酚酸對(duì)三七、小麥的化感作用及其差異

孫萌+吳立潔+劉海嬌+程新宇+張子龍

摘要：對(duì)不同濃度單體酚酸及混合酚酸對(duì)三七及小麥的化感作用進(jìn)行生物測(cè)定。結(jié)果表明：酚酸對(duì)小麥、三七的化感作用表現(xiàn)為在種子萌發(fā)階段大于幼苗生長階段；酚酸對(duì)三七的化感作用表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的濃度效應(yīng)；酚酸類物質(zhì)對(duì)三七及小麥的化感作用具有一定協(xié)同作用；2～3年生三七根際土壤中酚酸抑制三七幼苗生長，但可促進(jìn)小麥幼苗生長。酚酸類物質(zhì)的化感作用應(yīng)為三七連作障礙的原因之一，三七與小麥輪作具有合理性。

關(guān)鍵詞：酚酸；三七；小麥；化感作用；輪作

中圖分類號(hào)： S567.23+6.01；S344.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2016）04-0233-04

三七[Panax notoginseng （Burk.） F.H.Chen]為五加科人參屬植物，是我國特有的名貴中藥材[1]，對(duì)血液系統(tǒng)、心腦血管系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等具有良好的藥理作用[2]。三七主要分布在云南省文山州及其周邊區(qū)域。三七種植存在嚴(yán)重的連作障礙問題，輪作是緩減三七連作障礙的主要措施，主要農(nóng)作物小麥則是重要的輪作植物之一。研究表明，化感自毒作用是引起植物連作障礙的重要原因之一，而酚酸類物質(zhì)則是常見的重要化感自毒物質(zhì)[3]。目前已從三七連作土壤中分離鑒定出香草酸、對(duì)羥基苯甲酸、苯甲酸、丁香酸、阿魏酸、對(duì)香豆酸等6種酚酸類物質(zhì)[4]，但這些酚酸類物質(zhì)對(duì)三七種子萌發(fā)及幼苗生長影響的研究尚未見報(bào)道。雖然發(fā)現(xiàn)阿魏酸、香草酸及其混合物對(duì)小麥幼苗生長有較弱的抑制作用[5]，但三七連作土壤中其他酚酸類物質(zhì)對(duì)小麥的化感作用，以及酚酸類物質(zhì)對(duì)三七、小麥化感作用的差異性值得探討。本研究利用生物測(cè)定的方法，研究三七連作土壤中檢測(cè)到的6種酚酸單體及其模擬混合配比對(duì)三七、小麥的化感作用，并比較三七與小麥的敏感性差異，以期從化感自毒作用角度揭示三七連作障礙的形成機(jī)理，并為建立三七-小麥合理輪作體系提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

對(duì)香豆酸、阿魏酸、對(duì)羥基苯甲酸、丁香酸、香草酸均購自Sigma公司，苯甲酸購自上海源葉生物科技有限公司。小麥種子（中麥8號(hào)）購自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院。三七種子由文山三七研究院栽培研究所提供，三七種子采摘后濕沙（含水量25%左右）埋藏，5 ℃避光保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 酚酸濃度設(shè)置

1.2.1.1 單體酚酸 將香草酸、對(duì)羥基苯甲酸、苯甲酸、丁香酸、阿魏酸、對(duì)香豆酸等6種酚酸分別配制成1、10、100、500 mg/L 等4種濃度。

1.2.1.2 混合酚酸 根據(jù)三七根際土壤中各種酚酸的實(shí)際含量[4]：香草酸9.79 μg/g，對(duì)羥基苯甲酸2.78 μg/g，苯甲酸5.27 μg/g，丁香酸1.26 μg/g，阿魏酸2.33 μg/g，對(duì)香豆酸24.01 μg/g，設(shè)置混合酚酸。按照香草酸 ∶對(duì)羥基苯甲酸 ∶苯甲酸 ∶丁香酸 ∶阿魏酸 ∶對(duì)香豆酸=10 ∶3 ∶6 ∶2 ∶3 ∶24的比例進(jìn)行6種酚酸的混合，分別配制成A、B、C、D、E等5種濃度（表1），分別約為土壤中酚酸含量的0.5、1、5、10、20倍。

