對羥基苯甲酸對煙苗氮磷鉀吸收及轉運的化感作用

王傳吉++趙陽++楊銀菊++王樹聲

摘要：研究化感物質對羥基苯甲酸對煙草氮磷鉀養分吸收、轉運及分配的影響。以煙草K326為材料，在水培條件下，設置對羥基苯甲酸濃度分別為5 mg/L（T1）、15 mg/L（T2）、45 mg/L（T3）、0 mg/L（CK）4個處理，測定不同處理條件下對煙苗NO-3、H2PO4-、K+的吸收曲線、煙苗根莖葉中氮磷鉀含量及分配的影響，以及對木質部、韌皮部中NO3-、NH4+、游離氨基酸、磷、鉀含量的影響。與CK比較，對羥基苯甲酸對NO3-吸收曲線沒有明顯改變，但卻明顯改變H2PO4-、K+的吸收曲線。煙苗根莖葉中氮磷鉀的積累量上，根部氮積累量對羥基苯甲酸處理高于CK，莖部、葉部低于CK，總量也低于CK，地上部氮積累量所占比例對羥基苯甲酸處理低于CK；根莖葉中磷積累量，且地上部磷積累量比例均處理低于CK；根莖葉中鉀積累量對羥基苯甲酸處理低于CK，但地上部鉀積累量比例對羥基苯甲酸處理與CK變化不顯著。木質部及韌皮部中NO3-、NH4+、游離氨基酸、磷、鉀含量均為T3處理最低。表明對羥基苯甲酸抑制煙草對氮磷鉀的吸收，對磷、鉀的抑制作用更強，并且抑制氮和磷向地上部運輸，但對鉀的運輸作用不強。

關鍵詞：煙草；對羥基苯甲酸；吸收；運輸；化感作用；養分

中圖分類號： S572.06文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）03-0070-04

收稿日期：2016-01-06

基金項目：中國農業科學院煙草研究所創新工程（編號：ASTIP-TRIC03）。

作者簡介：王傳吉（1991—），男，安徽滁州人，碩士，主要從事煙草栽培技術研究。E-mail：wangchuanji20130@sina.com。

通信作者：王樹聲，博士，研究員，主要從事煙草栽培與生理研究。E-mail：wangshusheng@caas.cn。

植物或微生物的代謝分泌物對環境中其他植物或微生物的有利或不利的作用，稱為化感作用[1]。早在2 000年前化感作用的現象就在相關植物著作中被提及[2]，直到1937才被Molisch正式定義為Allelopathy[2]。目前，已研究發現的植物化感物質超過10 000種，按照結構組成可分為10類：（1）水溶性有機酸、直鏈醇；（2）簡單不飽和內酯；（3）長鏈脂肪酸；（4）奎寧；（5）酚類；（6）苯丙烯酸及衍生物；（7）香豆素；（8）黃酮類；（9）單寧酸；（10）類固醇類[3]。酚類由一個—OH與苯環相連構成，但在化感物質中的酚類定義較寬松，包含一系列的組合類型，如芳香族環，羥基與苯甲酸、醛基組合，羥基與苯丙烯酸組合等[4]。酚類作為一類重要的化感物質，廣泛分布于植物及植物分解產物中，是土壤腐殖質的前體物質，同時也是根際分泌物的組成之一[5]。酚類物質包括對羥基苯甲酸、沒食子酸、丁香酸、肉桂酸、咖啡酸和阿魏酸等[3，6-7]。酚類物質在根際土壤中聚集，可以通過改變pH值[8]或微生物多樣性[9]影響土壤礦質離子的有效態，最終影響植物的養分吸收，或者通過對根系的作用，影響根系生長[10]等，但酚類本身是否能作用于養分吸收，及影響養分在植物體內的循環利用，還有待研究。對羥基苯甲酸作為土壤中常見的一種酚類化感物質，高濃度時能夠降低植物葉片水勢和氣孔導度、抑制光合作用及蛋白質的合成、影響根系發育，但對作物根系養分吸收過程、養分在作物中運輸及分配的影響研究較少。本試驗通過對羥基苯甲酸對煙草氮、磷、鉀養分的吸收，及在煙草根、莖、葉中分配影響的研究，以期揭示酚類物質對植物養分吸收及轉運的化感作用。

