沈玉聰，張紅瑞，姚 珊，張子龍，高致明

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/河南省高校中藥資源開發(fā)與利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450002；2.北京中醫(yī)藥大學(xué) 中藥學(xué)院/中藥材規(guī)范化生產(chǎn)教育部工程研究中心，北京 100102)

5種酚酸類物質(zhì)對小麥幼苗的化感作用研究

沈玉聰1，張紅瑞1，姚 珊1，張子龍2*，高致明1

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/河南省高校中藥資源開發(fā)與利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450002；2.北京中醫(yī)藥大學(xué) 中藥學(xué)院/中藥材規(guī)范化生產(chǎn)教育部工程研究中心，北京 100102)

為了研究5種酚酸類物質(zhì)對小麥幼苗生長和生理指標的影響，測定了不同質(zhì)量濃度的阿魏酸、對香豆酸、丁香酸、對羥基苯甲酸、香草酸5種酚酸類物質(zhì)處理后小麥幼苗的苗高、根長、CAT活性、POD活性等形態(tài)、生理指標，為小麥與藥用植物輪作的合理性提供依據(jù)。結(jié)果表明，小麥幼苗的可溶性糖含量均有所升高，50.00 mg/L對香豆酸和0.01、0.10、1.00 mg/L對羥基苯甲酸處理組分別比空白對照高18.79%、42.60%、42.69%、26.57%，均達顯著水平；阿魏酸、對香豆酸和香草酸降低了小麥幼苗的苗高和主根長，對羥基苯甲酸增加了幼苗的主根長，但均不顯著；對香豆酸處理組幼苗的可溶性蛋白含量、CAT活性、POD活性以及SOD活性均有所降低，而丁香酸處理組幼苗的可溶性蛋白含量、CAT活性、POD活性均有所升高，0.01、0.10、10.00、100.00 mg/L丁香酸處理組幼苗的可溶性蛋白含量分別比對照(蒸餾水)顯著增加9.63%、11.22%、11.50%、8.13%。香草酸處理組幼苗的可溶性蛋白含量、CAT活性、SOD活性也有所增加。從研究結(jié)果可以看出，阿魏酸、對香豆酸對小麥幼苗有一定的化感抑制作用，丁香酸、對羥基苯甲酸和香草酸有一定的促進作用，但它們的化感指數(shù)均不大。

小麥； 幼苗； 阿魏酸； 對香豆酸； 丁香酸； 對羥基苯甲酸； 香草酸； 化感影響

近年來，隨著中藥材市場的不斷發(fā)展，中藥材的種植面積越來越大。但連作問題隨著藥材種植年限的增長紛紛出現(xiàn)，導(dǎo)致藥材的產(chǎn)量和品質(zhì)嚴重降低，有的藥材如三七[1]、人參[2]、地黃[3]等要間隔多年才能在同一地塊種植，有的藥材品種種植后的殘留物質(zhì)甚至?xí)绊懴乱徊缙渌魑锏纳L，如游佩進等[4]的研究表明，三七的連作土壤對蘿卜、白菜、萵苣的生長均有一定的化感作用。因此，合理選擇輪作作物對保證作物產(chǎn)量以及經(jīng)濟效益有重大意義。

化感作用是導(dǎo)致連作障礙的原因之一[5]。植物中所發(fā)現(xiàn)的化感物質(zhì)主要來源于植物的次生代謝產(chǎn)物，分子量較小，結(jié)構(gòu)簡單，主要分為水溶性有機酸、醌類、苯甲酸及其衍生物、肉桂酸及其衍生物、香豆素類、類黃酮類、嘌呤和核苷等14 類[6]。其中，酚類和類萜類化合物是高等植物的主要化感物質(zhì)[7]。酚酸類物質(zhì)存在于很多藥用植物體內(nèi)，其中，阿魏酸[8]是川芎、當(dāng)歸、升麻等的有效成分之一；地黃中含有阿魏酸、對羥基苯甲酸、丁香酸、香豆酸等酚酸類物質(zhì)[3]；板藍根[9]中含有丁香酸等成分；胡黃連[10]中含有阿魏酸、香草酸等成分。已有研究表明，阿魏酸[11]、香草酸[11]、丁香酸[12]、對羥基苯甲酸[11]等酚酸類物質(zhì)具有一定的化感作用影響，并且在土壤中殘留緩慢降解[3]。而小麥是最主要的糧食作物之一，種植面積和市場需求量都很大，我國南北都可以種植，是三七等藥用植物輪作的優(yōu)選植物。因此，有必要研究酚酸類物質(zhì)對小麥生長的影響。

