全 文 ：中国生态农业学报 2011年 11月 第 19卷 第 6期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Nov. 2011, 19(6): 1480−1482


* 广东省自然科学基金项目(2007009850)资助
** 通讯作者: 马瑞君(1956~), 女, 博士, 教授, 主要从事植物生态学研究。E-mail: ruijunma2003@yahoo.com.cn
孙延杰(1983~), 男, 硕士研究生, 主要从事入侵植物防治的研究。E-mail: sunyanjie0628@163.com
收稿日期: 2011-01-24 接受日期: 2011-07-04
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.01480
不同化感物质对入侵植物五爪金龙保护酶系统的影响
孙延杰1 庄东红2 杜 红1 徐效华3 马瑞君2**
(1. 汕头大学理学院 汕头 515063; 2. 韩山师范学院生物系 潮州 521041;
3. 南开大学元素有机化学研究所 天津 300071)
中图分类号: Q948.12 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)06-1480-03
Impact of different allelochemicals on protective enzyme system of
exotic invasive plant Ipomoea cairica (Linn.) Sweet
SUN Yan-Jie1, ZHUANG Dong-Hong2, DU Hong1, XU Xiao-Hua3, MA Rui-Jun2
(1. College of Science, Shantou University, Shantou 515063, China; 2. Department of Biology, Hanshan Normal University,
Chaozhou 521041, China; 3. Institute of Elemento-Organic Chemistry, Nankai University, Tianjin 300071, China)
(Received Jan. 24, 2011; accepted Jul. 4, 2011)
五爪金龙[Ipomoea cairica (Linn.) Sweet]属旋花
科(Convolvulaceae)番薯属多年生草质藤本植物, 原
产美洲, 上世纪早期引入中国[1]。该植物有很强的攀
援能力, 其生态适应性广泛, 生长迅速, 繁殖力强,
常在路旁、林缘、河岸滩涂、撂荒地及果园等生境
中形成群落优势种群 , 影响农林业生产 [1], 破坏生
物多样性, 已成为华南地区的主要入侵杂草。目前
对五爪金龙的主要防除措施是使用化学除草剂或人
工拔除。众所周知, 化学除草剂不仅会导致降解残
毒在环境中累积, 并通过物质循环进入生物链, 而
且长期使用化学除草剂往往会使杂草产生抗性; 而
人工拔除效率低, 费工费力。因此筛选有效的植物
源除草剂十分必要 [2−4], 而利用单体化感物质是筛
选和开发植物源除草剂的重要途径[5−6]。
高等植物的化感物质多为植物的次生代谢产物,
种类繁多, 但从其生物合成途径可分为酚类、类萜、
含氮化合物和其他次生物质4大种类[4]。本文选取广
泛存在于植物体内且对多种植物生长均有抑制的香
草酸、茶碱、(Z)-2-(3-吡啶基亚甲基)-4,6-二甲氧基
苯并呋喃-3(2H)-酮(编号090710)和(Z)-2-(2,3-二甲氧
基苯基亚甲基 )-6-羟基苯并呋喃 -3(2H)-酮 (编号
081110)4种化感物质, 分别为酚类、含氮类化合物和
其他类次生物质 , 利用4种单体化感物质处理五爪
金龙幼苗, 研究保护酶系统的变化, 以期为开发有
效防除五爪金龙的植物源除草剂奠定基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验用4种化感物质单体分别为香草酸、茶碱和
(Z)-2-(3-吡啶基亚甲基 )-4,6-二甲氧基苯并呋喃
-3(2H)-酮(编号090710)和(Z)-2-(2,3-二甲氧基苯基亚
甲基)-6-羟基苯并呋喃-3(2H)-酮(编号081110)。前2
种购自南京郎泽医药有限公司, 纯度为98.6%; 后2
种为南开大学元素有机化学研究所依据植物源化感
物质单体人工合成的化感物质。受体植物为五爪金
龙, 采自广东省汕头大学校园内。
1.2 试验方法
在100 mL锥形瓶中加87 mL Hoagland营养液和