1材料與方法

1.1材料

煙草品種K326，由中國農業科學院煙草研究所國家農作物種質資源平臺煙草種質資源子平臺提供。

1.2試驗設計

種子經消毒、滅菌后于28 ℃條件下催芽，35 d后，用蒸餾水洗凈煙苗根系，轉入蒸餾水中過渡24 h，之后每棵煙苗轉入300 mL遮光塑料罐中，采用1/4Hogland營養液培養。待長至5張真葉展開時，置于蒸餾水中饑餓48 h，之后用含有不同濃度對羥基苯甲酸（PHBA）的1/4Hogland營養液[MgSO4 [JP2]0.5 mmol/L、Ca（NO3）2 1.875 mmol/L、NaH2PO4 0.25 mmol/L、[JP]Fe-EDTA 0.02 mmol/L、MnCl2 9×10-3 mmol/L、H3BO3 [JP2]0046 mmol/L、ZnSO4 8×10-4 mmol/L、CuSO4 3×10-4 mmol/L、[JP]（NH4）6Mo7O24 5×10-4 mmol/L、K2SO4 1.0 mmol/L、pH值65]進行培養。對羥基苯甲酸的濃度分別為5 mg/L（T1）、15 mg/L（T2）、45 mg/L（T3）的溶液，未添加對羥基苯甲酸的營養液為對照（CK），每3 d更換1次相應處理的營養液，每個處理重復16次，培養3周。

1.3樣品采集及檢測

1.3.1營養液采樣及檢測

采用離子耗竭法，48 h饑餓結束后，選擇生長一致的煙苗，從煙苗轉入不同處理營養液開始，在0.5、1、2、3、4、5、6、7、8 h取1次塑料罐中的營養液，每次取樣5 mL，將樣液裝入10 mL離心管中，4 ℃保存，每次取樣結束，用去離子水補充營養液至原體積。營養液中的NO-3采用紫外分光光度計檢測、H2PO-4用鉬銻抗分光光度法檢測、K+采用原子分光光度計檢測。

1.3.2煙樣采集及檢測

將煙苗分根、莖、葉進行采集，105 ℃ 殺青30 min，80 ℃烘至恒質量，稱質量，粉碎后過 0.45 μm 篩，經H2SO4-H2O2消化后，用全自動凱氏定氮儀測定氮含量，磷含量用釩鉬酸銨比色法測定，火焰光度計檢測定鉀離子含量。

1.3.3木質部及韌皮部汁液收集及檢測

木質部汁液收集：參照Liang等的方法[11-12]，并做適當改進。脫脂棉經稀鹽酸、蒸餾水、去離子水清洗，烘干，稱取0.3 g脫脂棉，裝入干凈的10 mL離心管中待用。在距根基3 cm處用手術刀片切斷莖稈，開始的第1滴汁液用脫脂棉棄去，以防韌皮部汁液的交叉污染，然后迅速將裝有脫脂棉的離心管罩在莖稈上并使莖端面被脫脂棉包裹，用保鮮膜將莖稈與離心管包好。收集12 h后取下，將脫脂棉放入10 mL離心管中，加去離子水定容至10 mL，將收集到的木質部汁液4 ℃保存。

[JP2]韌皮部汁液的收集，參照King等的方法[13]，并做適當改進。將收集木質部汁液時切下的煙苗地上部，用去離子水洗凈莖切口并用脫脂棉吸干表面水分，插入裝有15 mL 25 mmol/L 的EDTA-Na2溶液的小塑料瓶中，將煙苗及塑料瓶用塑料袋密封，放置于培養箱中，黑暗條件、濕度95%、20 ℃ 下收集 12 h 韌皮部汁液。將收集的韌皮部汁液4 ℃保存。[JP]

木質部及韌皮部汁液中的游離氨基酸采用茚三酮比色法測定、磷采用鉬銻抗分光光度法測定、鉀用原子吸收分光光度計檢測。

1.4數據分析

采用Excel 2003軟件進行數據整理及制圖，用數據分析軟件SAS 9.2，按單因素3重復完全隨機設計LSD法進行統計分析。

[JZ]養分積累量（mg）=養分含量（%）×組織干質量（mg）；

[JZ][HT9.，8.]地上部養分比例=[SX（]葉部積累量+莖部積累量葉部積累量+莖部積累量+根部積累量[SX）]×100%；

[JZ]地下部養分比例=[SX（]根部積累量葉部積累量+莖部積累量+根部積累量[SX）]×100%。[JP][HT〗

2結果與分析

2.1對羥基苯甲酸對煙苗養分吸收過程的影響

不同濃度PHBA處理下煙苗對NO-3的吸收曲線見圖1，隨著吸收時間的增加，營養液中的NO-3含量逐漸降低，在 8 h 時，在吸收總量上不同濃度處理間差別不大。

[TPWCJ1.tif][FK）]

