苎麻根际土壤水浸提液化感潜力评价

刘楠楠，白玉超，李雪玲，杨瑞芳，郭婷,2，崔国贤,3*

苎麻根际土壤水浸提液化感潜力评价

刘楠楠1，白玉超1，李雪玲1，杨瑞芳1，郭婷1,2，崔国贤1,3*

（1 湖南农业大学苎麻研究所，湖南长沙 410128；2 湖南省桂阳县烟草专卖局，湖南桂阳 424000 ；3 中国农业科学院麻类研究所，湖南长沙 410205）

【目的】通过苎麻根际土壤水浸提液有机化合物的分离鉴定及生物学实验，探讨了苎麻败蔸与化感作用的关系。【方法】运用气相色谱-质谱联用技术 (GC-MS)，对苎麻根际土壤的不同极性有机溶剂萃取液进行了物质成分分析；采用室内生物测定方法，研究了不同浓度苎麻根际土壤水浸提液对萝卜、油菜、拟南芥 3 种植物的化感效应；并应用实时定量 PCR 技术 (QPCR)，测定了不同浓度根际土壤水浸液处理后拟南芥其抗逆基因RD29A (AT5G52310) 和 RD29B (AT5G52300) 及生长素合成相关基因 YUC1 (AT4G32540) 的相对表达水平。【结果】四种不同极性有机溶剂萃取液经 GC-MS 检测共鉴定出 51 种有机化学物质，包括烃类及其衍生物、甾类化合物、苯甲酸及其衍生物、酚类、萜类、含氮类等已被报道具有化感活性的化合物。不同浓度苎麻根际土壤水浸液对 3 种不同植物的下胚轴长及根长的化感效应具有差异性，随着浸提液浓度增加，对油菜及拟南芥抑制作用越显著，但对萝卜的影响不显著。QPCR 检测结果表明，拟南芥的 RD29A、RD29B、YUC1 这 3 种基因的表达量随水浸提液浓度增加均降低。【结论】苎麻根际土壤中含有抑制自身生长的潜在化感物质豆甾-4-烯-3,6-二酮，2,5-二叔丁基苯酚，邻苯二甲酸二乙酯，6,6-二甲基-1,3-庚二烯-5-醇，羊毛甾-8,24-二烯-3,22-二醇。高浓度苎麻根际土壤水浸提液对供试三种植物下胚轴长及根长具有抑制效果，因此，连作导致的化感物质累积可能是连作导致苎麻败蔸的原因之一。

苎麻；根际土壤水浸提液；化感作用；基因表达；化感物质；败蔸

苎麻 (Boehmeria nivea) 为荨麻科 (Urticaceae) 苎麻属 (Boehmeria)，多年生宿根性旱地草本植物，是我国重要的纤维作物和特色经济作物[1]。一般情况下，苎麻麻蔸能够自我更新，可以宿根种植 10～20 年，然而在目前栽培管理措施下，苎麻连续种植3～5 年，出现了烂蔸或者缺蔸现象，导致苎麻产量和品质均下降，严重的甚至引起全株死亡[2–3]。苎麻在长期多年的生长发育中经常会受到连作栽培的影响[4]，研究表明连作栽培极易产生化感自毒作用，而化感现象的产生可能是由于土壤内部化感物质常年累加引起[5]。朱四元等[6–7]研究也认为，苎麻宿根生长障碍主要是由连作多年土壤中毒引起的。

