阿魏酸对2种野生杜鹃种子萌发的化感作用

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(贵州师范大学 a.山地环境重点实验室;b.植物生理与发育调控重点实验室, 贵阳 550001)

阿魏酸对2种野生杜鹃种子萌发的化感作用

金晶a,b，付远洪a,b，李朝婵a，唐凤华a

(贵州师范大学 a.山地环境重点实验室;b.植物生理与发育调控重点实验室, 贵阳 550001)

为探究化感物质阿魏酸对马缨杜鹃和露珠杜鹃种子萌发的化感作用，本研究采用不同浓度阿魏酸分别处理马缨杜鹃和露珠杜鹃种子，利用单因素方差对其发芽率、发芽势、发芽指数和化感指数进行差异性分析。结果表明：阿魏酸显著抑制马缨杜鹃和露珠杜鹃种子的萌发，对2种杜鹃种子的抑制作用随浓度的增加而增加。阿魏酸对马缨杜鹃和露珠杜鹃种子均具有显著的化感作用，化感效应的最强浓度为1 000μg/mL。

阿魏酸； 马缨杜鹃； 露珠杜鹃； 萌发； 化感效应指数

植物化感(Allelopathy)是指植物新陈代谢产生的次生代谢产物释放到环境中，对其它临近植物或自身产生的不利或有利的作用[1]。阿魏酸化学名称为4-羟基-3-甲氧基肉桂酸，是桂皮酸的衍生物之一，是目前发现的主要的酚酸类化感物质[2]。陈芸等研究发现，不同浓度的阿魏酸能显著抑制大豆种子萌发[3]。赵锐明等发现，阿魏酸对鬼针草种子萌发、幼苗生长和根尖细胞有丝分裂有较强的抑制作用[4]。宋亮等研究表明，阿魏酸10 moL-1时对苜蓿种子萌发和抗氧化酶活性有显著的抑制用[5]。郭雅丽等[2]报道，阿魏酸通过降低叶绿素含量抑制铜绿微囊藻的生长。阿魏酸被普遍认为是一种对多数植物存在化感作用的酚酸类物质，影响着植物生长发育的各个阶段[6]。

目前国内外对杜鹃化感作用的研究主要集中在对化感成分的分析及浸提液对种子萌发的影响[7-8]。外施阿魏酸对杜鹃种子萌发和幼苗生长的影响尚未见报道。马缨杜鹃(RhododendrondelavayiFranch)和露珠杜鹃(RhododendronirroratumFranch)属于杜鹃属灌木或小乔木，是百里杜鹃国家森林公园林区重要的建群种和优势种，具有较高的优势度和均匀度，但群落垂直结构简单，多样性指数较低，林下灌木、草本植物和新生杜鹃幼苗非常稀少[9]。种子萌发和幼苗生长是种群建立和更新的2个重要阶段，探究酚酸类化感物质对种子萌发化感作用尤为重要。本研究采用3个不同浓度的阿魏酸处理马缨杜鹃和露珠杜鹃种子，探讨阿魏酸对马缨杜鹃和露珠杜鹃种子萌发的影响，为其繁殖培育和指导林下天然更新提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 种子采集

马缨杜鹃和露珠杜鹃的种子于2016年12月采自贵州省百里杜鹃国家森林公园。摘取马缨杜鹃和露珠杜鹃外围黄褐色的蒴果后带回实验室内，常温摊开晾干，待蒴果自然开裂后抖出。选取籽粒饱满、大小均一，无病虫害的马缨杜鹃和露珠杜鹃种子进行发芽实验。

1.2 阿魏酸的配置

用电子天平(精确度0.000 1)准确称取1 g阿魏酸于50 mL烧杯中，先用少量95%乙醇溶解，待其充分溶解后用玻璃棒引流，转入100 mL容量瓶中，用蒸馏水清洗烧杯3～4次，并将冲洗液一起转入容量瓶中，定容至100 mL，配制成浓度为10 mg/mL的原液，再分别用1，5 mL移液枪分别吸取1，5，10 mL的阿魏酸原液用蒸馏水分别定容至100 mL容量瓶中，配成100，500，1 000μg/mL即A 100，A 500，A 1000的3个不同浓度的阿魏酸溶液，置于4 ℃冰箱备用。

1.3 试验方法

将种子先用75%的酒精消毒20 s，取出用蒸馏水冲洗3～5次，并用滤纸吸干种子表面水分。用消毒的镊子分别将马缨杜鹃和露珠杜鹃种子整齐排列在用100，500，1 000μg/mL阿魏酸润湿的垫有滤纸的发芽盒中，以蒸馏水处理为对照。每个处理100粒种子，重复3次。将盛有种子的发芽盒置于光照强度为3 000 lx、光照时间为12 h、温度为25 ℃的恒温光照培养箱。实验期间观察记录种子萌发情况，用不同浓度的阿魏酸喷洒保持滤纸湿润。以第1颗胚乳冲破种皮视为种子萌发启动速度，待第1颗种子发芽之后每2 d记录1次种子发芽数，以上处理均以45 d为发芽周期。

