王婧怡，姚丹丹，徐 軍，鄔彩霞，趙國琦，華晨嵐

(揚(yáng)州大學(xué)動物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009)

植物生產(chǎn)層

香豆素對蘇丹草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

王婧怡，姚丹丹，徐 軍，鄔彩霞，趙國琦，華晨嵐

(揚(yáng)州大學(xué)動物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009)

香豆素為黃花草木樨(Melilotusofficinalis)水浸提液的主效化感物質(zhì)，能抑制多種雜草種子的萌發(fā)和幼苗生長。為探明香豆素的化感抑草作用機(jī)理，本研究采用室內(nèi)培養(yǎng)、生物檢測的方法，研究了簡單香豆素水溶液對蘇丹草(Sorghumsudanense)種子萌發(fā)及其幼苗生長和生理生化指標(biāo)的影響，并采用透射電鏡觀察了蘇丹草幼苗根和莖的超微組織結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,20～100 μg·mL-1香豆素水溶液能夠顯著抑制早期蘇丹草種子的萌發(fā) (Plt;0.05)，且隨濃度升高抑制作用增強(qiáng)，能夠顯著抑制蘇丹草根伸長，隨處理時間的延長和濃度的升高其抑制作用也增強(qiáng)，根變粗扭曲，而對莖長的影響存在濃度效應(yīng)和時間效應(yīng)，在4 d時，20～100 μg·mL-1濃度的香豆素水溶液均促進(jìn)莖長，6和8 d則表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)、高濃度抑制；與加蒸餾水的對照組相比，100 μg·mL-1香豆素溶液處理顯著(Plt;0.05)提高了過氧化氫酶(CAT)活性，并降低了超氧化物歧化酶(SOD)活性，對過氧化物酶(POD)抑制作用表現(xiàn)為先降低后升高；香豆素處理顯著(Plt;0.05)提高了可溶性糖的含量，同時顯著(Plt;0.05)降低了葉綠素的含量；在香豆素處理下，淀粉含量先降低后升高，吲哚乙酸氧化酶(IAAO)活性僅在第4天時低于對照組。香豆素水溶液破壞了蘇丹草根細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)液泡體積變大，細(xì)胞器數(shù)量和種類減少的現(xiàn)象，細(xì)胞核的核膜發(fā)生明顯的歪曲，細(xì)胞核變小甚至消失；香豆素水溶液處理下的蘇丹草幼苗葉綠體內(nèi)淀粉粒數(shù)目顯著(Plt;0.05)增加，體積變大。以上結(jié)果顯示，100 μg·mL-1的香豆素水溶液可以通過改變蘇丹草抗氧化酶系統(tǒng)、增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、降低葉綠素含量、影響酶活性以及破壞細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)等途徑調(diào)節(jié)蘇丹草的生長。

香豆素；蘇丹草；化感；幼苗；生化指標(biāo)；抗氧化酶；透射電鏡

近年來，隨著農(nóng)藥的使用量不斷加大，其弊端逐漸暴露[1-4]，主要的問題是農(nóng)藥殘留[5-8]。利用植物化感物質(zhì)抑制或者清除雜草是解決這一問題的有效途徑之一[9-10]。國內(nèi)外研究表明，很多植物對雜草表現(xiàn)出化感抑制作用，例如水稻(Oryzasativa)的水浸提液可以減少田間稗草(Echinochloacrusgalli)以及鱧腸(Ecliptaprostrate)等雜草[11]；向日葵(Helianthusannuus)的水提液也可抑制稗草的生長[12]；小飛蓬(Conyzacanadensis)水浸提液可以抑制馬唐(Digitariasanguinalis)、稗草、反枝莧(Amaranthusretroflexus)和苘麻(Abutilontheophrasti)4種雜草種子萌發(fā)和幼苗生長[13]。目前該類研究成果已經(jīng)進(jìn)入田間試驗(yàn)評價階段，并取得了一定的成果。王海斌等[14]探討了連續(xù)3年5種不同化感潛力水稻田間抑草效應(yīng)、產(chǎn)量及其之間的相互關(guān)系，發(fā)現(xiàn)水稻可以利用自身化感作用控制稻田雜草，且不同化感潛力水稻對稻田雜草的抑制能力存在一定差異，因此化感水稻在田間種植過程中可在保證相同成熟期下，采取適當(dāng)多品種種植的生態(tài)調(diào)控策略，以提高水稻自身對多種類別雜草的防除效果或配以適當(dāng)化學(xué)除草劑最終達(dá)到水稻的高產(chǎn)、優(yōu)產(chǎn)和高效的目的。