1.2.2 種子發(fā)芽試驗(yàn) 先用自來水將三七、小麥種子洗凈，然后用1%次氯酸鈉溶液表面消毒10 min，再用去離子水洗凈后備用。取滅菌后的培養(yǎng)皿（直徑90 mm），鋪1層濾紙，再均勻鋪20 g過14目篩且經(jīng)滅菌的石英砂，分別加入各濃度處理酚酸液10 mL。取三七、小麥種子各30粒，均勻擺放在培養(yǎng)皿中，置于自然光、25 ℃恒溫環(huán)境中培養(yǎng)，每個(gè)處理重復(fù)3次，以蒸餾水作對(duì)照。從播種后次日開始，每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，并及時(shí)補(bǔ)充等量蒸餾水，以保持石英砂濕潤。7 d后測(cè)定小麥苗高、根長等生長指標(biāo)；35 d后測(cè)定三七苗高、根長等生長指標(biāo)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定及數(shù)據(jù)處理

發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后，選定培養(yǎng)皿中生長整齊均一的幼苗10株，采用常規(guī)方法測(cè)量其苗高、根長、分根數(shù)。

為了比較不同物種、發(fā)育階段和各測(cè)定指標(biāo)間的化感作用，以平均化感指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)[7-8]。

MSIR=∑nj=1ajn 。

式中：R為平均敏感指數(shù)（M ）的級(jí)別或?qū)哟?；a為數(shù)據(jù)項(xiàng)；n為該級(jí)別或?qū)哟螖?shù)據(jù)（RI） 的總數(shù)。當(dāng)MSI>0時(shí)為促進(jìn)作用，當(dāng)MSI<0時(shí)為抑制作用，其絕對(duì)值大小與作用強(qiáng)度（敏感性）一致。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)在DPS 7.05軟件平臺(tái)上處理，先采用ANOVA法分析，再采用LSD法進(jìn)行顯著性檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單體酚酸的化感作用

2.1.1 單體酚酸對(duì)三七的化感作用 不同濃度單體酚酸對(duì)三七發(fā)芽率、苗高均有一定抑制作用，總體表現(xiàn)為濃度越高抑制作用越強(qiáng)。對(duì)三七根長而言，香草酸、對(duì)香豆酸具有一定的促進(jìn)作用，對(duì)羥基苯甲酸、阿魏酸則表現(xiàn)為抑制作用，苯甲酸表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)、高濃度抑制，丁香酸則與之相反；對(duì)分根數(shù)而言，香草酸、丁香酸具有促進(jìn)作用，且香草酸在低濃度時(shí)具有顯著促進(jìn)作用，對(duì)羥基苯甲酸、苯甲酸、阿魏酸、對(duì)香豆酸大都表現(xiàn)為抑制作用。總體來看，各單體酚酸主要抑制三七種子萌發(fā)以及地上部分生長（表2）。

2.1.2 單體酚酸對(duì)小麥的化感作用 由表3可見，不同濃度單體酚酸溶液對(duì)小麥發(fā)芽率大都表現(xiàn)出一定抑制作用，但不顯著。對(duì)幼苗根長和苗高而言，單體酚酸基本表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)、高濃度抑制；對(duì)于分根數(shù)而言，香草酸、丁香酸、對(duì)香豆酸基本沒有影響，苯甲酸、阿魏酸均表現(xiàn)為抑制作用，且濃度為1 mg/L時(shí)達(dá)顯著水平，對(duì)羥基苯甲酸則表現(xiàn)為濃度越高，抑制作用越強(qiáng)，且濃度為500 mg/L時(shí)達(dá)顯著水平。

