全 文 ：苯丙烯酸对黄瓜幼苗生理特性的影响 3
吴凤芝1 ,2 3 3 　潘　凯1 　周秀艳1
(1 东北农业大学 ,哈尔滨 150030 ;2 东北林业大学 ,哈尔滨 150040)
【摘要】　采用基质栽培模拟实验 ,研究了不同浓度苯丙烯酸对黄瓜幼苗生理特性的影响. 结果表明 ,苯丙
烯酸对黄瓜幼苗的光合色素、光合速率、蒸腾速率和根系活力产生了抑制作用. 当处理浓度为 25 μmol·
L - 1时 ,对类胡萝卜素产生抑制作用 ,对叶绿素 a、叶绿素 b 为促进作用 ;当浓度为 50μmol·L - 1时 ,对光合
速率、蒸腾速率和根系活力均产生显著的抑制作用 ( P < 0105) ,并随着处理浓度的增加抑制作用增强 ;当
浓度为 150μmol·L - 1时 ,对叶绿素 a、叶绿素 b 产生显著抑制作用 ( P < 0105) ;随着处理浓度的增加 ,对黄
瓜上述生理特性的抑制作用增强. 低浓度苯丙烯酸 (25～50μmol·L - 1) 对幼苗根系活力的抑制强度不大 ,
可在处理后期得到恢复 ;高浓度 (100～150μmol·L - 1)处理则表现出显著的抑制作用 ,随着处理时间延长 ,
抑制作用增强 ( P < 0105) .
关键词 　苯丙烯酸 　化感作用 　光合速率 　蒸腾速率 　黄瓜根系活力
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 05 - 0915 - 04 　中图分类号 　Q945 　文献标识码 　A
Effects of cinnamic acid on physiological characteristics of Cucumis sativus seedling. WU Fengzhi1 ,2 , PAN
Kai1 ,ZHOU Xiuyan1 (1 Northeast A gricultural U niversity , Harbin 150030 , China ; 2 Northeast Forest ry U ni2
versity , Harbin 150040 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (5) :915～918.
With substrate culture ,this paper studied the effects of different concentrations of cinnamic acid on the physiolog2
ical characteristics of Cucumis sativus seedling. The results showed that 25μmol·L - 1 of cinnamic acid had an in2
hibition effect on carotenoids ,but a promotion effect on chlorophyll a and b. 50μmol·L - 1 of this compound could
significantly inhibit the photosynthetic rate ,transpiration rate and root activity ( P < 0. 05) ,and this effect was
getting stronger when the concentration was higher. 150μmol cinnamic acid·L - 1 had a significant inhibition ef2
fect on chlorophyll a and b ( P < 0. 05) . Cinnamic acid had a weak inhibition effect on root activity when its con2
centration was low (25～50μmol ·L - 1) ,but the effect was significant when the concentration was high (100～
150μmol·L - 1) ,which became stronger with the longer handling time ( P < 0. 05) .
Key words 　Cinnamic acids , Allelopathy , Photosynthetic rate , Cucumis sativus , Transpiration rate ,Root ac2
tivity. 3 国家自然科学基金资助项目 (30070430) .3 3 通讯联系人.
2003 - 07 - 23 收稿 ,2003 - 12 - 21 接受.
1 　引 　　言
随着蔬菜生产的规模化、产业化和工厂化的发
展 ,连作障碍问题越来越引起人们的重视. 黄瓜
( Cucum is sativas) 是设施栽培的主要蔬菜作物之
一 ,连作现象十分普遍 ,连作障碍严重. 研究发现 ,自
毒作用 (autotoxicity) 是其重要原因之一[5 ,11 ] ,并成
功地从黄瓜的根系分泌物中分离出苯丙烯酸 (肉桂
酸) 、苯甲酸和水杨酸等 10 种具有生物毒性的酚酸
类物质 (自毒物质) ,其中苯丙烯酸 (cinnamic acid)是
毒性较强的一种. 当黄瓜连续种植时 ,酚酸类物质积
累到一定程度 ,就会对黄瓜产生自毒作用[11 ,12 ] . 业
已证实 ,这些酚酸类物质显著影响黄瓜根系的保护
酶活性 ,增加根系细胞组织中活性氧自由基含量 ,加
速膜脂过氧化 ,导致光合作用减弱 ,最后引起产量和
品质下降[4 ,7 ,13 ,14 ] . 本研究采用外源苯丙稀酸 ,通过
基质栽培模拟试验 ,研究了不同浓度的苯丙烯酸对
黄瓜幼苗叶绿素含量、光合作用和根系活力等生理
特性的影响 ,为进一步揭示酚酸物质对黄瓜产生自
毒作用的生理机制提供科学依据.