有研究表明，黃花草木樨(Melilotusofficinalis)有很強(qiáng)的化感作用，其水浸液能夠顯著抑制稗草、藜(Chenopodiumalbum)、臭草(Melicascabrosa)、籽粒莧(Amaranthushypochondriacus)、萹蓄(Polygonumaviculare)和車前草(Plantagoasiatica)等雜草種子萌發(fā)和幼苗生長[15]，經(jīng)氣質(zhì)聯(lián)用(GG-MS)及核磁共振(NMR)鑒定出其主要化感物質(zhì)為香豆素，含量為46.78 μg·mL-1，且溶液中香豆素相對含量越高抑制作用越強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，香豆素溶液在濃度為40 μg·mL-1時能顯著抑制多花黑麥草(Loliummultiflorum)、萹蓄、紅三葉(Trifoliumpratense)和紫花苜蓿(Medicagosativa“Victoria”)等種子的萌發(fā)和幼苗生長，當(dāng)香豆素溶液濃度達(dá)到100 μg·mL-1時，幾乎達(dá)到完全抑制[16-17]。Razavi[18]研究發(fā)現(xiàn)，香豆素含量在100 μg·mL-1時能夠完全阻礙生菜(Lactucasativa)的種子出苗和其根、莖的生長。由此可見，將香豆素開發(fā)為新型的除草劑[19]具有很大的潛力。

簡單香豆素(C9H6O2)是香豆素類物質(zhì)中以最簡單形式存在的化合物，與大部分香豆素類化合物性質(zhì)相似，因此通過研究簡單香豆素，對于更好地理解香豆素類化合物的作用機(jī)理具有重要意義。目前關(guān)于香豆素對植物的化感作用大多還是停留在發(fā)芽率等形態(tài)上的研究，缺少對受體植物組織和細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其機(jī)理方面的報道。因此，為了進(jìn)一步探明香豆素的化感抑制作用機(jī)理，本研究用不同濃度香豆素溶液對蘇丹草(Sorghumsudanense)進(jìn)行處理，觀察其種子萌發(fā)和幼苗生長過程中的變化，并測定分析蘇丹草100 μg·mL-1濃度處理下的一些重要生理生化指標(biāo)，用透射電鏡觀察蘇丹草根和莖細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，為開發(fā)香豆素新型生物除草劑提供一些理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1供試材料

供體藥品為簡單香豆素，固體香豆素購于SIGMA公司(編號：C4261-50G，純度≥99%)。蘇丹草“布魯諾”為受體植物，種子購于百綠集團(tuán)。

1.2香豆素水溶液制備及蘇丹草培養(yǎng)

香豆素水溶液的制備：準(zhǔn)確稱取100 mg香豆素標(biāo)準(zhǔn)品，用水定容至1 L，充分溶解后得到100 μg·mL-1的香豆素水溶液，于4 ℃冷藏備用，要用時分別稀釋至20、40、80 μg·mL-1。

蘇丹草的培養(yǎng)：在直徑為12 cm×12 cm的發(fā)芽盒中加入石英砂90 g，將經(jīng)1%次氯酸鈉消毒30 min的蘇丹草種子均勻播入發(fā)芽盒中，每盒100粒，向試驗(yàn)組每個發(fā)芽盒中加20 mL 100 μg·mL-1的香豆素水溶液，對照組加等量蒸餾水，每個處理5次重復(fù)。然后采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，放入25 ℃光照培養(yǎng)箱(智能光照培養(yǎng)箱ZGX-300C，杭州錢江儀器設(shè)備有限公司)中進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)條件的光/暗12 h/12 h，光照強(qiáng)度4 000 lx[20]。

