天竺葵純露對番茄的化感效應及其成分分析

劉建國，蔡蘭倩，肖艷輝，陸貴云，朱云娜

（韶關學院 英東生物與農業學院/韶關市芳香植物工程技術研究中心，廣東 韶關 512005）

植物或微生物通過釋放特殊的化學物質而對周圍植物的生長發育產生有害或有益的作用，稱為化感作用［1］.前人研究表明，芳香植物對蔬菜或雜草存在化感作用［2-5］.徐芬芬等研究表明，中、高質量濃度艾蒿浸提液（25~50 g/L）能夠顯著抑制小白菜種子的發芽率、發芽勢、幼苗的株高、根長、側根數以及幼苗鮮重等［2］；黎華壽等的研究表明，香茅揮發性物質對玉米和稗草的種子萌發率影響不顯著，但對二者生物量、根長及株高有顯著抑制作用［3］；林霜霜等研究表明，低質量濃度（5 g/L）檸檬香茅葉水提液可促進黃秋葵種子發芽，但高質量濃度（30~40 g/L）處理卻顯著抑制黃秋葵種子萌發、根系生長和生物量［4］.這說明不同芳香植物浸提液對不同植物影響存在著差異.

天竺葵（Pelargonium hortorum）為牻牛兒苗科、天竺葵屬的一種多年生草本植物，原產于非洲南部，可釋放特殊香氣［6］，清除空氣中苯、甲苯等有害物［5］，還具有驅蚊效果［7］.天竺葵精油不僅能止痛、抗菌、除臭、補血，亦能深層潔膚以及抗憂郁等［8］，常用于制造香水、香粉、驅蚊劑等工業日化用品［7-8］.然而，純露是芳香植物精油在水中最高濃度溶解量的精華，是提取精油中的一種副產品.目前，關于天竺葵純露的研究主要集中于抗氧化活性和抗菌性方面［9-11］，但其純露對蔬菜的化感作用卻鮮有報告.為此，本研究以番茄為試驗材料，以不同濃度天竺葵純露對番茄種子進行處理，觀察其對種子萌發和幼苗生長的影響，以期為天竺葵純露在蔬菜生產中的應用提供參考.

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為“白果強豐”番茄種子，由河北省青縣興運蔬菜良種繁育中心生產；天竺葵純露為本實驗室提取的香葉天竺葵純露原液，原液濃度為500 g/L.用蒸餾水將天竺葵純露原液稀釋成體積百分濃度（以下簡稱濃度）為0、0.5%、1%、5%、10%和20%的處理液，備用.

1.2 試驗設計

選取無病蟲害、飽滿的番茄種子，用5% NaClO溶液浸泡10 min，用蒸餾水清洗3~4次后，再用不同濃度天竺葵純露處理液浸種12 h.將種子均勻地放于鋪有2層濾紙的培養皿（直徑為9 cm）中，每皿30粒種子，放入人工氣候箱中進行培養（溫度：25 ℃、光照強度：5 000 lx、光暗周期：12 h/12 h、相對濕度：75%）.每天每個培養皿加入相應的天竺葵純露處理液（2~5 mL），并觀察培養皿中種子的萌發情況.以胚根突破種皮2 mm為種子發芽標準.以第3 d的發芽率作為發芽勢，7 d后統計發芽率，培養15 d后測量相關指標.

1.3 測定指標與方法

1.3.1 發芽指標計算

發芽率=（7天內正常發芽的種子數/供試種子總數）×100%.

發芽勢=（前3天內正常發芽的種子數/供試種子總數）×100%.

化感效應采用Williamson報道［12］的化感效應指數（Response index，RI）進行評價，即RI%=（1-C/T）×100%，（C為對照值，T為處理值）.當RI＜0時，表示具有抑制作用；當RI＞0時，表示具有促進作用，RI的絕對值大小表示化感作用強弱.

1.3.2 生物量和形態指標測定

每個處理隨機選取15株幼苗，用萬分之一天平稱其地上部及地下部鮮重.經數碼相機拍照后，用Image J軟件測量幼苗主根長、株高和莖粗，每個處理測定15株.

1.3.3 光合色素含量測定

番茄幼苗葉片的光合色素含量采用95%乙醇法進行測定，其鮮重含量以mg/g表示.

1.3.4 天竺葵純露成分分析

采用Agilent 7890B-5977B氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）進行天竺葵純露的揮發性物質分析［13］.根據所得的質譜信息，與NIST.17 Library標準圖譜進行聯機檢索，對匹配度大于70%的鑒定結果予以確認，鑒定出其中的主要化學成分種類.用峰面積歸一法確定各組分的相對含量.