植物能够分泌丰富的次生代谢产物，这些化学物质能够影响邻近植物生长的现象称之为化感作用[8]。许多化感植物释放的毒素不仅对邻近植物有害也对其自身有毒害作用，称之为自毒作用[9]。在外界管理得当的条件下，宿根苎麻生长受阻引起的败蔸发生可能来源于其自身物质的释放及根际环境的影响，但涉及这一方面的研究还鲜有报道，故从化感方面来探究苎麻败蔸的要因对于减缓苎麻败蔸、提高苎麻纤维产量和品质具有重要意义。白玉超等[10–11]研究结果表明，不同品种苎麻败蔸率具有差异性。本研究主要以‘湘苎7号’该品种苎麻为材料，用含有供体植物不同部位的残留物来种植受体植物是用来确定供体植物是否具有化感作用的最常见方法[12]，在自然界中，水溶性化感物质主要通过雨雾等的淋溶而进入土壤产生化感作用[1]，因此在化感作用研究中根据化感物质进入环境的途径常用水作为浸提溶剂获得浸提液，应尽量避免用有机溶剂和热水[13]。目前关于具有化感作用的植物种类报道较多，但化感物质在植物体内所起作用还鲜有报道。该试验一方面探究了‘湘苎7号’苎麻根际土壤水浸提液的化感效应，另一方面还初步探索了化感物质对植物的胁迫基因和生长素合成基因表达的影响，力图为减轻苎麻败蔸产生的危害提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试根际土壤于 2015 年二麻收获期取自湖南浏阳澄潭江苎麻试验基地。取样品种为‘湘苎 7 号’。供试的受体植物为萝卜、油菜、拟南芥 (哥伦比亚生态型)。

1.2 研究方法

1.2.1 浸提液的制备 将取回的根际土壤自然风干过2 mm 筛，取 6.5 kg，按 1∶2 比例加入超纯水浸泡，定期搅拌，浸泡 48 h 后用 4 层灭菌医用纱布进行过滤收集粗浸提液，将粗滤液置于离心机 (2500 r/min，10℃) 离心 10 min，离心得到澄清的滤液过孔径 0.45 μm的微孔滤膜得到精滤液 8500 mL，并浓缩至 500 mL，得到浓度为 8.5 g/mL (即 1 mL 水溶液中含有 8.5 g 土壤的浸提物) 的液体作为母液，放置于 4℃ 的冰箱待用。1.2.2不同极性有机溶剂萃取液的 GC-MS 检测

1) 萃取液制备取 4 支 50 mL 离心管，每管加入母液 50 mL 放置于–80℃ 冰箱冷冻至固态，取出置于冷冻干燥机内把水分完全除去留下物质，再在 4支离心管内分别加入石油醚、乙醚、氯仿、甲醇 4种极性由低到高的有机溶剂[14]进行萃取，萃取液经针头式微孔滤膜过滤后，存储于 1 mL EP 管内，待检。

2) GC-MS 测定条件于湖南大学化学分析中心进行样品测定：GC-MS (气象色谱-质谱联用仪，Thermo Finnigan 120150-T230 L)，HP-5MS 毛细管柱 (30 m × 0.01 m × 0.25 m)。进样口温度 280℃，检测 250℃。初始化温度 60℃，保留 3 min，然后按 15℃/min的程序升温至 250℃，保留 5 min；载气：He。

1.2.3 种子萌发实验 选取颗粒饱满、大小一致，萌发率整齐的萝卜、油菜和拟南芥种子，用 15% 的消毒液消毒 3 min，再用无菌蒸馏水冲洗 5 次，待用。配制 1/2 MS 培养基，分别在培养基中加入 1 mL 和10 mL 母液，未加入的为空白对照，调节 pH 至 5.8后，于 121℃ 湿热灭菌 20 min 后待用。在无菌环境下，进行点种，萝卜和油菜种子每皿 20 粒，拟南芥种子每皿 40 粒，每个处理 3 次重复，上盖封好。放置于温度 25℃、湿度 75% RH、光照 2000 Lx 的光照培养箱中进行培养。每天记录发芽种子数，在萝卜、油菜和拟南芥生长 5 d、5 d和 7 d (生长状态稳定) 时分别测量它们的胚根以及下胚轴的长度。

1.2.4 实时荧光定量 PCR 检测 选取生长在加入不同浓度苎麻土壤浸提液的 1/2 MS 培养基培养 10 天的拟南芥幼苗，将其整株置于离心管后迅速投入液氮中冷冻，参照 Sigma 公司植物 RNA 提取试剂盒的说明书对拟南芥进行 RNA 的提取；RNA 逆转录参照TaKaRa 生物公司的逆转录试剂盒进行。转录完的cDNA 依据 PCR 检查的亮度稀释 15～20 倍。