透射電鏡樣品前處理：選取播種處理后第4、6和8天已經(jīng)發(fā)芽蘇丹草的根和莖，切割成1 mm×1 mm×1 mm左右的樣品，切割后立即放入戊二醛固定液抽真空，放在冰箱里4 ℃固定24 h以上。經(jīng)0.1 mol·L-1的磷酸鹽緩沖液(pH=7.2)沖洗3次，每次15 min，然后使用1%鋨酸固定4 h，再使用0.1 mol·L-1的磷酸鹽緩沖液沖洗3次，每次15 min，乙醇梯度脫水(30%、50%、70%、80%、90%、100%)，每次15 min，進(jìn)行常規(guī)樹脂(美國SPI，02660-AB)包埋，在超薄切片機(jī)(徠卡，UC6)上用鉆石刀切片，再經(jīng)醋酸鈾和枸椽酸鉛雙重染色，在Phillips Tecnai 12 TEM (荷蘭)透射電鏡下觀察，照相[21]。

1.3測定項(xiàng)目及方法

出苗率：從第1天開始每天記錄各處理下蘇丹草出苗率，直到第8天。

苗長與根長：播種4、6和8 d后從每個發(fā)芽盒中隨機(jī)取10株蘇丹草測定其根長及苗長,取平均值。發(fā)芽數(shù)低于10株的只取發(fā)芽的幼苗測苗長和根長，并取該相應(yīng)幼苗的平均值[20]。

莖葉干重與根干重：播種4、6和8 d后從每個發(fā)芽盒中隨機(jī)取10株蘇丹草，將幼苗的地上部分和地下部分分離，105 ℃殺青3 h，然后65 ℃烘干至恒重[20]。

植物全株過氧化氫酶(CAT)活性、過氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)、可溶性糖(soluble sugar)含量：播種4、6和8 d后采樣，使用試劑盒(南京建成生物有限公司)測定。

植物全株吲哚乙酸(IAAO)酶聯(lián)免疫分析：播種4、6和8 d后采樣，使用試劑盒(上海心語生物科技有限公司)測定。

植物全株淀粉(starch)含量：播種4、6和8 d后采樣，采用蒽酮比色法[22]。

植物全株葉綠素含量、葉綠素a含量、葉綠素b含量：播種4、6和8 d后采樣，采用80%乙醇浸提法[22]。

1.4統(tǒng)計方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)先用Excel進(jìn)行初步處理后，用 SPSS 軟件(SPSS Ver.17.0 for Windows)對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，數(shù)據(jù)以算術(shù)平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，Plt;0.05為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果和分析

2.1香豆素水溶液處理對蘇丹草種子發(fā)芽及幼苗生長的影響

不同濃度香豆素水溶液對蘇丹草種子的萌發(fā)有不同的抑制作用(表1)，且隨著濃度的升高抑制作用增強(qiáng)，在第5天時，100 μg·mL-1處理組低于對照組7.86%(Plt;0.05)。同時，香豆素水溶液處理出現(xiàn)發(fā)芽延遲、出苗不齊的現(xiàn)象。對照組根先萌發(fā)，而處理組則莖先突破種皮。

香豆素水溶液顯著(Plt;0.05)抑制蘇丹草的根長，濃度越高抑制作用越強(qiáng)，且隨處理時間的延長其抑制作用也增強(qiáng)，根變粗扭曲(圖1，圖2)；處理4、6和8 d后，20 μg·mL-1香豆素水溶液對蘇丹草莖長均有促進(jìn)作用，4 d，20～60 μg·mL-1香豆素處理顯著(Plt;0.05)促進(jìn)苗長，100 μg·mL-1雖然也促進(jìn)苗長，但無顯著影響(Pgt;0.05)；6 d，40～100 μg·mL-1抑制苗長，但差異不顯著(Pgt;0.05)；8 d，20～80 μg·mL-1促進(jìn)苗長，但無顯著影響，100 μg·mL-1顯著抑制苗長。

不同香豆素水溶液對蘇丹草莖葉鮮重和干重均有促進(jìn)作用(表2)，20～80 μg·mL-1顯著促進(jìn)蘇丹草莖葉鮮重(Plt;0.05)，在100 μg·mL-1濃度時恢復(fù)至對照水平，20～60 μg·mL-1顯著(Plt;0.05)促進(jìn)蘇丹草莖葉干重，在80和100 μg·mL-1濃度時恢復(fù)至對照水平；20～60μg·mL-1顯著促進(jìn)蘇丹草根鮮重(Plt;0.05)，80和100 μg·mL-1濃度下則顯著抑制蘇丹草根鮮重，20～100 μg·mL-1濃度區(qū)間均抑制蘇丹草根干重，尤其在40～100 μg·mL-1顯著抑制蘇丹草根干重的積累(Plt;0.05)。

