丁香酸和阿魏酸对大豆种子萌发及幼苗生长的影响

2017-12-01，·，

种子 2017年1期

关键词：酸处理化感酚酸

， ·，

(1.喀什师范学院生物与地理科学系，新疆喀什 844006；2.叶尔羌绿洲生态与生物资源研究自治区重点实验室，新疆喀什 844006)

丁香酸和阿魏酸对大豆种子萌发及幼苗生长的影响

陈芸1,2，阿则古丽·麦合木提1，马刘峰1,2

(1.喀什师范学院生物与地理科学系，新疆喀什 844006；2.叶尔羌绿洲生态与生物资源研究自治区重点实验室，新疆喀什 844006)

以“中黄13”大豆为材料，研究处理液浓度分别为100，200，300，500 mg/L的阿魏酸和丁香酸对大豆种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明，2种化感物质不同浓度处理液对大豆种子萌发及幼苗生长均能够产生显著的化感效应。4种浓度的阿魏酸处理液对大豆种子萌发均表现出抑制作用。浓度为500 mg/L的阿魏酸抑制效果最为显著。较低浓度(100，200，300 mg/L)的丁香酸处理液对大豆种子发芽率未表现出明显的影响，却推迟了种子萌发，显著降低了种子的发芽势和发芽指数。浓度为500 mg/L的丁香酸显著抑制了大豆种子萌发。阿魏酸和丁香酸对大豆幼苗鲜重、根长、株高具有抑制作用，且抑制作用随处理浓度的增加而增强。4种处理浓度的阿魏酸和丁香酸均使大豆幼苗中的MDA含量增加，叶绿素含量降低，使大豆幼苗下表皮气孔长度减小，打开的气孔个数减少，气孔数目增多。

阿魏酸；丁香酸；大豆；种子萌发；幼苗生长

化感作用广泛存在于自然界中，与农业生产中的连作障碍现象密切相关[1-2]。连作障碍指同一地块连续种植相同植物的连作过程中，植物常出现生长不良、品质变劣、产量降低等现象[3]。大豆(Glycinemax(Linn.) Merr.)，原产中国，是中国重要的粮食作物。大豆连作障碍非常普遍、危害严重，已成为我国大豆生产中亟待解决的关键科学问题[4]。土壤中的化感物质是植物连作障碍的重要原因之一。杜英君等的研究表明, 苗期大豆根分泌物产生的化感物质存留于土壤中对下一轮大豆苗的生长和生理活性均有显著影响[5]。酚酸类化合物是土壤中常见的一类化感物质，通过植物有机残体分解、根系分泌等途径进入土壤。酚酸类化感物质对植物生长的影响已有不少报道[6-8]，然而其对大豆种子萌发和幼苗生长的研究较少[9-10]。本研究以大豆为材料，研究2种常见的酚酸类物质——阿魏酸和丁香酸对大豆种子萌发、幼苗干重及鲜重、幼苗株高及根长、叶绿素含量、丙二醛含量、气孔状态的影响，旨在探讨酚酸类化合物与大豆连作障碍间的关系，为大豆连作障碍机理的研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

精选“中黄13”籽粒饱满，无虫害的大豆种子。

1.2 方法

1.2.1 大豆种子萌发实验

精选大豆种子，用5%NaClO表面消毒8 min，去离子水冲洗3次，95%乙醇震荡1 min，去离子水反复冲洗，常温浸种催芽6 h。消毒好的种子放入垫有2张吸水纸的培养皿中，每皿50粒，培养皿中分别加入15 mL浓度为100，200，300，500 mg/L的阿魏酸和丁香酸处理液，对照则加入15 mL蒸馏水。每种处理3次重复。将种子置于25 ℃、相对湿度为75%的人工气候箱中培养。每天更换1次吸水纸，保持芽床清洁。每天观察并记录发芽种子数。第3天统计发芽势，第6天统计种子发芽率，并计算发芽指数。

1.2.2 幼苗盆栽及生理指标测定

将洗净的河沙分装至花盆中作为培养基质，均匀点播消毒、浸种后的大豆种子，每盆20粒，深度1～1.5 cm。置于人工气候箱中，设温度28 ℃，相对湿度75%，每天光照16 h，黑暗8 h。每天每盆浇灌霍格兰营养液20 mL。第4天开始，每天分别向花盆中加入15 mL浓度为100，200，300，500 mg/L的阿魏酸和丁香酸处理液，对照加入15 mL蒸馏水，每个处理3次重复。8 d后每个浓度处理随机取9株幼苗测定株高、根长、鲜重和干重。叶绿素含量的测定采用分光光度法[11]。丙二醛含量的测定采用硫代巴比妥酸法[12]。