QPCR 可用于确定处理因素施用后基因表达水平的改变[15]。本实验采用 Mx3000P 型实时荧光定量PCR 仪，PCR 反应设置的条件为：95℃ 5 min，95℃30 s，57℃ 30 s，72℃ 30 s，循环总数 40 个。实验所涉及的定量引物序列见表 1，实验的均一化内参以ACTIN-2 基因表达的丰度为依据。10 μL 体系：5 μL SYBR Green Mix，0.5 μL 正向引物，0.5 μL 反向引物，0.2 μL Rox，3.8 μL 稀释后的 cDNA 模板。

1.3 数据处理

采用 DPS 数据处理系统 (v7.05 专业版) 进行方差显著性分析，Microsoft Excel 2007 进行数据统计分析，Photoshop CS6 进行图片处理。

2 结果与分析

2.1 GC-MS 检测结果分析

由 GC-MS 检测结果可知，不同极性萃取液的萃取效果不同，其中甲醇萃取液中共鉴定出 3 种主要物质 (表2)，氯仿萃取液中鉴定出 28 种主要物质(表3)，乙醚和石油醚萃取液中均鉴定出 10 种主要物质 (表4、表5)。从甲醇、氯仿、石油醚、乙醚 4 种有机溶剂萃取液中鉴定出烃类及其衍生物、甾类化合物、苯甲酸及其衍生物、酚类、萜类、含氮类、其它杂环类共 7 大类别的化学成分。其中某些化学物质的化感活性已被报道，张兵之在对伊乐藻的化感作用研究中，通过柱层析、薄层层析、GC-MS、LC-MS、NMR 等多种手段首次分离并鉴定出豆甾-4-烯-3,6-二酮为伊乐藻的主要化感物质[16]，在苎麻根际土壤水浸液氯仿萃取液中分离鉴定出该物质及其类似物。2,6-二叔丁基苯酚的化感特性已被多次报道[17–20]，前期研究表明该物质是地黄、辣椒、水稻、大蒜、烟草等多种植物的主要化感物质，该物质可以对植株的幼苗生长及各种生理特性产生影响，在苎麻根际土壤水浸液氯仿萃取液中分离鉴定出该物质的同分异构体 2,5-二叔丁基苯酚。邻苯二甲酸及其衍生物的化感活性已有相关研究[19–23]，邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯这几种物质的化感活性均被报道，在乙醚萃取液中分离鉴定出这几种物质的同系物邻苯二甲酸二乙酯。氯仿萃取液中分离鉴定出的 6,6-二甲基-1,3-庚二烯-5-醇与桃金娘科五脉白千层的化感物质橙花叔醇(3,7,11-三甲基-1,6,10-十二碳烯-3-醇)[24]具有类似结构。羊毛甾-8,24-二烯-3,22-二醇与苜蓿的主要化感物质皂苷[25]具有类似结构。由前期对化感物质的研究及本次对苎麻根际土壤水浸液 GC-MS 的检测结果，可初步推测苎麻根际土壤中存在潜在的化感物质，但由于化感物质具有一定的作用谱，因此这些物质在苎麻败蔸中的作用还有待进一步证实。

表1 实时荧光定量 PCR 检测引物序列Table1 Primer sequences used for Quantitative Real-time PCR (QPCR)

表2 经 GC-MS 鉴定的甲醇萃取液中的化合物Table2 Identification of compounds in methanol extracts by GC-MS

表3 经 GC-MS 鉴定的氯仿萃取液中的化合物Table3 Identification of compounds in chloroform extracts by GC-MS

表4 经 GC-MS 鉴定的乙醚萃取液中的化合物Table4 Identification of compounds in diethyl ether extracts by GC-MS

表5 经 GC-MS 鉴定的石油醚萃取液中的化合物Table5 The identification of compounds in petroleum ether extracts by GC-MS