2.2 混合酚酸的化感作用

2.2.1 混合酚酸對(duì)三七的化感作用 由表4可見，不同濃度混合酚酸均可降低三七種子的發(fā)芽率，其中B處理下顯著抑制三七種子發(fā)芽率，E處理下極顯著抑制三七種子發(fā)芽率。由圖1可見，隨著混合酚酸濃度升高，其對(duì)三七生長指標(biāo)的影響總體呈低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的趨勢(shì)?；旌戏铀釋?duì)三七根長、分根數(shù)的影響未達(dá)顯著水平；而對(duì)苗高的影響則達(dá)顯著或極顯著水平。C、D處理下混合酚酸顯著抑制了三七苗高，B、E處理下混合酚酸對(duì)苗高的抑制作用達(dá)極顯著水平?？梢夿處理下混合酚酸已經(jīng)開始抑制三七幼苗生長，并隨著酚酸濃度增大持續(xù)抑制其生長。

2.2.2 混和酚酸對(duì)小麥的化感作用 由表4、圖2可見，混合酚酸對(duì)小麥發(fā)芽率、分根數(shù)的影響不顯著；而對(duì)小麥苗高、根長的影響同樣表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的趨勢(shì)。A、B、C、D處理下混合酚酸對(duì)小麥苗高、根長均有一定促進(jìn)作用，其中對(duì)小麥根長的促進(jìn)達(dá)到顯著水平（A處理）或極顯著水平（B、C處理）；只有E處理下混合酚酸才極顯著抑制小麥苗高、根長。由此可知，三七根際土壤中的實(shí)際酚酸濃度可以促進(jìn)小麥生長。

2.3 酚酸對(duì)小麥、三七的化感作用比較

由表5可以看出，一級(jí)敏感指數(shù)、二級(jí)敏感指數(shù)、三級(jí)敏感指數(shù)大部分為負(fù)值，表明單體酚酸對(duì)小麥、三七普遍存在抑制作用。就一級(jí)敏感指數(shù)M1而言，所有酚酸都抑制了小麥、三七發(fā)芽率，基本抑制了苗高、分根數(shù)，而對(duì)根長則大部分表現(xiàn)為促進(jìn)作用。就二級(jí)敏感指數(shù)M2而言，酚酸對(duì)小麥、三七均表現(xiàn)為種子萌發(fā)階段抑制，幼苗生長階段促進(jìn)（苯甲酸、阿魏酸除外）。就三級(jí)敏感指數(shù)M3而言，在受試濃度內(nèi)，小麥對(duì)于苯甲酸的化感抑制作用更敏感，敏感程度為苯甲酸>對(duì)香豆酸>丁香酸>對(duì)羥基苯甲酸>阿魏酸>香草酸，其中苯甲酸、阿魏酸對(duì)小麥生長表現(xiàn)為抑制作用，其他酚酸表現(xiàn)為促進(jìn)作用。三七對(duì)阿魏酸、對(duì)羥基苯甲酸的化感抑制作用比較敏感，敏感程度為阿魏酸>對(duì)羥基苯甲酸>香草酸>丁香酸>對(duì)香豆酸>苯甲酸，其中阿魏酸、對(duì)羥基苯甲酸對(duì)三七表現(xiàn)為抑制作用，其他酚酸表現(xiàn)為促進(jìn)作用。這說明不同物種對(duì)于同一種化感物質(zhì)的敏感程度不同，而阿魏酸對(duì)于小麥、三七均表現(xiàn)為抑制作用。

