白三叶草对稗草和麻种子萌发及幼苗生长的影响

白三叶草对稗草和麻种子萌发及幼苗生长的影响

化感作用于自然界广泛存在。许多植物都具有化感作用，如假高粱、冷艾、黄瓜、水稻等。孔垂华和胡飞研究证实,淋溶、挥发、根系分泌、植株分解是植物向环境释放化感物质的主要途径,而挥发作为植物释放化感物质的重要途径,早已被人们发现。如黎华寿等报道了香茅天然挥发物的化感作用;于风兰等报道油蒿挥发油的化感作用;Verdeguer等报道了马缨丹、赤桉和非洲迷迭香的精油对地中海夏作物田杂草的化感作用。白三叶草TrifoliumrepensL.为豆科多年生草本植物,是优良的牧草及绿化草种,原产于欧洲,我国广泛引种种植。Newman&Rovira研究表明,白三叶草具有一定的化感作用。Ross等报道了7种三叶草在田间对杂草生长的抑制作用。朱旺生和沈益新研究证实,白三叶的浸提液可抑制不同品种萝卜萌发和幼苗的生长。刘迎等研究发现,白三叶草水浸液显著抑制稗草和苘麻的萌发,降低其保护酶的活性。前人对白三叶草化感作用的研究主要集中在其浸提液对受体的化感作用,而对于白三叶草挥发物的化感作用及其化感物质的分离鉴定的报道较少。本试验以稗草和苘麻为受体,研究了白三叶草花、叶挥发物对受体的化感作用,并对其花、叶挥发物的化学成分进行了分析。1材料和方法1.1材料和主要仪器供试植物:白三叶草TrifoliumrepensL.,采于山东农业大学校园内。受体材料稗草Echinochloacrusgalli(L.)Beauv.种子采于山东济宁市南阳湖农场;苘麻AbutilontheophrastiMedic.种子采于泰安市郊区农田。主要仪器:直径为9cm的玻璃培养皿,泰兴市新苏玻璃仪器厂;直径40cm玻璃干燥器,广州市永程实验仪器有限公司;ShinadzuGCMS-QP2010气相色谱-质谱联用仪,日本岛津公司;20mL顶空进样瓶,浙江爱吉仁科技有限公司;PerkinElmerTurboMatrix40Trap顶空进样器,美国PerkinElmer公司。1.2方法1.2.1种子发芽试验参照曾任森和李蓬为的方法,分别在直径40cm玻璃干燥器底部放200g新鲜白三叶草的花、叶,空白对照的底部不放任何东西。种子萌发和幼苗生长试验在直径为9cm的玻璃培养皿中进行,并将培养皿放到玻璃干燥器上部的储藏室中。在玻璃培养皿中铺一张滤纸,每皿放15粒种子,加6mL蒸馏水,不上盖,各3次重复。20~25℃室温自然光照下培养4~6天(每天打开干燥器通气30min)后记录发芽率、幼苗根长、苗高和鲜重。在进行种子发芽试验之前,由于苘麻种子皮较厚,先将种子放入80℃的热水中(自然降温至恒温25℃)浸泡6h;稗草种子用25℃的温水浸泡6h,然后用0.5%升汞水溶液消毒5min,再用无菌水冲洗多次。1.2.2气相色谱质谱条件准确称取2g白三叶草鲜叶(鲜花)放入20mL顶空进样瓶中,顶空进样瓶用聚四氟乙烯丁基合成橡胶隔片密封,并用铝盖封口,放入PerkinElmerTurboMatrix40Trap顶空进样器中。进样条件:样品加热温度45℃,保持30min,取样针温度80℃,传输线温度80℃,然后给瓶加压15psi(poundspersquareinch),保持5min。捕集阱抽取挥发性成分500μL,待进行GC-MS分析。利用ShinadzuGCMS-QP2010气相色谱-质谱联用仪分析气样。色谱条件:色谱柱RestekRtx-1(30m×0.32mm×1.00μm);进样口温度200℃;升温程序:初始温度35℃保持2min,以8℃/min升至180℃保持4min,然后以15℃/min升至230℃保持1min;采用不分流进样方式,进样量为1μL,载气为氦气,流量1.06mL/min。质谱条件:离子源为EI源;离子源温度200℃;电子能量70eV;扫描方式:离子扫描,扫描范围:45~450质谱质量单位。白三叶草的花和叶经气质联用分析后,所得质谱图经NIST、WILEY质谱数据库进行计算机检索,结合人工谱图解析,确定其挥发物的主要化学成分。以质谱离子峰面积百分数表示这些成分的相对含量。