不同濃度PHBA處理的煙苗對H2PO-4的吸收曲線見圖2，隨著吸收時間增加，營養液中H2PO-4離子含量降低，1 h前，PHBA處理H2PO-4離子濃度降低幅度較低，說明離子吸收速度較慢；1 h后，CK吸收速度放緩，T1處理吸收曲線保持線性降低，T2、T3處理吸收曲線變化幅度與CK相似。8 h時不同處理營養液H2PO-4濃度差異上，T1處理與CK差別不大，T2、T3處理相近，均高于T1處理與CK。

[TPWCJ2.tif][FK）]

不同濃度PHBA處理條件下的K+吸收曲線見圖3，隨著時間增加，CK、T1處理K+濃度一直表現為下降趨勢，T2處理總體也表現為下降狀態，但在3 h時K+濃度有所升高，然后再下降，T3處理在0.5 h時K+濃度升高，然后再下降。從 4 h 開始，不同濃度PHBA處理的營養液K+濃度一直表現為CK

[TPWCJ3.tif][FK）]

2.2對羥基苯甲酸對煙苗養分積累與轉運的影響

2.2.1對羥基苯甲酸對煙苗氮的積累與分配的影響

從表1可以看出，根部氮含量以CK最低，隨著PHBA處理濃度的增加，氮含量逐漸增加，根部氮積累量與含量表現一致，以CK氮含量最低，隨處理濃度增大氮積累量增大。莖部氮含量表現為CK氮含量最高，T1、T2處理與CK差異不顯著，T3處理則顯著小于CK、T1、T2處理，與CK比較，含氮量降低2085%。莖部氮積累量與氮含量表現一致，T3處理積累量低于其他處理，比CK減少24.03%。葉部氮含量與氮積累量的變化，均表現為T3處理最低，與CK比較，氮含量和積累量分別降低20.44%、43.54%。從根、莖、葉中氮的積累量而得出地上部與地下部氮素分配比例，隨著PHBA處理濃度的增加，地上部氮比例逐漸降低，T3地上部氮比例顯著小于CK及T1、T2處理。

2.2.2對羥基苯甲酸對煙苗磷積累與分配的影響

從表2可以看出，根莖葉中磷含量均在T3處理時最低，比CK分別降低19.90%、63.26%、38.65%，其中根部磷含量T2處理最大，莖部、葉部為CK最大；根莖葉中的磷積累量表現與磷含量一致，[JP2]也是T3處理最低，分別比CK降低33.03%、6031%、[JP]57.47%。隨著PHBA的濃度增加，地上部含磷比例逐漸降低，T3處理顯著低于CK，地下部分配比例與地下部結果相反。

2.2.3對羥基苯甲酸對煙苗鉀積累與分配的影響

從表3可以看出，不同濃度PHBA處理的鉀含量，根莖葉中均以T3處理最低。根部鉀含量T3處理為1.50%，顯著小于CK和T1、T2處理，與CK比較鉀含量減少66.36%，鉀積累量T3處理比CK低55.10%。莖部鉀含量T3處理為2.13%，小于CK和T1、T2處理，比CK降低61.06%。葉部鉀含量T3處理為 3.02%，比CK降低36.15%。鉀積累量上根莖葉中也是T3處理最低。鉀總積累量也是T3處理時最低，但地上部地下部分配比例處理間差異較小。

時，外滲速率超過吸收速率[16]。本試驗采用3種濃度的 PHBA 處理，在8 h的吸收過程中，營養液中的離子含量一直減少，表明本試驗中不同濃度PHBA處理對于煙草根系的外滲作用影響還未達到抑制吸收的作用，即使在 45 mg/L 的處理條件下根系仍可以吸收離子，但是PHBA也沒有表現出促進吸收的作用。在8 h的營養液離子變化量方面，NO-3變化量不同處理與CK差異不大，而H2PO-4變化量在45 mg/L的處理則表現低于CK，K+變化量隨PHBA濃度的增大而降低。可能是因為PHBA作用于根系表皮細胞上的離子結合位點，從而抑制對H2PO-4、K+的吸收。

