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Artemisinin and flavonoids in wild Artemisia annua and surrounding soil and the influence on soil microbes

野生黄花蒿植株和土壤中的青蒿素、黄酮含量变化及其对土壤微生物的影响



全 文 :书犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2014510 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
李倩,袁玲,罗世琼,黄建国.野生黄花蒿植株和土壤中的青蒿素、黄酮含量变化及其对土壤微生物的影响.草业学报,2015,24(11):2937.
LIQian,YUANLing,LUOShiQiong,HUANGJianGuo.Artemisininandflavonoidsinwild犃狉狋犲犿犻狊犻犪犪狀狀狌犪andsurroundingsoilandtheinflu
enceonsoilmicrobes.ActaPrataculturaeSinica,2015,24(11):2937.
野生黄花蒿植株和土壤中的青蒿素、黄酮含量
变化及其对土壤微生物的影响
李倩,袁玲,罗世琼,黄建国
(西南大学资源环境学院,重庆400716)
摘要:黄花蒿在生长过程中,主要通过植株残体腐解、淋溶、根系分泌等途径向土壤中释放多种化感物质,影响邻近
和后续植物的生长发育。本试验研究了野生黄花蒿植株及土壤中的青蒿素类物质和黄酮含量,以及土壤可培养微
生物数量。结果表明,各生育期野生黄花蒿叶片和根区土壤中青蒿素含量的变化趋势为:现蕾期>始花期>盛花
期>营养生长期;根区土壤中的去氧青蒿素平均含量最高,青蒿酸次之,青蒿素最低,三者合计516.93μg/kg干土,
且3种化合物的总量根际和根表显著高于非根际。野生黄花蒿植株黄酮含量呈现出茎>叶>根系>花,根区土壤
黄酮含量表现为根表>根际>非根际,且盛花期增至最大均值434.77μg/kg干土。说明根系分泌也是黄酮类化合
物进入土壤的主要途径。土壤青蒿素含量与细菌和放线菌数量呈显著负相关(狉=-0.508和狉=-0.478,狀=
24),去氧青蒿素含量与放线菌数量呈极显著负相关(狉=-0.528,狀=24)。因此,土壤中的青蒿素类物质可能抑
制微生物的生长繁殖,影响土壤生物化学过程。
关键词:黄花蒿;青蒿素;黄酮;土壤微生物  
犃狉狋犲犿犻狊犻狀犻狀犪狀犱犳犾犪狏狅狀狅犻犱狊犻狀狑犻犾犱犃狉狋犲犿犻狊犻犪犪狀狀狌犪犪狀犱狊狌狉狉狅狌狀犱犻狀犵狊狅犻犾犪狀犱狋犺犲犻狀
犳犾狌犲狀犮犲狅狀狊狅犻犾犿犻犮狉狅犫犲狊
LIQian,YUANLing,LUOShiQiong,HUANGJianGuo
犆狅犾犾犲犵犲狅犳犚犲狊狅狌狉犮犲狊犪狀犱犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋,犛狅狌狋犺狑犲狊狋犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犆犺狅狀犵狇犻狀犵400716,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:犃狉狋犲犿犻狊犻犪犪狀狀狌犪releasesvariouskindsofalelochemicalsintosoilsviarainleaching,rootexudation
anddeadtissuedecompositionduringthegrowingseason,withresultinginhibitionofthegrowthanddevelop
mentofadjacentplantsandsucceedingcrops.Thepresentexperimentswerethusconductedtodetectartemisi
ninderivatives,flavonoidsandeffectsonsoilmicrobesinwild犃.犪狀狀狌犪andsurroundingsoil.Thealelochemi
calconcentrationsranked:budbreakperiod>earlyfloweringperiod>fulbloomperiod>vegetativegrowthpe