2 　材料与方法
211 　试验材料
供试品种为山东密刺黄瓜 ,外源酚酸为苯丙烯酸 (肉桂
酸) ,采用的栽培基质为蛭石 ,供试营养液为 Hoagland 营养
液.
212 　研究方法
21211 处理液配制 　将 11482 g 苯丙烯酸溶于 300 ml 无水
乙醇溶液中 ,充分溶解后定容至 1 000 ml ,即得到 10 mmol·
L - 1苯丙烯酸母液 ,在处理时用营养液配制成各处理浓度 ,
各处理溶液中乙醇含量保持一致.
21212 试验设计 　挑选籽粒饱满、大小均匀的黄瓜种子 ,经
应 用 生 态 学 报 　2005 年 5 月 　第 16 卷 　第 5 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,May 2005 ,16 (5)∶915～918
消毒处理后 ,于 28 ℃浸种催芽 ,选择芽势一致、刚刚萌动的
种子播于 10 cm ×10 cm 盛有蛭石的营养钵中 ,采用小区栽
培 ,两小区间距为 015 m ,区边用砖垒砌 ,区底铺双层塑料薄
膜 ,每个处理设 3 次重复 ,随机排列 ,小区面积为 019 m2 ,栽
培株数为 70 株. 子叶展平前用清水浇灌 ,子叶展平后用 1/ 4
单位黄瓜 Hoagland 营养液浇灌 ,两叶一心时换为 1/ 2 单位
营养液 ,并开始用不同浓度的苯丙烯酸处理 ,处理浓度分别
为 0 (CK ,不加苯丙烯酸) 、25μmol·L - 1 、50μmol·L - 1 、100
μmol·L - 1和 150μmol·L - 1 ,处理后第 4 天、第 8 天、第 12 天
和第 16 天进行根系活力测定 ,第 16 天进行叶绿素含量和光
合作用的分析测定.
21213 测定方法 　叶绿素和类胡萝卜素含量采用丙酮乙醇
等量混合浸提法测定[5 ] ;光合速率采用美国 CID 公司 CI2
310 便携式光合测定仪测定 ;根系活力采用 TTC 还原法测
定[5 ] ;化感作用效应敏感指数 (RI) 采用 Williamson[7 ]方法测
定 , RI = 1 - C/ T( T ≥C) ; RI = T/ C - 1 ( T < C) . C 为对照值 ,
T 为处理值. 当 RI > 0 时 ,表示促进作用 ;当 RI < 0 时 ,表示
抑制作用. RI 绝对值的大小代表化感 (自毒)作用强度.
21214 数据分析 　数据处理采用 Excel 软件完成 ,差异显著
性测验采用 SAS软件完成.
3 　结果与分析
311 　苯丙稀酸对黄瓜幼苗光合色素含量的影响
叶绿体光合色素是植物进行光合作用的基础性
物质 ,其含量高低在一定程度上反映了植株进行光
合作用的潜力. 图 1 表明 ,随着处理浓度的增加 ,叶
绿素 a、叶绿素 b 和叶绿素 (a + b) 的含量先升高、后
降低 ;类葫萝卜素一直降低 ,但变化幅度不大. 处理
浓度为 25μmol·L - 1时 ,叶绿素 a、叶绿素 b 和叶绿
素(a + b) 的含量分别比对照增加 516 %、616 %和
517 % ,类葫萝卜素降低 2104 % ; 处理浓度为 50
μmol·L - 1时 ,叶绿素 b 的含量比对照增加 215 % ,其
它指标均低于对照 ,并随着处理浓度的增加 ,降低幅
度增大 ;当浓度为 150μmol·L - 1时 ,叶绿素 a 和叶
绿素 (a + b) 的含量与对照达显著水平 ( P < 0105) .
图 2 表明 ,除叶绿素 (a + b)外 ,各指标均随着处理浓
度的增加 ,化感效应增强.
