酚酸對三七、小麥的化感作用及其差異

孫萌+吳立潔+劉海嬌+程新宇+張子龍

摘要：對不同濃度單體酚酸及混合酚酸對三七及小麥的化感作用進行生物測定。結果表明：酚酸對小麥、三七的化感作用表現為在種子萌發階段大于幼苗生長階段；酚酸對三七的化感作用表現為低濃度促進、高濃度抑制的濃度效應；酚酸類物質對三七及小麥的化感作用具有一定協同作用；2～3年生三七根際土壤中酚酸抑制三七幼苗生長，但可促進小麥幼苗生長。酚酸類物質的化感作用應為三七連作障礙的原因之一，三七與小麥輪作具有合理性。

關鍵詞：酚酸；三七；小麥；化感作用；輪作

中圖分類號： S567.23+6.01；S344.1

文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）04-0233-04

三七[Panax notoginseng （Burk.） F.H.Chen]為五加科人參屬植物，是我國特有的名貴中藥材[1]，對血液系統、心腦血管系統、中樞神經系統、免疫系統等具有良好的藥理作用[2]。三七主要分布在云南省文山州及其周邊區域。三七種植存在嚴重的連作障礙問題，輪作是緩減三七連作障礙的主要措施，主要農作物小麥則是重要的輪作植物之一。研究表明，化感自毒作用是引起植物連作障礙的重要原因之一，而酚酸類物質則是常見的重要化感自毒物質[3]。目前已從三七連作土壤中分離鑒定出香草酸、對羥基苯甲酸、苯甲酸、丁香酸、阿魏酸、對香豆酸等6種酚酸類物質[4]，但這些酚酸類物質對三七種子萌發及幼苗生長影響的研究尚未見報道。雖然發現阿魏酸、香草酸及其混合物對小麥幼苗生長有較弱的抑制作用[5]，但三七連作土壤中其他酚酸類物質對小麥的化感作用，以及酚酸類物質對三七、小麥化感作用的差異性值得探討。本研究利用生物測定的方法，研究三七連作土壤中檢測到的6種酚酸單體及其模擬混合配比對三七、小麥的化感作用，并比較三七與小麥的敏感性差異，以期從化感自毒作用角度揭示三七連作障礙的形成機理，并為建立三七-小麥合理輪作體系提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

對香豆酸、阿魏酸、對羥基苯甲酸、丁香酸、香草酸均購自Sigma公司，苯甲酸購自上海源葉生物科技有限公司。小麥種子（中麥8號）購自中國農業科學院。三七種子由文山三七研究院栽培研究所提供，三七種子采摘后濕沙（含水量25%左右）埋藏，5 ℃避光保存備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 酚酸濃度設置

1.2.1.1 單體酚酸 將香草酸、對羥基苯甲酸、苯甲酸、丁香酸、阿魏酸、對香豆酸等6種酚酸分別配制成1、10、100、500 mg/L 等4種濃度。

1.2.1.2 混合酚酸 根據三七根際土壤中各種酚酸的實際含量[4]：香草酸9.79 μg/g，對羥基苯甲酸2.78 μg/g，苯甲酸5.27 μg/g，丁香酸1.26 μg/g，阿魏酸2.33 μg/g，對香豆酸24.01 μg/g，設置混合酚酸。按照香草酸 ∶對羥基苯甲酸 ∶苯甲酸 ∶丁香酸 ∶阿魏酸 ∶對香豆酸=10 ∶3 ∶6 ∶2 ∶3 ∶24的比例進行6種酚酸的混合，分別配制成A、B、C、D、E等5種濃度（表1），分別約為土壤中酚酸含量的0.5、1、5、10、20倍。

1.2.2 種子發芽試驗 先用自來水將三七、小麥種子洗凈，然后用1%次氯酸鈉溶液表面消毒10 min，再用去離子水洗凈后備用。取滅菌后的培養皿（直徑90 mm），鋪1層濾紙，再均勻鋪20 g過14目篩且經滅菌的石英砂，分別加入各濃度處理酚酸液10 mL。取三七、小麥種子各30粒，均勻擺放在培養皿中，置于自然光、25 ℃恒溫環境中培養，每個處理重復3次，以蒸餾水作對照。從播種后次日開始，每天統計發芽率，并及時補充等量蒸餾水，以保持石英砂濕潤。7 d后測定小麥苗高、根長等生長指標；35 d后測定三七苗高、根長等生長指標。