1.4 數據統計與處理

用Microsoft Excel 2010進行數據整理后，利用SPSS 17.0軟件進行Duncn’s新復極差檢驗方法進行方差分析.

2 結果與分析

2.1 不同濃度天竺葵純露對番茄種子萌發的影響

天竺葵純露對番茄種子發芽率和發芽勢的影響如表1所示.對于發芽率而言，隨著純露濃度提高，番茄種子發芽率呈現出先上升后下降的趨勢：1%天竺葵純露處理下番茄種子發芽率最高，比對照的高14.02%；20%天竺葵純露處理的最低，比對照的低4.68%；從化感效應指數可看出，10%~20%天竺葵純露處理明顯抑制番茄種子的發芽率，且隨天竺葵純露濃度增加而增強，但各處理間無顯著差異.對于番茄種子發芽勢，天竺葵純露處理也呈現類似規律.1%天竺葵純露處理的發芽勢最高，比對照高12.22%；然后，隨純露濃度的增加，番茄種子發芽勢顯著下降，20%處理的最低，僅為對照的53.81%，也顯著低于其它處理，其發芽勢的化感效應指數也達-85.71%.這表明高濃度天竺葵純露對番茄種子萌發具有強烈的抑制作用.由此可見，1%天竺葵純露可明顯促進番茄種子發芽，但20%濃度卻顯著抑制其發芽.

表1 不同濃度天竺葵純露對番茄種子萌發的影響

2.2 不同濃度天竺葵純露對番茄幼苗生物量的影響

天竺葵純露處理對番茄幼苗生物量的影響見表2.對于地上部鮮重而言，1%~10%天竺葵純露處理與對照的相差不大，但20%處理的顯著低于其它處理，僅為對照的84.47%；與地上部鮮重相比，不同濃度天竺葵純露處理對番茄幼苗地下部鮮重的影響呈現不同的規律.隨著天竺葵純露濃度增加，番茄幼苗地下部鮮重呈現出先增加后降低的趨勢，其中，10%天竺葵處理的地下部鮮重最高，為對照的1.52倍，除與5%處理的差異不顯著外，與其它處理均差異顯著；20%處理的地下部鮮重略高于對照的，但二者之間差異不顯著.天竺葵純露處理對番茄幼苗全株生物量的影響呈現出與對地下部鮮重類似的規律，即1%~10%純露處理顯著提高了番茄幼苗全株鮮重，其中10%處理的全株鮮重最大，為對照的1.20倍；而20%處理顯著降低了全株鮮重，為對照的92.21%.從化感效應指數也可看出類似的趨勢，1%~10%天竺葵純露處理對番茄幼苗地下部鮮重和全株鮮重有明顯的增加趨勢，而純露濃度為20%時，則表現為抑制作用.由此可見，低、中濃度天竺葵純露能夠促進番茄幼苗生物量增加，且隨濃度的增加而增強；但純露濃度過高，反而表現出明顯的抑制作用.

表2 不同濃度天竺葵純露對番茄幼苗生物量的影響

2.3 不同濃度天竺葵純露對番茄幼苗形態指標的影響

與對照相比，10%天竺葵純露處理顯著促進番茄幼苗主根的伸長，增幅為44.10%，其它處理對番茄幼苗的主根長度雖也有不同程度的促進作用，其效應大小隨純露濃度的增加先增大后降低，見表3.

表3 不同濃度天竺葵純露對番茄幼苗形態指標的影響

對于番茄幼苗株高而言，不同濃度天竺葵純露處理的均高于對照，且幼苗株高呈現出隨純露濃度的增加而先增加后減少的趨勢，其中，以5%處理的最高，顯著高于對照和20%處理的，但與1%、10%處理間差異不顯著.與幼苗株高的影響類似，隨天竺葵純露濃度的增加，番茄幼苗莖粗呈現出先增加而后降低的趨勢，其中，5%~10%天竺葵純露處理下的值最大，顯著高于對照和20%處理的.從化感效應指數來看，除20%處理的莖粗化感效應指數為負值外，其它處理的各指標的值均為正值，這表明不同濃度天竺葵純露對番茄莖粗生長具有不同的促進作用.與天竺葵純露處理對各形態指標的影響類似，隨著純露濃度的增加，其化感效應指數先增加后又降低，在各形態指標中，5%~10%處理的化感效應指數較大，為5.81%~30.63%.綜合來看，較低濃度（5%~10%）天竺葵純露能夠促進番茄幼苗生長，而高濃度（20%）天竺葵純露處理反而會抑制幼苗生長.

