臭椿canthin-6-one对黄瓜幼苗生长生理的影响

李永春，赵美荣

（赤峰学院 化学与生命科学学院，内蒙古 赤峰 024000）

臭椿（Ailanthus altissima（Mill.）Swingle），属于苦木科臭椿属植物，资源十分丰富，常作为土农药用于杀虫、抑菌、除草等农业领域[1]。canthin-6-one是一种吲哚类生物碱，为臭椿的主要活性成分之一[2]。研究表明，臭椿canthin-6-one对黄瓜枯萎病菌、禾谷镰刀菌、冬瓜枯萎病菌、牡丹炭疽病菌等多种植物病原真菌具有一定的抑菌活性，其中对黄瓜枯萎病菌的抑菌作用较强，最小抑菌浓度（MIC）为32μg·mL-1，具有作为植物源抑菌剂的潜力[3,4]。然而，生物碱往往具有一定的毒性，如果作为抑菌剂使用，臭椿canthin-6-one是否对植物的生长发育产生不利影响，目前这方面的研究还未见报道。因此，为了进一步研究臭椿canthin-6-one在农业生产领域中的应用潜力，探讨canthin-6-one对植物生长生理的影响，本研究以黄瓜为试验材料，分析该物质对黄瓜种子萌发生长、幼苗生理生化特性的影响，为臭椿canthin-6-one资源的进一步开发，研制天然植物抑菌剂提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黄瓜种子（津研四号）：由天津市宏程芹菜研究所提供。

canthin-6-one为实验室利用臭椿茎皮为材料制备，纯度98%，以0.5%的二甲基亚砜（DMSO）制成不同浓度（16、32、64μg·mL-1）的溶液，备用。试验所用试剂为分析纯。

1.2 试验仪器

电子天平（BSA224S型，赛多利斯科学仪器有限公司）；恒温振荡箱（DDHZ-300型，太仓市实验设备厂）；光照培养箱（GZX-300BS-Ⅲ型，上海新苗医疗器械制造有限公司）；紫外-可见分光光度计（TU-1810PC型，北京普析通用仪器有限责任公司）；高速冷冻离心机（3K30型，德国SIGMA公司）。

1.3 试验设计

萌发试验：挑选均匀一致的黄瓜种子，分别用不同浓度的canthin-6-one溶液于黑暗处浸种处理24小时，其中0.5%的DMSO溶液为溶剂对照，蒸馏水作正常对照。将浸种处理的黄瓜种子播种在铺有双层滤纸的培养皿中，每个处理播种50粒种子，蒸馏水保持湿润，每个处理设三个重复，置于人工气候箱中（温度28℃/23℃、光/暗周期为14h/10h的）培养。7天后统计发芽种子数，测量种苗主根长、株高及鲜重。

生理试验：将不同浸种处理后的黄瓜种子，恒温催芽，播种到营养钵（直径15cm，蛭石和培养土的比例1：1）中，每个处理设三个重复，置于人工气候箱（温度28℃/23℃、光/暗周期为14h/10h）进行常规培养，待黄瓜幼苗长至5～8叶时，随机采取叶片，测其生理生化指标。

1.4 测定指标

1.4.1 萌发生长测定

以胚根与种子等长作为发芽标准，每天观察不同处理黄瓜种子的萌发情况，第7天统计发芽率，发芽率=供试种子发芽数/供试种子数×100%[5]。发芽结束后，随机各取20株幼苗，吸干表面水分，测其主根长度、株高、幼苗鲜重。

1.4.2 生理指标测定

可溶性糖、丙二醛（MDA）、过氧化氢（H2O2）、蛋白质含量测定以及过氧化物酶（POD）、超氧化物化歧化酶（SOD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、过氧化氢酶（CAT）活性分别按照试剂盒（南京建成）步骤进行测定。脯氨酸、叶绿素含量根据张志良等[6]的方法测定。维生素C含量的测定采用紫外分光光度法[7]。

1.5 统计分析

采用Microsoft Excel 2019进行数据处理。使用DPS15.10软件进行统计分析，差异显著性分析采用Duncan新复极差法和one-way ANOVA法在P＜0.05水平下进行。

2 结果与分析

2.1 canthin-6-one对黄瓜种子萌发生长的影响

由canthin-6-one对黄瓜萌发及幼苗生长的试验结果（表1）可见，DMSO（0.5%）溶剂处理对黄瓜种子萌发生长无显著影响。与对照相比，不同浓度的canthin-6-one浸种处理对黄瓜种子的萌发率、株高、鲜重的影响不显著。主根长在64μg·mL-1的canthin-6-one处理后有所减小，与蒸馏水处理相比降低了11%，其它浓度的canthin-6-one对主根长无显著影响（P＜0.05）。

表1 canthin-6-one对黄瓜萌发及幼苗生长的影响

2.2 canthin-6-one对黄瓜幼苗代谢物质含量的影响

2.2.1 canthin-6-one对黄瓜幼苗可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸以及叶绿素含量的影响

通过测定黄瓜幼苗可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸以及叶绿素含量分析臭椿canthin-6-one对植物生理状况的影响，见图1。结果发现，与对照相比，32μg·mL-1的canthin-6-one处理后，可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白含量显著增加，分别增加了17.9%、102.1%和12.8%，叶绿素含量在不同浓度药剂处理下无显著差异（P＜0.05）。