2.2 不同浓度苎麻根际土壤水浸液对不同植物胚根、下胚轴的影响

由图 1 可知，不同浓度苎麻根际土壤水浸液对三种植物的胚根及下胚轴长具有不同的效应，随着浸提液浓度增加，对萝卜的胚根及下胚轴长均表现为促进作用，但处理与对照差异均不显著；随浸提液浓度增加，对油菜的胚根及下胚轴长均表现为抑制作用，尤其对根的影响更大，两个处理与对照差异均显著，对下胚轴的影响表现为高浓度与对照差异性显著；随浸提液浓度增加，对拟南芥的胚根及下胚轴长具有明显的抑制作用，两个处理的下胚轴长及根长与对照相比差异均显著。实验结果表明，萝卜受化感作用抑制较其他两种植物小，油菜及拟南芥两种植物均表现出高浓度抑制效应。

2.3 QPCR 检测结果分析

由图 2 可知，拟南芥随着苎麻水浸液浓度的增加，其与逆境表达相关的基因 RD29A 及 RD29B 含量均呈现下降趋势，同时，YUC1 这一与生长素合成相关的基因含量也呈现相同趋势。非生物胁迫对植物的生长和繁殖会产生不利的影响，能引起植物在形态学、生理学、生物化学及分子多方面的改变。分子学方面的研究表明有一些具有诸多功能的基因被这些非生物因素所诱发。其中 RD29A 及 RD29B 这两种基因会被干旱、寒冷及高盐胁迫所诱发，这些基因能够编码亲水性蛋白使植物具有抗逆性[26]。本实验中，RD29A 及 RD29B 这两种基因在不同浓度水浸液处理后其表达量随浓度升高转录水平均下降，说明苎麻土壤水浸液对拟南芥的化感效应的原因是：其处理后导致拟南芥的逆境基因含量下降，使其抗逆性变弱，故外在形态上表现出随处理液浓度增加下胚轴长及根长变短。

图1 不同浓度苎麻根际土壤水浸液对萝卜、油菜、拟南芥胚根、下胚轴生长的影响Fig. 1 Influence of different concentrations of ramie rhizosphere soil water extracts on the radicle and hypocotyl growth of Raphanus sativus L., Brassica campestris L. and Arabidopsis thaliana[注（Note）：柱上不同字母表示同一时期处理间差异达到 5% 显著水平Different letters above the bars mean significant among concentration treatments at the same stage at 5% level.]

图2 不同浓度苎麻根际土壤水浸液对拟南芥 RD29A、RD29B、YUC1 基因表达的影响Fig. 2 Influence of different concentrations of ramie rhizosphere soil water extracts on Arabidopsis RD29A, RD29B and YUC1 gene expression

生长素是一种非常重要的植物激素，它能够调节植物多种生长过程及许多逆境应答。已有研究表明，生长素能够调节种子的萌发，向性生长，根的生长，细胞分化，花器官的形成[27]。除此以外，内源性和外源性生长素也会调控非生物应激相关基因的表达 (RAB18、RD22、RD29A、RD29B、DREB2A等)，同时会影响活性氧代谢和抗氧化酶的活性[28]。本实验中，与生长素合成相关的 YUC1 基因含量随处理液浓度增加而降低，进一步说明苎麻根际土壤水浸液对拟南芥的化感效应是因为改变了其内在生理水平。

3 讨论与结论

化感物质在很多作物研究中均有报道，如水稻、辣椒等[18, 29]，其化感潜力不尽相同。在自然生长状态下苎麻与其它植物相比竞争力强，麻园杂草较少，但连续种植败蔸率提高[10]，说明苎麻释放的物质一方面抑制了其他植物的生长，另一方面由于物质长期的累积对自身也产生了不利影响。目前已有文献报道从其根茎叶中提取出绿原酸、黄酮、香豆素、β-谷甾醇等物质[30–34]。绿原酸的化感机理已有报道，其能阻抑吲哚乙酸的降解，增强吲哚乙酸诱导生长的能力，同样能抑制种子萌发所需要的关键酶类如磷酸化酶的活性，进而影响种子萌发[35]。黄酮是重要的化感作用物质，世界热带、亚热带沿海地区海边防护林树种木麻黄 (Casuarina equisetifolia) 不仅对其他植物具有化感抑制作用，而且也有自毒作用，其作用的化感物质就是不同结构的黄酮[36]；胜红蓟抑制柑橘园中溃疡病菌的化感物质也是黄酮类物质[37]，大量的研究都表明，黄酮类物质在植物化感中具有重要地位。多种植物中存在的香豆素及其衍生物等都是已知种子萌发抑制剂，香豆素能阻断洋葱(A.cepia) 的有丝分裂过程[38]。