3 mL分别配制的浓度为2 mmol·L−1上述4种化感物
质溶液 , 对受体植物五爪金龙(取茎部颜色为青绿
色、叶片较嫩、整株长约30 cm的五爪金龙的一部分
用于试验)进行处理, 于光照培养箱中培养1 d、4 d、
7 d和13 d(13 d取的材料仅用于叶绿素含量测定)时
取叶片作为试验材料, 以用全营养液培养的五爪金
第 6期 孙延杰等: 不同化感物质对入侵植物五爪金龙保护酶系统的影响 1481


龙叶片为对照。测定处理组与对照的叶绿素含量、
超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化
物酶(POD)、丙二醛(MDA)的变化。多次重复测定。
叶绿素含量用 SPAD-502 叶绿素仪在活体叶片
上测定(为叶绿素相对含量), 超氧化物歧化酶(SOD)
活性和丙二醛量测定参照文献[7]测定, 过氧化氢酶
(CAT)和过氧化物酶(POD)活性参照文献[8]测定。
利用Microsoft excel 2007进行作图和数据处理。
2 结果与分析
2.1 叶绿素含量的变化
图1表明, 随着处理时间的延长, 对照叶绿素含
量无明显变化 , 而处理组的叶绿素含量均有下降 ,
处理时间越长, 下降越明显。其中经茶碱处理13 d
后的五爪金龙叶片叶绿素含量仅为对照的67%。试
验观察发现, 与对照相比, 处理组幼苗叶片逐渐变
黄, 幼苗细弱, 可直观地看出, 4种化感物质对五爪
金龙幼苗叶绿素含量的影响。
2.2 抗氧化酶活性的变化
超氧化物歧化酶(SOD)作为生物体内清除自由
基的重要酶, 在保护酶系中处于核心地位[8]。图1表
明, 与对照相比, 随着处理时间的延长香草酸、茶碱
和081110处理的五爪金龙叶片SOD活性呈先上升后
下降趋势, 且培养后期均急剧下降; 经090710处理
的五爪金龙叶片SOD活性呈持续上升趋势, 在培养
第1 d时SOD酶活性显著低于对照, 随着培养时间延
长, 培养第7 d时和对照差别很小, 表明090710有可
能抑制了SOD活性, 随着处理时间延长, 植物体内
自由基的累积激活了SOD活性, 抑制有所减弱。CAT
是一种具有高效而低亲和特性, 可将SOD的作用产
物进一步转化为H2O和分子氧的植物脱毒蛋白。4种
化感物质处理对五爪金龙叶片CAT活性的影响如图
1所示。对照变化不明显; 茶碱、香草酸和081110处
理的五爪金龙叶片CAT活性, 从处理第1 d到第4 d均
高于对照, 且经茶碱处理的五爪金龙叶片CAT活性
高于对照近3倍, 在培养7 d时, 这3种化感物质处理
的五爪金龙叶片CAT活性均低于对照; 经090710处
理的五爪金龙叶片CAT活性呈先降后升现象外, 且
在培养的第1 d低于对照, 随培养时间的延长CAT活
性有所上升。试验结果表明了SOD和CAT在植物体
内的协作性, 与前人试验结果类似。
POD的主要功能是抑制膜内不饱和脂肪酸的过
氧化作用, 维持细胞质膜的稳定性和完整性, 提高
植物对逆境的适应性。图1表明, 对照处理下五爪金
龙叶片POD活性变化不明显, 经081110、090710和茶
碱处理的五爪金龙叶片POD活性呈先上升后下降趋
势。培养第1 d后, 这3种化感物质处理的POD活性均
高于对照; 培养第7 d时活性均下降, 且均低于第1 d
的值。经香草酸处理的五爪金龙叶片POD活性呈持
续上升趋势, 处理第1 d POD活性明显低于对照, 第
7 d时POD活性与对照持平。由于POD和CAT配合催
化分解H2O2, 分析本研究中香草酸对五爪金龙叶片
CAT和POD的作用结果得出香草酸对五爪金龙的影
响较小。



图1 不同化感物质处理对五爪金龙叶绿素、MDA含量和SOD、POD、CAT活性的影响
Fig. 1 Effect of different allelochemicals on the contents of chlorophll and MDA, the activity of SOD, POD and CAT in leaves of
Ipomoea cairica (Linn.) Sweet
090710: (Z)-2-(3-吡啶基亚甲基 )-4,6-二甲氧基苯并呋喃 -3(2H)-酮 (Z)-2-(3-pyridylmethylene)-4, 6-dimethoxybenzofuran-3 (2H)-ketone;
081110: (Z)-2-(2,3-二甲氧基苯基亚甲基 )-6-羟基苯并呋喃 -3(2H)-酮 (Z)-2-(2,3-dimethoxyphenyl methylene)-6-hydroxyl group benzofuran
-3(2H)-ketone.