图1 canthin-6-one处理后黄瓜幼苗可溶性糖（A）、脯氨酸（B）、可溶性蛋白（C）以及叶绿素（D）含量

2.2.2 canthin-6-one对黄瓜幼苗MDA、H2O2含量的影响

如图2所示，MDA和H2O2含量在canthin-6-one处理与蒸馏水处理之间无显著差异（P＜0.05）。MDA和H2O2常表示植物受氧化胁迫的程度，这一结果表明，在试验浓度范围内，canthin-6-one处理不会对黄瓜幼苗造成氧化伤害。

图2 canthin-6-one处理后黄瓜幼苗丙二醛（A）、过氧化氢（B）含量

2.2.3 canthin-6-one对黄瓜幼苗维生素C、类胡萝卜素含量的影响

由图3A可知，canthin-6-one对黄瓜幼苗维生素C含量有明显的促进作用。经浓度为32μg·mL-1的canthin-6-one处理后，维生素C含量比蒸馏水对照提高了50.6%，在64μg·mL-1时维生素C含量提高了约1.14倍，差异显著（P＜0.05）。在浓度为0-32μg·mL-1内，canthin-6-one没有明显改变类胡萝卜素含量，当浓度为64μg·mL-1时，canthin-6-one处理使类胡萝卜素含量降低，比蒸馏水处理水平降低了31.9%（图3B）。

图3 canthin-6-one处理后黄瓜幼苗维生素C（A）、类胡萝卜素（B）的含量

2.3 canthin-6-one对黄瓜幼苗保护酶活性的影响

canthin-6-one对黄瓜幼苗四种抗氧化酶活性的影响结果见图4。由图可见，在不同浓度canthin-6-one处理条件后，SOD、POD活性无显著变化（P＜0.05）（图4A，图4D）。，canthin-6-one处理后，CAT活性与溶剂对照相比无显著差异（图4B）。APX活性在canthin-6-one处理后增加显著，在浓度为32μg·mL-1和64μg·mL-1时分别提高了32.2%和26.7%（图4C）。

图4 canthin-6-one处理后黄瓜幼苗SOD（A）、CAT（B）、APX（C）、POD（D）的活性

3 讨论

canthin-6-one生物碱是臭椿的主要次生代谢物质之一，具有多种生物活性，目前其研究多集中在抗肿瘤、抗病毒等医药领域，而canthin-6-one优良的抗植物病原真菌性能，使其在农业领域中的应用具有较大潜力，因此，评估臭椿canthin-6-one对黄瓜植株生长生理的影响，对于天然植物抑菌剂的开发是十分必要的。

3.1 canthin-6-one维持黄瓜幼苗正常的生长生理

在植物生活史中，种子萌发及种苗生长是其重要阶段。研究表明，植物生物碱对种子萌发及种苗生长有促进或抑制作用。例如，曼陀罗生物碱可以促进绿豆种子萌发、种苗生长[8]；高浓度曼陀罗生物碱抑制玉米幼苗生长[9]；刘建新等[10]研究发现多裂骆驼蓬中水溶性生物碱抑制小麦种子萌发，而脂溶性生物碱没有抑制作用，但都促进小麦幼苗生长。本研究结果表明，canthin-6-one除在浓度为64μg·mL-1时抑制主根长外，对黄瓜种子萌发、种苗株高、鲜重均无显著影响（表1）。这一结果与前人研究不完全一致，可能不同的植物对生物碱的响应也不相同。

农药等外源物质施用，通常会引起植物的生理响应。可溶性糖、可溶性蛋白以及脯氨酸是植物逆境保护性物质，可以调节植物逆境生理。MDA是膜脂过氧化产物，H2O2是一种活性氧，这两种物质常表示植物受到氧化胁迫伤害的程度[11]。本研究中0-64μg·mL-1的canthin-6-one处理对MDA和H2O2含量没有显著影响（图2），32μg·mL-1的canthin-6-one处理可促进保护性物质含量显著增加（图1）。因此，臭椿canthin-6-one在作为抑菌剂使用时，不会对植物造成氧化伤害，可以维持黄瓜幼苗正常的生理特性。

3.2 canthin-6-one维持和保护黄瓜幼苗抗氧化系统

植物抗氧化系统是维持植物生长的必要条件。SOD、POD、APX和CAT是植物主要抗氧化酶类，维生素C、谷胱甘肽等是主要的抗氧化剂，这些物质参与活性氧的清除或防止活性氧产生，保护植物体免受氧化胁迫伤害，提高植物抗逆性[11]。本研究中canthin-6-one可以促进黄瓜幼苗抗氧化剂维生素C含量的提高，促进APX和CAT活性，对SOD、POD活性没有表现出明显的影响（图3、图4），这些结果说明canthin-6-one浸种处理可以维持和保护黄瓜幼苗的抗氧化系统。

4 结论

综上所述，在试验浓度（0-64μg·mL-1）范围内，臭椿canthin-6-one浸种处理可维持黄瓜种子萌发及幼苗正常的生长过程，提高生理调节物质含量，维持和保护抗氧化酶活性。因此，臭椿canthin-6-one浸种处理对黄瓜植株生长是安全有利的，且具有一定的生理调节活性。本研究初步评估了臭椿canthin-6-one浸种处理对植株生长的影响，然而，臭椿canthin-6-one在植物生长中的作用是多方面的，还需做进一步研究。