riod(artemisinininleavesandrootzonesoil)andstem>leaf>root>flower(flavonoidsinplants).Insampled
soils,themeanconcentrationofdeoxyartemisininwashighest,folowedbyartemisicacidandartemisininin
soilandthesumoftheseartemisininderivativeswas516.93μg/kgdrysoil.Concentrationsofalthreecom
poundstestedwerehighestinrootsurfacesoilandmuchhigherintherootsurfacesoilandrhizospheresoilthan
innonrhizospheresoil.Soilflavonoidconcentrationsincreasedsteadilyduringthegrowingseasonof犃.犪狀狀狌犪
andreachedtheirhighestlevelsatfulbloomstage(434.77μg/kgdrysoil).Henceitisconcludedthatfla
第24卷 第11期
Vol.24,No.11
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
2015年11月
Nov,2015
收稿日期:20141208;改回日期:20150211
基金项目:国家973计划项目(2013CB127405)和国家自然科学基金(41461053)资助。
作者简介:李倩(1987),女,河南郑州人,在读博士。Email:qianqingzi@qq.com
通讯作者Correspondingauthor.Email:huang99@swu.edu.cn
vonoidsarereleasedintosoilsthroughrootexudation.Thenumbersofbacteriaandactinomycetesshowedsig
nificantnegativecorrelationswithartemisininconcentration(狉=-0.508and-0.478,狀=24).Therewas
alsoanegativecorrelationbetweendeoxyartemsinincontentsandactinomycetenumbers(狉=-0.528,狀=
24).Insummary,artemisininanditsderivativesreleasedfrom犃.犪狀狀狌犪appeartoinhibitmicrobialgrowth
andreproduction,andarethereforelikelytoinfluencebiochemicalreactionsinsoils.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犃狉狋犲犿犻狊犻犪犪狀狀狌犪;artemisinin;flavonoids;soilmicroorganism
黄花蒿(犃狉狋犲犿犻狊犻犪犪狀狀狌犪)属菊科一年生草本植物,是提取青蒿素的唯一原料药材[1]。而黄花蒿在生长过程
中,主要通过枯枝落叶、雨水淋溶和根系分泌3种途径向土壤生态系统中释放萜类、酚酸类和香豆素类等化感物
质[2],严重影响土地生产力。重庆市三峡库区是我国黄花蒿的主栽区,小麦(犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿)、油菜(犅狉犪狊狊犻犮犪
犮犪犿狆犲狊狋狉犻狊)和青菜(犅狉犪狊狊犻犮犪犮犺犻狀犲狀狊犻狊var.犮犺犻狀犲狀狊犻狊)等邻近和后茬作物的产量可降低20%以上[3]。
黄花蒿体内的化感物质进入土壤之后,对植物、土壤动物和水藻产生选择性毒性效应[49]。黄花蒿的水浸提
液显著抑制小麦、燕麦(犃狏犲狀犪狊犪狋犻狏犪)、萝卜(犚犪狆犺犪狀狌狊狊犪狋犻狏狌狊)、油菜等多种作物种子萌发及幼苗生长[10];Mag
gi等[11]和Cala等[12]发现,黄花蒿叶片的醇提取物主要为青蒿素和多甲氧基黄酮类化合物,可以显著降低瓢虫
(犈狆犻犾犪犮犺狀犪狆犪犲狀狌犾犪狋犪)和南部灰翅夜蛾(犛狆狅犱狅狆狋犲狉犪犲狉犻犱犪狀犻犪)幼虫存活率;低浓度的青蒿素对蚯蚓具有驱赶作
用,高浓度则产生致死效应[13]。青蒿素抑制牛肝菌(犛狌犻犾犾狌狊犾狌狋犲狌狊)和松乳菇(犔犪犮狋犪狉犻狌狊犱犲犾犻犮犻狅狌狊)等外生菌根真
