天竺葵纯露对番茄的化感效应及其成分分析

刘建国，蔡兰倩，肖艳辉，陆贵云，朱云娜

（韶关学院 英东生物与农业学院/韶关市芳香植物工程技术研究中心，广东 韶关 512005）

植物或微生物通过释放特殊的化学物质而对周围植物的生长发育产生有害或有益的作用，称为化感作用［1］.前人研究表明，芳香植物对蔬菜或杂草存在化感作用［2-5］.徐芬芬等研究表明，中、高质量浓度艾蒿浸提液（25~50 g/L）能够显著抑制小白菜种子的发芽率、发芽势、幼苗的株高、根长、侧根数以及幼苗鲜重等［2］；黎华寿等的研究表明，香茅挥发性物质对玉米和稗草的种子萌发率影响不显著，但对二者生物量、根长及株高有显著抑制作用［3］；林霜霜等研究表明，低质量浓度（5 g/L）柠檬香茅叶水提液可促进黄秋葵种子发芽，但高质量浓度（30~40 g/L）处理却显著抑制黄秋葵种子萌发、根系生长和生物量［4］.这说明不同芳香植物浸提液对不同植物影响存在着差异.

天竺葵（Pelargonium hortorum）为牻牛儿苗科、天竺葵属的一种多年生草本植物，原产于非洲南部，可释放特殊香气［6］，清除空气中苯、甲苯等有害物［5］，还具有驱蚊效果［7］.天竺葵精油不仅能止痛、抗菌、除臭、补血，亦能深层洁肤以及抗忧郁等［8］，常用于制造香水、香粉、驱蚊剂等工业日化用品［7-8］.然而，纯露是芳香植物精油在水中最高浓度溶解量的精华，是提取精油中的一种副产品.目前，关于天竺葵纯露的研究主要集中于抗氧化活性和抗菌性方面［9-11］，但其纯露对蔬菜的化感作用却鲜有报告.为此，本研究以番茄为试验材料，以不同浓度天竺葵纯露对番茄种子进行处理，观察其对种子萌发和幼苗生长的影响，以期为天竺葵纯露在蔬菜生产中的应用提供参考.

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为“白果强丰”番茄种子，由河北省青县兴运蔬菜良种繁育中心生产；天竺葵纯露为本实验室提取的香叶天竺葵纯露原液，原液浓度为500 g/L.用蒸馏水将天竺葵纯露原液稀释成体积百分浓度（以下简称浓度）为0、0.5%、1%、5%、10%和20%的处理液，备用.

1.2 试验设计

选取无病虫害、饱满的番茄种子，用5% NaClO溶液浸泡10 min，用蒸馏水清洗3~4次后，再用不同浓度天竺葵纯露处理液浸种12 h.将种子均匀地放于铺有2层滤纸的培养皿（直径为9 cm）中，每皿30粒种子，放入人工气候箱中进行培养（温度：25 ℃、光照强度：5 000 lx、光暗周期：12 h/12 h、相对湿度：75%）.每天每个培养皿加入相应的天竺葵纯露处理液（2~5 mL），并观察培养皿中种子的萌发情况.以胚根突破种皮2 mm为种子发芽标准.以第3 d的发芽率作为发芽势，7 d后统计发芽率，培养15 d后测量相关指标.

1.3 测定指标与方法

1.3.1 发芽指标计算

发芽率=（7天内正常发芽的种子数/供试种子总数）×100%.

发芽势=（前3天内正常发芽的种子数/供试种子总数）×100%.

化感效应采用Williamson报道［12］的化感效应指数（Response index，RI）进行评价，即RI%=（1-C/T）×100%，（C为对照值，T为处理值）.当RI＜0时，表示具有抑制作用；当RI＞0时，表示具有促进作用，RI的绝对值大小表示化感作用强弱.

1.3.2 生物量和形态指标测定

每个处理随机选取15株幼苗，用万分之一天平称其地上部及地下部鲜重.经数码相机拍照后，用Image J软件测量幼苗主根长、株高和茎粗，每个处理测定15株.

1.3.3 光合色素含量测定

番茄幼苗叶片的光合色素含量采用95%乙醇法进行测定，其鲜重含量以mg/g表示.

1.3.4 天竺葵纯露成分分析

采用Agilent 7890B-5977B气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）进行天竺葵纯露的挥发性物质分析［13］.根据所得的质谱信息，与NIST.17 Library标准图谱进行联机检索，对匹配度大于70%的鉴定结果予以确认，鉴定出其中的主要化学成分种类.用峰面积归一法确定各组分的相对含量.

