全 文 ：第21卷 第5期
Vol.21 No.5
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2013年 9月
Sep. 2013
doi:10.11733/j.issn.1007-0435.2013.05.018
碱地肤叶茎水浸提物化感效应的分析和鉴定
梁 敏1,赵 伟2,郭志华1,关澄澄1,颜 宏1*
(1.东北师范大学生命科学学院,吉林 长春 130024;2.空军航空大学航空救生系,吉林 长春 130022)
摘要:植物体内的化感物质通过淋溶、根系分泌物等途径进入环境,对周围植物、微生物产生有益或有害的影响。
通过不同浓度碱地肤(Kochiasieversiana)叶部、茎部水浸提液及其相同电导率 NaCl溶液处理莴苣(Lactucasati-
va)种子及幼苗,比较发芽率、发芽指数、活力指数、有丝分裂指数等指标,旨在采用生物鉴定法评估碱地肤叶、茎中
化感物质的效应。结果表明:随着碱地肤叶片、茎部浸提液浓度的增加,莴苣发芽率、发芽指数逐步降低;在低浓度
处数值变化不明显;在最高浓度处(2mg·mL-1),叶片浸提液使莴苣发芽率、发芽指数分别降低26.5%(P<0.05,
RI=-0.27)和40.7%(P<0.05,RI=-0.41),茎部浸提液使莴苣发芽率、发芽指数分别降低36.7%(P<0.05,
RI=-0.37)和27.8%(P<0.05,RI=-0.28)。莴苣幼苗活力指数随浸提液浓度增加而明显降低(P<0.05),在
最高浓度处,叶片、茎部浸提液使莴苣幼苗活力指数分别降低82.6%(P<0.05,RI=-0.82)和70%(P<0.05,RI
=-0.7)。莴苣根尖分生组织细胞观察结果表明:随着浸提液浓度的增加,有丝分裂指数明显降低(P<0.05),在
最高浓度处(2mg·mL-1),叶片、茎部浸提液使莴苣根尖有丝分裂指数分别降低33.7%和17%;在有丝分裂前
期,参与分裂的细胞数目随着处理浓度的增加而增加,在中期、后期和末期细胞数目变化趋势则相反;这表明,碱地
肤中化感物质的存在使得大部分细胞都停滞于有丝分裂前期,从而导致根尖细胞的伸长生长受到抑制。与浸提液
电导率相同的NaCl处理对莴苣发芽率、发芽指数、活力指数等指标影响不大。碱地肤地上部分确实存在对其他植
物产生一定效应的化感物质,其中叶片中化感物质的抑制作用大于茎部;与发芽率、发芽指数相比,莴苣活力指数
对化感效应更为敏感。
关键词:化感效应;碱地肤;莴苣;有丝分裂指数
中图分类号:Q945.78 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2013)05-0950-08
AleopathyoftheAqueousExtractsofKochiasieversianaShoots
LIANGMin1,ZHAOWei2,GUOZhi-hua1,GUANCheng-cheng1,YANHong1*
(1.SchoolofLifeSciences,NortheastNormalUniversity,Changchun,JilinProvince130024,China;
2.DepartmentofAvigationLifesaving,AvigationUniversityofAirForce,Changchun,JilinProvince130022,China)
Abstract:Plantsmaybeneficialyoradverselyaffectotherplantsandmicroorganismthroughalelochemical
compoundsandcausealelopathicandphytotoxiceffectsbydirectlyorindirectlyreleaseofliveordead
parts.ThealelopathyoftheaqueousextractsofKochiasieversianaleavesandstemsonLactucasativa
(lettuce)wasevaluatedinhisstudycomparedwithaNaClsolutionofthesameconductivity.Thegermina-
tionrate,germinationindex,vigorindexandmitoticindexoflettuceseedswereanalyzed.Resultsshowed
thatthegerminationratesandindicesoflettuceweredecreasedwithanincreasingoftreatedconcentration.