呂衛光等研究表明，根系在接觸PHBA 6 h后，脫氫酶和硝酸還原酶（NR）就會降低[16]。脫氫酶活性的降低會減弱三羧酸循環使得ATP、NADH的產生減少，進一步影響根系對離子的主動吸收。根系吸收的NO-3需要經過NR的轉化，根系細胞的NR活性降低及ATP、NADH的減少會降低NO-3的還原反應，使得NO-3在根系積累。本試驗中PHBA處理的煙苗根系氮濃度及積累量都高于CK，磷、鉀都低于CK，原因可能是PHBA對煙苗氮的吸收抑制程度強于對磷和鉀的吸收抑制，從而使根部氮濃度相對提高，磷主要以正磷酸的形式、鉀主要以離子態形式向地上部運輸[17]。本試驗中45 mg/L的處理煙苗根系氮含量高于CK，磷、鉀含量則低于CK，而全株的氮磷鉀積累量同樣是45 mg/L的處理低于CK，表明PHBA濃度為45 mg/L時對磷、鉀吸收抑制作用強于對氮的吸收，使得氮含量相對提高。

濃度超過5 mg/L的PHBA與煙草根系接觸8 h時，會干擾根系對NO-3、H2PO-4、K+吸收，主要是減弱對H2PO-4、K+的吸收，對NO-3的吸收作用影響較小。經歷較長時間的 PHBA 處理后，煙草對氮、磷、鉀的吸收都會減少，影響氮、磷養分向地上部的轉運，對鉀的作用不明顯。PHBA的濃度越大，抑制作用越強。

[HS2*3]參考文獻：

[1]Rice E L. Allelopathy[M]. New York：Academic Press，1984：23-28.

[2]Molisch H. Der einfluss einer pflanze auf die andere-allelopathie[M]. Jena，Austria：Fischer，1937：106.

[3]王強，阮曉，李兆慧，等. 植物自毒作用及針葉林自毒研究進展[J]. 林業科學，2007，43（6）：134-142.

[4]Zeng R S，Mallik A U，Luo S M. Allelopathy in sustainable agriculture and forestry[M]. New York：Springer Science+Business Media，2008：25-38.

[5]Li Z H，Wang Q，Ruan X，et al. Phenolics and plant allelopathy[J]. Molecules，2010，15（12）：8933-8952.

[6]Gao X B，Zhao F X，Shen X，et al. Effects of cinnamon acid on respiratory rate and its related enzymesactivity in roots of seedlings of Malus hupehensis Rehd[J]. Agricultural Sciences in China，2010，9（6）：833-839.

[7]Yang C M，Lee C N，Chou C H. Effects of three allelopathic phenolics on chlorophyll accumulation of rice （Oryza sativa） seedlings：Ⅰ. Inhibition of supply-orientation[J]. Botanical Bulletin of Academia Sinica，2002，43（4）：299-304.

[8]張恩平，衣寧寧，李亮亮，等. 番茄自毒物質對土壤養分的影響[J]. 西南農業學報，2010，23（3）：820-823.

[9]Indepuit，del Moral R. Is separating resource competition from allelopathy realistic？[J]. The Botanical Review，1997，63（3）：221-230.

[10]王珊，蘇玉紅，喬敏. 酚類化合物短期暴露對小麥和大麥苗期根伸長的影響[J]. 生態毒理學報，2015，10（2）：283-289.

[11]Liang J S，Zhang J H，Wong M H. Collection of xylem sap at flow rate similar to in vivo transpiration flux[J]. Plant and Cell Physiology，1997，38（12）：1375-1381.

[12]Buhtz A，Kolasa A，Arlt K，et al. Xylem sap protein composition is conserved among different plant species[J]. Planta，2004，219（4）：610-618.

[13]King R W，Zeevaart J A. Enhancement of phloem exudation from cut petioles by chelating agents[J]. Plant Physiology，1974，53（1）：96-103.

[14]Glass D M. Influence of phenoic acids on ion uptake：Ⅳ. Depolarization of membrane potentials[J]. Plant Physiology，1974，54（6）：855-858.

[15]Yu J Q. Effects of root exudates of cucumber and allelopathicals on the ion uptake by cucumber seedling[J]. Journal of Chemical Ecology，1997，23（3）：817-827.

[16]呂衛光，張春蘭，袁飛，等. 化感物質抑制連作黃瓜生長的作用機理[J]. 中國農業科學，2002，35（1）：106-109.

[17]王忠. 植物生理學[M]. 北京：中國農業出版社，2000：104-107.[HJ][FL）]