火炬树根水提物和醇提物化感效应的差异1)

彭玉兰 罗合一 李美玄 杜雪 曲同宝

(吉林农业大学，长春，130118)

火炬树(RhustyphinaL.)为漆树科(Anacardiaceae)盐肤木属(Rhus)落叶灌木或小乔木。火炬树具有耐旱抗寒、形态优美、生长迅速、根蘖繁殖等优良特性，广泛应用于荒山绿化或退化山区植被的恢复[1-2]。火炬树根系分泌物对农作物[3]、乔木[4]、牧草[5]以及土壤微生物群落[6-7]的生长具有抑制作用，这种抑制作用主要通过化感作用实现。植物化感作用可以通过产生次生代谢物质直接(或间接)促进或抑制周围生物的生长发育[4，8-9]。瑞香狼毒[10]及蔬菜类植物[11]根系分泌的次生代谢物质会直接影响周围植物种子萌发[12-13]。Qiao et al.[14]、杨云海等[15]研究发现不同溶剂提取物的化感效应存在差异。火炬树水提液的化感作用已有很多研究[16-19]，但其醇提物作用的研究未见报道。小白菜(BrassicacampestrisL.)种子萌发周期短，常作为受体植物研究化感作用的材料[20-22]。在前期试验中，我们使用气质联用仪分析火炬树提取物成分，其中没食子酸、焦性没食子酸在水提物中约占3.6%和1.5%，苯甲酸、糠醛在醇提物中大概占0.8%和2.1%。本试验以小白菜种子为试验材料，比较火炬树根水提取物和醇提取物对小白菜种子萌发和幼苗生长的化感效应差异，并利用鉴定出的没食子酸、焦性没食子酸、苯甲酸和糠醛化合物纯品，分析火炬树化感作用机理，为进一步研究火炬树化感作用机制提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料及处理

火炬树根于2020年9月挖自吉林农业大学校园内，以根直径2～3 mm为宜，阴干备用；小白菜种子由本实验室提供，种子质量2.005 mg/粒。没食子酸、焦性没食子酸、糠醛和苯甲酸来自化学试剂公司。

将阴干的树根粉碎，分别在去离子水和甲醇中浸泡24 h，过滤，重复3次，合并3次过滤液，旋转浓缩，冷冻干燥，获得干燥提取物备用。

1.2 种子萌发试验

小白菜种子用0.5% NaClO消毒约20 min，然后用蒸馏水重复洗涤干净，置于滤纸上吸干水分备用。提取物试验采用沙培法。每个培养皿中20 g沙土，分别加入不同剂量(0(对照)、25、50、75和100 mg)的醇提物和水提物，然后将溶液与沙土混匀，选取大小均匀、种皮完整、饱满的小白菜种子放入培养皿中，加入5 mL去离子水[14]。

4种化合物对比试验采用水培法。将小白菜种子放入带有滤纸的培养皿中，加入3 mL不同浓度的化合物，去离子水作为阴性对照[17]。

将培养皿放置在湿度为75%、温度(25±1)℃、光照强度3 500 lx(14 h光照、10 h黑暗)的恒温培养箱中培养。培养期间每日添加去离子水保持沙土湿润，每日观察和记录种子发芽数，以胚根突破种皮2 mm为萌发标志，连续2 d不发芽为发芽结束，试验均重复5次，统计发芽率、发芽指数和化感指数。

发芽率(GR)=(Gi/n)×100%；发芽指数(IG)=∑(Gt/Dt)；化感指数(IA)=(GC/G0)-1。式中，Gi为在i日内的发芽数；n为种子总数;Gt为在第t日内的发芽数；Dt为相应的发芽时间；GC为不同处理下的发芽数；G0为对照组的发芽数。IA>0，“+”表示促进作用；IA<0，“-”表示抑制。发芽结束后选取20株长势一致的幼苗，使用游标卡尺测定幼苗根长、茎长。

1.3 生理指标的测定

丙二醛(MDA)质量摩尔浓度采用硫代巴比妥酸(TBA)反应法测定[23]；可溶性蛋白质量浓度采用考马斯亮蓝G-250染色法测定[24]；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑光还原法检测，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚显色法测定[25]。

1.4 数据处理

采用Excel 2010进行数据统计，用SPSS 26.0进行ANOVA单因素方差分析和Duncan差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 火炬树根提取物对小白菜种子萌发的影响