前期对苎麻败蔸的研究主要集中于外部管理因素[2]。本实验根据自然表型及前期对苎麻化学成分的研究结合植物化感物质进入环境的途径采用了最接近自然状态下的水浸提法[39]来进行化感试样的制备，对苎麻根际土壤所含物质的活性进行探究。生物测定研究表明，高浓度苎麻根际土壤水浸提液对三种供试植物的下胚轴长及根长不同的抑制，因此连作导致的化感物质累积可能是连坐导致苎麻败蔸的原因之一。

化感物质的作用机制主要有如下几个方面：影响细胞膜的透性；影响细胞分裂、伸长和根尖的细微结构、影响矿质离子的吸收；影响呼吸作用；影响光合作用；影响植物激素的活性；抑制或刺激某些酶的活性[13]。RD29A 及 RD29B 是模式生物拟南芥重要的两种与逆境表达相关的基因，YUC1 是与生长素合成相关的基因。本研究中拟南芥幼苗的 RD29A、RD29B 及 YUC1 相对含量随着苎麻根际土壤水浸液浓度的增加而降低，说明植物在化感胁迫下受损害的程度越来越严重，暗示苎麻根系通过释放化感物质抑制了其他植物的逆境基因和生长基因的表达，从而达到了竞争的目的。

GC-MS 的检测结果表明苎麻根际土壤中含有抑制自身生长的潜在化感物质豆甾-4-烯-3,6-二酮，2,5-二叔丁基苯酚，邻苯二甲酸二乙酯，6,6-二甲基-1,3-庚二烯-5-醇，羊毛甾-8,24-二烯-3,22-二醇。

[1]李宗道. 苎麻生物工程进展[M]. 北京: 中国农业出版社, 1998. Li ZD. Ramie biological engineering progress [M]. Beijing: China Agriculture Press, 1998.

[2]白玉超, 崔国贤, 代英男, 等. 苎麻败蔸要因及综合防治[J]. 作物研究, 2014, (4): 443–446. Bai YC, Cui GX, Dai YN, et al. Main reasons of root-rotten in ramie and its comprehensive control[J]. Crop Research, 2014, (4): 443–446.

[3]Dempsey JM. Fiber crops [M]. Gainesville: The University Presses of Florida, 1975.

[4]Liu F, Liu Q, Liang X, et al. Morphological, anatomical, and physiological assessment of ramie [Boehmeria Nivea (L.) Gaud.] tolerance to soil drought[J]. Genetic Resources and Crop Evolution, 2005, 52(5): 497–506.

[5]张爱加, 袁照年, 陈冬梅, 等. 甘蔗根际土壤化感潜力评价及其化感物质分析[J]. 中国生态农业学报, 2010, (5): 1013–1017. Zhang AJ, Yuan ZN, Chen DM, et al. Analysis of allelochemicals and allelopathic effect of rhizosphere soils of newly planted and ratoon sugarcane (Saccharum officenarum L.)[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2010, (5): 1013–1017.

[6]朱四元, 刘头明, 汤清明, 等. 不同连作障碍因子对苎麻农艺性状的影响[J]. 中国麻业科学, 2014, (3): 137–141. Zhu SY, Liu TM, Tang QM, et al. Influence of different continuous cropping obstacle factor on agronomic traits of ramie[J]. Plant Fiber Sciences in China, 2014, (3): 137–141.

[7]朱四元, 刘头明, 汤清明, 等. 连作苎麻的部分生理生态特征及细胞学观察[J]. 湖南农业大学学报(自然科学版), 2012, (4): 360–365. Zhu SY, Liu TM, Tang QM, et al. Physio-ecological and cytological features of ramie from continuous cropping system[J]. Journal of Hunan Agricultural University (Natural Sciences Edition), 2012, (4): 360–365.

[8]Nandal D, Bisla SS, Narwal SS, et al. Allelopathic interactions in agroforestry systems[J]. Allelopathy in Agriculture and Forestry, 1994, : 92–130.