1.4 数据统计与处理

用Microsoft Excel 2010进行数据整理后，利用SPSS 17.0软件进行Duncn’s新复极差检验方法进行方差分析.

2 结果与分析

2.1 不同浓度天竺葵纯露对番茄种子萌发的影响

天竺葵纯露对番茄种子发芽率和发芽势的影响如表1所示.对于发芽率而言，随着纯露浓度提高，番茄种子发芽率呈现出先上升后下降的趋势：1%天竺葵纯露处理下番茄种子发芽率最高，比对照的高14.02%；20%天竺葵纯露处理的最低，比对照的低4.68%；从化感效应指数可看出，10%~20%天竺葵纯露处理明显抑制番茄种子的发芽率，且随天竺葵纯露浓度增加而增强，但各处理间无显著差异.对于番茄种子发芽势，天竺葵纯露处理也呈现类似规律.1%天竺葵纯露处理的发芽势最高，比对照高12.22%；然后，随纯露浓度的增加，番茄种子发芽势显著下降，20%处理的最低，仅为对照的53.81%，也显著低于其它处理，其发芽势的化感效应指数也达-85.71%.这表明高浓度天竺葵纯露对番茄种子萌发具有强烈的抑制作用.由此可见，1%天竺葵纯露可明显促进番茄种子发芽，但20%浓度却显著抑制其发芽.

表1 不同浓度天竺葵纯露对番茄种子萌发的影响

2.2 不同浓度天竺葵纯露对番茄幼苗生物量的影响

天竺葵纯露处理对番茄幼苗生物量的影响见表2.对于地上部鲜重而言，1%~10%天竺葵纯露处理与对照的相差不大，但20%处理的显著低于其它处理，仅为对照的84.47%；与地上部鲜重相比，不同浓度天竺葵纯露处理对番茄幼苗地下部鲜重的影响呈现不同的规律.随着天竺葵纯露浓度增加，番茄幼苗地下部鲜重呈现出先增加后降低的趋势，其中，10%天竺葵处理的地下部鲜重最高，为对照的1.52倍，除与5%处理的差异不显著外，与其它处理均差异显著；20%处理的地下部鲜重略高于对照的，但二者之间差异不显著.天竺葵纯露处理对番茄幼苗全株生物量的影响呈现出与对地下部鲜重类似的规律，即1%~10%纯露处理显著提高了番茄幼苗全株鲜重，其中10%处理的全株鲜重最大，为对照的1.20倍；而20%处理显著降低了全株鲜重，为对照的92.21%.从化感效应指数也可看出类似的趋势，1%~10%天竺葵纯露处理对番茄幼苗地下部鲜重和全株鲜重有明显的增加趋势，而纯露浓度为20%时，则表现为抑制作用.由此可见，低、中浓度天竺葵纯露能够促进番茄幼苗生物量增加，且随浓度的增加而增强；但纯露浓度过高，反而表现出明显的抑制作用.

表2 不同浓度天竺葵纯露对番茄幼苗生物量的影响

2.3 不同浓度天竺葵纯露对番茄幼苗形态指标的影响

与对照相比，10%天竺葵纯露处理显著促进番茄幼苗主根的伸长，增幅为44.10%，其它处理对番茄幼苗的主根长度虽也有不同程度的促进作用，其效应大小随纯露浓度的增加先增大后降低，见表3.

表3 不同浓度天竺葵纯露对番茄幼苗形态指标的影响

对于番茄幼苗株高而言，不同浓度天竺葵纯露处理的均高于对照，且幼苗株高呈现出随纯露浓度的增加而先增加后减少的趋势，其中，以5%处理的最高，显著高于对照和20%处理的，但与1%、10%处理间差异不显著.与幼苗株高的影响类似，随天竺葵纯露浓度的增加，番茄幼苗茎粗呈现出先增加而后降低的趋势，其中，5%~10%天竺葵纯露处理下的值最大，显著高于对照和20%处理的.从化感效应指数来看，除20%处理的茎粗化感效应指数为负值外，其它处理的各指标的值均为正值，这表明不同浓度天竺葵纯露对番茄茎粗生长具有不同的促进作用.与天竺葵纯露处理对各形态指标的影响类似，随着纯露浓度的增加，其化感效应指数先增加后又降低，在各形态指标中，5%~10%处理的化感效应指数较大，为5.81%~30.63%.综合来看，较低浓度（5%~10%）天竺葵纯露能够促进番茄幼苗生长，而高浓度（20%）天竺葵纯露处理反而会抑制幼苗生长.