Therewasnoobviousvariationatlowerconcentrations,whiletherewassignificantdifferenceathigher
concentrations(P<0.05).Thevigorindexoflettucehadsignificantvariation(P<0.05).Theanalysisof
meristematictissueshowedthatthemitoticindexoflettuceroottipwasdecreasedsignificantlywithtrea-
tedconcentrationincreasing(P<0.05).Thenumbersofcelsthatparticipatedinceldivisionwerede-
creasedduringmetaphase,anaphase,andtelophase.Inthepresenceofalelochemicalcompounds,the
processofceldivisionwasstoppedintheprophase.Rootelongationwasinhibited.ThusK.sieversiana
shootshaveanalelopathicpotentialthatcouldinfluencetheotherplants,theinhibitoryeffectsofleaves
extractsweremoreintensethanthoseofstems.Thevigorindexoflettucewasmoresensitiveto
收稿日期:2013-02-27;修回日期:2013-04-08
基金项目:国家自然科学基金(41101523)资助
作者简介:梁敏(1986-),女,内蒙古根河人,硕士研究生,研究方向为生理生态,E-mail:liangm440@nenu.edu.cn;*通信作者 Authorof
correspondence,E-mail:yanh603@nenu.edu.cn
第5期 梁 敏等:碱地肤叶茎水浸提物化感效应的分析和鉴定
alelopathiceffectofK.sieversianathanthegerminationrateandindex.
Keywords:Alelopathy;Kochiasieversiana;Lactucasativa;Mitoticindex
自然界中几乎所有的生产者(甚至是藻类、真
菌、细菌)都会合成具有化感效应的次生代谢产物,
这些物质的产生、释放会对周边植物的生长产生影
响[1]。由于植物的种类、年龄的不同以及提取方法
的不同,引起化感作用的化合物活性、类型、数量有
所不同[2-3]。早在1937年,Molisch首次提出了化
感作用的定义,即植物之间或是微生物和高等植物
之间的相互作用[4]。而后由Rice将其完善为:植物
(包括微生物)通过释放化合物进入环境对周围其他
植物产生直接或间接的有利或有害的影响[5]。在化
感效应分析中,由于莴苣(Lactucasativa)特殊的敏
感性以及典型的生物学特点(染色体数目少、形态清
晰、较高敏感性)[6-7],常在研究中作为受试植物。回
顾众多文献,由于人们对人工合成的除草剂、杀虫剂
安全问题担忧的加剧,使得化感物质研究多集中在
除杂草[8]、抗病虫害等应用中;同时,在讨论自然界、
人工生态系统、农业管理及群落结构中,化感物质对
于植物提高自身保护和生存竞争能力、协调与环境
关系中充当着重要的角色[2],会对植物群落演替产
生复杂的影响[9-12]。化感效应中有一种特殊形式是
植物的自毒作用,即同种个体间的影响[2]。对于多
年生植物,为了避免同种植物的相互竞争,化感物质
的自毒作用对于调控植株密度、有效利用环境资源
(物质、能量)起了决定性作用。对于1年生植物,化
感物质的自毒作用同样有着重要的生态学影响。一
方面,这些化感物质有效的干扰邻近及入侵物种,保
持自身优势地位,保持群落的正常运作;另一方面,
自毒作用使本身物种衰退,加速更新演替。
碱地肤(Kochiasieversiana)属藜科,是典型的
1年生盐生植物,生长茂密,金字塔形,根系强大。
在较低的土壤温度以及极端盐碱的土壤环境下,碱
地肤仍可以萌发、迅速生长,这种良好的抗逆性使其
成为盐碱地常见的先锋植物,因此在盐碱地恢复、植
物抗性研究中多有报道[13-15];同时,由于其较强的竞