　　以上结果表明 ,苯丙烯酸在较低的处理浓度 (25
μmol·L - 1)下 ,对幼苗光合色素具有促进作用 ,增加
其在组织中的含量 ;在较高处理浓度 (100μmol·L - 1
和 150μmol·L - 1)下 ,则表现为抑制作用 ,并随着处
理浓度的增加抑制作用增强.
类胡萝卜素是位于叶绿体膜上的氧自由基清除
剂.它同光合作用中心 PSI 和 PSII 连在一起 ,降低
细胞内自由基水平 ,可保护叶绿素免遭氧化[8 ] . 由
图 1 和图 2 可以看出 ,与对照相比 ,较低浓度苯丙烯
酸即可使类胡萝卜素含量下降 ,处理浓度越大 ,类胡
萝卜素含量降低幅度越大. 本试验降幅为 2 %～
20187 % ,说明苯丙烯酸处理 16 d 后可使植株体内
自由基含量相对增多 ,叶绿素发生氧化 ,导致光合色
素含量降低.
图 1 　苯丙烯酸对黄瓜幼苗光合色素含量的影响
Fig. 1 Effects of cinnamic acid on content of photosynthetic pigments of
C. sativ us seedlings.
1) 叶绿素 a Chl a ;2) 叶绿素 b Chl b ;3) 叶绿素 (a + b) Chl (a + b) ;4)
类葫萝卜素 Carotenoid. 下同 The same below.
图 2 　苯丙烯酸对基质培黄瓜幼苗叶片光合色素含量的化感效应
Fig. 2 Allelopathic effects of cinnamic acid on content of photosynthetic
pigments of C. sativ us seedlings.
312 　苯丙稀酸对黄瓜幼苗光合速率和蒸腾速率的
影响
光合作用是绿色植物获取生物产量和经济产量
的主要源泉 ,光合能力的强弱是用来反映植株与环境
条件关系的重要生理指标. 表 1 结果表明 ,低浓度苯
丙稀酸对黄瓜幼苗的净光合速率有一定的促进作用 ,
处理浓度为 50、100 和 150μmol·L - 1时 ,净光合速率
分别比对照处理降低了 719 %、3715 %和 4816 % ,均
达到显著水平 ( P < 0105) . 苯丙稀酸对黄瓜幼苗蒸腾
速率的影响与净光合速率的变化规律相一致 ,即低浓
度 (25μmol·L - 1)为促进作用 ,高浓度 (50、100 和 150
μmol·L - 1 ) 为抑制作用 ,分别比对照处理降低了
1613 %、3317 %和 3911 %. 与对照相比 ,当浓度为 50
μmol·L - 1时 ,净光合速率和蒸腾速率出现显著性差
异 ,处理间的抑制强度亦出现了显著差异 ,既苯丙稀
酸处理浓度越高 ,抑制作用越强. 图 3 结果表明 ,净光
合速率的化感指数 ( RI)大于蒸腾速率.
619 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
表 1 　苯丙稀酸对黄瓜幼苗光合速率和蒸腾速率的影响
Table 1 Effects of cinnamic acids on photosynthetic rate and transpira2
tion rate of C. sativus seedlings
处理浓度
Concentration
(μmol·L - 1)
光合速率
Photosynthetic rate
(μmol·m - 2·s - 1)
蒸腾速率
Transpiration rate
(μmol·m - 2·s - 1)
0 4153 ±0121a 688133 ±4101a
25 4155 ±0126a 689190 ±9122a
50 4117 ±0116b 576100 ±9183b
100 2183 ±0130c 456100 ±9121c
150 2133 ±0132d 419133 ±8169d3 同一列数据不同字母表示差异显著 Numbers in the same column
with different letters indicate a significant difference ( P < 0105) . 下同
The same below.
图 3 　苯丙稀酸对黄瓜幼苗光合速率和蒸腾速率的化感效应
Fig. 3 Allelopathic effects of cinnamic acids on on photosynthetic rate
and transpiration rate of C. sativ us seedli ngs .
Ⅰ1 光合速率 Photosynthetic rate ; Ⅱ1 蒸腾速率 Transpiration rate.