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丙二醛(MDA)作为细胞内膜脂过氧化的重要产物 ,
对细胞的生物膜产生损伤, 其含量的多少是脂质过
氧化作用强弱的一个重要指标[9]。图 1表明, 香草酸、
茶碱、081110处理的五爪金龙叶片 MDA含量都明显
增长, 其中茶碱处理的五爪金龙叶片 MDA 含量增长
速度最快, 培养 7 d时是培养 1 d的 1.96倍。经 090710
处理的五爪金龙叶片 MDA 量呈持续递减趋势变化,
且低于对照, 表明细胞内脂质过氧化物没有积累, 活
性氧较少, 与前面指标的测定结果相吻合。
3 讨论与结论
叶绿素含量是反映植物光合能力的重要指标之
一, 在一定程度上也决定着植物的生长速度。化感
物质常常会加速叶绿素的分解或抑制其合成, 改变
叶绿素a/b比值, 尤其是酚类物质[10−11]。本试验发现,
4种化感物质均能降低五爪金龙叶绿素含量 , 抑制
幼苗生长。这种作用是否具有专一性, 还有待进一
步证明。
植物体内的SOD、CAT和POD组成一个有效的
活性氧清除系统 [12], 对酶系统起到防御作用, 保护
机体免遭伤害; MDA水平一方面表明膜系统受伤害
的程度, 另一方面较高浓度的MDA还会对膜系统造
成更大的潜在性伤害[13]。本研究表明, 在化感物质
香草酸、茶碱、(Z)-2-(3-吡啶基亚甲基)-4,6-二甲氧
基苯并呋喃-3(2H)-酮(090710)和(Z)-2-(2,3-二甲氧基
苯基亚甲基)-6-羟基苯并呋喃-3(2H)-酮(081110)的胁
迫下, 随胁迫时间延长, 五爪金龙叶片叶绿素含量
普遍下降, 叶片在培养15 d时经化感物质处理后的
叶片均有不同程度泛黄现象; SOD、CAT、POD活性
的试验结果与相关报道[14−16]中先升后降趋势的结果
并不完全一致, 而表现为090710处理的五爪金龙叶
片SOD活性呈现持续上升趋势, CAT活性呈现先降
后升趋势 , POD活性呈现先升后降趋势。由于经
090710处理的五爪金龙叶片POD活性都下降, 积累
的活性氧只能靠活性较高的POD来完成。香草酸处
理的五爪金龙叶片POD活性呈现持续上升趋势, 可
能原因是香草酸对POD活性有一定抑制作用, 随氧
化产物的积累, 刺激POD活性上升。丙二醛(MDA)
含量表现为除090710处理呈现持续递减外, 其他均
呈现递增趋势, 尤其以茶碱最为明显。五爪金龙体
内的保护酶活性升高可能是受到化感胁迫后, 因体
内过氧化物增加而启动的一种应激机制[17], 即植物
为适应这种胁迫作用, 体内保护酶活性增加, 但这
种适应性只在一定程度上起作用, 当过氧化物积累
到一定程度, 各种酶不能正常发挥作用, 导致保护
酶活性下降; 当保护酶活性下降, 化感胁迫产生的
自由基清除效果降低, 自由基的累积使植物体内的
MDA含量增加, 又反作用致使酶活性进一步降低, 使
植物受害加重, 从而出现一系列的连锁反应[18−19]。
本试验结果表明, 化感物质 090710对五爪金龙
抑制性较差, 而香草酸能够明显降低五爪金龙叶片
内 CAT活性, 茶碱和 081110能明显抑制五爪金龙幼
苗的生长。因此, 香草酸、茶碱和 081110有望成为
植物源除草剂的候选化感物质, 但其具体作用机制
还有待于进一步研究。
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