争性,在有关杂草控制[16]、物种入侵相关的化感效
应方面也稍作研究[17]。除此以外,在野外试验的观
察中发现,同一地区内碱地肤生长的规律性变化,由
最初1年长势良好(株高1m),到次年株高减少、生
物量降低,以至于3~4年时碱地肤在该地域消失。
由此推断,在野外自然条件下,碱地肤等1年生盐生
植物的分布、繁衍、消亡不仅与土壤含盐量、pH值、
含水量以及环境温度有关,同时可能会与植物生长
过程中同种个体之间、不同种个体之间化感物质的
代谢、根系分泌物的影响有关。这种化感效应与干
旱、盐碱、高温等环境因子相叠加,加剧了环境因子
影响的复杂性。人们在研究化感作用中,为了全面
分析化感物质成分多采用有机提取(如:甲醇)的方
法,但是从有机溶剂生物毒性角度以及生态学实际
意义分析,首选水浸提的方法。因为大多数植物体
内的化感物质只有从体内分泌到环境中,或者是随
淋溶到达土壤表面,并被利用(可溶性)才会对其他
植物产生影响,所以自然条件下水是唯一萃取溶剂。
因此,本试验以碱地肤(吉林省西部地区盐碱
地)为材料,以莴苣为受体植物,研究不同浓度碱地
肤叶、茎水浸提液对莴苣种子发芽、根部生长及根尖
细胞染色体结构和细胞周期的影响;由于碱地肤属
于典型的盐生植物,为了消除植物体内大量盐分对
结果的干扰,本试验采用了与水浸提电导率相同的
NaCl溶液作为对照。在相应生理参数的基础上,初
步分析碱地肤植物体内化感物质的存在可能性,为
后续环境因子与化感物质协同作用的研究奠定理论
基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
2010年9月在东北师范大学草地科学研究站,
采集碱地肤植物样本。采集后将其放置在室温条件
下自然阴干,然后将根、茎、叶分离,用植物粉碎机分
别粉碎。受体植物为莴苣,种子采购于长春市种子
市场。
1.2 试验方法
1.2.1 材料的培养与处理 称取碱地肤叶、茎粉碎
样品各10g,分别溶于400mL蒸馏水中,在15℃黑
暗处浸提48h;浸提后用纱布过滤,将滤液以3500
r·min-1转速离心15min取上清液。为精确获取
水提物浓度,将上清液倒入冻干瓶中,放置于冰箱冷
冻,结冰后挂于冻干机上冻干;准确称取25,50,100
和200mg的冻干样品用100mL容量瓶定容,分别
得到浓度为0.25,0.5,1和2mg·mL-1叶部、茎部
水浸提溶液。用电导仪分别测定不同浓度上述浸提
159
草 地 学 报 第21卷
液的电导率,然后根据绘制的NaCl标准曲线,换算
NaCl溶液浓度。
选取颗粒饱满、大小均匀的25粒莴苣种子,放
置于铺有2层滤纸培养皿中,分别加入5mL不同
浓度的碱地肤叶部、茎部水浸提液及相同电导率
NaCl溶液;每组处理4次重复。将培养皿放入人工
培养箱,培养条件:时间在8:00-20:00之间温度为
25℃,湿度60%,Ⅳ级光照;时间在20:00至次日
8:00之间温度为18℃,湿度60%,0级光照。每隔
24h更换1次溶液,并记录每天的发芽数;由于高
浓度长时间处理将导致莴苣根尖褐变,试验在处理
72h后测量莴苣幼苗的长度。
最终发芽率(GR):发芽个数占种子总数的百分
比;
发芽指数(GI):GI=∑ni/ti,其中:ni表示在第
i天种子发芽率,ti表示相应的天数[18];
活力指数(VI):VI=S×GI,其中S表示发芽i
天时幼苗长度[19];
抑制率:RI=T/C-1,其中C表示对照值,T
表示处理值)[20]。
1.2.2 有丝分裂指数的测定 选取用不同浓度碱
地肤叶、茎水浸提液、与相同电导率的 NaCl溶液
(蒸馏水为对照)处理72h(超过72h,高浓度处理
组的根尖出现褐化、坏死)的莴苣幼苗根尖作为试验
材料。每个处理中,分别切取莴苣幼苗根尖(长约5
mm)10个,然后放入用卡诺固定液(冰乙酸∶乙醇
(V∶V=3∶1))固定2h,根据文献[21]进行处理;
制作装片,在显微镜下观察细胞,观察染色体形态,
统计处于有丝分裂期的细胞数及有丝分裂期各阶段
的细胞数,计算有丝分裂指数。
有丝分裂指数=(有丝分裂期细胞数/观察细胞
总数)×100%。
1.3 数据分析
采用SPSS11.0软件对试验数据进行处理,差
异显著性进行单因子方差分析(One-wayANO-
VA)。所有数值均表示为平均值±标准误差。
2 结果与分析
2.1 对莴苣种子萌发的影响
发芽率体现了种子群中能够萌发的种子数目。
不同浓度碱地肤叶部、茎部水浸提液对莴苣种子最