由表1可知，不同剂量火炬树根提取物均显著抑制了小白菜的发芽率和发芽指数(P<0.05)。随着提取物剂量增加，抑制愈加强烈。当剂量为100 mg时，小白菜发芽率均达到最低，其中水提物处理的小白菜发芽率达到80.56%，与对照相比降低了11.79%，发芽指数降到18.08，化感指数为-0.12；醇提取物处理下，当剂量为100 mg时，小白菜发芽率达到最低为36.22%，比对照降低了60.34%，发芽指数降到6.76，化感指数达到-0.60。

表1 火炬树提取物对小白菜种子萌发的影响

处理各处理提取物不同剂量小白菜的发芽指数025mg50mg75mg100mg水提物(24.42±0.92)a(22.41±1.41)b(20.31±1.32)c(19.45±1.35)b(18.08±1.28)d醇提物(24.42±0.92)a(10.18±1.40)b(10.14±1.45)b(8.12±0.73)c(6.76±1.07)e

注：表中数值为“平均值±标准差”；同列不同小写字母表示各处理差异显著(P<0.05)。

2.2 火炬树提取物对小白菜幼苗生长和生理指标的影响

由表2可知，小白菜根长在两种提取物处理下均受到抑制作用，其中，根长受到醇提物的抑制作用更为显著(P<0.05)。随着水提取物处理剂量的增加，小白菜的根长逐渐减少，处理剂量为100 mg时，小白菜根长均达到最小值，根长为15.60 mm，比对照降低了71.00%，而醇提物处理小白菜根长先促进后抑制，最小达到33.77 mm，抑制作用不显著。

表2 火炬树提取物对小白菜幼苗生长的影响

注：表中数值为“平均值±标准差”；同列不同小写字母表示各处理差异显著(P<0.05)。

小白菜茎长随两种提取物处理剂量的增加呈先升高后降低的趋势，表现出低剂量促进高剂量抑制的作用，当剂量为100 mg时，茎长最短，但两种提取物处理的小白菜茎长无显著差异。

由表3可知，小白菜幼苗可溶性蛋白的质量浓度随提取物剂量增加均呈下降趋势。在剂量为50 mg时，水提物和醇提物处理的小白菜幼苗可溶性蛋白的质量浓度均达到最低(P<0.05)。其中，小白菜叶片中可溶性蛋白的质量浓度，醇提物处理比水提物处理降低的更多。水提物处理的小白菜叶片可溶性蛋白的质量浓度最小值为8.32 mg·L-1；醇提取物处理的小白菜叶片可溶性蛋白的质量浓度最小值为7.05 mg·L-1。

表3 火炬树提取物对小白菜幼苗生理指标的影响

处理各处理提取物不同剂量小白菜幼苗的丙二醛的质量摩尔浓度/nmol·g-1025mg50mg75mg100mg水提物(5.86±0.42)d(17.77±1.01)c(25.53±1.80)a(24.82±1.53)a(21.31±1.63)b醇提物(5.86±0.42)e(8.19±0.65)d(11.60±1.04)b(18.48±1.88)a(10.08±0.84)c

处理各处理提取物不同剂量对小白菜幼苗的超氧化物歧化酶活性/U·g-1025mg50mg75mg100mg水提物(314.95±12.86)d(408.85±21.33)c(514.53±35.09)a(463.96±31.73)b(316.62±27.55)d醇提物(314.95±12.86)c(509.63±20.61)b(572.29±19.46)a(597.32±21.08)a(248.28±21.32)d

注：表中数值为“平均值±标准差”；同列不同小写字母表示各处理差异显著(P<0.05)。

小白菜幼苗丙二醛的质量摩尔浓度随不同提取物剂量的增加均呈先升后降趋势，两种提取物处理间差异显著(P<0.05)。在水提物剂量为50 mg时，小白菜幼苗丙二醛的质量摩尔浓度的最大值为25.53 nmol·g-1，比对照提高了335.79%，醇提取物75 mg时，小白菜幼苗丙二醛的质量摩尔浓度为18.48 nmol·g-1，比对照提高了215.37%(P<0.05)。

小白菜幼苗超氧化物歧化酶(SOD)活性随两种提取物处理剂量的增加均先升后降，且两种提取物差异显著(P<0.05)。在水提物处理剂量为50 mg时，超氧化物歧化酶活性最大值为514.53 U·g-1，比对照提高了63.37%。在醇提取物处理剂量为75 mg时，小白菜幼苗超氧化物歧化酶活性最大为597.32 U·g-1，比对照提高了89.66%。