1.2.3 数据计算和分析方法

种子发芽势、发芽率、发芽指数按以下公式计算：

发芽势(%)=前3 d种子发数/供试种子总数×100%；

发芽率(%) =前6 d种子发芽数/供试种子总数×100%；

发芽指数=∑Gt/Dt。

式中，Gt为在t日的发芽数，Dt为发芽天数。采用Excel软件计算平均值、标准差及制作图表；采用SPSS统计软件进行单因素方差、LSD多重比较等分析。

2 结果与分析

2.1 阿魏酸和丁香酸对大豆种子萌发的影响

如表1所示，不同浓度的阿魏酸和丁香酸对大豆种子萌发具有明显的影响。与对照比较，不同浓度的阿魏酸处理液对大豆种子萌发均表现出抑制作用。500 mg/L的阿魏酸抑制效果最为显著，发芽率仅为对照的47.22%。浓度为100，200，300 mg/L的阿魏酸处理液并未表现出随浓度增加种子萌发抑制效果增强的现象。在100～300 mg/L浓度范围内，100 mg/L的阿魏酸处理的大豆种子发芽率、发芽势、发芽指数均最低。处理液浓度增加，抑制效果反而减弱。直到浓度增加至500 mg/L时，大豆种子发芽率、发芽势、发芽指数骤降。较低浓度(100，200，300 mg/L)的丁香酸处理液对大豆种子发芽率未表现出明显的影响，却推迟了种子萌发，降低了大豆种子的发芽势和发芽指数。500 mg/L的丁香酸显著抑制了大豆种子萌发，种子发芽率、发芽势、发芽指数均极显著低于对照。

表1 阿魏酸和丁香酸对大豆种子萌发的影响

2.2 阿魏酸和丁香酸对大豆幼苗干、鲜重的影响

如图1所示，随着阿魏酸和丁香酸处理液浓度的增加，大豆幼苗干重均表现出先降低后增高的趋势。阿魏酸处理液浓度为100～300 mg/L时，随着处理浓度增加，幼苗干重显著下降，浓度上升至500 mg/L时，干重增加，高于对照。丁香酸浓度为100～200 mg/L时，幼苗干重下降。浓度为300～500 mg/L时，幼苗干重增加。经500 mg/L的丁香酸处理液处理的幼苗干重值最大。由图2可见，除了100 mg/L的阿魏酸促进了大豆幼苗鲜重的增加外，其余各浓度的阿魏酸和丁香酸均对大豆幼苗鲜重起到抑制作用，并且抑制作用随阿魏酸和丁香酸处理液浓度的增加而加强。

图1 阿魏酸和丁香酸对大豆幼苗干重的影响

图2 阿魏酸和丁香酸对大豆幼苗鲜重的影响

2.3 阿魏酸和丁香酸对大豆幼苗株高、根长的影响

如图3、图4所示，4种处理浓度的阿魏酸和丁香酸对大豆幼苗的根长和株高均具有抑制作用，且抑制作用随处理液浓度增大而增强。同浓度的丁香酸对大豆幼苗的根长和株高生长的抑制效果强于阿魏酸。与对照相比较，2种化感物质对幼苗根长的抑制作用强于对幼苗株高的抑制作用。

2.4 不同浓度阿魏酸和丁香酸处理的大豆幼苗中丙二醛含量测定

MDA是氧化损伤最终形成的脂质过氧化产物，其含量可以间接反映机体自由基水平[13]，可以间接反映植物遭受胁迫伤害的程度，是膜系统受伤害的重要标志之一[14-15]。MDA含量越高，表明植物细胞膜系统受到的伤害越大。如表2所示，与对照相比，4种处理浓度的阿魏酸和丁香酸均使大豆幼苗中的MDA含量增加，且随着阿魏酸和丁香酸浓度的增大，丙二醛含量也增大。相同浓度的丁香酸处理的大豆幼苗中的丙二醛含量大于阿魏酸处理的大豆幼苗中的丙二醛含量，证明丁香酸比阿魏酸对大豆幼苗细胞膜系统伤害更大。