表1 不同濃度香豆素溶液處理下蘇丹草發(fā)芽率

注：不同大寫字母表示同一時間不同濃度處理之間差異顯著(Plt;0.05)，不同小寫字母表示同一香豆素濃度不同時間之間差異顯著(Plt;0.05)，下同。

Note:Different capital letters in the same sowing day indicate significant differences among different coumarin concentrations at the 0.05 level. Different lowercase letters in the same coumarin concentration indicate significant differences among different sowing days at the 0.05 level; similarly for the following figures and tables.

圖1 不同濃度香豆素水溶液對蘇丹草幼苗根長和莖長的影響

圖2 不同濃度香豆素水溶液對蘇丹草根的影響

2.2香豆素溶液對抗氧化酶系統(tǒng)的影響

香豆素溶液處理蘇丹草種子后，蘇丹草植株內(nèi)CAT活性發(fā)生了變化(表3)。處理4、6和8 d后，處理組均高于對照組，尤其在處理6和8 d，處理組顯著高于對照組(Plt;0.05)。對照組蘇丹草CAT活性隨著時間的延長，總體呈下降趨勢且差異顯著(Plt;0.05)，香豆素處理的蘇丹草CAT活性總體呈先升高后降低趨勢，處理6 d高于處理4 d (Plt;0.05)，處理4 d高于處理8 d(Plt;0.05)。處理4、6和8 d后分別比對照組提高11.56%、184.62%和1 085.71%。

香豆素溶液處理蘇丹草種子后，蘇丹草植株內(nèi)POD活性發(fā)生了變化(表3)。處理4和6 d后，處理組均低于對照組，處理8 d后處理組高于對照組。對照組和香豆素處理的蘇丹草POD活性隨播種天數(shù)的變化趨勢總體呈先降低后升高趨勢(Plt;0.05)。處理4和6 d后，處理組分別比對照組下降了32.79%和3.91%，處理8 d后，處理組比對照組升高了12.30%。

表2 不同濃度香豆素溶液處理下蘇丹草鮮重和干重

表3 香豆素水溶液處理對蘇丹草幼苗抗氧化代謝酶活性的影響

香豆素溶液處理蘇丹草種子后，蘇丹草植株內(nèi)SOD活性發(fā)生了變化(表3)。處理4、6和8 d后，處理組均低于對照組，但無顯著差異(Pgt;0.05)。對照組蘇丹草SOD活性隨播種天數(shù)呈下降趨勢，處理組蘇丹草SOD活性呈先升高后降低趨勢，但均無顯著差異。處理4、6和8 d后，處理組分別較對照組下降了5.41%、1.49%和0.24%。

2.3香豆素溶液對IAAO活性的影響

香豆素溶液處理蘇丹草種子后，蘇丹草植株內(nèi)IAAO活性發(fā)生了變化(圖3)。處理4和8 d后，處理組高于對照組，處理6 d后處理組顯著低于對照組(Plt;0.05)。對照組的蘇丹草IAAO活性總體呈降低趨勢，處理組蘇丹草IAAO活性先降低后升高，處理4 d顯著高于處理6和8 d (Plt;0.05)。處理4和8 d后，處理組分別較對照組升高了6.24%和451.35%，處理6 d后，處理組較對照組下降了29.72%。

2.4香豆素水溶液對滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

香豆素溶液處理蘇丹草種子后，蘇丹草植株內(nèi)可溶性糖含量發(fā)生了變化(表4)。香豆素處理4、6和8 d后，處理組可溶性糖含量均顯著高于對照組(Plt;0.05)。對照組和香豆素水溶液處理的蘇丹草可溶性糖總體均呈下降趨勢，且差異顯著(Plt;0.05)。香豆素溶液處理4、6和8 d后，處理組分別比對照組提高了32.44%、48.87%和17.88%。