菌的生长、养分吸收及有机酸的分泌,干扰菌根的形成,进而影响森林树木生长发育和生态系统的功能[1415]。目
前,关于黄花蒿化感作用的研究多在室内开展,如用培养法检测青蒿素溶液对种子萌发和幼苗生长的影
响[13,1618],叶片法了解昆虫对黄花蒿叶片及其醇提取物的拒食性[1921];固(液)体培养法研究青蒿素和黄花蒿提
取物对土壤微生物生长繁殖的抑制作用等[2223]。由于自然生态系统的复杂性,以上研究结果与自然生境条件下
的结果必然存在显著差异。
微生物是土壤的重要成分,驱动土壤的生物化学反应,如有机质矿化,毒物降解和养分转化与供应等。大量
的研究表明,化感物质可直接抑制周围和后茬植物生长发育,亦可通过干扰土壤微生物的生长和代谢活动,对植
物产生直接和间接影响。因此,探讨黄花蒿对土壤微生物的影响,对于科学评估黄花蒿种植造成的生态风险,减
轻其对周围和后茬作物的危害,保持土地生产力有重要意义。在重庆市三峡库区,野生黄花蒿在局部地区形成大
量的优势群落而聚集生长,为研究自然状态下黄花蒿对土壤微生物的影响提供了理想的研究材料。
1 材料与方法
1.1 样地概述
本试验样地位于重庆市北碚区西南大学后山,年平均气温18.2℃,1月平均气温7.4℃,7月平均气温
28.7℃,≥5℃的年均日数为356.6d,≥10℃的年活动积温高达5979.5℃,年降水量1105.4mm,蒸发量1181.1
mm,全年平均日照1276.7h,无霜期335d。1号样地海拔230.6m,壤土(<0.01mm土粒含量为21.95%),2
号样地海拔356.1m,沙土(<0.01mm土粒含量为32.95%),均为多年生黄花蒿群落,簇生。土壤基本理化性
状见表1。
表1 土壤基本理化性状
犜犪犫犾犲1 犜犺犲狆犺狔狊犻犮犪犾犪狀犱犮犺犲犿犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳狊狅犻犾狊
土壤类型
Soiltype
有机质
Organicmatter
(g/kg)
全氮
TotalN
(g/kg)
全磷
TotalP
(g/kg)
全钾
TotalK
(g/kg)
碱解氮
AvailableN
(mg/kg)
有效磷
AvailableP
(mg/kg)
速效钾
AvailableK
(mg/kg)
pH
壤土Loamsoil 40.93 1.12 0.11 23.82 58.60 10.69 91.92 6.29
沙土Sandysoil 9.72 0.32 0.54 16.22 28.27 19.07 92.59 6.13
03 草 业 学 报 第24卷
1.2 样品采集
2014年6-10月,分别于黄花蒿营养生长期(vegetativegrowthperiod,VGP)、现蕾期(squaringperiod,
SP)、始花期(firstfloweringperiod,FFP)、盛花期(fulbloomperiod,FBP),用抖根法和洗涤法采集土壤样
品[24]。在采样时,先小心抖落根系周围的土壤,收集非根际土壤;再用小毛刷将附着在根系上的根际土壤轻轻刷
下,获得根际土壤。每个样地选取15个采样点,每5个混匀,得到3个样品。然后将仍粘附少量根表土壤的黄花
蒿根系装入无菌塑料袋,同步采集黄花蒿植株样品,备测有关指标。
1.3 测定项目与方法
称取5.00g新鲜的根际和非根际土,分别置于装有少量石英砂和45mL无菌水的三角瓶中,121r/min振
荡30min备用。将粘附根表土壤的根系剪下,称重(W1)后置于装有石英砂和45mL无菌水的三角瓶中,振荡
10s,取出根系,121r/min振荡30min,得到根表土壤的菌悬液。采用稀释平板涂布法测定土壤可培养细菌(牛
肉膏蛋白胨培养基)、真菌(马丁氏培养基)、放线菌(高氏一号培养基)、自生固氮菌(Ashby无氮培养基)、磷细菌
(磷酸钙+植酸培养基)和钾细菌(铝土矿培养基)数目[25]。用吸水纸吸干根表水分,称重根系(W2),W1-W2 即
为根表土质量。烘干测定土壤含水量,用于计算微生物数量(CFU/g干土)。
40℃烘干黄花蒿根、茎、叶,分别磨碎过1mm筛,参照Jessing等[26]的方法测定青蒿素含量。植株青蒿素的
提取:精密称取250mg植株样品粉末,置于100mL磨口带塞三角瓶中,加入25mL95%乙醇,密封后,121r/
min振荡20h,过滤获得待测液。土壤青蒿素类物质的提取:将仍粘附少量根表土壤的黄花蒿根系置于15mL
95%乙醇溶液中轻晃5s,提取方法同植株,抽滤浓缩至2mL待测液,以滤纸上的土壤量为基准,计算根表土壤