吳立潔[13]從酚酸類物質(zhì)對小麥的發(fā)芽率、苗高、根長、分根數(shù)的影響方面推測三七與小麥輪作具有可行性；邵慶勤等[14]的研究表明，阿魏酸、香草酸對小麥幼苗生長的影響不大。但他們重點研究了酚酸類物質(zhì)對小麥形態(tài)指標的影響，對小麥生理指標的影響研究較少，抗氧化酶等一系列生理指標能夠在一定程度上反映植物的健康狀況。因此，本試驗擬通過研究不同質(zhì)量濃度阿魏酸、對香豆酸、丁香酸、對羥基苯甲酸、香草酸對小麥幼苗形態(tài)和生理兩方面的影響，為藥用植物篩選適宜的輪作作物提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

小麥種子(豫農(nóng)211)由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)提供；阿魏酸、對香豆酸、丁香酸、對羥基苯甲酸、香草酸均購自Sigma公司。

1.2 試驗方法及處理

小麥種子用3%次氯酸鈉溶液消毒15 min，用蒸餾水沖洗干凈；并在蒸餾水中浸種催芽10 h[15]，然后將其放入盛有140 g石英砂的培養(yǎng)盒(長20.0 cm、寬15.0 cm、高5.5 cm)中，每個培養(yǎng)盒50粒，分別加入0.01、0.10、1.00、10.00、50.00、100.00 mg/L的阿魏酸、對香豆酸、丁香酸、對羥基苯甲酸、香草酸處理液各45 mL，對照用蒸餾水代替，采用有小孔的保鮮膜保濕，重復(fù)3次，在室內(nèi)(室溫22 ℃左右)自然光下進行培養(yǎng)，培養(yǎng)盒中每隔12 h加入25 mL 1/2 Hogland營養(yǎng)液保持濕度。

1.3 測定項目與方法

處理10 d后取小麥幼苗葉片對各項生理指標進行測定，過氧化物酶(POD)活性采用李玲[16]的方法；過氧化氫酶(CAT)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量的測定均采用孔祥生等[17]的方法。苗高和根長用直尺進行測量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Williamson等[18]提出的化感效應(yīng)指數(shù)RI(RI=1-C/T，C為對照值，T為處理值) 來衡量化感強度的大小，當(dāng)RI>0時為促進作用；當(dāng)RI<0時為抑制作用，RI絕對值代表化感強度大小。

參考張子龍等[19]的方法計算平均化感指數(shù)來比較各測定指標間的化感作用強弱。

式中，R為平均敏感指數(shù)(M)的級別或?qū)哟?，a為數(shù)據(jù)項，n為該級別或?qū)哟螖?shù)據(jù)(RI)的總個數(shù)。當(dāng)MSI>0時為促進，當(dāng)MSI<0時為抑制，絕對值的大小與作用強度(敏感性)一致。

采用DPS 7.05和Excel對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量濃度酚酸類物質(zhì)對小麥幼苗生長的影響

2.1.1 苗高 由圖1可以看出，與對照相比，5種酚酸類物質(zhì)處理后小麥幼苗的苗高雖然有所變化，但差異均不顯著(P>0.05)。其中，阿魏酸、香草酸以及中高質(zhì)量濃度(10.00、50.00、100.00 mg/L)對香豆酸處理組幼苗的苗高均低于對照。

