对羟基苯甲酸和肉桂酸对巨尾桉9 号苗木生长及生理指标的影响

申礼凤 徐圆圆 黄晓露 杨 梅

( 1. 广西国有高峰林场，广西 南宁 530001；2. 广西大学林学院，广西 南宁 530004；3. 广西林业科学研究院，广西 南宁 530002)

化感作用指植物、微生物释放的某些化学物质，如前茬残根腐解或根系分泌的对羟基苯甲酸、苯甲酸、肉桂酸、间苯三酚、阿魏酸、根皮苷等酚酸类物质，对其周围的植物、微生物产生好的或坏的影响[1]，可引起植物连作障碍[2-5]。化感物质能影响植物的生长与代谢，其对受体植物的影响能力和浓度相关，且因植物种类而异。徐小军等[6]研究表明阿魏酸可抑制西瓜（Citrullus lanatus）种子的萌发，且其根和茎中的O2·-浓度、膜质过氧化水平及保护酶活性随着阿魏酸浓度增高而增高。张国伟等[7]指出对羟基苯甲酸能抑制棉花（Gossypium hirsutum）根系生长，使根系线粒体中的过氧化酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性降低，而O2·-产生速率和过氧化氢（H2O2）含量增加，且随着其浓度的升高，抑制作用变大。郭伟等[8]报道随着对羟基苯甲酸浓度的增加，燕麦（Avena sativa）根系和幼芽中的膜脂过氧化水平增强，抗氧化酶活性提高。此外，酚酸对植物的影响还表现出“低浓度促进、高浓度抑制”的规律，在烤烟[9]、平邑甜茶（Malus hupehensis）[10]、柳 杉（Cryptomeria fortunei）[11]、广 藿 香（Pogostemon cablin）[12]、黄瓜（Cucumis sativus）[13]、蚕豆（Vicia faba）[14]等植物上均有类似规律。研究表明，林地中的酚酸物质累积到一定程度，会影响苹果（Malus pumila）树生长[10]。土壤中125 mg/kg 的肉桂酸能降低平邑甜茶苗木根系呼吸[15-16]，而高水平的苯甲酸能降低其苗木中的磷、氮及叶绿素含量[17]，此外，咖啡酸能减缓其苗木生长[18]；邻羟基苯乙酸、p-香豆酸和阿魏酸对水稻（Oryza sativa）叶绿素的合成具有抑制作用[19]；辣椒地里连作3年的土壤的浸提液能减缓辣椒（Capsicum annuum）苗木叶片光合作用[20]。化感物质还能影响菜豆（Phaseolus vulgaris）根系细胞分裂[21]和杨树（Populussp.）人工林土壤酶活性及养分有效性[22]。

桉树（Eucalyptussp.）是我国南方重要的速生造林树种，我国桉树人工林中有2/3 属于短轮伐期人工林，其中一半以上的林地进行连栽经营，人工纯林多代连栽常会带来许多生态问题，如地力衰退、生物多样性锐减等。研究表明，桉树的枝叶、枯落物及其林下表土含有蒎烯、均烯和桉树脑等挥发性物质以及巨桉酚、2，5-二羟基苯甲酸、香草酸、没食子酸、香豆酸、绿原酸、咖啡酸等酚酸类化学物质[23-25]。桉树凋落物分解、根系分泌、淋溶释放的一些化学物质能阻碍其周围微生物和植物的生长[26-27]，且由于其叶片的淋洗作用，会在树冠下方形成抑制区[28]。巨尾桉9 号（E. grandis×E.urophyllaNo.9）是优良的桉树无性系，具有生长快、干直、枝下高大等优点，在我国南方地区种植广泛[29]。对羟基苯甲酸、肉桂酸是植物中广泛存在的一类重要的次生代谢产物，许多研究学者认为其能抑制植物生长[30]。课题组前期对桉树人工纯林及混交林土壤酚酸物质进行了研究，结果表明2年生、5年生巨尾桉纯林土壤中存在对羟基苯甲酸和肉桂酸[31]，其林间及根区土壤中均含有对羟基苯甲酸，而肉桂酸只存在于根区土壤，林间土壤中未检测出肉桂酸。此外，对羟基苯甲酸、肉桂酸等酚酸物质对桉树幼苗生长及生理指标方面的研究仍很少见。为此，本试验以巨尾桉9 号为对象，研究了对羟基苯甲酸、肉桂酸对其生长及相关生理指标的影响，探讨酚酸浓度与桉树苗木生长及生理间的关系，可为桉树化感作用方面的研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取长势良好、生长情况较一致的3个月生巨尾桉9 号组培苗为试验材料，移栽至由V（黄心土）∶V（河沙）为2∶1 混合成的育苗基质塑料盆中，适应1 周后开始试验。