中青蒿素类物质含量,精确称取5.00g新鲜根际和非根际土于25mL离心管中,参照上述方法提取和浓缩青蒿
素类物质。采用GC-MS测定植株和土壤待测液中的青蒿酸、去氧青蒿素及青蒿素含量[27]。色谱分析条件为:
DB5MS(30m×0.25mm×0.25μm)色谱柱;升温程序:50~220℃(15℃/min,保持5min),220~230℃
(15℃/min,保持10min);载气:氦气(恒流,31.4cm/s);分流比:10∶1;检测器温度:250℃;离子源温度:250℃。
另称取10.00g新鲜的根际和非根际土,分别置于100mL离心管中,加入70%乙醇(土壤∶乙醇=1∶5),
超声提取黄酮(80℃,3h),抽滤浓缩至5mL。将粘附
少量根表土壤的黄花蒿根系置于70%乙醇溶液中轻
晃5s,参照根际和非根际土的方法提取和浓缩,获得
根表土壤的黄酮待测液。以芦丁为标准品,硝酸铝显
色后,270nm比色测定土壤黄酮含量。参照土壤黄酮
测定方法,测定黄花蒿植株黄酮含量[2829]。
1.4 数据分析
采用 Excel2003对数据进行基本计算,SPSS
18.0进行统计分析,Origin8.5作图,Duncan法进行
差异显著性检验(犘<0.05),Pearson相关分析法分析
黄花蒿根区土壤青蒿素类物质、黄酮含量与可培养微
生物数量之间的关系。
2 结果与分析
2.1 野生黄花蒿的生长状况
由表2可见,随生育期的推移,野生黄花蒿植株的
株高和总生物量持续增加,盛花期增至最大值,与营养
生长期相比,平均值分别增加了0.83倍和1.10倍。
叶片生物量从营养生长期到现蕾期增至最高,然后大
幅度降低,盛花期比现蕾期的平均值降低55.13%。
壤土生长的黄花蒿长势优于沙土。
表2 不同生育期野生黄花蒿植株的株高和生物量变化
犜犪犫犾犲2 犜犺犲犫犻狅犿犪狊狊犪狀犱狆犾犪狀狋犺犲犻犵犺狋狅犳狑犻犾犱犃.犪狀狀狌犪
犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉狅狑狋犺狆犲狉犻狅犱狊
土壤类型
Soil
type
生育期
Growth
periods
株高
Plantheight
(m)
生物量Biomass(gDW)

Leaf
总生物量
Totalbiomass
壤土
Loam
soil
VGP 1.48±0.47c 118.10±12.04b 243.96±35.92c
SP 1.92±0.39b 133.32±8.16a 391.66±38.01ab
FFP 2.47±0.51a 78.90±7.51c 416.78±40.52a
FBP 2.54±0.27a 59.67±5.05d 422.55±36.14a
沙土
Sandy
soil
VGP 1.07±0.25d 49.80±6.16e 149.33±15.32d
SP 1.55±0.42bc 80.60±5.42c 299.29±34.06c
FFP 1.95±0.71b 69.25±6.87cd 350.65±37.34b
FBP 2.09±0.36ab 36.25±5.53e 367.31±39.51b
 注:表中数据为平均值±标准差(means±SD,狀=3),同一列中,不同
小写字母代表差异显著(犘<0.05);营养生长期(VGP),现蕾期(SP),
始花期(FFP),盛花期(FBP),干重(DW)。下同。
 Note:Ineachcolumn,means±SDfolowedbydifferentsmalletters
intablearesignificantlydifferentat犘<0.05;Vegetativegrowthperiod
=VGP,Squaringperiod=SP,Firstfloweringperiod=FFP,Ful
bloomperiod=FBP;DW=Dryweight.Thesamebelow.
13第11期 李倩 等:野生黄花蒿植株和土壤中的青蒿素、黄酮含量变化及其对土壤微生物的影响
2.2 野生黄花蒿植株青蒿素和黄酮含量
图1 黄花蒿叶片中的青蒿素含量
犉犻犵.1 犃狉狋犲犿犻狊犻狀犻狀犮狅狀狋犲狀狋犻狀狋犺犲犾犲犪狏犲狊狅犳犃.犪狀狀狌犪
   柱上不同小写字母表示处理间差异显著(犘<0.05),下同。Different
smallettersabovethebarsindicateasignificantdifferencebetween
treatmentsat犘<0.05.Thesamebelow.
