黄金香柳精油化感作用研究

吴接呈，龙正南，王兰英，骆焱平

(海南大学 植物保护学院，海南 海口 570228)

化感作用是植物在生长过程中，通过茎叶挥发、淋溶、根系分泌、植物残体的腐烂和降解等途径向环境释放某些次生化学物质，从而对周围植物的生长和发育造成促进或抑制作用的一种现象[1-2].化感作用的研究主要表现在农林生态管理、植物演替、生物入侵、种间互作[3]等方面.化感作用在群落结构的形成与演替，协同进化、农业生产、生物防治等方面具有十分重要的应用价值[4-5].黄金香柳(Melaleucabracteata. Revolution Gold)，别名千层金，属桃金娘科(Myrtaceae)白千层属(Melaleuca)[6]，原产于新西兰和澳大利亚[7-8]，它是一种广泛应用的常绿观赏乔木.对于黄金香柳的研究,目前主要集中在生理指标和生长特性[9-11]、栽培技术和组织培养[12-13]、精油的提取方法和提取物的生理生化活性等方面[14-16].这些研究显示，从黄金香柳的苞叶和茎皮中可以提取精油[17-20],并且该精油具有良好的抗氧化和抗菌活性，故其已被广泛应用于食品、医药和化妆品领域[21-22];同时研究还显示,黄金香柳精油的成分主要为甲基丁香酚，除此以外,还有少量的醚类、酯类、醇类、醛类以及其他酚类等成分[23-24].尽管如此,然而目前关于黄金香柳精油化感作用的研究却鲜有报道，为此,本研究通过种子萌发实验和幼苗生长量实验，检测了黄金香柳精油的除草活性，探究了黄金香柳精油的化感作用，并明确了其主要成分甲基丁香酚所起的作用，旨在为黄金香柳精油的开发提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 种 子绿豆(PhaseolusradiatusL.)、萝卜(RaphanussativusL.)、水稻(OryzasativaL.)、高丹草(Sorghum-sudangrasshybrid)、黑麦草(LoliumperenneL.)、红三叶(Trifoliumpratense)、狼尾草(Pennisetumalopecuroides)和苏丹草(Sorghumsudanense)种子由海南大学植物保护学院骆焱平课题组提供.

1.1 药 剂黄金香柳精油按侯文成[25]方法提取，甲基丁香酚由海南大学植物保护学院骆焱平课题组提供，吐温-80和无水乙醇购于广州化学试剂公司.

1.2 实验方法

1.2.1 种子萌发实验将种子用φ=75%的酒精消毒10 s，以清水洗涤后置于纸巾上自然晾干，备用.用清水将黄金香柳精油和甲基丁香酚稀释至以下系列质量浓度：800、400、200、100、50、25 μg/mL，备用.在直径为9 cm的培养皿内铺上一层滤纸，用移液管移取5 mL药液于培养皿中，挑取均匀饱满、大小一致的种子，均匀摆放于滤纸上，每皿10粒，重复3次，以清水作空白对照.每天补充等量相应质量浓度的药液，以保持滤纸湿润，并于室温培养，逐日记录5天的发芽数.发芽抑制率=5天内未发芽的种子数/供试种子总数×100%；发芽势=(3天内发芽的种子数/供试种子总数)×100%；发芽指数(GI)=∑(Gt/Dt)(Gt：在t天内的发芽数，Dt：第t天)[26].

1.2.2 幼苗生长量实验将种子用φ=75%的酒精消毒10 s，以清水洗涤后，将其置于纱布上催芽1～2 d.药剂配制同上.在直径为9 cm的培养皿内铺上一层滤纸，用移液管移取5 mL药液于培养皿中，挑取萌发一致且刚露白的种子，将其均匀地摆放在滤纸上，每皿10粒，重复3次，同时用清水培养作空白对照.将所有的培养皿置于保鲜袋内，密封包装，并于室温下培养，5天后用刻度尺测量幼苗的根长和茎长，根长测量为最大根长，茎长测量为苗高，精确到毫米[27].