圖3 香豆素水溶液處理對蘇丹草IAAO活性影響

用香豆素溶液處理蘇丹草種子后，蘇丹草植株內(nèi)淀粉含量發(fā)生了改變(表4)。用香豆素處理4和6 d后，處理組淀粉含量低于對照組(Plt;0.05)，用香豆素處理8 d后，處理組淀粉含量高于對照組(Plt;0.05)。對照組和香豆素水溶液處理的蘇丹草淀粉總體均呈下降趨勢，且差異顯著(Plt;0.05)。香豆素溶液處理4 d和6 d后，處理組較對照組分別降低了18.91%、25.44%，香豆素溶液處理8 d后，處理組較對照組升高了39.78%。

2.5香豆素水溶液對葉綠素的影響

香豆素溶液處理蘇丹草種子后，蘇丹草植株內(nèi)葉綠素含量發(fā)生了變化(表5)。處理4、6和8 d后，總?cè)~綠素、葉綠素a和葉綠素b的含量處理組基本低于對照組(Plt;0.05)。對照組和香豆素溶液處理的總?cè)~綠素和葉綠素a含量均呈上升趨勢，葉綠素b在對照組呈上升趨勢(Plt;0.05)，在香豆素溶液處理下呈先升高(Plt;0.05)后降低趨勢。對照組中，隨著播種天數(shù)的延長，總?cè)~綠素、葉綠素a和葉綠素b含量顯著升高(Plt;0.05)；處理組中，處理6 d的總?cè)~綠素、葉綠素a和葉綠素b與4 d相比顯著增加(Plt;0.05)，處理6和8 d間無顯著差異(Pgt;0.05)。處理4、6和8 d處理組的總?cè)~綠素含量較對照組分別降低了47.06%(Plt;0.05)、39.64%(Plt;0.05)和63.04%(Plt;0.05)，處理組的葉綠素a與對照組相比分別降低了46.15%(Plt;0.05)、44.05%(Plt;0.05)和63.04%(Plt;0.05)，處理組的葉綠素b與對照組相比分別降低了50.00%(Plt;0.05)、28.57%(Pgt;0.05)和58.14%(Plt;0.05)。

表4 香豆素水溶液處理對蘇丹草滲透性調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

表5 香豆素水溶液處理對蘇丹草總?cè)~綠素的影響

2.6香豆素處理下蘇丹草幼苗的根和莖超微結(jié)構(gòu)變化

對照組中蘇丹草幼苗的根細(xì)胞形態(tài)完整清晰，整個細(xì)胞充滿了均勻的細(xì)胞質(zhì)，內(nèi)有完整的細(xì)胞核，細(xì)胞器數(shù)量多且明顯，液泡呈正常大小(圖4)。經(jīng)100 μg·mL-1的香豆素溶液處理后，蘇丹草幼苗根細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)與對照相比有明顯的變化(圖4)。香豆素處理4 d，與對照相比，細(xì)胞內(nèi)液泡體積變大，細(xì)胞器數(shù)量和種類減少(圖4)；香豆素處理6 d，細(xì)胞內(nèi)液泡與4 d處理組相比變得更大，幾乎占據(jù)整個細(xì)胞，細(xì)胞器數(shù)量和種類繼續(xù)減少，對照中細(xì)胞核位置居中且核膜清晰，核仁致密，經(jīng)處理后細(xì)胞核的核膜出現(xiàn)明顯的歪曲，細(xì)胞核變小(圖4)。香豆素處理8 d，細(xì)胞壁變薄，液泡消失，細(xì)胞核發(fā)生溶解，僅存在少量的細(xì)胞器(圖4)。結(jié)果顯示，隨著處理時間的變長，香豆素對于蘇丹草細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞程度也增強(qiáng)。

對照組中蘇丹草幼苗莖細(xì)胞形態(tài)完整清晰，細(xì)胞壁與細(xì)胞膜緊密結(jié)合，內(nèi)有完整的細(xì)胞核，液泡占據(jù)了大半個細(xì)胞，細(xì)胞器數(shù)量多且明顯(圖4)。經(jīng)100 μg·mL-1的香豆素溶液處理后，蘇丹草幼苗莖細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)與對照相比，細(xì)胞結(jié)構(gòu)和大小并不存在明顯的變化，但莖葉綠體內(nèi)淀粉粒數(shù)目顯著增加，體積變大(圖4)，表明蘇丹草啟動了自身防御功能。