2.2.1 叶片青蒿素含量  野生黄花蒿叶片青蒿素
含量表现为现蕾期>始花期>盛花期>营养生长期,
平均值高低相差1.64倍。此外,叶片青蒿素含量沙
土高于壤土,平均值分别为5.35和4.61mg/gDW
(图1)。
2.2.2 植株黄酮含量  与叶片青蒿素含量的变化
类似,黄花蒿植株黄酮含量呈单峰曲线变化,从营养
生长期到现蕾期增至最大值,然后逐渐降低(图2)。
此外,黄花蒿植株黄酮含量呈现出茎>叶>根系>
花,壤土生长植株黄酮含量显著的高于沙土生长植
株,平均值分别为101.64和78.43mg/100gDW。
图2 野生黄花蒿植株总黄酮含量变化
犉犻犵.2 犜犺犲犮犺犪狀犵犲狊狅犳狋狅狋犪犾犳犾犪狏狅狀狅犻犱狊犮狅狀狋犲狀狋犻狀犃.犪狀狀狌犪
A:壤土Loamsoil;B:沙土Sandysoil.下同Thesamebelow.
 
2.3 根区土壤青蒿素类物质和黄酮含量
2.3.1 土壤青蒿素类物质  由表3可见,在黄花蒿生长的根区土壤中,去氧青蒿素的平均含量最高,青蒿酸次
之,青蒿素最低,平均值依次为347.81,139.66和74.46μg/kg。在黄花蒿根表和根际土壤中,3种化合物的总量
显著高于非根际。从黄花蒿生育期看,现蕾期根区土壤中这3种化合物的总量最高,盛花期降至最低。此外,在
两种类型的黄花蒿根区土壤中,3种化合物的总量差异显著,沙土比壤土高了41.79%。
2.3.2 土壤黄酮  在黄花蒿根表土壤中,黄酮含量最高,根际土壤次之,非根际最低,高低相差35.1倍。此
外,随黄花蒿生育进程的递进,根区土壤黄酮含量呈增加趋势,盛花期增至最大值(平均值=434.77μg/kg干
土),且沙土中的黄酮平均含量显著高于壤土,前者是后者的2.33倍(图3)。
2.4 黄花蒿根区土壤可培养微生物数量
由表4可见,黄花蒿非根际土壤可培养细菌、放线菌和自生固氮菌数量最高,根际次之,根表最低,但真菌、无
机磷细菌和钾细菌数量变化呈多态性。随黄花蒿生育期的推移,根区土壤中可培养细菌和放线菌数量持续增加,
自生固氮菌数量先增加后减少,无机磷细菌和钾细菌数量先增加后减少再增加。
2.5 黄花蒿根区土壤青蒿素类物质、黄酮含量与可培养微生物数量的相关关系
由表5可见,在野生黄花蒿生长的土壤中,青蒿酸含量与可培养微生物数量无显著相关性;去氧青蒿素含量
23 草 业 学 报 第24卷
与放线菌数量呈极显著负相关(狉=-0.528,狀=24);青蒿素含量与细菌和放线菌数量呈显著负相关(狉=
-0.508和狉=-0.478,狀=24);土壤黄酮含量与细菌、真菌、放线菌数量之间均无显著相关性。
表3 野生黄花蒿根区土壤青蒿素类物质含量
犜犪犫犾犲3 犜犺犲犮犺犪狀犵犲狊狅犳犪狉狋犲犿犻狊犻狀犻狀犮狅犿狆狅狌狀犱狊犮狅狀狋犲狀狋狅犳犃.犪狀狀狌犪犻狀狉狅狅狋狉犲犵犻狅狀狊狅犻犾狊 μg/kgdrysoil
土壤类型
Soiltype
生育期
Growthperiods
根区
Rootregion
青蒿酸
Artemisicacid
去氧青蒿素
Deoxyartemisinin
青蒿素
Artemisinin
壤土Loamsoil VGP 根表RS 126.80±7.54e 152.12±9.56h 11.87±1.94g
根际R 160.46±10.33d 88.60±6.43i 9.31±2.58g
非根际NR 7.78±1.09i 9.16±2.90j 2.99±0.93g
SP 根表RS 101.31±6.82ef 566.33±34.31d 94.55±14.93de
根际R 103.45±13.71ef 971.01±31.09b 114.35±34.27d
非根际NR 110.65±9.48ef 491.56±24.78e 56.92±12.94e
FFP 根表RS 497.67±40.85a 666.67±53.22cd 126.71±27.03c
根际R 230.42±16.52b 311.78±19.65f 24.23±2.78f
非根际NR 143.83±15.30de 166.33±12.54h 3.48±1.98g
FBP 根表RS 123.06±9.11e 136.96±17.74h 3.17±0.76g
根际R 67.47±5.74gh 21.08±3.99j 2.59±0.38g
非根际NR 26.42±4.95h 28.58±5.66j 2.02±0.64g
沙土Sandysoil VGP 根表RS 192.26±22.33c 470.20±24.65e 158.54±21.11c