1.3白三叶草对受体植物主要指标的影响所得数据采用SPSS软件的LSD法进行方差分析和多重比较,根据3次独立试验所得数据计算平均值和标准误;并按照Wiiliamson&Richardson提出的化感效应指数RI衡量白三叶草对受体植物各项测试指标的影响:RI=1-C/T(当T≥C);RI=T/C-1(当T<C),其中C为对照值,T为处理值,RI>0为促进,RI<0为抑制,绝对值的大小与作用强度一致。2结果与分析2.1花挥发物对麻芽长、芽重的化感作用白三叶草花、叶挥发物对稗草、苘麻种子萌发均产生了显著抑制作用,其中花挥发物处理的稗草和苘麻种子萌发率分别为86.7%和63.3%,分别比对照降低了13.3%和23.4%;叶挥发物处理的稗草和苘麻萌发率分别为93.3%和73.4%,分别比对照降低了6.7%和13.3%(表1)。花挥发物处理的稗草根长和鲜重的化感效应指数分别为-0.30(P=0.0191)和-0.28(P=0.0079),抑制作用均达到显著水平,芽长的化感效应指数为-0.04,影响不显著;而花挥发物处理的苘麻芽长的化感效应指数为-0.29,抑制作用显著(P=0.0043),鲜重的化感效应指数为-0.08,抑制作用不显著,根长的化感效应指数为+0.02,甚至有微弱的促进作用。叶挥发物处理的稗草根长、芽长和鲜重的化感效应指数分别为-0.11、-0.05和-0.05,抑制作用不明显;而叶挥发物处理的苘麻芽长的化感效应指数为-0.23,达到显著抑制水平(P=0.0287),根长和鲜重的化感效应指数分别为-0.03和-0.07,抑制作用不明显(表1)。2.2在白三叶草的蒸发分析中2.2.1酯类、环氧丙烷烃类采用顶空进样法,共检出23种化合物,鉴定了其中的18种,占相对含量的98.02%。其中烯烃7种,相对含量为34.83%,包括β-石竹烯、(E)-β金合欢烯、法呢烯、柠檬烯等;酯类5种,相对含量为28.27%,包括乙酸叶醇酯、邻苯二甲酸二乙酯等;含氧环烷烃1种,相对含量为9.95%,即甲基环氧丙烷;酸类2种,相对含量为9.04%,包括2,2-二羟基丙二酸和草酸;酮类2种,相对含量为7.46%,包括5-羟基-4-甲基-6-庚烯-3-酮和3-辛酮;含氮化合物1种,相对含量为5.01%,即N,N-二甲基-3-丁烯-胺;醇类1种,相对含量为4.08%,即叶醇。相对含量较大的成分是:4-甲基-1,3戊二烯、乙酸叶醇酯、乙酸反式-2-己烯酯、甲基环氧丙烷、5-羟基-4-甲基-6-庚烯-3-酮和2,2-二羟基丙二酸等(表2)。2.2.2化合物类别分布经气质联用分析,共检出24种化合物,鉴定了其中的16种,占相对含量的98.59%。其中醚类1种,即乙烯基乙醚,相对含量为31.54%;酯类包括乙酸叶醇酯、甲酸己酯等5种,相对含量为25.12%;酸类2种,即草酸和2,2-二羟基丙二酸,相对含量为7.66%;醇类4种,即叶醇等,相对含量为14.45%;酮类3种,即丙酮、5-羟基-4-甲基-6-庚烯-3-酮和3-辛酮,相对含量为15.2%;烯烃1种,即4-甲基-1,3戊二烯,相对含量为5.43%。相对含量较大的成分是:乙烯基乙醚、乙酸叶醇酯、丙酮、叶醇、乙酸反式-2-己烯酯和4-甲基-1,3戊二烯等(表3)。3白三叶草花挥发性成分分析野外观察表明,无论作为牧草、绿化草坪植物,还是在果园种植,白三叶草均成单一群落生长,其中很少有杂草生长。曾任森等认为化感作用可能是造成单一群落生长的一个原因。自然条件下,植物释放化感物质的途径主要有植株挥发、雨雾淋溶、根系分泌和残株与凋零物分解。本试验证实了白三叶草花、叶挥发物对稗草、苘麻的化感作用,说明挥发是白三叶草释放化感物质的途径之一。本试验采用顶空进样技术直接收集白三叶草花和叶挥发到体外的气体成分后结合GC-MS分析,较之以往用水蒸气蒸馏得到待测组分的方法更能反映其挥发物的化学成分。GC-MS分析结果表明,白三叶草花的挥发性成分主要是烯类和酯类,还包括醚、低分子烷烃、酸、酯、醇等。众所周知,酚类、萜类和酯类是较常见的化感物质。本试验检测到的柠檬烯和邻苯二甲酸二乙酯等具有化感作用。Bradow&Connick报道,植物精油中柠檬烯等萜类化合物能强烈抑制种子发芽和幼苗生长。谷文祥等也曾报道,常见挥发性萜类,如柠檬烯等,除了直接保护母体植物自身不受侵害外,对其它植物有机体既有抑制作用,又在一定条件下具有促进作用。Keire等报道,邻苯二甲酸二乙酯具有化感作用。Bais等研究表明,相