1.3 指標測定及數據處理

發芽試驗結束后，選定培養皿中生長整齊均一的幼苗10株，采用常規方法測量其苗高、根長、分根數。

為了比較不同物種、發育階段和各測定指標間的化感作用，以平均化感指數進行評價[7-8]。

MSIR=∑nj=1ajn 。

式中：R為平均敏感指數（M ）的級別或層次；a為數據項；n為該級別或層次數據（RI） 的總數。當MSI>0時為促進作用，當MSI<0時為抑制作用，其絕對值大小與作用強度（敏感性）一致。

試驗數據在DPS 7.05軟件平臺上處理，先采用ANOVA法分析，再采用LSD法進行顯著性檢測。

2 結果與分析

2.1 單體酚酸的化感作用

2.1.1 單體酚酸對三七的化感作用 不同濃度單體酚酸對三七發芽率、苗高均有一定抑制作用，總體表現為濃度越高抑制作用越強。對三七根長而言，香草酸、對香豆酸具有一定的促進作用，對羥基苯甲酸、阿魏酸則表現為抑制作用，苯甲酸表現為低濃度促進、高濃度抑制，丁香酸則與之相反；對分根數而言，香草酸、丁香酸具有促進作用，且香草酸在低濃度時具有顯著促進作用，對羥基苯甲酸、苯甲酸、阿魏酸、對香豆酸大都表現為抑制作用。總體來看，各單體酚酸主要抑制三七種子萌發以及地上部分生長（表2）。

2.1.2 單體酚酸對小麥的化感作用 由表3可見，不同濃度單體酚酸溶液對小麥發芽率大都表現出一定抑制作用，但不顯著。對幼苗根長和苗高而言，單體酚酸基本表現為低濃度促進、高濃度抑制；對于分根數而言，香草酸、丁香酸、對香豆酸基本沒有影響，苯甲酸、阿魏酸均表現為抑制作用，且濃度為1 mg/L時達顯著水平，對羥基苯甲酸則表現為濃度越高，抑制作用越強，且濃度為500 mg/L時達顯著水平。

2.2 混合酚酸的化感作用

2.2.1 混合酚酸對三七的化感作用 由表4可見，不同濃度混合酚酸均可降低三七種子的發芽率，其中B處理下顯著抑制三七種子發芽率，E處理下極顯著抑制三七種子發芽率。由圖1可見，隨著混合酚酸濃度升高，其對三七生長指標的影響總體呈低濃度促進、高濃度抑制的趨勢?；旌戏铀釋θ吒L、分根數的影響未達顯著水平；而對苗高的影響則達顯著或極顯著水平。C、D處理下混合酚酸顯著抑制了三七苗高，B、E處理下混合酚酸對苗高的抑制作用達極顯著水平?？梢夿處理下混合酚酸已經開始抑制三七幼苗生長，并隨著酚酸濃度增大持續抑制其生長。

2.2.2 混和酚酸對小麥的化感作用 由表4、圖2可見，混合酚酸對小麥發芽率、分根數的影響不顯著；而對小麥苗高、根長的影響同樣表現出低濃度促進、高濃度抑制的趨勢。A、B、C、D處理下混合酚酸對小麥苗高、根長均有一定促進作用，其中對小麥根長的促進達到顯著水平（A處理）或極顯著水平（B、C處理）；只有E處理下混合酚酸才極顯著抑制小麥苗高、根長。由此可知，三七根際土壤中的實際酚酸濃度可以促進小麥生長。