與對照相比，10%天竺葵純露處理顯著促進番茄幼苗主根的伸長，增幅為44.10%，其它處理對番茄幼苗的主根長度雖也有不同程度的促進作用，其效應大小隨純露濃度的增加先增大后降低.對于番茄幼苗株高而言，不同濃度天竺葵純露處理的均高于對照，且幼苗株高呈現出隨純露濃度的增加而先增加后減少的趨勢，其中，以5%處理的最高，顯著高于對照和20%處理的，但與1%、10%處理間差異不顯著.與幼苗株高的影響類似，隨天竺葵純露濃度的增加，番茄幼苗莖粗呈現出先增加而后降低的趨勢，其中，5%~10%天竺葵純露處理下的值最大，顯著高于對照和20%處理的.從化感效應指數來看，除20%處理的莖粗化感效應指數為負值外，其它處理的各指標的值均為正值，這表明不同濃度天竺葵純露對番茄莖粗生長具有不同的促進作用.與天竺葵純露處理對各形態指標的影響類似，隨著純露濃度的增加，其化感效應指數先增加后又降低，在各形態指標中，5%~10%處理的化感效應指數較大，為5.81%~30.63%.綜合來看，較低濃度（5%~10%）天竺葵純露能夠促進番茄幼苗生長，而高濃度（20%）天竺葵純露處理反而會抑制幼苗生長.

2.4 不同濃度天竺葵純露對番茄幼苗葉片光合色素含量的影響

不同濃度天竺葵純露處理對番茄幼苗葉片光合色素含量的影響不同，見表4.與對照相比，1%~10%天竺葵純露均有提高番茄葉片葉綠素含量和類胡蘿卜素含量的趨勢，增幅為5.34%~15.15%；而20%天竺葵純露處理則降低番茄葉片光合色素含量，葉綠素a（Chl.a）、葉綠素b（Chl.b）、總葉綠素（Chl.a+b）和類胡蘿卜素（Carot.）含量的降幅分別7.62%、11.55%、8.72%和7.27%，尤其對葉綠素b的影響較為明顯；相對于葉綠素含量而言，天竺葵純露對番茄葉片類胡蘿卜素含量的影響較小.通過化感效應指數分析也可看出，1%~10%天竺葵純露處理對番茄幼苗葉片光合色素含量的影響均為正值，而20%處理的各指標的化感效應指數均為負值，其中，對葉綠素b含量的抑制效果最大，化感效應指數達到-13.06%，對總葉綠素含量的抑制效果次之.這表明低、中濃度的天竺葵純露處理可促進番茄幼苗葉綠素和類胡蘿卜素含量積累，而濃度過高反而會抑制其合成.

表4 不同濃度天竺葵純露對番茄幼苗葉片光合色素含量的影響

由表4可知，不同濃度天竺葵純露處理對番茄幼苗葉片光合色素含量的影響不同.與對照相比，1%~10%天竺葵純露均有提高番茄葉片葉綠素含量和類胡蘿卜素含量的趨勢，增幅為5.34%~15.15%；而20%天竺葵純露處理則降低番茄葉片光合色素含量，葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素含量的降幅分別7.62%、11.55%、8.72%和7.27%，尤其對葉綠素b的影響較為明顯；相對于葉綠素含量而言，天竺葵純露對番茄葉片類胡蘿卜素含量的影響較小.通過化感效應指數分析也可看出，1%~10%天竺葵純露處理對番茄幼苗葉片光合色素含量的影響均為正值，而20%處理的各指標的化感效應指數均為負值，其中，對葉綠素b含量的抑制效果最大，化感效應指數達到-13.06%，對總葉綠素含量的抑制效果次之.這表明低、中濃度的天竺葵純露處理可促進番茄幼苗葉綠素和類胡蘿卜素含量積累，而濃度過高反而會抑制其合成.

2.5 天竺葵純露中揮發成分分析

經GC-MS分析后，在標準質譜數據庫NIST17.L檢索，從天竺葵純露中鑒定出17種揮發性物質，并采用峰面積歸一化法確定其相對含量（見表5）.由表5可知，天竺葵純露含有萜類化合物（76.47%）、酮類化合物（19.93%）、呋喃類化合物（1.77%）、醇類（1.18%）、和吡喃類物質（0.65%）.其中，主要成分為2-甲基-1丙烯醛三甲基環丙烷2-甲基-1-（2，2，3-三甲基環丙基亞基）-1-丙烯（28.65%）、桉油精（28.5%）和4-乙基-3，4-二甲基環己酮（18.38%），含量較高的化合物還有D-檸檬烯（7.76%）和1-薄荷酮（4.28%），其余物質含量比較低，均在2%以下.