3 討論

3.1香豆素水溶液對蘇丹草種子萌發(fā)和幼苗生理生化指標(biāo)影響

種子萌發(fā)是植物生活周期中最脆弱且最重要的階段，種子是否成功萌發(fā)和正常成苗決定了植物的繁衍和生存[23]。種子的發(fā)芽率降低、發(fā)芽時間的延長以及出苗延后，會大大影響植物在生態(tài)系統(tǒng)中的競爭能力[24]。本研究結(jié)果表明，香豆素水溶液能夠顯著抑制蘇丹草初期種子的萌發(fā)，對根有明顯的抑制作用，且隨濃度的增加抑制作用增強(qiáng)，對莖葉的影響表現(xiàn)為“低促高抑”，總體上對根長的抑制作用要比對莖長的抑制作用強(qiáng)，這與周先容等[25]的結(jié)果一致，可能是由于根的化感性要高于莖。在香豆素溶液處理，根系首先受到不同程度的抑制作用，導(dǎo)致根系變短變粗，甚至發(fā)生形變，阻止對養(yǎng)分和水分的吸收，從而引起植物體內(nèi)一系列生理生化反應(yīng)。

圖4 蘇丹草幼苗根和莖的超微結(jié)構(gòu)

注：CW,細(xì)胞壁;V,液泡;N,細(xì)胞核;M,線粒體;Chl,葉綠體;SG,淀粉粒。

Note: CW, cell wall; V, vacuoles; N, nucleous; M, mitochondrion; Chl, chloroplast; SG, starch grain.

植物在逆境脅迫下體內(nèi)的O2-·、H2O2等活性氧(ROS)含量會增加，進(jìn)而會刺激某些抗逆基因的表達(dá)，建立防御系統(tǒng)，使得植物體內(nèi)一系列抗氧化保護(hù)酶活性升高?？寡趸Ｗo(hù)酶系統(tǒng)主要包含SOD、POD和CAT，其中SOD可以將O2-·歧化為H2O2，PDD和CAT則可以將H2O2分解為無毒的H2O和O2，從而阻止ROS對于膜的傷害[26]。本研究中，在香豆素溶液的處理下，CAT活性均高于對照組，且隨著處理時間的延長逐漸增強(qiáng)，表明在香豆素處理下的蘇丹草已啟動抗氧化系統(tǒng)。香豆素處理的4和6 d后，處理組的POD活性均低于對照組，在8 d后處理組的活性超過了對照組，這可能是處理4和6 d后的脅迫不強(qiáng)，ROS產(chǎn)生的量還不太大，未能誘導(dǎo)POD的大量產(chǎn)生，而在8 d后脅迫加劇，ROS增多，誘導(dǎo)了POD的活性增強(qiáng)。在香豆素處理的4、6和8 d后，SOD活性均受到抑制，清除自由基能力減弱，這可能是蘇丹草中的SOD對香豆素較敏感，也可能是SOD極易受到ROS的破壞導(dǎo)致。

吲哚乙酸(IAA)是植物生長過程中一種重要的內(nèi)源激素，參與調(diào)節(jié)多種生理生化反應(yīng)，如細(xì)胞的分裂分化和擴(kuò)大、根莖的生長發(fā)育、器官的衰老等。研究IAA的代謝主要是通過研究其代謝相關(guān)酶實(shí)現(xiàn)的。吲哚乙酸酶(IAAO)和過氧化物酶(POD)均是IAA分解代謝的相關(guān)酶。其中IAAO是降解IAA的關(guān)鍵性酶，調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的IAA水平，其活性與IAA負(fù)相關(guān)。當(dāng)植物受到外界脅迫時，IAAO會在IAA代謝過程中表現(xiàn)出相應(yīng)的作用和變化。胡擁軍等[27]研究發(fā)現(xiàn),用100 mg·kg-1砷處理大葉井口邊草(Pteriscretica)和劍葉鳳尾蕨(Pterisensiformis)兩種植物葉片，大葉井口邊草在處理13 d時，IAAO活性顯著降低，在處理3周左右又恢復(fù)到原來的活性，在之后總體呈先下降的趨勢；劍葉鳳尾蕨在培養(yǎng)37 d時表現(xiàn)出短暫的顯著降低，之后IAAO活性總體上保持在較高水平。本研究與之類似，隨著播種時間的延長對照組IAAO呈下降趨勢，表明隨著時間的延長體內(nèi)IAA不斷堆積，從而促進(jìn)了植物的生長；處理組中IAAO隨時間變長表現(xiàn)出動態(tài)變化， 6 d時IAAO顯著降低，在8 d后活性有所上升，表明前6 d香豆素水溶液可能對IAAO影響小，到8 d時香豆素水溶液才開始對IAAO產(chǎn)生較強(qiáng)的作用。