1.2 试验方法

试验地为广西大学林学院苗圃，历时3个月。采用完全随机区组试验设计进行试验，分别设置以下处理：对羟基苯甲酸10、50、100、500 mg/L（分别记为pHA-10、pHA-50、pHA-100、pHA-500），肉桂酸10、50、100、500 mg/L（分别记为CA -10、CA -50、CA -100、CA -500），以清水为对照（CK），每盆栽植1 株苗木，每个处理30 盆，重复3 次。用配制好的酚酸溶液处理上述巨尾桉苗木，每盆往根部浇灌0.2 L，7 d/次；试验在自然气候条件下进行，试验期间根据干旱程度适量补充等量水分，且每周施加1 次1/2 Hoagland 培养液。

1.3 相关指标的测定及方法

1.3.1 生长指标的测定

分别于试验第0 天、第90 天测定巨尾桉苗木苗高和地径，分别采用卷尺（精确到0.1 cm）和游标卡尺（精确到0.1 mm）进行测定，并计算苗高增长量和地径增长量。

1.3.2 生理指标的测定

采用丙酮乙醇提取法对叶绿素含量进行测定，采用硫代巴比妥酸法对丙二醛（MDA）含量进行测定，采用氮蓝四唑比色法对超氧化物歧化酶（SOD）活性进行测定，采用邻苯二酚法对多酚氧化酶（PPO）活性进行测定，采用愈创木酚法对过氧化物酶（POD）活性进行测定[32]。各生理指标采用植物鲜质量测定。

1.4 数据分析

采用Excel 进行数据汇总，单因素方差分析、Duncan 多重比较和Pearson 相关性分析均使用SPSS 21.0 进行。

参照Williamson 等[33]的方法计算化感效应指数RI（response index），计算公式为：

式中：C为对照值；T为处理值。RI＞0，促进；RI＜0，抑制；化感作用强度与RI 绝对值大小一致。

综合化感效应SE 指同一处理浓度对同一植物多个测量指标化感效应指数RI 的算术平均值。其中，SE＞0，促进；SE＜0，抑制；综合作用的强弱与SE 绝对值大小一致[34-35]。

2 结果与分析

2.1 不同酚酸处理对苗木生长的影响

图1a 所示，对羟基苯甲酸各浓度下巨尾桉苗木苗高增长量均显著大于对照，且在10 mg/L 处理下达到最大，为52.33 cm，肉桂酸10 mg/L 处理下巨尾桉苗木苗高增长量略高于对照，但随着处理浓度的增加，其苗高增长量逐渐下降；对羟基苯甲酸50 mg/L 下，地径增长量（5.31 mm）显著大于对照及其他浓度处理，肉桂酸各浓度下，巨尾桉苗木地径增长量均极显著小于对照；肉桂酸浓度为500 mg/L 时，巨尾桉苗木苗高增长量和地径增长量均达到最小值（图1b）。同一处理浓度下，对羟基苯甲酸处理下的苗高增长量及地径增长量均显著高于肉桂酸处理。

图1 不同酚酸处理对苗木生长的影响Fig. 1 Effects of different phenolic allelochemicals on the growth of seedlings

2.2 不同酚酸处理对苗木叶片叶绿素含量的影响

图2 所示，对羟基苯甲酸、肉桂酸各浓度下巨尾桉9 号苗木叶片叶绿素含量均极显著小于对照，随着对羟基苯甲酸浓度的升高，叶绿素含量逐渐减少，而随着肉桂酸浓度的升高，叶绿素含量呈降低—升高—降低趋势；在对羟基苯甲酸500 mg/L 浓度下，叶绿素含量（2.27 mg/g）达到最低，为对照的0.42 倍。可见，对羟基苯甲酸、肉桂酸均不利于巨尾桉9 号苗木叶片叶绿素的积累。

图2 不同酚酸处理对苗木叶片叶绿素含量的影响Fig. 2 Effects of different phenolic allelochemicals on the chlorophyll content in leaves of seedlings

2.3 不同酚酸处理对苗木叶片丙二醛含量的影响

由图3 可以看出，对羟基苯甲酸浓度为500 mg/L 时，巨尾桉9 号苗木叶片中丙二醛含量极显著高于对照，为7.00 μmol/g，而在对羟基苯甲酸0、10、50、100 mg/L 时，丙二醛含量变化不大，随着其浓度的增加，丙二醛含量呈先升高后下降趋势；肉桂酸各浓度下丙二醛含量变化均不明显。