2.3 酚酸對小麥、三七的化感作用比較

由表5可以看出，一級敏感指數、二級敏感指數、三級敏感指數大部分為負值，表明單體酚酸對小麥、三七普遍存在抑制作用。就一級敏感指數M1而言，所有酚酸都抑制了小麥、三七發芽率，基本抑制了苗高、分根數，而對根長則大部分表現為促進作用。就二級敏感指數M2而言，酚酸對小麥、三七均表現為種子萌發階段抑制，幼苗生長階段促進（苯甲酸、阿魏酸除外）。就三級敏感指數M3而言，在受試濃度內，小麥對于苯甲酸的化感抑制作用更敏感，敏感程度為苯甲酸>對香豆酸>丁香酸>對羥基苯甲酸>阿魏酸>香草酸，其中苯甲酸、阿魏酸對小麥生長表現為抑制作用，其他酚酸表現為促進作用。三七對阿魏酸、對羥基苯甲酸的化感抑制作用比較敏感，敏感程度為阿魏酸>對羥基苯甲酸>香草酸>丁香酸>對香豆酸>苯甲酸，其中阿魏酸、對羥基苯甲酸對三七表現為抑制作用，其他酚酸表現為促進作用。這說明不同物種對于同一種化感物質的敏感程度不同，而阿魏酸對于小麥、三七均表現為抑制作用。

由表6可以看出，一級敏感指數、二級敏感指數、三級敏感指數大部分為負值，說明混合酚酸對于小麥、三七均有一定化感抑制作用。小麥各指標對于混合酚酸化感作用的敏感性（一級敏感指數M1）依次為苗高>發芽率>根長>分根數。三七對于混合酚酸化感作用的敏感性（一級敏感指數M1）依次為苗高>發芽率>根長>分根數?？梢钥闯觯旌戏铀釋τ谌摺⑿←湹幕凶饔帽憩F出一致的作用規律，即混合酚酸對小麥、三七苗高的抑制作用較強，其次是發芽率、根長，而對分根數的化感作用最弱。從供試小麥、三七種子萌發階段和幼苗生長階段對于混合酚酸化感作用敏感性（二級敏感指數M2）來看，在種子萌發階段更容易受到混合酚酸的化感作用影響，且受到的抑制程度較大。從物種（三級敏感指數M3）來看，三七對于混合酚酸化感作用更為敏感，且表現為抑制作用。

3 結論與討論

3.1 酚酸類物質與三七連作障礙的關系

研究表明，三七存在明顯的自毒作用[9-11]。本研究分析了三七連作土壤中6種酚酸對三七種子萌發及幼苗生長的影響，發現酚酸對三七的化感作用有如下特點：（1）單體酚酸、混合酚酸對三七萌發與生長都有一定的抑制作用，且表現為種子萌發階段大于幼苗生長階段。有研究發現，酚酸類物質可以抑制種子萌發所需的關鍵酶類[12]，這可能是導致酚酸對種子萌發的影響大于幼苗的原因。（2）不同酚酸類物質存在一定的協同作用，而這種協同作用可能和酚酸種類及其組成有緊密關系。（3）高濃度酚酸對三七根長、苗高有顯著抑制作用。有研究發現，酚酸類物質可以增加細胞膜通透性，誘導脂質過氧化，導致細胞內溶物外流 [13]，還可以抑制葉綠素的正常積累而造成短缺[14]，最終抑制植物生長，這可能是導致本研究中酚酸抑制苗高、根長的原因。（4）隨著酚酸濃度變化，其對三七的化感作用表現出一定變化趨勢，這與孫玉琴等有關阿魏酸對三七化感作用的研究結果[15]基本一致。由此推測，三七根際土壤中酚酸類物質對三七的化感作用可能是造成三七連作障礙的重要原因。

3.2 小麥與三七輪作的合理性

輪作是目前緩解三七連作障礙最為直接有效的措施，本研究以當地常見農作物小麥為受體，探討了酚酸及其混合配比的化感作用。結果發現，三七連作土壤中的酚酸類物質對三七種子萌發有顯著抑制作用，且極顯著抑制三七苗高；而對小麥幼苗生長則表現出很強的促進作用，極顯著促進了小麥根長。這表明小麥與三七輪作具有一定的合理性，為生產上采用小麥與三七進行輪作提供了理論依據。

研究發現，供體植物對受體植物不同品種的化感作用不同，張子龍等研究三七水浸液對不同玉米品種的化感作用發現，常規品種白糯1號對三七化感作用敏感性更強，雜交種云瑞1號、魯三3號的敏感性較弱，更適合與三七輪作[16]。小麥品種繁多，文山州是云南省小麥良種繁育基地之一[17]，針對此情況，筆者認為須要進一步研究不同小麥品種對混合酚酸的敏感性差異，以期找到更適宜與三七輪作的小麥品種，更加有效地緩解三七連作障礙。

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