根际R 201.83±24.66bc 294.52±15.34fgh 139.29±12.45c
非根际NR 98.02±6.38ef 200.86±12.45h 57.92±5.48e
SP 根表RS 231.67±24.67b 714.26±29.51c 355.24±27.92a
根际R 124.66±10.05e 1240.15±65.92a 239.91±3.62b
非根际NR 77.52±39.31g 589.03±34.72d 146.09±10.93c
FFP 根表RS 69.83±14.23g 246.07±36.53gh 83.16±10.43de
根际R 134.36±21.78e 380.73±25.98f 111.03±4.69d
非根际NR 114.34±23.02e 305.20±34.92fg 52.46±9.98e
FBP 根表RS 182.31±19.32c 172.86±19.45h 67.91±6.30e
根际R 146.12±31.12de 95.76±12.34i 3.94±1.83g
非根际NR 79.70±13.34g 27.77±13.78j 3.41±1.02g
 注:根表(RS);根际(R);非根际(NR),下同。
 Note:RS=Rootsurface;R=Rhizosphere;NR=Nonrhizosphere.Thesamebelow.
图3 野生黄花蒿根区土壤中的黄酮含量
犉犻犵.3 犜犺犲犮犺犪狀犵犲狊狅犳狋狅狋犪犾犳犾犪狏狅狀狅犻犱狊犻狀狉狅狅狋狉犲犵犻狅狀狊狅犻犾狊狅犳犃.犪狀狀狌犪
33第11期 李倩 等:野生黄花蒿植株和土壤中的青蒿素、黄酮含量变化及其对土壤微生物的影响
表4 黄花蒿根区土壤可培养微生物数量
犜犪犫犾犲4 犜犺犲狀狌犿犫犲狉狅犳犮狌犾狋狌狉犪犫犾犲犿犻犮狉狅狅狉犵犪狀犻狊犿狊犮犺犪狀犵犲狊犻狀狉狅狅狋狉犲犵犻狅狀狊狅犻犾狊狅犳犃.犪狀狀狌犪 CFU/gdrysoil
种类
Species
生育期
Growthperiod
壤土Loamsoil
根表RS 根际R 非根际NR
沙土Sandysoil
根表RS 根际R 非根际NR
细菌Bacteria(×108) VGP 1.32±0.06b 1.63±0.23b 2.50±0.31a 0.40±0.04c 1.64±0.26b 1.69±0.20b
SP 1.73±0.64c 3.81±0.81ab 5.85±2.56a 0.52±1.44d 1.74±0.23c 2.18±0.51b
FFP 4.21±0.44c 9.03±2.45b 13.65±0.33a 1.69±0.03f 1.89±0.08e 2.65±0.23d
FBP 5.49±0.23d 11.32±0.48b 17.02±2.17a 2.53±0.12e 5.98±0.39c 15.46±0.86a
真菌Fungus(×104) VGP 2.07±0.95a 1.64±0.56b 1.54±0.40b 0.48±0.89ab 0.77±0.29c 0.49±0.04c
SP 1.27±0.02a 1.42±0.24a 0.65±0.22b 0.24±0.34c 0.24±0.10c 0.28±0.04c
FFP 1.81±0.17a 1.48±0.21a 0.87±0.05b 0.60±0.02c 0.22±0.03d 0.19±0.03d
FBP 0.57±0.36a 0.43±0.16b 0.44±0.13b 0.59±0.14a 0.34±0.05c 0.23±0.07d
放 线 菌 Actinomycetes
(×105)
VGP 2.21±0.65a 2.57±0.37a 2.39±0.23a 1.84±1.65a 2.01±0.87a 2.20±0.26a
SP 2.85±0.63d 3.73±0.72c 5.02±0.08b 3.93±0.34c 9.02±0.86a 9.39±1.04a
FFP 5.36±1.61d 7.02±0.87bc 7.25±1.41b 4.37±0.98d 6.85±1.32c 11.56±0.65a
FBP 8.22±1.61c 8.78±0.66c 10.05±0.98b 9.99±3.23bc15.16±2.16a 14.64±1.28a
自生固氮菌 Azotobacter
(×105)