与对照相比，10%天竺葵纯露处理显著促进番茄幼苗主根的伸长，增幅为44.10%，其它处理对番茄幼苗的主根长度虽也有不同程度的促进作用，其效应大小随纯露浓度的增加先增大后降低.对于番茄幼苗株高而言，不同浓度天竺葵纯露处理的均高于对照，且幼苗株高呈现出随纯露浓度的增加而先增加后减少的趋势，其中，以5%处理的最高，显著高于对照和20%处理的，但与1%、10%处理间差异不显著.与幼苗株高的影响类似，随天竺葵纯露浓度的增加，番茄幼苗茎粗呈现出先增加而后降低的趋势，其中，5%~10%天竺葵纯露处理下的值最大，显著高于对照和20%处理的.从化感效应指数来看，除20%处理的茎粗化感效应指数为负值外，其它处理的各指标的值均为正值，这表明不同浓度天竺葵纯露对番茄茎粗生长具有不同的促进作用.与天竺葵纯露处理对各形态指标的影响类似，随着纯露浓度的增加，其化感效应指数先增加后又降低，在各形态指标中，5%~10%处理的化感效应指数较大，为5.81%~30.63%.综合来看，较低浓度（5%~10%）天竺葵纯露能够促进番茄幼苗生长，而高浓度（20%）天竺葵纯露处理反而会抑制幼苗生长.

2.4 不同浓度天竺葵纯露对番茄幼苗叶片光合色素含量的影响

不同浓度天竺葵纯露处理对番茄幼苗叶片光合色素含量的影响不同，见表4.与对照相比，1%~10%天竺葵纯露均有提高番茄叶片叶绿素含量和类胡萝卜素含量的趋势，增幅为5.34%~15.15%；而20%天竺葵纯露处理则降低番茄叶片光合色素含量，叶绿素a（Chl.a）、叶绿素b（Chl.b）、总叶绿素（Chl.a+b）和类胡萝卜素（Carot.）含量的降幅分别7.62%、11.55%、8.72%和7.27%，尤其对叶绿素b的影响较为明显；相对于叶绿素含量而言，天竺葵纯露对番茄叶片类胡萝卜素含量的影响较小.通过化感效应指数分析也可看出，1%~10%天竺葵纯露处理对番茄幼苗叶片光合色素含量的影响均为正值，而20%处理的各指标的化感效应指数均为负值，其中，对叶绿素b含量的抑制效果最大，化感效应指数达到-13.06%，对总叶绿素含量的抑制效果次之.这表明低、中浓度的天竺葵纯露处理可促进番茄幼苗叶绿素和类胡萝卜素含量积累，而浓度过高反而会抑制其合成.

表4 不同浓度天竺葵纯露对番茄幼苗叶片光合色素含量的影响

由表4可知，不同浓度天竺葵纯露处理对番茄幼苗叶片光合色素含量的影响不同.与对照相比，1%~10%天竺葵纯露均有提高番茄叶片叶绿素含量和类胡萝卜素含量的趋势，增幅为5.34%~15.15%；而20%天竺葵纯露处理则降低番茄叶片光合色素含量，叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量的降幅分别7.62%、11.55%、8.72%和7.27%，尤其对叶绿素b的影响较为明显；相对于叶绿素含量而言，天竺葵纯露对番茄叶片类胡萝卜素含量的影响较小.通过化感效应指数分析也可看出，1%~10%天竺葵纯露处理对番茄幼苗叶片光合色素含量的影响均为正值，而20%处理的各指标的化感效应指数均为负值，其中，对叶绿素b含量的抑制效果最大，化感效应指数达到-13.06%，对总叶绿素含量的抑制效果次之.这表明低、中浓度的天竺葵纯露处理可促进番茄幼苗叶绿素和类胡萝卜素含量积累，而浓度过高反而会抑制其合成.

2.5 天竺葵纯露中挥发成分分析

经GC-MS分析后，在标准质谱数据库NIST17.L检索，从天竺葵纯露中鉴定出17种挥发性物质，并采用峰面积归一化法确定其相对含量（见表5）.由表5可知，天竺葵纯露含有萜类化合物（76.47%）、酮类化合物（19.93%）、呋喃类化合物（1.77%）、醇类（1.18%）、和吡喃类物质（0.65%）.其中，主要成分为2-甲基-1丙烯醛三甲基环丙烷2-甲基-1-（2，2，3-三甲基环丙基亚基）-1-丙烯（28.65%）、桉油精（28.5%）和4-乙基-3，4-二甲基环己酮（18.38%），含量较高的化合物还有D-柠檬烯（7.76%）和1-薄荷酮（4.28%），其余物质含量比较低，均在2%以下.