1.4 项目测定

发芽率、发芽势、发芽指数等指标参照郑健等[10]的方法，化感指数参照叶文斌等[11]的研究。

1.5 数据分析

采用Excel进行数据整理、SPSS进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度阿魏酸对马缨杜鹃种子萌发的化感作用

从表1可知，阿魏酸对马缨杜鹃种子的萌发具有抑制作用，呈现出低浓度促进高浓度抑制的现象。100，500，1 000μg/mL浓度的阿魏酸处理的马缨杜鹃种子的发芽率显著低于对照(ck)，差异性达显著水平(plt;0.05)，较ck分别减少15.000%，24.000%和61.000%。当阿魏酸浓度为1 000μg/mL时，对马缨杜鹃种子的发芽率、发芽势、发芽指数较100μg/mL和500μg/mL处理组显著(plt;0.01)。阿魏酸3个浓度处理组之间其发芽率、发芽势和发芽指数达显著水平(plt;0.05)从化感效应指数(RI)来看，100，500，1 000μg/mL浓度的阿魏酸对马缨杜鹃种子的化感效应指数均小于零(RIlt;0)。100，500，1 000μg/mL浓度的阿魏酸对马缨杜鹃种子的化感效应指数达显著水平。化感效应指数(RI)绝对值的大小表示化感强度的强弱。100，500，1 000μg/mL浓度的阿魏酸对马缨杜鹃种子的化感效应指数的绝对值分别为0.211、0.353、0.897，阿魏酸浓度为1 000μg/mL时，化感效应强度最强，化感效应强度随阿魏酸浓度的增加而增强。

表1 阿魏酸对马缨杜鹃种子萌发的影响

浓度(μg/mL)发芽率(%)发芽势(%)发芽指数(GI)化感指数(RI)10053Bb2．409Bb1．178Bb-0．211Bb50044Cb2．000Cb0．978Cb-0．353Cc10007Dc0．318Dc0．156Dc-0．897Ddck68Aa3．091Aa1．511Aa0Aa

注:不同大写字母表示差异显著(plt;0.05)；不同小写字母表示差异极显著(plt;0.01)。下同。

2.2 不同浓度阿魏酸对露珠杜鹃种子萌发的化感作用

从表2可知，阿魏酸对露珠杜鹃种子萌发同样具有明显的抑制作用。3个浓度的阿魏酸对露珠杜鹃种子的发芽率较ck达显著水平，分别较ck减少9.00%，21.00%和72.00%，抑制作用随阿魏酸浓度的升高而增强。阿魏酸浓度为1 000μg/mL时，发芽率为0，完全抑制了露珠杜鹃种子的萌发。1 000μg/mL浓度的阿魏酸处理的露珠杜鹃的发芽率、发芽势、发芽指数较100μg/mL和500μg/mL处理组达显著水平(plt;0.01)。对于露珠杜鹃，阿魏酸3个浓度处理组之间其发芽率、发芽势和发芽指数均达到显著水平(plt;0.05)。

从化感效应指数(RI)来看，100，500，1 000μg/mL浓度的阿魏酸对露珠杜鹃种子的化感效应指数也小于零(RIlt;0)。100，500，1 000μg/mL浓度的阿魏酸对露珠杜鹃种子的化感效应指数的绝对值分别为0.125、0.292、1，阿魏酸浓度为1 000μg/mL时，化感效应强度最强，化感效应强度变化趋势与马缨杜鹃相同。

表2 阿魏酸对露珠杜鹃种子萌发的影响

浓度(μg/mL)发芽率(%)发芽势(%)发芽指数化感指数ck72Aa3．273Aa1．600Aa0Aa10063Bb2．864Bb1．400Bb-0．125Bb50051Cc2．318Cc1．133Cc-0．292Cc10000Dd0Dd0Dd-1Dd

2.3 不同浓度的阿魏酸对马缨杜鹃和露珠杜鹃种子萌发的化感作用比较

2.3.1 阿魏酸对马缨杜鹃和露珠杜鹃种子发芽率的化感作用比较

由图1可知，100，500，1 000μg/mL浓度的阿魏酸对马缨杜鹃和露珠杜鹃种子的发芽率低于ck。阿魏酸浓度为100μg/mL和500μg/mL时对马缨杜鹃的抑制作用大于露珠杜鹃。阿魏酸浓度为1 000μg/mL时对马缨杜鹃种子萌发的抑制作用反而小于露珠杜鹃，对露珠杜鹃和马缨杜鹃种子萌发的抑制率分别为100%和93%。

图1 不同浓度阿魏酸对马缨杜鹃和露珠杜鹃种子发芽率的影响

2.3.2 阿魏酸对马缨杜鹃和露珠杜鹃种子发芽势的化感作用比较

从图2可以看出，阿魏酸处理的马缨杜鹃和露珠杜鹃种子其发芽势显著低于蒸馏水处理。阿魏酸浓度为100μg/mL和500μg/mL时，对露珠杜鹃种子发芽势的影响大于马缨杜鹃，表现为相同浓度的阿魏酸胁迫下，露珠杜鹃种子出苗率受阿魏酸影响较小。当阿魏酸浓度为1 000μg/mL时，严重影响马缨杜鹃和露珠杜鹃种子的发芽势，对露珠杜鹃种子发芽势的影响大于对马缨杜鹃种子的。