终发芽率的影响如表1所示,较低浓度的抑制作用
不显著,随着叶部、茎部水浸提液浓度的增加,莴苣
种子发芽率不同程度降低,抑制作用逐步加强。
0.25和0.5mg·mL-1的叶部、茎部水浸提液对莴苣
种子发芽率的影响不显著,当浓度增加到1和2
mg·mL-1时,莴苣发芽率明显降低(P<0.05)。与
对照相比,分别降低了22.5%(叶:1mg·mL-1),
32.7%(茎:1mg·mL-1),26.5%(叶:2mg·mL-1)
和36.7%(茎:2mg·mL-1)。由RIGR全部为负值的
结果进一步证实水浸提液对莴苣种子的萌发起到了
抑制作用,并且RIGR的绝对值随着浓度的增加而增
大说明抑制作用增强。与碱地肤叶部、茎部水浸提
液相比,相同电导率的 NaCl溶液对莴苣种子发芽
率的影响较小。
发芽指数可以考察种子萌发的速度和整齐强
度。不同浓度碱地肤叶部、茎部水浸提液对莴苣
种子发芽指数的影响如表1所示。较低浓度抑制
作用不显著,随着茎、叶浸提液浓度的增加,莴苣
发芽指数的变化有一定的差异。碱地肤叶部浸提
液的浓度在0.25~1mg·mL-1时,莴苣种子发芽
指数变化趋势较小,与对照组相比分别降低了
6.5%,7.4%和23.1%,各 RIGI值依次为-0.06,
-0.07和-0.23,与对照组差异不显著。当碱地肤
浸提液其浓度达到2mg·mL-1时,发芽指数明显
降低了40.7%,RIGI达到-0.41。碱地肤茎部水浸
提液对莴苣发芽指数的影响与叶部水浸提液的影响
相似。与对照相比,茎部水浸提液使莴苣发芽指数
依次降低了5.6% (0.25mg·mL-1),13.9%(0.5
mg·mL-1),19.4%(1 mg·mL-1)和27.8% (2
mg·mL-1)。与碱地肤叶、茎水浸提液相比,相同
电导率的NaCl溶液对莴苣种子发芽指数几乎没有
影响。
2.2 对莴苣种子活力指数、幼苗活力指数的影响
活力指数通常与幼苗的长度成正比,因此它不
仅反映了植物能否正常的生长,同时也反映了植物
幼苗生长的整齐度。不同浓度碱地肤叶部、茎部水
浸提液对莴苣活力指数的影响如表1所示。无论在
何种浓度范围内,碱地肤叶部、茎部水浸提液都降低
了莴苣活力指数,且各浓度间差异显著(P<0.05)。
与对照相比,叶部水浸提液使得莴苣的活力指数分
别依次降低了33%(0.25mg·mL-1),41.3%(0.5
mg·mL-1),64.7%(1mg·mL-1)和82.6%(2
mg·mL-1);茎部水浸提液使得莴苣的活力指数分
别依次降低了28.7%(0.25mg·mL-1),51.5%
259
第5期 梁 敏等:碱地肤叶茎水浸提物化感效应的分析和鉴定
表1 碱地肤叶部、茎部水浸提液及NaCl溶液对莴苣发芽率、发芽指数、种子活力指数的影响
Table1 EffectsoftheaqueousextractsofK.sieversianaleavesandstemsaswelasNaClsolution
onthegerminationrate,germinationindexandvigorindexoflettuce
处理
Treatment/mg·mL-1
发芽率
Germinationrate/%
抑制率
RIGR
发芽指数
Germinationindex
抑制率
RIGI
活力指数
Vigorindex
抑制率
RIGI
CK 0.00 81.67±3.33a - 1.08±0.02a - 1.67±0.02a -
叶Leaf 0.25 81.67±4.41ab 0.00 1.01±0.03ab -0.06 1.11±0.14b -0.34
0.50 78.33±4.41abc -0.04 1.00±0.01abc -0.07 0.98±0.17bc -0.41
1.00 63.33±1.67d -0.22 0.83±0.01abcd -0.23 0.59±0.03d -0.65
2.00 60.00±2.89de -0.27 0.64±0.09d -0.41 0.29±0.05de -0.82
茎Stem 0.25 75.00±7.63ab -0.08 1.02±0.16ab -0.05 1.19±0.17b -0.29
0.50 65.00±7.63abc -0.20 0.93±0.01abc -0.14 0.81±0.10c -0.52
1.00 55.00±5.00c -0.33 0.87±0.13abcd -0.19 0.73±0.11cd -0.56