由表6可以看出，一級(jí)敏感指數(shù)、二級(jí)敏感指數(shù)、三級(jí)敏感指數(shù)大部分為負(fù)值，說明混合酚酸對(duì)于小麥、三七均有一定化感抑制作用。小麥各指標(biāo)對(duì)于混合酚酸化感作用的敏感性（一級(jí)敏感指數(shù)M1）依次為苗高>發(fā)芽率>根長>分根數(shù)。三七對(duì)于混合酚酸化感作用的敏感性（一級(jí)敏感指數(shù)M1）依次為苗高>發(fā)芽率>根長>分根數(shù)。可以看出，混合酚酸對(duì)于三七、小麥的化感作用表現(xiàn)出一致的作用規(guī)律，即混合酚酸對(duì)小麥、三七苗高的抑制作用較強(qiáng)，其次是發(fā)芽率、根長，而對(duì)分根數(shù)的化感作用最弱。從供試小麥、三七種子萌發(fā)階段和幼苗生長階段對(duì)于混合酚酸化感作用敏感性（二級(jí)敏感指數(shù)M2）來看，在種子萌發(fā)階段更容易受到混合酚酸的化感作用影響，且受到的抑制程度較大。從物種（三級(jí)敏感指數(shù)M3）來看，三七對(duì)于混合酚酸化感作用更為敏感，且表現(xiàn)為抑制作用。

3 結(jié)論與討論

3.1 酚酸類物質(zhì)與三七連作障礙的關(guān)系

研究表明，三七存在明顯的自毒作用[9-11]。本研究分析了三七連作土壤中6種酚酸對(duì)三七種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，發(fā)現(xiàn)酚酸對(duì)三七的化感作用有如下特點(diǎn)：（1）單體酚酸、混合酚酸對(duì)三七萌發(fā)與生長都有一定的抑制作用，且表現(xiàn)為種子萌發(fā)階段大于幼苗生長階段。有研究發(fā)現(xiàn)，酚酸類物質(zhì)可以抑制種子萌發(fā)所需的關(guān)鍵酶類[12]，這可能是導(dǎo)致酚酸對(duì)種子萌發(fā)的影響大于幼苗的原因。（2）不同酚酸類物質(zhì)存在一定的協(xié)同作用，而這種協(xié)同作用可能和酚酸種類及其組成有緊密關(guān)系。（3）高濃度酚酸對(duì)三七根長、苗高有顯著抑制作用。有研究發(fā)現(xiàn)，酚酸類物質(zhì)可以增加細(xì)胞膜通透性，誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)溶物外流 [13]，還可以抑制葉綠素的正常積累而造成短缺[14]，最終抑制植物生長，這可能是導(dǎo)致本研究中酚酸抑制苗高、根長的原因。（4）隨著酚酸濃度變化，其對(duì)三七的化感作用表現(xiàn)出一定變化趨勢(shì)，這與孫玉琴等有關(guān)阿魏酸對(duì)三七化感作用的研究結(jié)果[15]基本一致。由此推測(cè)，三七根際土壤中酚酸類物質(zhì)對(duì)三七的化感作用可能是造成三七連作障礙的重要原因。

3.2 小麥與三七輪作的合理性

輪作是目前緩解三七連作障礙最為直接有效的措施，本研究以當(dāng)?shù)爻Ｒ娹r(nóng)作物小麥為受體，探討了酚酸及其混合配比的化感作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三七連作土壤中的酚酸類物質(zhì)對(duì)三七種子萌發(fā)有顯著抑制作用，且極顯著抑制三七苗高；而對(duì)小麥幼苗生長則表現(xiàn)出很強(qiáng)的促進(jìn)作用，極顯著促進(jìn)了小麥根長。這表明小麥與三七輪作具有一定的合理性，為生產(chǎn)上采用小麥與三七進(jìn)行輪作提供了理論依據(jù)。

研究發(fā)現(xiàn)，供體植物對(duì)受體植物不同品種的化感作用不同，張子龍等研究三七水浸液對(duì)不同玉米品種的化感作用發(fā)現(xiàn)，常規(guī)品種白糯1號(hào)對(duì)三七化感作用敏感性更強(qiáng)，雜交種云瑞1號(hào)、魯三3號(hào)的敏感性較弱，更適合與三七輪作[16]。小麥品種繁多，文山州是云南省小麥良種繁育基地之一[17]，針對(duì)此情況，筆者認(rèn)為須要進(jìn)一步研究不同小麥品種對(duì)混合酚酸的敏感性差異，以期找到更適宜與三七輪作的小麥品種，更加有效地緩解三七連作障礙。

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