2.3.3 阿魏酸对马缨杜鹃和露珠杜鹃种子化感效应强弱的比较

由表3可知，当阿魏酸浓度为100μg/mL时，马缨杜鹃RI的绝对值大于露珠杜鹃的绝对值，阿魏酸浓度为500μg/mL和1 000μg/mL时，马缨杜鹃RI的绝对值小于露珠杜鹃的绝对值，表明在同一浓度的阿魏酸处理下，阿魏酸对马缨杜鹃和露珠杜鹃种子的化感效应强度不同，表现为低浓度对马缨杜鹃种子的化感效应强度大于露珠杜鹃，高浓度对马缨杜鹃的化感效应强度小于露珠杜鹃。

图2 不同浓度阿魏酸对马缨杜鹃和露珠杜鹃种子发芽势的影响

图3 不同浓度阿魏酸对马缨杜鹃和露珠杜鹃种子化感效应指数的影响

3 讨 论

化感效应指数(RI)是衡量化感强度的重要指标，RIgt;0时为促进作用；当RIlt;0时为抑制作用，RI绝对值代表化感作用强度的大小[11]。笔者研究发现，不同浓度的阿魏酸对马缨杜鹃和露珠杜鹃种子萌发的化感效应指数均小于零(RIlt;0)，表明阿魏酸对马缨杜鹃和露珠杜鹃种子均具有化感作用，化感效应强度表现为“低促高抑”的现象，与周艳[7]等用不同浓度的迷人杜鹃调落物浸提液对种子萌发的研究现象一致。

酚酸类物质广泛存在于植物和生物体之间，通过浸析、挥发、植物残体分解和根系分泌等方式进入环境中[1，12]。研究表明，酚酸的积累是影响种子萌发的主要因素之一[13]，酚酸作为一类化感物质普遍存在于土壤和根系分泌物中，通过抑制受体植物的SOD和CAT酶活性，导致膜质过氧化，破坏受体膜结构而抑制受体种子萌发[14-15]。笔者发现，浓度为100，500，1 000μg/mL的阿魏酸对2种杜鹃种子的萌发均具有抑制作用，与对照处理差异显著，这可能是由于阿魏酸破坏种子的细胞膜结构、抑制酶活性和蛋白质的合成，导致膜质过氧化，抑制种子萌发。当阿魏酸浓度为100μg/mL和500μg/mL时，对马缨杜鹃种子萌发的抑制作用大于露珠杜鹃，表明在较低浓度阿魏酸胁迫下，阿魏酸较马缨杜鹃促使露珠杜鹃种子的萌发，这可能与2种杜鹃生活环境的土壤酸性有关，马缨杜鹃适合生长在pH值为3.7～5.2的强酸性至极强酸的土壤中，而露珠杜鹃适应于pH值为6.0～6.4的弱酸性土壤[16]，马缨杜鹃长期生长在强酸性土壤中为适应环境生成了一些抗逆性物质，如渗透调节物质等[3]能抵抗外界环境的变化。当阿魏酸浓度为1 000μg/mL时对2种杜鹃种子的抑制率最大，这可能是由于阿魏酸浓度过高促使种子过度失水而死亡。阿魏酸对马缨杜鹃和露珠杜鹃种子萌发促进或抑制的机理，以及这些化感物质在其生长发育过程中的作用还有待进一步研究。

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Allelopathy of Ferulaic Acid on Seed Germination of Two WildRhododendron

JINJinga,b,FUYuanhonga,b,LIChaochana,TANGFenghuaa

(a.Guizhou Normal University Guizhou Provincial Key Laboratory of Mountainous Environmental Protection;b.Guizhou Provincial Key Laboratory of Plant Physiology and Developmental Regulation,Guiyang 550001，China)

This experiment studied allelopathic effects of ferulaic acid on seed germination of Rhododendron delavayi and Rhododendron irroratum at three different concentrations(100，500，1 000μg/mL) to investigate the effects of germination percentage,germination potential,germination index and response index by single factor analysis of variance.The results showed that ferulaic acid had inhibiting effects on seed germination of two rhododendron,the inhibition increases with the increase of concentration of ferulaic acid.Ferulaic acid expressed allelopathy on the seeds germination ofR.irroratum,and the effect was the greatest at 1 000μg/mL.

ferulaic acid;RhododendrondelavayiFranch;RhododendronirroratumFranch; germination; response index

2017-01-13

国家自然科学基金项目(31460136)；贵州省科学技术基金项目(黔科合J字[2013]2230号)；贵州师范大学博士科研基金。

金 晶(1993—)，女(侗族)，贵州贵阳人；在读硕士研究生，研究方向：植物生理学；E-mail：jinjing0607@126.com。

李朝婵，女，博士，副教授，硕士生导师，研究方向：植物生理生态；E-mail：chaochanl@gznu.edu.cn。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.06.022

S 685.21

A

1001-4705(2017)06-0022-04