2.00 51.67±6.67cd -0.37 0.78±0.01bcd -0.28 0.50±0.09cde -0.70
NaCl 2.00 80.00±2.89ab -0.02 0.95±0.03a -0.12 1.42±0.09ab -0.15
4.00 76.67±4.40ab -0.06 0.98±0.08a -0.10 1.31±0.09abc -0.22
8.00 76.67±1.67ab -0.06 0.91±0.06a -0.16 1.23±0.06abcd -0.26
16.00 71.67±4.41bc -0.12 0.84±0.02a -0.22 0.65±0.08d -0.61
注:不同字母表示在不同浓度处理间差异显著(P<0.05),下同
Note:Differentsmallettersindicatesignificantdifferenceamongdifferenttreatments(P<0.05),thesameasbelow
(0.5mg·mL-1),56.3%(1mg·mL-1)和70.0%
(2mg·mL-1)。经碱地肤叶水浸提液浓度的处
理,RIVI值依次为 -0.34,-0.41,-0.65 和
-0.82,均为负值,并且RIVI的绝对值差值依次显著
变大。同样,用相同浓度的茎部水浸提液处理的莴
苣,其活力指数RI绝对值也逐步增大。与碱地肤
叶部、茎部水浸提液相比,相同电导率的NaCl溶液
对莴苣活力指数影响较小,仅在最高浓度时(16
mmol·L-1),莴苣活力指数抑制率有显著差异。
2.3 对莴苣根尖细胞有丝分裂的影响
不同浓度碱地肤叶部、茎部水浸提液对莴苣根
尖分生区细胞有丝分裂指数的影响如表2和表3所
示。在0.25mg·mL-1碱地肤叶、茎水浸提液中,
细胞有丝分裂指数略有上升,分别升高了2.3%和
0.02%。随后,随着浓度的升高,有丝分裂指数逐步
下降,并且与对照相比显著降低。在碱地肤叶部水
浸提液处理组中,莴苣根尖细胞有丝分裂指数依次
降低9.7%(0.5mg·mL-1),23.3%(1mg·mL-1)
和33.7%(2mg·mL-1);在茎部水浸提液处理组中,
有丝分裂指数依次降低了10.6%(0.5mg·mL-1),
16.7%(1mg·mL-1)和17.0%(2mg·mL-1)。
不同浓度碱地肤叶部、茎部水浸提液对莴苣根
尖各阶段细胞有丝分裂的影响如表2和3所示。由
各阶段参与有丝分裂的细胞百分比分析,莴苣根尖
分生区细胞处于前期的比例较大。随着处理浓度的
增加,前期与中期、后期、末期的变化出现差异。在
前期,虽然低浓度的叶部、茎部水浸提液影响参与有
丝分裂的细胞数目,但是差异不明显;随着浓度的增
加,处于有丝分裂前期的细胞比例明显增加(P>
0.05);在最高浓度处(2mg·mL-1),叶部、茎部浸
提液分别使得莴苣根尖前期的细胞增加了23%和
16.3%。对于处于中期、后期、末期的根尖细胞,其
变化趋势与前期的截然相反。随着叶部、茎部水浸
提液浓度的增加,参与有丝分裂的细胞逐渐减少;浓
度越高,这种趋势越明显。与对照相比,最高浓度叶
部水浸提液(2mg·mL-1)的处理使莴苣根尖细胞
百分比分别降低了81.1%(中期),49.3%(后期)和
81.1%(末期);最高浓度茎浸提液(2mg·mL-1)
处理使莴苣根尖细胞百分比分别降低了52.9%(中
期),37.4%(后期)和31.5%(末期)。
碱地肤地上部分(尤其叶部)水浸提液的处理使
得莴苣根部褐化,根尖出现坏死。最高浓度处的细
胞观察发现,分生区细胞遭到一定程度的破坏,细胞
质中出现黑色颗粒状物质。在1mg·mL-1叶片浸
提液处理组中,观察到染色体异常现象:染色体滞后
迁移,染色体移动不同步(图1)。显然高浓度碱地
肤水浸提液可诱发莴苣根尖分生区细胞染色体畸
变。
为排除碱地肤体内积累的离子成分干扰,选用与
碱地肤地上部分电导率相同的NaCl溶液进行比较。
表4所示为相同电导率的各种NaCl溶液对莴苣根尖
分生细胞的影响。随着NaCl浓度的增加,莴苣根尖
细胞有丝分裂指数逐渐降低,2~8mmol·L-1浓度
359
草 地 学 报 第21卷
表2 碱地肤叶部水浸提液对莴苣根尖细胞的有丝分裂指数和各阶段分裂的影响
Table2 EffectsoftheaqueousextractsofK.sieversianaleavesonthemitoticindex