圖1 不同質(zhì)量濃度酚酸類物質(zhì)對小麥幼苗苗高的影響

2.1.2 主根長 由圖2可知，阿魏酸、丁香酸以及香草酸處理后小麥幼苗的主根長均小于對照，但均不顯著(P>0.05)；中高質(zhì)量濃度(10.00、50.00、100.00 mg/L)對香豆酸處理組幼苗的主根長也均低于對照，差異并不顯著(P>0.05)；對羥基苯甲酸處理組幼苗的主根長均高于對照。

圖2 不同質(zhì)量濃度酚酸類物質(zhì)對小麥幼苗主根長的影響

2.2 不同質(zhì)量濃度酚酸類物質(zhì)對小麥幼苗生理指標的影響

2.2.1 可溶性蛋白含量 由表1可知，阿魏酸、對香豆酸和對羥基苯甲酸處理后小麥幼苗的可溶性蛋白含量均低于對照，且對羥基苯甲酸和1.00、50.00 mg/L阿魏酸的影響較為顯著(P<0.05)；丁香酸和香草酸處理組小麥幼苗的可溶性蛋白含量均高于對照，0.01、0.10、10.00、100.00 mg/L丁香酸分別比對照顯著增加9.63%、11.22%、11.50%、8.13%(P<0.05)。

表1 不同質(zhì)量濃度酚酸類物質(zhì)對小麥幼苗可溶性蛋白含量的影響 mg/g

注：同一行中不同字母表示差異顯著 (P<0.05)，下同。

2.2.2 可溶性糖含量 由表2可以看出，5種酚酸類物質(zhì)處理后小麥幼苗的可溶性糖含量均高于對照，其中，阿魏酸、丁香酸和香草酸的影響并不顯著(P>0.05)，50.00 mg/L對香豆酸和0.01、0.10、1.00 mg/L對羥基苯甲酸的影響較為顯著(P<0.05)，分別比對照高18.79%、42.60%、42.69%、26.57%。

表2 不同質(zhì)量濃度酚酸類物質(zhì)對小麥幼苗可溶性糖含量的影響 mg/g

2.2.3 CAT活性 由表3可以看出，香草酸和丁香酸處理組小麥幼苗的CAT活性均高于對照，但差異并不顯著(P>0.05)；對香豆酸處理組幼苗的酶活性相比對照均略有降低，差異并不顯著(P>0.05)；阿魏酸和對羥基苯甲酸處理組的酶活性相比對照也均未達到顯著性水平 (P>0.05)。

2.2.4 POD活性 由表4可以看出，丁香酸、對羥基苯甲酸處理組小麥幼苗的POD活性均高于對照，且0.01 mg/L對羥基苯甲酸處理組顯著比對照高3.47%(P<0.05)；對香豆酸處理組幼苗的酶活性均有所降低，并在10.00、50.00、100.00 mg/L處理下顯著低于對照 (P<0.05)；香草酸、阿魏酸處理組幼苗的酶活性與對照相比變化均不明顯。

表3 不同質(zhì)量濃度酚酸類物質(zhì)對小麥幼苗CAT活性的影響 U/(g·min)

表4 不同質(zhì)量濃度酚酸類物質(zhì)對小麥幼苗POD活性的影響 U/(g·min)

2.2.5 SOD活性 由表5可知，與對照相比，香草酸處理組小麥幼苗的SOD活性均顯著升高(P<0.05)，0.01、0.10、1.00、10.00、50.00、100.00 mg/L處理分別比對照高18.85%、16.23%、16.23%、16.49%、18.06%、14.13%；阿魏酸、對香豆酸、丁香酸和對羥基苯甲酸處理組小麥幼苗的SOD活性均有所降低，且0.10、1.00、10.00、50.00、100.00 mg/L丁香酸的影響較為顯著(P<0.05)。