图3 不同酚酸处理对苗木叶片丙二醛含量的影响Fig. 3 Effects of different phenolic allelochemicals on the MDA content in leaves of seedlings

2.4 不同酚酸处理对苗木叶片抗氧化酶活性的影响

图4a 所示，对羟基苯甲酸各处理下，巨尾桉9 号苗木叶片SOD 活性变化不大，随着其浓度的升高，SOD 活性先下降后上升，肉桂酸各处理下，SOD 活性略高于对照，且在10 mg/L 时，达到最高，为309.13 U/g；对羟基苯甲酸、肉桂酸各浓度下，巨尾桉9 号苗木叶片POD 活性均较对照高，且随着对羟基苯甲酸浓度的增加，POD 活性不断上升，而随着肉桂酸浓度的增加，POD 活性先上升后下降，在50 mg/L 时POD 活性达到最高，为29.36 U/g，显著大于对照（图4b）；随着对羟基苯甲酸浓度的增加，巨尾桉9 号苗木叶片PPO 活性呈降低—升高—降低趋势，在10 mg/L时达到最低，仅为3.70 U/g，而随着肉桂酸浓度的增加，巨尾桉9 号苗木叶片PPO 活性呈升高—降低—升高趋势（图4c）。在同一处理浓度下，对羟基苯甲酸处理下的SOD、POD、PPO 活性总体上较肉桂酸处理小。

2.5 化感作用的综合效应

不同酚酸处理对巨尾桉9 号苗木生长及抗氧化酶活性的综合化感效应如表1 所示。结果表明，对羟基苯甲酸10、50 mg/L 和100 mg/L 处理下的综合化感效应指数分别为0.01、0.06 和0.03，可见这3个浓度处理对巨尾桉9 号苗木总体上表现为促进作用，而对羟基苯甲酸500 mg/L 的综合化感效应指数为-0.11，表现出抑制作用。肉桂酸10 mg/L 的综合化感效应指数为0.04，表现出促进作用；而肉桂酸50、100、500 mg/L 处理下的综合化感效应指数分别为-0.02、-0.04 和-0.14，表现为抑制作用，且浓度为500 mg/L 时，抑制作用最强。对羟基苯甲酸10、50、100、500 mg/L 及肉桂酸10 mg/L 对苗高生长表现出促进作用。酚酸各浓度对叶绿素具有抑制作用，而对PPO 活性具有促进作用。对羟基苯甲酸、肉桂酸各浓度下，叶绿素的综合化感效应指数均为负，而PPO 的综合化感效应指数均为正，可见，其对叶绿素具有抑制作用，而对PPO 活性具有促进作用。处理浓度相同时，肉桂酸的化感作用较对羟基苯甲酸强。

2.6 相关性分析

表2 所示，苗高增长量与地径增长量显著正相关；苗高、地径、叶绿素、丙二醛与SOD、PPO、POD 间均表现出负相关关系；SOD 活性与PPO、POD 活性间存在正向相关关系，分别达到极显著和显著水平。

图4 不同酚酸处理对苗木叶片抗氧化酶活性的影响Fig. 4 Effects of different phenolic allelochemicals on the activity of antioxidant enzyme in leaves of seedlings

表1 不同酚酸处理对苗木生长及抗氧化酶活性的综合化感效应指数Table 1 Synthetical allelopathic effect index of different phenolic allelochemicals on growth andantioxidant enzyme activity of seedlings

表2 巨尾桉9 号苗木生长指标与其叶片生理指标间的相关系数Table 2 The correlation coefficient of seedlings growth index and physiological index of leaves in E. grandis×E.urophylla No.9 seedlings

3 结论与讨论

人工林多代连载，营林技术不合理，人工林生态系统化感作用，常会导致地力衰退；土壤中酚酸物质的积累会对植物根系造成危害，不仅可以抑制植物地下部分的生长，还会影响其地上部分的生长发育[11，36-37]。植物在正常的生理中，组织中的活性氧的产生与清除动态平衡，而当植物受到伤害，这种平衡就会被打破，活性氧过度积累，诱发细胞膜脂过氧化，造成植物体内代谢紊乱[38-39]，SOD、POD、PPO 等保护酶协同作用能有效清除植物体内活性氧、自由基，其活性的高低能直接反映植物体内活性氧清除能力的强弱，间接反映植物受害程度的大小[40]。SOD 能将植物体内转化成H2O2和O2，POD 能加速过氧化物和植物中某些酚类物质的分解，PPO 能清除多余O2[41]。