andmitoticpercentageoflettucerootcels
浓度
Concentration/mg·mL-1
有丝分裂指数
Mitoticindex/%
各阶段有丝分裂细胞百分比Percentageofmitoticcels
前期
Prophase
中期
Metaphase
后期
Anaphase
末期
Telophase
CK 17.20±0.17a 6.23±0.25cd 2.20±0.29a 4.28±0.12bc 4.49±0.23ab
0.25 17.60±0.20ab 5.92±0.60de 1.59±0.04b 5.56±0.30a 4.53±0.29a
0.50 15.53±0.32c 7.13±0.81abc 0.74±0.04d 4.58±0.25b 3.08±0.17c
1.00 13.20±0.29d 7.50±0.52ab 1.40±0.19bc 2.34±0.21d 1.96±0.05d
2.00 11.40±0.31e 7.66±0.55a 0.72±0.29de 2.17±0.14de 0.85±0.38e
表3 碱地肤茎水浸提液对莴苣根尖细胞的有丝分裂指数和各阶段分裂的影响
Table3 EffectsoftheaqueousextractsofK.sieversianastemsonthemitoticindex
andmitoticpercentageoflettucerootcels
浓度
Concentration/mg·mL-1
有丝分裂指数
Mitoticindex/%
各阶段有丝分裂细胞百分比Percentageofmitoticcels/%
前期
Prophase
中期
Metaphase
后期
Anaphase
末期
Telophase
Ck 16.84±0.13ab 6.23±0.16d 2.21±0.23b 4.33±0.57abc 3.65±0.71a
0.25 16.87±0.12a 5.93±0.35de 2.51±0.56a 4.48±0.46a 3.59±1.23ab
0.50 15.06±0.04c 7.13±0.47abc 2.32±0.49ab 4.34±0.37ab 2.48±0.89cd
1.00 14.13±0.11d 7.50±0.31ab 2.17±1.12bc 2.44±1.03de 1.90±0.67cde
2.00 13.98±0.12e 7.67±0.32a 1.04±0.97d 2.71±0.91d 2.50±0.71c
图1 碱地肤叶部水浸提液对莴苣根尖细胞染色体的诱变
Fig.1 ChromosomeaberrationsinducedbytheaqueousextractsofK.sieversianaleaves
表4 不同浓度NaCl溶液对莴苣根尖细胞的有丝分裂指数和各阶段分裂的影响
Table4 EffectsofNaClsolutiononthemitoticindexandmitoticpercentageoflettucecels
浓度
Concentration/mmol·L-1
有丝分裂指数
Mitoticindex/%
各阶段有丝分裂细胞百分比Percentageofmitoticcels/%
前期
Prophase
中期
Metaphase
后期
Anaphase
末期
Telophase
CK 17.12±0.41a 6.64±0.29a 2.94±0.47a 3.76±0.23a 3.78±0.17a
2 17.73±0.23a 6.55±0.64a 3.50±0.33a 3.09±0.13a 4.59±0.25a
4 16.84±0.13a 6.78±0.54a 2.58±0.29a 3.51±0.15a 3.97±0.32a
8 16.83±0.45a 6.75±0.37a 2.82±0.48a 4.50±0.43a 2.76±0.42a
16 15.10±0.32b 7.20±0.46b 1.26±0.43b 3.62±0.24a 3.02±0.09a
内数值差异不显著;同对照相比,只有在16mmol·L-1
的最高浓度处,其有丝分裂指数的数值明显下降了
11.8%。尽管如此,其下降幅度还是小于相同条件
下碱地肤叶部、茎部水浸提液处理组。
459
第5期 梁 敏等:碱地肤叶茎水浸提物化感效应的分析和鉴定
由表4可知,不同 NaCl浓度处理对有丝分裂
各个时期细胞的影响与碱地肤地上部分水浸提液的