VGP 0.63±0.01e 1.27±0.06d 5.00±0.24a 2.30±0.51c 3.28±1.07b 3.42±0.63b
SP 1.49±0.34d 2.47±0.11c 4.31±0.14b 1.90±1.26d 5.07±2.78a 5.13±1.20a
FFP 5.11±0.45d 9.80±0.64b 13.64±4.35a 4.87±0.48d 8.35±0.18c 11.56±2.54ab
FBP 2.54±0.72d 3.24±0.37c 7.73±1.17a 0.59±0.12f 1.90±0.39e 4.29±0.86b
无 机 磷 细 菌 Inorganic
phosphorusbacteria
(×103)
VGP 0.90±0.19b 0.77±0.12bc 0.74±0.07bc 1.37±0.33a 0.62±0.28c 0.57±0.21c
SP 2.69±0.54c 1.44±0.46c 0.59±0.22d 4.74±0.43a 3.57±1.05b 1.28±0.65c
FFP 1.39±0.33a 0.71±0.19b 0.12±0.02c 1.52±0.27a 0.82±0.19b 0.16±0.03c
FBP 2.01±0.25a 0.71±0.21d 1.80±0.31b 2.09±1.04a 1.22±0.03c 1.03±0.33c
钾细 菌 Silicatebacteria
(×104)
VGP 2.40±0.29a 2.03±0.33b 1.38±0.21c 0.49±0.77d 0.21±0.10e 0.33±0.20de
SP 6.11±0.64b 2.36±0.29cd 1.73±0.16d 10.07±1.08a 3.27±0.74c 2.14±0.22d
FFP 1.88±0.38b 0.32±0.06e 0.93±0.09cd 2.79±0.64a 1.14±0.16c 0.81±0.11d
FBP 4.79±1.31cd 3.26±0.86d 4.17±1.27cd 17.75±3.65a 8.82±2.58c 10.09±1.27b
 注:表中数据为平均值±标准差 (means±SD,狀=3),同一行中,不同小写字母代表差异显著 (犘<0.05)。
 Note:Ineachrow,means±SDfolowedbydifferentsmallettersintablearesignificantlydifferentat犘<0.05.
3 讨论
在黄花蒿生长过程中,叶、花、种子和果实极易脱
落,向土壤释放多种化感物质,严重影响植物和土壤动
物的生长代谢[30]。在本项研究中,现蕾期叶片生物量
开始显著下降,降幅最高达到55.13%。在重庆市三
峡库区,黄花蒿现蕾后进入当地的高温伏旱期,叶片容
易凋落腐解,进入土壤的化感物质尤其是青蒿素类物
质大幅增加,可能抑制黄花蒿周围及后茬作物的生长
发育,造成减产。
在野生黄花蒿现蕾期,植株叶片青蒿素含量最高,
根区土壤青蒿素类物质表现为去氧青蒿素>青蒿酸>
青蒿素,合计高达516.93μg/kg干土。这与Jessing
等[2,31]利用原位硅胶管微萃取法,证实黄花蒿根毛能
表5 黄花蒿根区土壤青蒿素类物质、黄酮含量与
可培养微生物数量的相关关系
犜犪犫犾犲5 犆狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犮狅犲犳犳犻犮犻犲狀狋狊犫犲狋狑犲犲狀狋犺犲犮狅狀狋犲狀狋狅犳
犪狉狋犲犿犻狊犻狀犻狀犱犲狉犻狏犪狋犻狏犲狊,犳犾犪狏狅狀狅犻犱狊犪狀犱狋犺犲狀狌犿犫犲狉狅犳狊狅犻犾
犿犻犮狉狅狅狉犵犪狀犻狊犿犻狀狉狅狅狋狉犲犵犻狅狀狊狅犻犾狊狅犳犃.犪狀狀狌犪
化感成分
Alelochemicals
细菌
Bacteria
真菌
Fungus
放线菌
Actinomycetes
青蒿酸Artemisicacid -0.197 0.277 -0.069
去氧青蒿素Deoxyartemisinin -0.369 0.119 -0.528
青蒿素 Artemisinin -0.508 -0.166 -0.478
黄酮Flavonoids -0.159 -0.079 0.165
 注:,分别表示在0.05和0.01水平上相关性达到显著水平。
 Note:,showthatcorrelationsaresignificantatthe0.05and
0.01level,respectively.