1.2.3 化感综合效应化感效应指数(IR)=1-C/T(T≥C)或RI=T/C-1(T

1.2.4 数据统计与分析采用SPSS 22.0 软件计算EC50值及毒力回归方程.

2 结 果

2.1 药剂对种子发芽指标的影响

2.1.1 药剂对种子发芽抑制率的影响以系列质量浓度梯度法稀释药剂，然后测定黄金香柳精油和甲基丁香酚对种子发芽率的影响，总体而言，黄金香柳精油和甲基丁香酚对绿豆、萝卜、水稻和高丹草的影响没有显示出质量浓度梯度效应(见图1)，但对黑麦草、红三叶、狼尾草、苏丹草却呈现明显的梯度效应，两种药剂的毒力方程见表1.

表1 药剂对种子发芽抑制率的影响

由图1可知，两种药剂对绿豆种子的萌发没有任何影响，在供试浓度下，其种子发芽率均为100%；黄金香柳精油对萝卜种子呈现出低质量浓度促进萌发，而高质量浓度则起抑制作用的现象；对水稻种子则呈现出抑制率随质量浓度的变化先升高后降低的趋势；对高丹草的影响，除100 μg/mL外，其余质量浓度均呈现抑制作用；甲基丁香酚对萝卜、水稻和高丹草的发芽影响呈锯齿状曲线，总体而言，以抑制作用为主，仅有个别质量浓度有促进作用.

由表1可知，各方程的相关系数R2值均大于0.9，说明方程的相关性好，可信度高.分析表中EC50的值可以发现，黄金香柳精油对狼尾草的抑制效果最强，其EC50值为67.53 μg/mL；其对黑麦草的抑制效果稍差；甲基丁香酚则对苏丹草的抑制效果最强，其EC50值为94.95 μg/mL，但其对红三叶的抑制效果稍差.

2.1.2 药剂对种子发芽势的影响为测定黄金香柳精油和甲基丁香酚对种子发芽势的影响，本研究以3天内发芽种子数作为评判标准，统计结果见图2.由图2可知，两种药剂对绿豆的发芽势没有影响，在所测试的质量浓度下发芽势均没有变化；黄金香柳精油对水稻的发芽势则呈现出低质量浓度促进发芽，而高质量浓度却起抑制作用；而在对萝卜、高丹草、黑麦草、红三叶、狼尾草、苏丹草的种子发芽势测定中，所测试的质量浓度主要呈现抑制作用，仅有个别质量浓度表现出促进作用；在所测试的质量浓度下，甲基丁香酚对黑麦草、苏丹草的发芽势均呈现抑制作用，但在萝卜、水稻、高丹草、红三叶、狼尾草种子发芽势的测定中却部分表现出：低质量浓度(≤100 μg/mL)下呈现促进作用，高质量浓度下却呈现抑制作用.

2.1.3 药剂对种子发芽指数的影响为测定黄金香柳精油和甲基丁香酚对种子活力的影响，本研究测定了不同质量浓度下种子的发芽指数，结果发现(见图3)：两种药剂对种子的发芽指数均以抑制作用为主，仅有甲基丁香酚的个别质量浓度呈现出促进作用，可见，供试药剂对供试种子的活力均有明显的影响.

2.2 药剂对种子生长量指标的影响

2.2.1 药剂对种子茎长抑制率的影响采用梯度法(系列质量浓度)稀释药剂，并测定黄金香柳精油和甲基丁香酚对种子茎长的抑制效果，毒力方程及抑制质量浓度见表2.由表2可知，各计算方程的相关系数R2值均大于0.9，说明方程的相关性较好，可信度高.分析表中的EC50值可以发现，黄金香柳精油和甲基丁香酚对种子幼苗茎长生长的影响均不相同：黄金香柳精油对狼尾草的影响最大，抑制质量浓度为112.66 μg/mL；对红三叶的影响最小，抑制质量浓度可达1 523.15 μg/mL，最高抑制质量浓度是最低抑制质量浓度的13.5倍，各种子对黄金香柳精油的敏感顺序是：狼尾草>水稻>高丹草>绿豆>苏丹草>黑麦草>萝卜>红三叶；甲基丁香酚对狼尾草的影响也最大，其抑制质量浓度为71.36 μg/mL，但对萝卜的影响最小，其抑制质量浓度为389.67 μg/mL，最高抑制质量浓度是最低抑制质量浓度的5.5倍，各种子对甲基丁香酚的敏感顺序是：狼尾草>水稻>高丹草>黑麦草>苏丹草>红三叶>绿豆>萝卜.总体而言，甲基丁香酚对种子的抑制效果强于黄金香柳精油对种子的抑制效果，除对绿豆种子外，它对其余种子的抑制质量浓度均小于黄金香柳精油的抑制质量浓度.