313 　酚酸对黄瓜幼苗根系活力的影响
由表 2 和图 4 可以看出 ,在第 4 天、第 8 天、第
12 天和第 16 天 ,各种浓度的苯丙烯酸处理均可使
黄瓜幼苗根系活力下降 ,处理浓度越大 ,降低幅度越
大. 处理浓度为 25μmol·L - 1时 ,在处理后的 16 d 内
一直接近于对照处理 ;处理浓度为 50μmol·L - 1时 ,
在处理后第 8 天比对照处理降低 24186 % ,抑制强
度 R I 为 - 0124 ,随处理时间的延长抑制强度降低 ,
第 16 天抑制强度下降到 - 0108 ,接近对照水平 ;100
μmol·L - 1和 150μmol·L - 1处理在处理后第 4 天大
幅度下降 ,抑制强度达 - 0134 和 - 0158 ,在处理后
第 16 天比对照处理分别降低 68101 %和 7011 % ,抑
制强度分别达 - 0168 和 - 0171 ,与对照处理达到差
异显著水平 ( P < 0105) . 说明苯丙烯酸在低浓度时
对幼苗根系活力的抑制强度不大 ,可在处理后期得
到恢复 ,高浓度则表现出显著的抑制作用 ,随处理时
间延长 ,抑制作用增强.
表 2 　苯丙烯酸对黄瓜幼苗根系活力的影响 3
Table 2 Effects of cinnamic acid on root acivity in C. sativus seedling
(μg·g - 1FW·min - 1)
处理浓度
Concentration
(μmol·L - 1)
处理后天数 Days after treatment (d)
4 8 12 16
0 1165 ±0121a 1181 ±0110a 2140 ±0126a 3122 ±0122a
25 1163 ±0112a 1178 ±0112a 3108 ±0111a 3108 ±0119a
50 1156 ±0118a 1136 ±0114a 2106 ±0109a 1108 ±0116a
100 1108 ±0111ab 1132 ±0113ab 1173 ±0111bc 1103 ±0109bc
150 0168 ±0106b 1118 ±0116b 1105 ±0118c 0194 ±0111c
　
图 4 　苯丙烯酸对基质培黄瓜幼苗根系活力的化感效应
Fig. 4 Allelopathic effects of cinnamic acid on root activit y of C. sativ us
seedlings by substrate culture.
　　根系活力的大小直接影响作物对水分和养分的
吸收 ,苯丙烯酸显著抑制了黄瓜幼苗的根系活力 ,即
抑制了其对水分、养分的吸收能力 ,进而抑制了幼苗
的生长.
4 　讨 　　论
　　据 Einbhllig 等[2 ,3 ]报道 ,阿魏酸、咖啡酸和香豆
醛等化感物质通过降低植物叶片的光合作用、叶绿
素含量和气孔导度等生理指标而抑制植物叶面积的
增加和叶片的伸长. 本研究与其结果相似. 苯丙烯酸
显著影响了黄瓜幼苗的光合色素含量、光合作用及
根系活力等生理指标. 100μmol·L - 1和 150μmol·
L - 1苯丙烯酸处理对黄瓜幼苗的叶绿素 a、叶绿素 b、
类葫萝卜素、净同化率、蒸腾速率和根系活力的影响
均达到差异显著水平 ,导致黄瓜幼苗养分的吸收量
降低 ,光合产物减少 ,生长速度减慢. 这可能是苯丙
烯酸直接抑制其合成 ,并降低了位于叶绿体膜上的
氧自由基清除剂 ———类胡萝卜素的含量 ,使叶绿体
的结构遭到破坏[9 ] ,叶绿素降解.
叶绿素 a、叶绿素 b 在植物光合作用过程中起
重要作用 ,叶绿素 a 具有收集和转化光能的作用 ,是
光合反应的中心色素 ,叶绿素 b 具有收集光能的作
用[1 ,9 ] . 苯丙烯酸抑制了叶绿素 a、叶绿素 b 的含量 ,
即抑制了叶绿素对光能的收集和转化 ,减少了光合
作用所必需的能量 ,降低了能量的转化效率 ,进而影
响光合作用.
研究表明 ,黄瓜根系分泌物和提取物对黄瓜幼
苗蒸腾速率的影响大于对净光合速率的影响[14 ] . 本
研究结果则是对净光合速率的化感强度大于蒸腾速
率的化感强度. 这可能是由于作物的基因型、化感物
质和环境条件不同 ,以致产生的化感效应不同.
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作者简介 　吴凤芝 ,女 ,1963 年 12 月生 ,博士 ,教授. 主要从
事蔬菜生理生态和设施园艺工程技术研究 ,发表论文多篇.
Tel :0451255190278 ; E2mail :feng4862 @sina. com
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