表5 天竺葵純露GC-MS成分分析

3 討論與結論

對種子萌發和幼苗生長的影響常被用于衡量某種物質化感作用的強弱［14-16］.本研究結果表明，與對照相比，低濃度（1%~5%）天竺葵純露處理可促進番茄種子萌發，而較高濃度（10%~20%）處理反而會抑制番茄種子萌發，且對發芽勢的影響更為明顯，其化感效應指數分別為-15.56%和-85.71%.這表明天竺葵純露對番茄種子萌發具有濃度效應，即低濃度天竺葵純露可促進番茄種子萌發，而高濃度對番茄種子萌發具有一定的抑制作用.前人報道，艾蒿［2］、薄荷［17］、魚腥草［18］等多種芳香植物提取液對植物種子萌發也具有類似效應.多數化感物質存在低促高抑的濃度效應［19］.化感物質低促高抑的濃度效應有利于種群自身密度的調節，當植物數量較少時，其刺激性物質能夠加速自身的繁殖與蔓延；當群體達到一定數量后，隨著化感物質濃度的增加，抑制作用明顯增強，可將種群數量控制在環境所能承受的范圍內［19-20］.

與種子萌發的影響類似，與對照相比，低、中濃度（1%~10%）天竺葵純露處理可明顯增加番茄幼苗生物量，而高濃度（20%）純露處理則明顯降低其生物量.但天竺葵純露處理對番茄幼苗根長、株高、莖粗等形態指標呈現出不同變化趨勢.隨天竺葵純露濃度的增加，各形態指標表現為先增加又下降的趨勢，且各處理的均高于對照的；除20%處理的莖粗化感效應指數為負值外，其它處理各形態指標的化感效應指數均為正值，并未表現出抑制作用，這與天竺葵純露對番茄種子萌發的效應不同.李怡瑩等人［21］報道火炬樹提取液對波斯菊、萬壽菊等菊科植物生長的影響類似，在處理初期會抑制其生長，但隨著種植時間的延長，其影響趨于穩定或不明顯，推測可能是化感作用的“時間效應”而導致的.

光合色素主要包括葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素等，光合色素含量高低在很大程度上可反映植物光合作用的強弱［22］.本研究中，與對照相比，1%~10%天竺葵純露處理可增加番茄葉片葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素含量，而20%處理則降低其含量，這也暗示天竺葵純露可能會通過影響光合色素而影響番茄幼苗的光合作用.這與劉濟明等人研究紫莖澤蘭水提取液對火棘幼苗葉綠素含量的影響作用一致［23］.遼東櫟水浸提液可以顯著影響油松葉綠素含量（尤其是葉綠素a含量）而影響其光合作用［24］.此外，化感物質也可通過抑制光合系統Ⅱ的電子傳遞鏈而影響光合作用［1］.

鑒定化感物質是研究植物化感作用機制的重要內容［20］.前人報道，脂肪酸類物質和酚酸類物質為常見的化感物質，高濃度脂肪酸類物質通過富集在植物根際土壤以抑制土壤酶活性，而酚酸類物質通過抑制種子萌發所需酶活性，從而表現出明顯的化感效應［25］.近年來，研究者指出萜類化合物也具有化感效應，是第二大類化感物質［1，19］，尤其是萜類化合物中的單萜和倍半萜多具有揮發性，易被氧化形成醛類物質，從而表現出較強的生物活性［1］.樺葉水浸液抑制松樹種子萌發和幼苗生長，其主要的化感物質為萜類化合物［26］.植物精油中檸檬烯、蒎烯、樟腦、長葉薄荷酮、香茅醇等萜類化合物能夠強烈影響植物種子發芽和幼苗生長［27］.本研究通過GC-MS分析發現，天竺葵純露中含有D-檸檬烯、β-蒎烯、樟腦、1-薄荷酮、香茅醇等物質含量分別為7.76%、1.19%、1.56%、4.28%、1.76%.此外，天竺葵純露中含有大量的萜類化合物，其相對含量高達76.47%，特別是2-甲基-1-（2，2，3-三甲基環丙基亞基）-1-丙烯、桉油精的相對含量高達28.65%和28.50%.前人報道1，8-桉樹素與β-蒎烯等萜類物質是鼠尾草提取液中的主要化感物質［28］.由此推測，天竺葵純露對番茄種子萌發和幼苗生長存在的化感效應的主要作用物質可能是萜類化合物，但各萜類化合物化感作用的大小及其作用機理還有待于進一步研究.

綜上可知，低、中濃度天竺葵純露可促進番茄種子萌發和幼苗生長，而高濃度處理則會表現出顯著抑制效果.通過文獻和試驗結果分析，推測天竺葵純露對番茄產生化感作用的物質可能是萜類化合物.