在逆境脅迫下，植物細(xì)胞會通過積累大量的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來維持一定的滲透壓，維持水分平衡，從而保持植物的光合作用、氣孔的開合以及植物生長等生理過程的正常進(jìn)行?？扇苄蕴窃谟袡C(jī)質(zhì)代謝中具有重要的作用，可以提高植物對逆境的抵抗能力，張麗和白小娟[28]研究證明了在逆境脅迫下，植物體內(nèi)的可溶性糖含量升高。本研究中，處理組的可溶性糖在4、6和8 d時均高于對照組，推測蘇丹草通過增加其含量提高自身的抵抗能力,也可能是香豆素使得細(xì)胞內(nèi)大分子糖類等降解為小分子可溶性糖。淀粉是貯藏在植物體內(nèi)的高分子碳水化合物，在種子發(fā)芽時，種子胚乳中的淀粉水解成可溶性糖類，進(jìn)而經(jīng)合成作用再構(gòu)建植物體[29-30]。本研究中，香豆素溶液處理4和6 d時，處理組中的淀粉含量均低于對照組，在8 d時，處理組高于對照組。推測在4和6 d時，香豆素對蘇丹草造成脅迫，但脅迫力度不是很強(qiáng)，可以通過分解淀粉來增強(qiáng)自身對脅迫的抵抗能力，在8 d時，香豆素對蘇丹草的脅迫增強(qiáng)導(dǎo)致分解淀粉能力下降，因此淀粉含量上升。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，涉及一系列復(fù)雜的生理過程。植物可以通過捕獲光能來進(jìn)行體內(nèi)有機(jī)物的合成，單位面積上葉綠素的含量可以反映植物光合能力強(qiáng)弱，因此，可以通過測定植物中葉綠素的含量來判斷植物的生長狀況[31]。很多研究表明逆境脅迫會打破植物正常的新陳代謝，導(dǎo)致葉綠素含量下降[32-33]，本研究得出了類似的結(jié)果，在4、6和8 d時處理組的葉綠素含量均低于對照組。此外，4-6 d的葉綠素增加量明顯低于6-8 d的葉綠素增加量，由此可見，隨著播種天數(shù)的增加香豆素對于蘇丹草葉綠素的脅迫增強(qiáng)。

3.2香豆素處理對蘇丹草幼苗細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響

植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)是總是與環(huán)境相適應(yīng)的。當(dāng)植物受到環(huán)境脅迫后，其細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化是植物一系列生理生化活動異常的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)，因此研究蘇丹草受香豆素處理后細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化，對揭示香豆素對蘇丹草化感作用機(jī)理有著重要意義。張黛靜等[34]研究表明，小麥(Triticumaestivum)幼根根尖在銅處理下細(xì)胞壁和細(xì)胞膜均受到破壞，出現(xiàn)空泡現(xiàn)象，部分細(xì)胞核、核仁及細(xì)胞器消失；相關(guān)研究報道在高鹽脅迫下的馬鈴薯(Solariumtuberosum)葉綠體內(nèi)淀粉粒數(shù)目會明顯增多，體積變大[35]。本研究結(jié)果與該研究結(jié)果一致，證明了香豆素可以通過破壞蘇丹草的細(xì)胞結(jié)構(gòu)來達(dá)到抑制其生長的目的。Mahmood等[36]用香豆素處理水稻根系也證明了這一結(jié)果，香豆素破壞了其細(xì)胞膜和細(xì)胞結(jié)構(gòu)導(dǎo)致電解質(zhì)泄露。此外，本研究表明，隨著播種天數(shù)的增加，香豆素對蘇丹草根系的破壞程度也增強(qiáng)，并且香豆素對蘇丹草根系的破壞力要強(qiáng)于莖，這可能是由于根的化感性要高于莖。