表5 不同質(zhì)量濃度酚酸類物質(zhì)對小麥幼苗SOD活性的影響 U/g

2.3 不同酚酸類物質(zhì)對小麥幼苗的化感作用

由表6可以看出，阿魏酸、對香豆酸處理組一、二、三級敏感指數(shù)大部分為負值，丁香酸、對羥基苯甲酸和香草酸處理組大部分為正值，說明阿魏酸、對香豆酸對小麥幼苗有化感抑制作用，丁香酸、對羥基苯甲酸和香草酸有一定的促進作用。由一級敏感指數(shù)M1可知，阿魏酸、對香豆酸、丁香酸和香草酸對小麥幼苗的苗高、主根長有抑制作用，對可溶性糖含量有促進作用。由二級敏感指數(shù)M2可知，阿魏酸、對香豆酸對小麥幼苗的形態(tài)指標和生理指標均表現(xiàn)為抑制作用；對羥基苯甲酸處理組均表現(xiàn)為促進作用；丁香酸和香草酸對幼苗的形態(tài)指標表現(xiàn)為抑制作用，對生理指標表現(xiàn)為促進作用。由三級敏感指數(shù)M3可知，阿魏酸和對香豆酸對小麥幼苗作用強度一樣，總體表現(xiàn)為化感抑制作用；丁香酸、對羥基苯甲酸和香草酸總體表現(xiàn)為促進作用，丁香酸的促進作用較小。

表6 不同酚酸類物質(zhì)對小麥幼苗的化感作用差異

注：M1中n=18，表示每種酚酸有1個處理，每個處理設(shè)置6個質(zhì)量濃度，每種質(zhì)量濃度有3個重復(fù)；M2中小麥幼苗農(nóng)藝性狀(包括苗高、主根長)n=18×2=36，幼苗生理指標(包括可溶性蛋白含量、可溶性糖含量等5個指標)n=18×5=90；M3中酚酸的綜合化感作用(包括幼苗農(nóng)藝性狀和幼苗生理指標兩方面)n=36+90=126。

3 結(jié)論與討論

苗高和根長在一定程度上能夠反映植物的生長勢狀況。本研究發(fā)現(xiàn)，5種酚酸類物質(zhì)對小麥幼苗苗高和主根長的影響并不顯著。其中，阿魏酸、香草酸均降低了小麥幼苗的苗高和主根長，對小麥幼苗的生長有一定的抑制作用，這與邵慶勤等[14]的研究結(jié)果一致；中高質(zhì)量濃度(10.00、50.00、100.00 mg/L)對香豆酸也在一定程度上降低了小麥幼苗的苗高和主根長，表現(xiàn)出一定的抑制作用?？偟膩碚f，這5種酚酸類物質(zhì)對小麥幼苗生長的影響并不大。

可溶性蛋白和可溶性糖是植物體內(nèi)的重要生命物質(zhì)，可溶性蛋白是構(gòu)成光合與其他生理生化過程的活性基礎(chǔ)，葉片中可溶性蛋白含量的高低可以反映出植物生理生化的狀態(tài)[20]，可溶性糖在一定程度上反映了植物的碳素營養(yǎng)狀況，植物為了適應(yīng)逆境條件也會主動積累一些可溶性糖，以適應(yīng)外界環(huán)境條件的變化。本研究表明，阿魏酸、對香豆酸和對羥基苯甲酸在一定程度上抑制小麥幼苗可溶性蛋白的合成，使新蛋白質(zhì)的合成速度低于蛋白質(zhì)的降解速度，從而降低小麥幼苗的可溶性蛋白含量，丁香酸和香草酸則與之相反。而5種酚酸類物質(zhì)處理后小麥幼苗的可溶性糖含量均有所增加。