小白菜幼苗过氧化物酶(POD)活性随提取物剂量的增加均先升后降，且两种提取物间差异显著(P<0.05)。在水提物处理50 mg时，小白菜幼苗过氧化物酶活性最大为95.63 U·g-1·min-1，比对照显著提高了64.58%；醇提取物75 mg时，小白菜幼苗过氧化物酶活性最大为115.11 U·g-1·min-1，比对照提高了98.10%。

2.3 火炬树根4种化合物对小白菜种子萌发的影响

由表4可知，4种化合物均显著抑制小白菜种子的发芽率和发芽指数，且随处理浓度的升高抑制更加强烈。其中，糠醛处理下，小白菜种子受到的抑制最为强烈，糠醛质量浓度为1.00 g·L-1处理下，小白菜种子发芽率降为4.80%，发芽指数降为0.67，化感指数为-0.95(P<0.05)。

表4 4种化合物对小白菜种子萌发的影响

在4种化合物处理下，小白菜的根长和茎长受到显著抑制，随浓度升高呈下降趋势(P<0.05)。其中，焦性没食子酸对小白菜根长生长抑制最强烈，焦性没食子酸质量浓度为1.00 g·L-1时，根长为6.18 mm。苯甲酸显著抑制小白菜茎长生长，苯甲酸质量浓度为0.75 g·L-1时，小白菜茎长为7.36 mm。

3 讨论

植物产生的化感物质释放到环境中，会促进或抑制周围植物的生长[7，26]。本试验中，火炬树根水提物和醇提物均抑制了小白菜种子萌发率、萌发指数和根长生长。火炬树根水浸液抑制了荆条及波斯菊种子萌发[17]，因为根系分泌的化合物对其他植物的种子萌发具有直接的化感效应。在本试验中，火炬树根醇提物对小白菜种子发芽率、萌发速度的抑制作用更加显著，水提物对小白菜根的伸长抑制更加显著。这是因为醇提取物中有更多的活性物质，如糖类、黄酮类、多酚和生物碱等化合物[10，27-28]，而水提物中的物质易被植物吸收，破坏植物细胞膜结构、抑制其根尖细胞分裂，从而导致根的长度降低[17]。

活性氧(ROS)含量通常作为许多代谢过程的副产物产生，包括H2O2和O2-·，活性氧的生成与消除受到植物细胞抗氧化系统的控制，通常处于一个动态的平衡状态，这种平衡在外界胁迫下容易被打破[17，25，29]。MDA一般用来表示植物细胞膜损伤的程度，代表叶组织中脂质过氧化的程度[30]。小白菜叶片中的POD和SOD活性随处理剂量的增加先升高然后降低，因为提取物胁迫使植物细胞产生更多的抗氧化酶以保护细胞膜稳定性，免受氧化损伤[23，31]。在醇提物处理下，小白菜叶片中POD和SOD活性的增加更为显著，这是因为醇提物对小白菜氧化损伤更严重。小白菜叶片中MDA含量随提取物浓度的增加先升高后降低，该结果同波斯菊对火炬树的化感响应研究结果相似[17，32]。水提物处理下，MDA质量分数升高更为显著，可能是因为水提物易溶于水，更容易进入小白菜细胞，导致其细胞膜高度过氧化，严重破坏小白菜细胞膜结构。在根提物处理下，小白菜可溶性蛋白质量浓度降低，这与以往马银山等[33]、张震等[34]的研究结果相似，因为环境胁迫导致植物为了适应不利环境而降低新陈代谢和光合作用，减少可溶性蛋白的生成[35]。

从火炬树根中鉴定出的4种化合物中，没食子酸和焦性没食子酸从水提物中鉴定出来，糠醛和苯甲酸从醇提物中鉴定出来。没食子酸和焦性没食子酸的处理显著抑制了小白菜根的伸长，糠醛和苯甲酸对小白菜种子萌发的抑制作用更为显著。这与提取物对小白菜种子萌发的抑制作用类似，更进一步的验证了水提物与醇提物对小白菜的化感效应存在显著差异。

4 结论

火炬树根醇提取物会显著抑制小白菜种子萌发率、延迟其发芽速度，而水提物显著抑制小白菜根长。火炬树根水提物和醇提物会不同程度地使得小白菜幼苗体内活性氧动态失衡、破坏细胞膜结构、导致膜脂过氧化程度增加，从而抑制小白菜幼苗的生长，其中水提物对细胞结构的破坏更严重，MDA质量分数增加更为显著，而醇提物对小白菜幼苗体内氧化损伤更大，造成SOD和POD活性升高更多。本试验研究了火炬树根水提物和醇提物对小白菜种子萌发和幼苗生长影响差异，但火炬树根化感物质还需要进一步鉴定研究。