4 結(jié)論

香豆素對蘇丹草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響存在濃度效應(yīng)。通過對香豆素脅迫下蘇丹草生理生化指標(biāo)和超微結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，100 μg·mL-1的香豆素水溶液不僅可以降低蘇丹草種子胚乳中的淀粉轉(zhuǎn)化利用效率，也會對細(xì)胞壁、細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)部超微結(jié)構(gòu)造成破壞，從而導(dǎo)致種子萌動受阻。此外，香豆素對蘇丹草根的抑制作用要強(qiáng)于莖，因此，建議在實(shí)際應(yīng)用中香豆素溶液應(yīng)接近地面根部噴灑效果更佳。

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(責(zé)任編輯 張瑾)

EffectofcoumarinonSorghumsudanenseseedgerminationandseedlinggrowth

Wang Jing-yi, Yao Dan-dan, Xu Jun, Wu Cai-xia, Zhao Guo-qi, Hua Chen-lan

(College of Animal Science and Technology, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu, China)

Coumarin is the main allelochemical ofMelilotusofficinalis, and can inhibit seed germination and seedling growth in a variety of weeds. In this study, we aimed to explore the allelopathy mechanism of coumarin and its inhibition of grass. Petri dish experiments were conducted onSorghumsudanenseto study the effect of coumarin on the main growth and physiological and biochemical indices, and to observe ultrastructural changes in the roots and stems by transmission electron microscopy. The following results were obtained. Coumarin concentrations in the range of 20 to 100 μg·mL-1significantly (Plt;0.05) inhibited the early germination ofS.sudanenseand the degree of inhibition increased with an increase in coumarin concentration. Coumarin solution significantly (Plt;0.05) inhibited root length, and with an increase in treatment time and coumarin concentration, the roots became more coarse and distorted. There were concentration and time effects on stem growth. At 4 d, a coumarin concentration of 20～100 μg·mL-1promoted stem length, whereas at 6 and 8 d, a low coumarin concentration promoted stem length and a high concentration inhibited stem length. A 100 μg·mL-1coumarin solution significantly (Plt;0.05) inhibited the growth ofS.sudanense, and the germination rate, root length, and stem length were all significantly (Plt;0.05) lower than in the control group; Coumarin solution significantly (Plt;0.05) increased the activity of catalase and reduced the activity of superoxide dismutase, whereas the activity of the peroxidase initially decreased and then significantly (Plt;0.05) increased. Coumarin solution significantly (Plt;0.05) enhanced the content of soluble sugars and reduced the content of chlorophyll. Furthermore, treatment with coumarin initially decreased and then increased the content of starch, and the activity of indole acetic acid oxidase in coumarin-treated plants was lower than that in the control group. Treatment with coumarin solution destroyed the ultrastructure of Sudan grass root cells, with vacuole volume becoming larger, the number and types of organelles decreasing, the nuclear membrane being distorted, and the nuclei becoming smaller or even disappearing. Coumarin treatment also significantly (Plt;0.05) increased the number of starch granules in the chloroplast ofS.sudanenseand their volume became larger. The above results indicate that 100 μg·mL-1coumarin solution can regulate the growth ofS.sudanenseby changing antioxidant enzyme systems, increasing osmotic adjustment substances, decreasing chlorophyll content, affecting enzyme activity, and destroying cell ultrastructure.

coumarin;Sorghumsudanense; allelopathy; seedling; biochemical indicator; antioxidase; transmission electron microscopy

Wu Cai-xia E-mail：cxwu@yzu.edu.cn

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S544+.103.5Q945.34

A

1001-0629(2017)11-2279-10

2017-01-07接受日期2017-06-02

國家自然科學(xué)基金(31101764)

王婧怡(1992-)，女，江蘇丹陽人，在讀碩士生，主要從事植物化感研究。E-mail：1009317930@qq.com

鄔彩霞(1978-)，女，內(nèi)蒙古臨河人，副教授，博士，主要從事牧草栽培與利用研究。E-mail：cxwu@yzu.edu.cn