[9]Rice EL. Allelopathy (2nd Edition)[M]. New York: Academic Press, 1984.

[10]白玉超, 郭婷, 杨瑞芳, 等. 氮肥用量、刈割高度对饲用苎麻产量、营养品质及败蔸的影响[J]. 草业学报, 2015, (12): 112–120. Bai YC, Guo T, Yang RF, et al. Effect of nitrogen fertilization rate and cutting height on yields, nutritive values and root-rot incidence in forage ramie[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2015, (12): 112–120.

[11]白玉超, 杨瑞芳, 李良勇, 等. 刈割对苎麻分株、生物量及败蔸的影响研究简报[J]. 中国麻业科学, 2015, (6): 298–300. Bai YC, Yang RF, Li LY, et al. Influence of clipping on ramet, biomass and root-rotten of ramie[J]. Plant Fiber Sciences in China, 2015, (6): 298–300.

[12]Bertin C, Harmon R, Akaogi M, et al. Assessment of the phytotoxic potential of m-tyrosine in laboratory soil bioassays[J]. Journal of Chemical Ecology, 2009, 35(11): 1288–1294.

[13]谭仁祥. 植物成分功能[M]. 北京: 科学出版社, 2003. Tan RX. Plant components function [M]. Beijing: Science Press, 2003.

[14]陈业高. 植物化学成分[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004. Chen YG. The plant chemical composition [M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2004.

[15]杨怡姝, 孙晓娜, 王小利, 等. 实时荧光定量PCR技术的操作实践[J]. 实验室研究与探索, 2011, 30(7): 15–19. Yang YS, Sun XN, Wang XL, et al. Experimental teaching of realtime fluorescent quantitative PCR[J]. Research and Exploration in Laboratory, 2011, 30(7): 15–19.

[16]张兵之. 伊乐藻对铜绿微囊藻的化感作用研究[D]. 北京: 中国科学院博士学位论文, 2007. Zhang BZ. Study on the allelopathy of Elodea Nuttallii on microcystis Aeruginosa [D]. Beijing: PhD Dissertation of Chinese Academy of Sciences, 2007.

[17]王明道, 陈红歌, 刘新育, 等. 地黄对芝麻的化感作用及其化感物质的分离鉴定[J]. 植物生态学报, 2009, 33(6): 1191–1198. Wang MD, Chen HG, Liu XY, et al. Isolation and identification of allelochemicals from Rehmannia glutinosa that affect Sesamum indicum[J]. Chinese Journal of Plant Ecology, 2009, 33(6): 1191–1198.

[18]孙海燕, 王炎. 辣椒根系分泌的潜力化感物质对生菜幼苗抗氧化代谢的影响[J]. 植物生理学报, 2012, 48(9): 887–894. Sun HY, Wang Y. Effect of root exudated potential allelochemicals in hot pepper (Capsicum annumm L.)[J]. Plant Physiology Journal, 2012, 48(9): 887–894.

[19]郁继华, 张韵, 牛彩霞, 等. 两种化感物质对茄子幼苗光合作用及叶绿素荧光参数的影响[J]. 应用生态学报, 2006, 17(9): 1629–1632. Yu JH, Zhang Y, Niu CX, et al. Effect of two kinds of allelochemicals on photosynthesis and chlorophyll fluorescence parameters of Solanum melongena L. seedlings[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2006, 17(9): 1629–1632.

[20]王玉洁, 郁继华, 张韵, 等. 两种化感物质对茄子生长及幼苗生理特性的影响[J]. 甘肃农业大学学报, 2007, 42(3): 47–50. Wang YJ, Yu JH, Zhang Y, et al. Effects of two allelochemicals on growth and physiological characteristics of eggplant seedlings[J]. Journal of Gansu Agricultural University, 2007, 42(3): 47–50.

[21]周宝利, 陈丰, 刘娜, 等. 邻苯二甲酸二异丁酯对茄子黄萎病及其幼苗生长的化感作用[J]. 西北农业学报, 2010, 19(4): 179–183. Zhou BL, Chen F, Liu N, et al. Allelopathy of diisobutyl phthalate to Verticillium Wilt and seedling growth of eggplant[J]. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica, 2010, 19(4): 179–183.