影响相似:在有丝分裂前期,参与有丝分裂的细胞比
例最多;随着胁迫强度的增大,处于有丝分裂前期细
胞数目增加;在16mmol·L-1的最高浓度处,才显
示显著增加(P<0.05)。在有丝分裂中期,同样在
16mmol·L-1的最高浓度处,有丝分裂的细胞显著
减少(P<0.05)。在有丝分裂后期和末期,参与分
裂的细胞百分比减少不明显,但仍高于相同条件下
碱地肤地上部分的处理。
3 讨论与结论
由于吉林省西部地区土壤的沙化、盐碱化,因此
有关盐生植物抗性生理生态的特点日益受到人们的
关注。而事实上,盐生植物生长过程中,除了环境因
子(温度、干旱、盐碱)的影响以外还有一个重要的因
子-生物因素的影响,即来自于同种植物、不同种植
物中次生代谢产物中化感作用的影响。近来研究表
明,在生态系统中,植物通过化感物质影响其他植物
种子萌发[22]、幼苗生长。因此在调节植物间相互作
用中,化感物质起到了非常重要的作用[2]。由此,本
试验以莴苣为受体植物,通过种子萌发生理的相关
指标对碱地肤地上部分化感物质的生物学效用进行
初步判定。在有关种子生理的研究中,虽然有人提
出发芽率没有考察种子萌发的整齐度,但是有关发
芽率的曲线是可以很好的体现出植物种子萌发与时
间的动态关系[23]。发芽指数和活力指数是衡量种
子活力的重要指标,反映了种子发芽速度、发芽整齐
度和幼苗健壮的潜势。发芽指数以及活力指数越
高,种子活力越强,在自然条件下能快速出苗[24]。
因此,发芽率、发芽指数、活力指数通常用作评估化
感效应的生理指标。
试验结果显示,碱地肤地上部分浸提液的处理
并没有表现出其他研究报道中“低促高抑”[25-26]的
现象。随着碱地肤叶部、茎部浸提液浓度的增加,莴
苣的发芽率、发芽指数逐步降低;在低浓度变化不明
显,只有在较高浓度的处理组才有显著差异(1和2
mg·mL-1)。对于受试植物莴苣活力指数的变化
趋势则较为敏感,随着处理浓度的增加明显降低。
由发芽率、发芽指数、活力指数相对抑制率(RI)的
比较进一步证实外界因素对3个生理指标影响的差
异。一般来讲,RI为正值表示促进效应,负值表示
抑制效应,其绝对值大小反映化感作用的强弱。随
着水浸提液浓度的提高,RI绝对值变大,表明其对
莴苣种子3个萌发参数的化感作用也逐渐增大,对
莴苣活力指数的化感作用最为明显,而对发芽率和
发芽指数的化感作用相对较小。这一现象可能是由
于受试植物的种子、幼苗对环境敏感性不同造成的。
在植物化感作用的生物鉴定中,受体植物所处的外
界溶液浓度越大,水势越低;水分会由水势较高的受
体植物细胞内向细胞外渗出,细胞失水,造成植物体
出现生理干旱现象,从而影响其正常的生长和发
育[27]。在莴苣种子没有萌发之前,外界环境的影响
更多来自物质浓度所产生的渗透胁迫[2];一旦胚根
突破种皮,这时幼苗所承受的是渗透势、外界物质的
协同作用。由此说明试验结果中活力指数对化感物
质较为敏感的原因。本试验在考虑盐生植物的生理
特性前提下,选择与处理组电导率相等的 NaCl溶
液作比较,结果显示在较低浓度范围内,NaCl溶液
对受体莴苣种子萌发和幼苗生长几乎没有显著影
响,由此排除盐生植物体内无机离子影响的可能性。
在细胞水平上,植物的生长来自于细胞正常的
有丝分裂过程,例如纺锤体的形成、DNA复制、核分
裂和胞质分裂等。细胞分裂是发生在分生组织中的
一个连续过程[28]。有丝分裂指数、有丝分裂期各阶
段指数的改变以及个别细胞染色体畸变都是评估植
物分生组织是否正常生长的重要参数[29]。早期研
究结果就表明,化感物质对种子萌发和幼苗生长的
影响概括为:影响植物激素的合成与利用;改变膜的
通透性以及影响蛋白质的合成;改变细胞的分裂、伸
长和亚显微结构[3];直接或间接作用于DNA分子,
造成DNA断裂损伤,从而形成新的重接,出现染色
体黏连、染色体桥、断片之类的重排[30]。Bais等[31]
在细胞和亚细胞结构水平上研究发现,斑点矢车菊
(Centaureamaculosa)在入侵过程中化感物质的关
键作用。由于莴苣具有很高的敏感性和较大的染色
体特点[6-7],因此选用莴苣作为受体植物进行细胞水
平的分析。本试验结果表明,随着碱地肤地上部分
水浸提液浓度增大,莴苣根尖分生组织细胞的有丝
分裂指数明显降低,这种现象可能与化感物质阻碍
了有丝分裂期间核分裂、或者核死亡有关[11,32]。分
裂前期的细胞数目增加,并且经高浓度水浸提液处
理后,有一些细胞染色体滞后迁移的现象。由各时
期有丝分裂细胞百分比的比较可知,水浸提液浓度
