白菜种子,用2%的次
氯酸钠溶液浸泡15min消毒,蒸馏水
清洗4次后置于分别含有0、2倍、4倍、
8倍、16倍及原液水浸提液的90mm培
养皿中,28℃恒温暗培养6d,每个处理重复3次,每
皿100粒白菜种子,以蒸馏水培养为对照。每天统计
各培养皿中的种子萌发数,记录数据。
1.2.3 水浸提液处理白菜幼苗
选取充实饱满的白菜种子,用2%的次氯酸钠溶
液处理15min,蒸馏水清洗4次后在28℃的恒温箱中
黑暗条件下催芽2d。选取100粒芽长均一的白菜种
子分别置于含0、8倍、原液的水浸提液珍珠岩培养钵
中,光照培养箱(26℃、光照时间12h/d)中培养4d,
每个处理3次重复。洗净根部珍珠岩,用吸水纸吸干
表面水分,测量株高、主根长、地上部和地下部的鲜重,
记录数据。
1.2.4 保护酶活性及 MDA含量测定
取经0、8倍、原液水浸提液处理后的白菜幼苗叶
片,按照南京建成生物工程研究所的试剂盒说明书,测
定SOD、POD及CAT的酶活性以及 MDA的含量。
1.2.5 数据处理
以国家农业部发布的白菜类种子发芽率(85%)为
标准,实验数据以Excel 2010和 Origin 8.0软件进行
分析处理。
  发芽率(%)=发芽终止时6d正常发芽种子数/
供试种子总数×100%;
发芽势(%)=发芽最多日正常发芽种子数/供试
种子总数×100%;
发芽指数(GI)=∑Gt/Dt(式中:G为在t日内的
发芽数,Dt为发芽相对日数)。
2 结果与分析
2.1 花椒叶水浸提液对白菜种子萌发的影响
研究结果表明,朝仓花椒叶的水浸提液对白菜种
子萌发有抑制作用,且水浸提液浓度越高,白菜种子萌
发数越少。水浸提液稀释16倍、8倍、4倍时,对不同
白菜品种萌发率的影响有一定差异,稀释16倍水浸提
液对小夏阳种子萌发还有一定的促进作用,而对其他
3个白菜品种均有抑制作用。水浸提液浓度仅稀释2
倍时,白菜种子萌发率均显著或极显著下降,但青麻叶
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第35卷 第2期 2016年2月             种 子 (Seed)          Vol.35 No.2 Feb. 2016
表2 朝仓花椒叶水浸提液对白菜种子发芽势的影响
浸提液稀
释倍数
发芽势
小夏阳 鲁白三号 上海青 青麻叶
0  91.03±0.82  98.67±0.47  89.67±1.25  73.00±2.94
16× 69.67±2.49** 75.20±2.94** 64.67±7.41** 73.00±3.56
8× 41.67±1.70** 47.33±3.30** 53.33±3.40** 71.33±4.50*
4× 37.33±4.03** 34.33±6.13** 49.67±1.70** 37.67±1.70**
2× 24.10±2.16** 33.67±2.49** 18.67±9.46** 28.33±7.85**
原液 17.33±0.94** 29.67±3.09** 3.20±1.16** 3.33±0.47**
表3 朝仓花椒叶水浸提液对白菜种子发芽指数的影响
浸提液稀
释倍数
发芽指数
小夏阳 鲁白三号 上海青 青麻叶
0  93.33±0.47  99.33±0.24  94.72±0.64  78.30±2.05
16× 81.78±1.83** 86.71±1.45** 80.25±4.28** 77.96±1.33*
8× 63.02±2.63** 71.31±1.52** 70.77±2.95** 75.52±3.41*
4× 59.78±3.92** 56.92±4.04** 64.19±1.08** 54.06±1.49**
2× 38.86±2.30** 48.06±4.31** 12.32±0.80**16.27±2.02**
原液 23.22±2.64** **17.15±2.19** 1.21±0.44** 4.44±1.23**
图1 朝仓花椒叶水浸提液对白菜幼苗生长的影响
和上海青下降幅度较大,所受抑制作用更强,而对
鲁白三号的抑制作用未达到显著水平。提取液原
液处理时,与对照相比,小夏阳、鲁白三号、上海
青、青麻叶发芽率分别降低了66.34%、52%、96.