[22]鲜鸣, 陈海东, 邹惠仙, 等. 沉水植物中挥发性物质对铜绿微囊藻的化感作用[J]. 生态学报, 2006, 26(11): 3549–3554. Xian M, Chen HD, Zou HX, et al. Allelopathic activity of volatile substances from submerged macrophytes on Microcystin aeruginosa[J]. Acta Ecologica Sinica, 2006, 26(11): 3549–3554.

[23]耿广东. 辣椒 (Capsicum annuum L.) 化感作用及其机理研究[D].陕西杨凌: 西北农林科技大学博士论文, 2005.Geng GD. Allelopathy and its mechanism in hot pepper [D]. Yangling, Shaanxi: PhD Dissertation, Northwest Agriculture and Forestry University, 2005.

[24]Cappuccino N, Arnason JT. Novel chemistry of invasive exotic plants[J]. Biology Letters, 2006, 2(2): 189–193.

[25]孔垂华, 胡 飞. 植物化感(相生相克)作用及其应用[M]. 北京: 中国农业出版社, 2001. Kong CH, Hu F. Plant allelopathy and its application [M]. Beijing: China Agriculture Press, 2001.

[26]Jia H, Zhang S, Ruan M, et al. Analysis and application of RD29 genes in abiotic stress response[J]. Acta Physiologiae Plantarum, 2012, 34(4): 1239–1250.

[27]Zhao Y. Auxin biosynthesis and its role in plant development[J]. Annual Review of Plant Biology, 2010, 61: 49.

[28]Shi H, Chen L, Ye T, et al. Modulation of auxin content in arabidopsis confers improved drought stress resistance[J]. Plant Physiology and Biochemistry, 2014, 82: 209–217.

[29]孔垂华, 徐效华, 梁文举, 等. 水稻化感品种根分泌物中非酚酸类化感物质的鉴定与抑草活性[J]. 生态学报, 2004, 24(7): 1317–1322. Kong CH, Xu XH, Liang WJ, et al. Non-phenolic allelochemicals in root exudates of an allelopathic rice variety and their identification and weed-suppressive activity[J]. Acta Ecologica Sinica, 2004, 24(7): 1317–1322.

[30]赵立宁, 臧巩固, 李育君, 等. 苎麻 (Boehmeria) 绿原酸和黄酮含量测定[J]. 中国麻业, 2003, 25(2): 62–64. Zhao LN, Zang GG, Li YJ, et al. The content of chlorogenic acid and total flavones in Boehmeria[J]. Plant Fiber and Products, 2003, 25(2): 62–64.

[31]施树云, 钟世安, 任秀莲, 等. 苎麻叶中绿原酸的提取[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2005, 36(1): 73–77. Shi SY, Zhong SA, Ren XN, et al. Extraction of chlorogenic acid from ramie leaf[J]. Journal of Central South University (Natural Science Edition), 2005, 36(1): 73–77.

[32]朱敏, 曾彪, 胡佑帆, 等. 醇回流法提取苎麻根中黄酮类物质的优化[J]. 作物研究, 2014, 28(4): 398–401. Zhu M, Zeng B, Hu YF, et al. Optimizing extraction of the flavonoids from ramie root with alcohol refluxing method[J]. Crop Research, 2014, 28(4): 398–401.

[33]张贤. 苎麻根黄酮类成分分离纯化及抗氧化活性研究 [D]. 武汉:武汉纺织大学硕士学位论文, 2011. Zhang X. Study on the separation, purification and anti-oxidative activity of flavonoids from Boehmeria nivea roots [D]. Wuhan: MS Thesis of Wuhan Textile University, 2011.

[34]贺波. 苎麻叶黄酮的提取, 分离纯化, 结构及抗氧化活性的研究[D]. 武汉: 华中农业大学硕士学位论文, 2010. He B. Study on the extraction, purification, structrue and antioxidative activities of flavonoids from ramie leaves [D]. Wuhan: MS Thesis of Huazhong Agricultural University, 2010.

[35]李绍文. 生态生物化学[M]. 北京: 北京大学出版社, 2001. Li SW. Ecological biochemistry [M]. Beijing: Peking University Press, 2001.