的增加,使得处于有丝分裂中期、后期、末期的细胞
数目减少。与之相反,处于有丝分裂前期的细胞数
目明显增多;在高浓度处理组,有丝分裂前期的细胞
559
草 地 学 报 第21卷
所占比例最大,而且与其他时期差异十分明显。这
些现象说明,碱地肤地上部分浸提液中化感物质干
扰了细胞周期。由于化感物质破坏受体植物根尖分
生组织细胞的微管、细胞板,影响了纺锤体的形成,
因此出现染色体异常现象(染色体滞后)[33]。相同
电导率的 NaCl处理结果表明,莴苣根尖有丝分裂
指数有所降低,但差异不显著;虽然各时期有丝分裂
细胞的百分比变化趋势相似,没有明显差异。这些
数据可以排除碱地肤地上部分中无机离子对细胞分
裂影响的可能性。
综上所述,碱地肤叶部、茎部水浸提液中必定含
有某些化感物质,并且影响植物遗传的稳定性,运用
细胞遗传试验进行化感作用生物鉴定,为植物化感
作用潜力的评价提供了一种新的思路和方法。从微
观上影响细胞分裂,从宏观上表现为抑制受体植物
的发芽率、发芽指数、胚根的伸长,形成一定不可逆
的化感效应。本试验仅仅对碱地肤叶部、茎部水浸
提液对莴苣的化感作用机理进行了初步的探究。而
事实上,特殊化感物质的种类比浓度更加重要,有些
物质会在低浓度处就会达到抑制植物生长的作
用[34],因此有关碱地肤水浸提液中化感物质的提
取、分离和鉴定等有待于进一步试验研究;各个主要
化感物质对植物影响机理仍需进一步加以验证。
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(责任编辑 刘云霞
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)
草坪科学的力作
———《中国主要暖季型草坪草种质资源的研究与利用》评介
最近,我非常高兴的阅读了2012年江苏科学技术出版社出版的《中国主要暖季型草坪草种质
资源的研究与利用》一书。这是由刘建秀博士和她的研究团队共同完成的一本关于我国主要暖季
型草坪草种质资源研究与利用的专著。
本书共八章。其中第一章以不大的篇幅介绍了中国暖季型草坪草物种多样性、地理分布及经
济价值;第五章和第六章介绍了主要暖季型草坪草一些重要性状的遗传分析与分子标记;第七章集
中介绍了结缕草抗寒相关转录因子ZJDREBI基因的克隆、表达模式及功能分析;其大量的篇幅
和重点是第二章到第四章,在这里,作者较深入地介绍了狗牙根、结缕草与假俭草这3个我国主要
暖季型草坪草种质资源的研究与评价。对于这3个暖季型草坪草种质资源的研究与评价,作者根
据不同草种的特点以及他们自己研究工作的结果分别进行了不同的介绍,如狗牙根主要介绍了这
一个草种的种质资源外部性状的变异与类型的划分、匍匐性、根状茎特征、花序发育过程、抗寒性以
及多样性等方面特征;而结缕草则集中介绍了结缕草属植物地上部分、地下部分形态类型的多样
性、以及结实性、生长速度、物候期变异和抗寒性、抗旱性、抗盐性等方面的特征;对于假俭草,作者
除介绍这一个草种的结实性、抗寒性、抗旱性等方面特征外,还介绍了这一草种的耐铝性特征。这
本书的最后一章介绍了作者以大量基础研究为基础而进行的草坪育种工作取得的成果,即“南京狗
牙根”和“阳江狗牙根”选育和示范推广工作。
这本书的一些特点,对我们草坪科技工作者来说,有着一定的启示和相当重要意义:
第一,本书是以我国学者研究成果为主,具有一定特色体系的暖季型草坪草种质资源的专著。
本书引用的大量图表和研究结果,从宏观到微观的各个方面,主要都是这个研究团队多年研究的结
果。这是十分难得的成就。
第二,本书所研究的对象是我国资源特别丰富、发展潜力巨大、适合我国国情,有着广泛应用前
景的草坪植物,因此其研究结果对于我国草坪业的推动和草业的发展具有十分重要的意义和价值。
第三,本书的内容包括几种暖季型草坪草种有关宏观方面的研究,也有微观方面的研究内容,
这为我们全面、系统认识几种暖季型草坪草种提供了可能;更为难得可贵的是本书既有理论研究的
成果,还有他们依据这些研究基础进行的草坪草育种的成果。所以本书既是草坪科学的一本力作,
对草坪学的深入发展有一定意义,又对草坪业的发展具有一定的价值。
第四,本书是刘建秀博士和她的研究团队共同完成的一本专著。其文章作者都是草坪科学领
域的后起之秀,他们坚持多年,踏踏实实、脚踏实地、坚持不懈做扎实、细致、具体的工作,取得了很
好的成绩,这标志着我国草坪科学发展的可喜未来。
陈佐忠
2013年8月9日
759