33%、78.33%,发芽指数和发芽势随着水浸提液
浓度的升高逐渐降低。说明朝仓花椒水提液对白
菜种子萌发具有明显的抑制作用,但不同品种间
具有一定差异。
2.2 朝仓花椒叶水浸提液对白菜幼苗生
长的影响
  研究发现,花椒叶水浸提液浓度越高,白菜地
上(下)部鲜重、株高及根长所受的抑制作用越强,
出现为叶片窄小,茎缩短,根部褐化,主根变短,根
毛数降低等特征。浸提液稀释8倍时,受试白菜
品种地下鲜重、株高及根长受到的抑制仍达到显
著水平,小夏阳、上海青及青麻叶地上部生物量显
著下降,鲁白三号极显著下降。原液处理时,地上
鲜重下降均达到极显著水平,根长和根重的抑制达
到显著水平。表明幼苗对花椒的化感物质较敏感。
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研究报告  陈 锡 等:朝仓花椒叶水浸提物对白菜种子萌发及幼苗生长的影响
注:A.小夏阳;B.鲁白三号;C.上海青;D.青麻叶。
图2 朝仓花椒叶水浸提液对白菜CAT、POD和SOD活性及 MDA含量的影响
表4 朝仓花椒叶水浸提液对白菜(小夏阳)地上(下)部
生物量、株高和根长的影响
浸提液稀
释倍数
地上部鲜重
(mg)
地下部鲜重
(mg)
株高
(cm)
根长
(cm)
0  23.16±1.42  8.83±0.41  5.63±0.16  3.50±0.14
8× 17.27±1.18* 6.86±1.22* 3.20±0.08* 1.24±0.09*
原液 14.24±1.23**5.02±1.24* 2.69±0.14* 0.83±0.07
表5 朝仓花椒叶水浸提液对白菜(鲁白三号)地上(下)部
生物量、株高和根长的影响
浸提液稀
释倍数
地上部鲜重
(mg)
地下部鲜重
(mg)
株高
(cm)
根长
(cm)
0  73.55±9.17  8.72±1.47  5.65±0.59  2.76±0.68
8× 34.23±1.60**6.33±1.47* 3.82±0.14* 1.37±0.13*
原液 27.35±1.02** 4.7±1.45* 2.45±0.22* 0.71±0.13
表6 朝仓花椒叶水浸提液对白菜品种上海青地上(下)部
生物量、株高和根长的影响
浸提液稀
释倍数
地上部鲜重
(mg)
地下部鲜重
(mg)
株高
(cm)
根长
(cm)
0  34.75±2.51  7.52±1.93  6.40±0.22  3.49±0.27
8× 27.79±2.56* 6.33±1.4* 5.71±0.23* 2.57±0.24*
原液 22.88±1.09** 5.45±1.3* 4.99±0.37* 2.09±0.64
表7 朝仓花椒叶水浸提液对白菜品种青麻叶地上(下)部
生物量、株高和根长的影响
浸提液稀
释倍数
地上部鲜重
(mg)
地下部鲜重
(mg)
株高
(cm)
根长
(cm)
0  32.47±1.59  8.43±1.53  7.07±0.14  2.57±0.17
8倍 27.49±2.33* 6.45±1.71* 5.96±0.22* 2.19±0.22*
原液 17.00±1.09**5.87±1.39* 4.56±0.26* 1.50±0.23
2.3 花椒叶水浸提液对幼苗酶活性及丙二醛含量
的影响
  对应用花椒叶水浸提液处理的白菜幼苗CAT、
POD和SOD酶活性及 MDA含量进行分析测定,发
现随着处理浓度增加,品种小夏阳的SOD酶活性表现