表2 药剂对种子茎长抑制率的影响

2.2.2 药剂对种子根长抑制率的影响进一步测定黄金香柳精油和甲基丁香酚对种子根长的抑制效果，结果发现，两种药剂对绿豆、萝卜、红三叶根的生长均有促进作用，对高丹草、黑麦草、狼尾草、苏丹草根的生长具有不同程度的抑制作用，毒力计算方程的相关系数均大于0.9，这说明其相关性较好，且方程的可信度较高(见表3).相比较而言，苏丹草对黄金香柳精油和甲基丁香酚较为敏感，其EC50值分别为43.45 μg/mL和75.05 μg/mL，水稻则对黄金香柳精油的敏感性稍差，而高丹草则对甲基丁香酚的敏感性稍差.

表3 药剂对种子根长抑制率的影响

2.3 化感综合效应由表4可知，用黄金香柳精油处理的杂草种子，其化感综合效应的绝对值整体要高于作物种子化感综合效应的绝对值.依据化感综合效应均值的绝对值大小，杂草种子的化感综合效应由强到弱的顺序依次为：狼尾草、苏丹草、黑麦草、红三叶和高丹草.用甲基丁香酚处理的杂草种子，其综合效应的绝对值整体也要高于作物种子综合效应的绝对值，杂草种子的化感综合效应强弱的顺序依次为：苏丹草、狼尾草、黑麦草、高丹草和红三叶.另外，水稻和萝卜对两种药剂的综合效应绝对值整体要高于绿豆对两种药剂的综合效应绝对值，绿豆对各药剂处理的综合效应不明显.

表4 药剂对种子的化感综合效应

3 讨 论

化感物质的综合效应是将发芽率、发芽势、发芽指数、根长和茎长等指标进行综合后，以此来评价药剂的化感效应.本研究比较了黄金香柳精油和其主要成分甲基丁香酚的化感综合效应，研究发现，黄金香柳精油和甲基丁香酚对狼尾草、黑麦草和苏丹草的抑制作用最强，其次为红三叶和高丹草，再次为水稻和萝卜，而对绿豆的影响最小.可见，黄金香柳精油和甲基丁香酚对作物种子的化感综合效应低于对杂草种子的化感综合效应，这一结论将为两种药剂的进一步开发和利用奠定基础.另外，所测得的结果发现，虽然两种药剂的化感综合效应基本一致，但各自对同一种供试种子的某项指标的影响却也不完全相同，如黄金香柳精油对水稻种子根长的生长具有抑制作用，而甲基丁香酚则表现出促进作用.究其原因，这可能是水稻种子的根长对黄金香柳精油中的其他成分比较敏感的缘故，虽然该成分的含量不高(有研究表明：甲基丁香酚占黄金香柳精油的95%以上)[29]，但却能够明显地抑制水稻根的生长，因此，在今后的研究中有必要对黄金香柳精油的其他成分也进行深入的探讨.

此外，测定结果还表明，同一种药物对不同的植物种子的影响也有明显差异，如黄金香柳精油对萝卜种子呈现出低质量浓度起促进作用而高质量浓度则起抑制作用的现象；对水稻种子则呈现出：随着质量浓度变化抑制率呈先升高后降低的趋势；而对于高丹草，除100 μg/mL外，其余质量浓度均对其呈现抑制作用.这种物种间的差异可为选择性防除植物提供很好的研究依据[30].