表5 天竺葵纯露GC-MS成分分析

3 讨论与结论

对种子萌发和幼苗生长的影响常被用于衡量某种物质化感作用的强弱［14-16］.本研究结果表明，与对照相比，低浓度（1%~5%）天竺葵纯露处理可促进番茄种子萌发，而较高浓度（10%~20%）处理反而会抑制番茄种子萌发，且对发芽势的影响更为明显，其化感效应指数分别为-15.56%和-85.71%.这表明天竺葵纯露对番茄种子萌发具有浓度效应，即低浓度天竺葵纯露可促进番茄种子萌发，而高浓度对番茄种子萌发具有一定的抑制作用.前人报道，艾蒿［2］、薄荷［17］、鱼腥草［18］等多种芳香植物提取液对植物种子萌发也具有类似效应.多数化感物质存在低促高抑的浓度效应［19］.化感物质低促高抑的浓度效应有利于种群自身密度的调节，当植物数量较少时，其刺激性物质能够加速自身的繁殖与蔓延；当群体达到一定数量后，随着化感物质浓度的增加，抑制作用明显增强，可将种群数量控制在环境所能承受的范围内［19-20］.

与种子萌发的影响类似，与对照相比，低、中浓度（1%~10%）天竺葵纯露处理可明显增加番茄幼苗生物量，而高浓度（20%）纯露处理则明显降低其生物量.但天竺葵纯露处理对番茄幼苗根长、株高、茎粗等形态指标呈现出不同变化趋势.随天竺葵纯露浓度的增加，各形态指标表现为先增加又下降的趋势，且各处理的均高于对照的；除20%处理的茎粗化感效应指数为负值外，其它处理各形态指标的化感效应指数均为正值，并未表现出抑制作用，这与天竺葵纯露对番茄种子萌发的效应不同.李怡莹等人［21］报道火炬树提取液对波斯菊、万寿菊等菊科植物生长的影响类似，在处理初期会抑制其生长，但随着种植时间的延长，其影响趋于稳定或不明显，推测可能是化感作用的“时间效应”而导致的.

光合色素主要包括叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素等，光合色素含量高低在很大程度上可反映植物光合作用的强弱［22］.本研究中，与对照相比，1%~10%天竺葵纯露处理可增加番茄叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量，而20%处理则降低其含量，这也暗示天竺葵纯露可能会通过影响光合色素而影响番茄幼苗的光合作用.这与刘济明等人研究紫茎泽兰水提取液对火棘幼苗叶绿素含量的影响作用一致［23］.辽东栎水浸提液可以显著影响油松叶绿素含量（尤其是叶绿素a含量）而影响其光合作用［24］.此外，化感物质也可通过抑制光合系统Ⅱ的电子传递链而影响光合作用［1］.

鉴定化感物质是研究植物化感作用机制的重要内容［20］.前人报道，脂肪酸类物质和酚酸类物质为常见的化感物质，高浓度脂肪酸类物质通过富集在植物根际土壤以抑制土壤酶活性，而酚酸类物质通过抑制种子萌发所需酶活性，从而表现出明显的化感效应［25］.近年来，研究者指出萜类化合物也具有化感效应，是第二大类化感物质［1，19］，尤其是萜类化合物中的单萜和倍半萜多具有挥发性，易被氧化形成醛类物质，从而表现出较强的生物活性［1］.桦叶水浸液抑制松树种子萌发和幼苗生长，其主要的化感物质为萜类化合物［26］.植物精油中柠檬烯、蒎烯、樟脑、长叶薄荷酮、香茅醇等萜类化合物能够强烈影响植物种子发芽和幼苗生长［27］.本研究通过GC-MS分析发现，天竺葵纯露中含有D-柠檬烯、β-蒎烯、樟脑、1-薄荷酮、香茅醇等物质含量分别为7.76%、1.19%、1.56%、4.28%、1.76%.此外，天竺葵纯露中含有大量的萜类化合物，其相对含量高达76.47%，特别是2-甲基-1-（2，2，3-三甲基环丙基亚基）-1-丙烯、桉油精的相对含量高达28.65%和28.50%.前人报道1，8-桉树素与β-蒎烯等萜类物质是鼠尾草提取液中的主要化感物质［28］.由此推测，天竺葵纯露对番茄种子萌发和幼苗生长存在的化感效应的主要作用物质可能是萜类化合物，但各萜类化合物化感作用的大小及其作用机理还有待于进一步研究.

综上可知，低、中浓度天竺葵纯露可促进番茄种子萌发和幼苗生长，而高浓度处理则会表现出显著抑制效果.通过文献和试验结果分析，推测天竺葵纯露对番茄产生化感作用的物质可能是萜类化合物.