图3 阿魏酸和丁香酸对大豆幼苗根长的影响

图4 阿魏酸和丁香酸对大豆幼苗株高的影响

表2 不同浓度阿魏酸和丁香酸处理的大豆幼苗中丙二醛含量(mmol/g) (FW)

处理浓度(mg/L)100200300500阿魏酸1．041．171．61．79丁香酸1．191．251．801．95蒸馏水1．02

2.5 不同浓度阿魏酸和丁香酸处理的大豆幼苗中叶绿素含量的测定

如表3所示，4种处理浓度的阿魏酸和丁香酸对大豆幼苗叶绿素含量均具有一定影响。随着阿魏酸和丁香酸处理浓度增大，叶绿素含量降低。与对照相比，浓度为100，200 mg/L的阿魏酸和丁香酸处理液引起大豆幼苗叶绿素含量下降幅度不大，而当浓度增加至300 mg/L和500 mg/L时，叶绿素含量显著降低。

表3 不同浓度阿魏酸和丁香酸处理的大豆幼苗中叶绿素含量

处理物质处理浓度(mg/L)叶绿素含量(mg/g)叶绿素a叶绿素b总叶绿素ck01．90±0．110．88±0．172．78±0．46阿魏酸1001．74±0．090．82±0．092．56±0．322001．42±0．170．66±0．072．08±0．373001．40±0．070．62±0．042．02±0．195001．02±0．120．54±0．061．56±0．21丁香酸1001．58±0．191．08±0．162．66±0．332001．58±0．081．04±0．192．62±0．213001．26±0．161．10±0．072．36±0．315000．76±0．070．60±0．031．36±0．15

2.6 不同浓度阿魏酸和丁香酸对气孔的影响

如表4所示，不同浓度的阿魏酸和丁香酸对大豆幼苗叶片下表皮气孔的数目、气孔长度及气孔闭合情况都具有一定影响。阿魏酸和丁香酸处理浓度越大，气孔长度越小，打开的气孔个数总体也呈现出减少的趋势。经不同浓度的阿魏酸和丁香酸溶液处理后，低倍镜下一个视野中大豆叶片下表皮的总气孔个数均高于对照。随着阿魏酸和丁香酸处理液浓度的增加，大豆幼苗叶片下表皮气孔的数目均表现出先增高后降低的趋势。阿魏酸浓度为100，200 mg/L时，气孔的数目显著增加，200 mg/L的阿魏酸处理的大豆幼苗叶片下表皮气孔的数目最多，达51个。随着处理浓度增加至300 mg/L时，气孔数目开始下降，500 mg/L时，气孔数目下降至36个。丁香酸浓度为100～300 mg/L时，气孔的数目增加。300 mg/L时，气孔数目最多，为47个。当处理浓度继续增加至500 mg/L时，气孔数目下降至31个。

表4 不同浓度阿魏酸和丁香酸对气孔的影响

处理物质浓度(mg/L)气孔长度(μm)打开气孔个数(个)总气孔个数(个)ck(蒸馏水)036．82426阿魏酸10026．3034720026．3015130023．6723850018．41236丁香酸10028．9343820023．6733630023．6724750021．04131

3 讨论

本研究中，阿魏酸与丁香酸在100～500 mg/L浓度范围内对大豆种子萌发均产生抑制作用，并未出现低浓度促进、高浓度抑制的现象，与吕卫光等对酚酸类物质对西瓜种子萌发的研究结果相同[16]，与顾元等关于酚酸类物质对水稻种子萌发的研究结果不同[17]。这说明不同植物对不同酚酸的化感效应的响应不同。丁香酸在浓度为100～300 mg/L时对大豆种子萌发率虽未产生明显影响，却显著延缓了大豆种子的萌发，这也与邵庆勤等对大巢菜的研究结果一致[18]。阿魏酸和丁香酸抑制了大豆幼苗的鲜物质量、叶绿素的积累、根和苗的生长，增加了叶片中丙二醛的含量。而大豆幼苗干重却表现出随阿魏酸和丁香酸处理浓度的增加先下降后升高，甚至在500 mg/L时超过对照，与前人研究结果不同。分析其原因，可能是当酚酸浓度增加至500 mg/L时，大豆幼苗在胁迫条件下的适应性生成了一些抗逆物质，如渗透调节物质等。当酚酸浓度继续增大，幼苗干重还会出现怎样变化？幼苗干重的增加究竟是哪些物质积累的结果？这些问题值得进一步探讨。

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