43 草 业 学 报 第24卷
分泌青蒿素的结果一致,由此也可解释青蒿素类物质含量在根表、根际>非根际土壤的现象。Duke等[16]发现,
33μmol/L青蒿素即可抑制杂草生长;1μmol/L的青蒿素能干扰水葫芦(犈犻犮犺犺狅狉狀犻犪犮狉犪狊狊犻狆犲狊)的光合作用,月
牙藻(犘狊犲狌犱狅犽犻狉犮犺狀犲狉犻犲犾犾犪狊狌犫犮犪狆犻狋犪狋犪)和小叶浮萍(犔犲犿狀犪犿犻狀狅狉)的半最大效应浓度(Concentrationfor50%
ofmaximaleffect,EC50)仅0.24和0.19mg/kg[13]。因此,在野生黄花蒿群落的根际土壤中,高浓度的青蒿素类
物质可能抑制其他植物生长,这对于黄花蒿形成单优种群和保持生态优势具有重要作用。此外,土壤青蒿素浓度
与叶片青蒿素含量呈极显著正相关[32],在三峡库区普遍栽培的黄花蒿品种中,青蒿素含量一般为10.00~15.00
mg/gDW,是野生黄花蒿的2~3倍[3334],由此推测,在人工栽培黄花蒿的土壤中,青蒿素类物质的含量可能更
高,对周围和后续作物生长发育抑制作用更强。相关分析结果显示,土壤青蒿素含量与细菌和放线菌数量呈显著
负相关(狉=-0.508和狉=-0.478,狀=24),去氧青蒿素含量与放线菌数量呈极显著负相关(狉=-0.528,
狀=24)。培养试验也表明,在根瘤菌、无机磷细菌和外生菌根真菌等土壤微生物的培养液中,添加青蒿素后,它们
的繁殖速率、固氮酶活性和溶磷能力下降,菌根真菌菌丝生物量、有机酸分泌速率和养分吸收量均显著减
少[1415,22,35]。
随野生黄花蒿生育期的推移,植株黄酮含量下降,根表和根际土壤的黄酮总量则大幅度增加,表明黄酮类物
质也可通过植株根系分泌进入土壤。据报道,黄酮类物质对土壤微生物具有广谱杀抑作用,包括常见的细菌如枯
草杆菌(犅犪犮犻犾犾狌狊狊狌犫狋犻犾犻狊)、金黄色葡萄球菌(犛狋犪狆犺狔犾狅犮狅犮犮狌狊犪狌狉犲狌狊)、蜡样芽胞杆菌(犅犪犮犻犾犾狌狊犮犲狉犲狌狊)和变形杆
菌(犛狋犪狆犺狔犾狅犮狅犮犮狌狊犲狆犻犱犲狉犿犻犱犻狊)等[36]。但是,在本试验中,土壤黄酮含量与细菌、真菌、放线菌数量之间均无显
著相关性,不同于前人的研究结果[3738]。在野外复杂的自然条件下,多种土壤因素影响土壤微生物的繁殖生长,
各因素的作用大小也不一样[39],这可能是土壤黄酮与土壤微生物之间无显著相关性的原因之一。此外,青蒿素
类物质能抑制原生动物和微生物繁殖生长,而甲氧基黄酮类物质与青蒿素具有协同效应,可促进青蒿素与血晶素
的反应,增强青蒿素的抗疟活性,提高杀灭疟原虫的效果;在黄酮存在的条件下,青蒿素破坏细菌原生质膜的作用
增强,使胞内物质大量外渗[40]。因此,土壤中的黄酮也可能与青蒿素协同,对微生物繁殖生长产生抑制作用。
综上所述,野生黄花蒿植株通过叶片凋落和根系分泌向土壤释放大量的青蒿素类和黄酮类物质,对微生物产
生化感作用,选择性的干扰土壤微生物的生长繁殖,影响土壤质量和生产力。
犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊:
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