[36]邓兰桂, 孔垂华, 骆世明. 木麻黄小枝提取物的分离鉴定及其对幼苗的化感作用[J]. 应用生态学报, 1996, 7(2): 145–149. Deng LG, Kong CH, Luo SM. Isolation and identification of extract from Casuarina equisetif olia branchlet and its allelopathy on seedling growth[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 1996, 7(2): 145–149.

[37]胡飞, 孔垂华, 徐效华, 等. 胜红蓟黄酮类物质对柑桔园主要病原菌的抑制作用[J]. 应用生态学报, 2002, 13(9): 1166–1168. Hu F, Kong CH, Xu XH, et al. Inhibitory effect of flavones from Ageratum conyzoides on the major pathogens in citrus orchard[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2002, 13(9): 1166–1168.

[38]Duke SO. Weed physiology [J]. CRC Press Boca Raton, 1985.

[39]谭松林, 周莉, 周先容, 等. 桑树根浸提液对茎瘤芥种子萌发和幼苗生长的化感效应[J]. 种子, 2015, 34(8): 43–46. Tan SL, Zhou L, Zhou XR, et al. Allelopathic effects of root extract from Morus alba on seed germination and seedling growth in Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee[J]. Seed, 2015, 34(8): 43–46.

Allelopathic potential evaluation of water extracts from ramie rhizosphere soil

LIU Nan-nan1, BAI Yu-chao1, LI Xue-ling1, YANG Rui-fang1, GUO Ting1,2, CUI Guo-xian1,3*
( 1 Ramie Research Institute of Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2 Guiyang Country Tobacco Monopoly Administration, Hunan Province, Guiyang 424000, China; 3 Institute of Bast Fiber Crops, CAAS, Changsha 410205, China )

【Objectives】To study the relationship between root-rot and allelopathy of ramie, the organic compounds and allelopathic effect of rhizosphere oil water extracts were determined.【Methods】The GC-MS was used to identify the compounds of the different polarity organic solvent extracts. The allelopathy potentials of different concentrations of rhizosphere soil water extract were bioassayed for Raphanus sativus, Brassica rapa and Arabidopsis thaliana; and QPCR was applied to determine the gene expression (RD29A, RD29B, YUC1), which was related to stress tolerance and auxin synthesis.【Results】Fifty-one compounds in four different polar organic solvent extracts were identified, including hydrocarbons and their derivatives, steroid compounds, benzoic acid and its derivatives, phenols, terpenoids, nitrogenous substances and so on, and part of them is allelophathic substance. The different concentrations of rhizosphere soil water extracts had obvious allelopathy on hypocotyl and root length of three plants to different extent. The inhibition to Brassica rapa and Arabidopsis thaliana was more significant with the increase of concentration of water extracts, less significant to Raphanus sativus. The QPCR testing results showed that the gene expression relative quantity of RD29A, RD29B and YUC1 generallydecreased with the increase of the concentration of water extracts.【Conclusions】Raime rhizosphere soil is proved containing potential allelochemicals of cholest-4-ene-3,6-dione, phenol, 2,5-bis(1,1-dimethylethyl)-, diethyl phthalate, 6,6-dimethyl-1,3-heptadien-5-ol, lanosta-8,24-diene-3,22-diol. The hypocotyl and root length are mainly allelopathic effected at higher concentrations of rhizosphere soil water extracts. Therefore, we infered the allelopathy is one of the causes associated with ramie succession cropping obstacle and root-rot.

ramie; rhizosphere soil water extract; allelopathy; gene expression; allelophathic substance; root-rot

2016–04–22 接受日期：2016–12–02

国家麻类产业技术体系土壤肥料岗位（CARS-19-E20）；国家自然科学基金项目（31471543）；湖南省研究生科研创新项目（CX2015B232）；中国农业科学院科技创新工程（ASTIP-IBFC07）资助。

刘楠楠（1991—），女，湖北枣阳人，硕士研究生，主要从事苎麻生理与生化研究。E-mail：422721493@qq.com

* 通信作者 Tel：0731-84635438，E-mail：gx-cui@163.com