酚酸物质对植物生长生理的影响因其种类、浓度而异，酚类物质主要是抑制植物生长，但有时也表现出促进作用[42]。对羟基苯甲酸10、50、100、500 mg/L 4个浓度对苗高、地径增长有促进作用，且在10 mg/L 处理下其苗高增长量达到最大。酚酸对植物的生长和生理的影响还会呈现出高浓度抑制，低浓度促进的作用[43-44]，肉桂酸10 mg/L 对巨尾桉苗木不但没有表现出化感作用，还能促进其苗高生长，而肉桂酸浓度达500 mg/L时，则能明显的抑制巨尾桉苗木生长。对羟基苯甲酸10、50 mg/L 和100 mg/L 及肉桂酸10 mg/L处理下的综合化感效应指数为正，对羟基苯甲酸500 mg/L 及肉桂酸50、100 mg/L 和500 mg/L 处理下的综合化感效应指数为负。可见，对羟基苯甲酸、肉桂酸对巨尾桉9 号苗木的生长具有低浓度促进、高浓度抑制的规律，这与李夏等[45]在辣椒和茄子（Solanum melongena）上的研究结果相似。

对羟基苯甲酸、肉桂酸各浓度下，叶绿素的综合化感效应指数均为负，而PPO 的综合化感效应指数均为正，可见，对羟基苯甲酸、肉桂酸能抑制叶绿素含量的积累，而对PPO 活性具有促进作用。对羟基苯甲酸、肉桂酸处理巨尾桉9 号幼苗，使其体内活性氧、自由基含量增多，叶绿素受到破坏，苗木体内叶绿素发生降解，叶绿素含量下降；同时活性氧、自由基能激发SOD、POD、PPO 的活性，增强巨尾桉苗木细胞的抵抗能力。对羟基苯甲酸、肉桂酸处理下，巨尾桉9 号苗木叶片丙二醛含量略大于对照，但总体变化不大；SOD、POD、PPO 活性随着对羟基苯甲酸浓度的增加分别呈先降后升、不断上升、降低—升高—降低趋势，而随着肉桂酸浓度的增加分别呈先升后降、先升后降、升高—降低—升高趋势，总体上均略高于对照。对羟基苯甲酸、肉桂酸均可以改变抗氧化酶活性，不同酚酸处理对巨尾桉9 号苗木抗氧化酶活性的影响存在差异，低浓度酚酸处理，植株体内SOD、POD、PPO 等酶活性增强，植株体内抗氧化酶协同作用清除活性氧，来维持自身稳定的内环境，其生理机能有可能恢复到或超过对照水平，对植株的生长、生理不仅没有不利影响，还可能表现出促进作用；酚酸浓度过高时，植株通过改变抗氧化酶活性，来减弱酚酸对植物体的伤害，但植株自身防御系统的清除能力有限，当酚酸的危害过大，则使植株生长受到影响[46]。处理浓度相同时，对羟基苯甲酸处理下的苗高增长量及地径增长量均显著高于肉桂酸处理，而对羟基苯甲酸处理下的SOD、POD、PPO活性总体上较肉桂酸处理小，表明对羟基苯甲酸对巨尾桉苗木的生长及抗氧化酶活性的影响较肉桂酸小。同时，综合化感作用指数的结果也显示，肉桂酸的化感作用较对羟基苯甲酸强，类似结果在其他植物研究中也有报道[5，47]。

本试验中，低浓度的肉桂酸对巨尾桉9 号苗木生长的促进作用要比对羟基苯甲酸小，高浓度的肉桂酸对巨尾桉9 号苗木生长的伤害作用要比对羟基苯甲酸大，表明不同酚酸类物质对巨尾桉9 号幼苗的影响不一样，且对羟基苯甲酸及肉桂酸均表现出低浓度促进、高浓度抑制的效应，其拐点浓度分别为100、10 mg/L。本研究设置0～500 mg/L 较大浓度范围内的对羟基苯甲酸、肉桂酸对巨尾桉9 号幼苗苗高、地径、丙二醛及抗氧化酶活性的影响，所得出的结论有一定的局限性，需要对桉树人工林林地酚酸物质种类及含量进行更进一步监测，并在此基础上设定处理浓度，以详细评价酚酸物质对桉树的化感效应。