出先升后降的变化,CAT和POD酶活性降低。16×、
8×、4×水浸提液稀释液处理时,鲁白三号、上海青和
青麻叶的SOD酶活性下降幅度较小,水浸提液8×液处
理,SOD、CAT和POD酶活性均下降,尤以SOD酶活性
下降显著。随着水浸提液浓度的增加,该白菜品种幼苗
的 MDA含量增加,表明幼苗细胞膜严重受损。不同受
试品种间各酶活性和 MDA含量变化也存在差异,上海
青的变化较小,而其他品种变化幅度较大,说明受试品
种上海青对花椒水浸提液的反应较不敏感。由于水浸
提液的作用使 MDA含量升高,保护酶活性降低,说明
酶系统的破坏导致种子萌发和幼苗生长受到抑制。
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第35卷 第2期 2016年2月             种 子 (Seed)          Vol.35 No.2 Feb. 2016
3 讨 论
本研究中受试白菜品种在朝仓花椒叶的水浸提液
处理后,在低浓度时萌发率抑制作用不明显,高浓度时
抑制效应加强,且达到显著或极显著水平。幼苗生长
受到严重破坏,且根比茎受到的抑制效应更强,茎长缩
短,根部呈褐化中毒症状,侧根数目减少,推断这可能
是由于化感物质中一些水溶性次生代谢物所致。Lin
等对稗草胚根、幼芽在化感物质作用下的研究发现,其
形态发生变异,长势畸形,地上部和地下部生长失
调[9],说明了化感物质可能对受试植物生长调节系统
(激素水平)有影响。胡远等研究发现,细胞分裂素不
仅能改变小油桐幼苗生长状况,促进种子萌发,而且还
能抑制根的生长[10]。Thomaszewishi等的研究证实,
许多化感物质会降低受体植物中的赤霉素和生长素水
平,从而抑制受试植物的生长[11]。本研究中受试植物
根对化感效应的响应更敏感,与一些早期研究结果一
致。Chon与Chung认为,这是由于根直接接触化感
物质所致[12-13]。花椒的化感作用除了受提取液浓度和
花椒品种的影响外[8],还与受试植物种子活力有关[7]。
本研究中朝仓花椒叶浸提液对受试白菜种子萌发及幼
苗生长的影响趋势一致,但鲁白三号发芽率及幼苗生
长较强,青麻叶最弱,表明鲁白三号的种子抵抗花椒化
感物质的活力较强。
植物体内存在清除活性氧的保护酶活系统,能协
同抵御外界胁迫。本研究发现低浓度浸提液可以促进
小夏阳SOD酶活升高,水浸提液处理高于8倍,SOD
呈现下降趋势。Han等[14]研究生姜对大豆的化感作
用也发现类似结果。然而,其他3个白菜品种随着水
浸提液浓度升高,MDA含量升高,导致SOD、CAT和
POD酶活性降低。Roshchina等研究发现,化感物质
里的一些多酚类化合物会破坏细胞膜的功能,认为化
感物质抑制受体植物SOD和CAT酶活性,导致体内
活性氧增多,从而膜结构被破坏[15]。可推测花椒化感
效应的一种作用方式是破坏膜结构。本研究中的白菜
幼苗酶系统受到破坏应是导致白菜萌发和幼苗生长受
到抑制的原因之一。
化感物质一般可以直接作用于邻近作物,还可间
接影响土壤化学性质、土壤微生物类群以及养份循环
从而影响作物生长[16-17]。所以,要配置适宜和可持续
发展的花椒农林复合种植模式,不仅要重视加强病虫
害的防治,花椒的化感作用也是不容忽视的因素之一。
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研究报告  陈 锡 等:朝仓花椒叶水浸提物对白菜种子萌发及幼苗生长的影响