植物在生命活動過程中，細胞中存在著活性氧的產(chǎn)生和清除間的平衡，在逆境脅迫下，活性氧的產(chǎn)生會增加，從而引起膜脂過氧化導(dǎo)致膜系統(tǒng)受損，最終使植物組織受到破壞[21]。植物細胞內(nèi)的CAT、POD、SOD等抗氧化酶可以在一定程度上抵御環(huán)境因子造成的氧化脅迫，SOD能將超氧陰離子自由基歧化為H2O2， POD、CAT則負責(zé)H2O2的清除[22]。從本試驗結(jié)果可以看出，阿魏酸對小麥幼苗3種酶活性的影響均不明顯；對香豆酸降低了幼苗的3種酶活性；丁香酸增加了幼苗的CAT、POD活性，顯著降低了幼苗的SOD活性；對羥基苯甲酸顯著增加了幼苗的POD活性，降低了幼苗的SOD活性；香草酸增加了幼苗的CAT、SOD活性，對SOD活性的影響較大。這表明阿魏酸對小麥幼苗生理的影響不大；加入香草酸后，小麥幼苗體內(nèi)的活性氧增加，從而引起小麥幼苗的適應(yīng)性反應(yīng)，體內(nèi)的SOD活性和CAT活性增強；而加入對香豆酸后，幼苗體內(nèi)的3種酶活性均降低，說明對香豆酸對小麥幼苗的傷害超出了幼苗的承受范圍。

通過綜合敏感指數(shù)可知，阿魏酸、對香豆酸對小麥幼苗有化感抑制作用，丁香酸、對羥基苯甲酸和香草酸有一定的促進作用，但敏感指數(shù)均不大，因此從酚酸類物質(zhì)影響角度來看，小麥可以作為三七等藥用植物的輪作作物。此外，小麥與玉米等糧食作物以及辣椒、茄子等蔬菜[23]均能夠正常輪作，因此可以推測，小麥可能是普遍適用的輪作作物。

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Allelopathic Effects of Five Phenolic Acids onTriticumaestivumLinn.Seedlings

SHEN Yucong1,ZHANG Hongrui1,YAO Shan1,ZHANG Zilong2*,GAO Zhiming1

(1.College of Agriculture,Henan Agricultural University/The Development and Utilization of Resources of Universities in Henan Province Traditional Chinese Medicine Engineering Technology Research Center,Zhengzhou 450002,China; 2.School of Chinese Pharmacy,Beijing University of Chinese Medicine/Chinese Herbal Medicine Standardized Production Engineering Research Center of the Ministry of Education,Beijing 100102,China)

This article studied the effects of ferulic acid,p-coumaric acid,syringic acid,p-hydroxybenzoic acid and vanillic acid at different concentrations on the morphological and physiology index ofTriticumaestivumLinn.seedlings,so as to provide some basis for the rationality ofTriticumaestivumLinn..And medicinal plants crop rotation.The results indicated that the soluble sugar content ofTriticumaestivumLinn.seedlings increased,50.00 mg/L p-coumaric acid and 0.01,0.10,1.00 mg/L p-hydroxybenzoic acid groups significantly increased by 18.79%,42.60%,42.69%,26.57% compared with the control group.The shoot height and main root length was reduced by ferulic acid,p-coumaric acid and vanillic acid; meanwhile the main root length was increased by p-hydroxybenzoic acid,but they were all not significant.The p-coumaric acid decreased the soluble protein content,CAT,POD and SOD activities of seedlings; and the syringic acid increased the soluble protein content,CAT and POD activities,moreover the soluble protein content of 0.01,0.10,10.00,100.00 mg/L syringic acid groups significantly increased by 9.63%,11.22%,11.50%,8.13% compared with the control group.Besides that,the soluble protein content,CAT and SOD activities of seedlings were also increased when treated with vanillic acid.The results suggested that ferulic acid and p-coumaric acid had some certain allelopathic inhibitory effects onTriticumaestivumLinn.seedlings,while syringic acid,p-hydroxybenzoic acid and vanillic acid had some promoting impact,but their allelopathic index were all not big.

TriticumaestivumLinn.; seedlings; ferulic acid; p-coumaric acid; syringic acid; p-hydroxybenzoic acid; vanillic acid; allelopathic effects

2015-10-27

國家自然科學(xué)基金項目(81102751)

沈玉聰(1989-)，女，河南鄧州人，在讀碩士研究生，研究方向：藥用植物栽培。E-mail:hnautcm@126.com

*通訊作者：張子龍(1976-)，男，山西天鎮(zhèn)人，副研究員，博士，主要從事藥用植物資源與栽培研究。 E-mail:zhangzilong76@163.com

S512.1

A

1004-3268(2016)05-0101-05