程月琴，王紅衛(wèi)，段景勉，馮 菲，張 冰，何敏杰

(1.河南農業(yè)大學化學生態(tài)研究所，河南鄭州450002;2.河南農業(yè)大學生命科學院，河南鄭州450002)

曼陀羅(Datura stramonium L.)屬于茄科曼陀羅屬，原產墨西哥，現(xiàn)已入侵到中國多個省市［1，2］，主要為害棉花、豆類、薯類、蔬菜等.經綜合評價，徐海根等［3］把曼陀羅列入中國100種主要外來入侵物種名錄.化感作用既是許多外來植物成功入侵的重要機制，也是這些入侵植物危害作物和生態(tài)環(huán)境的生理基礎.曼陀羅根、莖和葉的水浸提液對蔬菜和作物的種子萌發(fā)、幼苗生長有顯著的化感抑制作用［4］，尤以曼陀羅葉水浸提液的影響最為強烈［5］，但其作用機理尚不清楚.本研究擬從曼陀羅葉浸提液對油菜、辣椒和莧菜幼苗超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量和根系活力的影響探討其化感作用的機理.研究結果可對種植作物的選擇、栽培管理和入侵雜草的綜合治理提供一定的參考.

1 材料與方法

1.1 試驗材料

曼陀羅(Datura stramonium L.)新鮮植株，油菜(Brassica campestris L.)、辣椒(Capsicum annuum L.)、莧菜(Amaranthus tricolor L.)種子.曼陀羅植株采于河南省鄭州市北郊和森林公園，辣椒、莧菜和油菜種子購自河南省農業(yè)科學院.

1.2 試驗方法

1.2.1 曼陀羅葉水浸提液的制取與配制 選取盛花期生長良好的曼陀羅植株葉片，把葉片分割成2 cm2的小塊，稱重后按0.4 g∶1 mL的比例加入蒸餾水，在26～28℃下浸泡24 h.4層紗布過濾后即獲得0.4 g·mL-1曼陀羅葉水浸提母液，將此母液置于4℃的冰箱內冷藏，試驗時取母液稀釋成適宜質量濃度.

1.2.2 材料的處理和培養(yǎng) 選取飽滿、大小一致的辣椒、莧菜和油菜種子各300粒，經0.02 mol·L-1KMnO4消毒漂洗后均勻散播于鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，加入適量無菌水，置于28℃溫箱中催芽萌發(fā).

種子萌發(fā)后，采用培養(yǎng)皿濾紙法進行幼苗培養(yǎng).每培養(yǎng)皿放入20粒萌發(fā)一致的種子，于25℃下光照培養(yǎng).當幼苗生長到一定大小時，分別用適宜質量濃度浸提液處理.

1.2.3 曼陀羅葉水浸提液對作物幼苗MDA含量和SOD，POD活性的影響 為了探討曼陀羅葉浸提液對作物膜脂及抗氧化保護酶系的影響，首先要確定合適的處理濃度及處理時間.曼陀羅浸提液對油菜幼苗生長的影響研究顯示，0.2和 0.4 g·mL-1曼陀羅葉水浸提液對油菜幼苗莖的生長具有極強的抑制作用［4］，若要在浸提液處理后有足夠量的幼苗用于酶活性測定，須將曼陀羅葉浸提液濃度進一步稀釋.經多次預備實驗最終確定浸提液處 理 質 量 濃 度 分 別 為 0.01，0.03，0.05 和0.1 g·mL-1.

為找到檢測酶活性和丙二醛濃度的適宜時間，在用0.05 g·mL-1曼陀羅浸提液處理幼苗后每天測定SOD，POD活性和MDA含量，根據(jù)檢測結果確定浸提液處理植物幼苗的時間.SOD和POD活性，以及MDA濃度的測定方法均參照王學奎［6］的方法并加以改進.

1.2.4 曼陀羅葉水浸提液對作物幼苗根系活力的影響 經預備實驗確定曼陀羅葉浸提液處理時間為 7 d，質量濃度為 0.05，0.08，0.2 g·mL-1，以蒸餾水作對照，重復3次.根系活力測定參照王學奎［6］的方法.

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel制備圖表，應用SPSS V13.0進行方差分析和顯著性檢驗.

2 結果與分析

2.1 曼陀羅葉浸提液不同處理時間對油菜幼苗MDA濃度與SOD，POD活性的影響

0.05 g·mL-1曼陀羅葉浸提液對油菜SOD和POD活性的影響在第2天最為顯著(圖1-A，圖1-B)，而對MDA濃度的影響在第4天最顯著(圖1-C).因此在浸提液處理2 d時檢測幼苗體內酶活性比較合適，而MDA濃度的檢測則在4 d時比較適宜.莧菜和辣椒酶活性、MDA含量的檢測時間參照油菜.

圖1 曼陀羅葉浸提液處理后油菜幼苗SOD(A)，POD(B)和MDA(C)含量變化Fig.1 Change of the content of superoxide dismutase(A)，peroxidase(B)and malondialdehyde(C)after treatment with the aqueous extract from Datura stramonium leaf

2.2 曼陀羅葉浸提液對作物幼苗SOD，POD活性和MDA含量的影響

低質量濃度曼陀羅浸提液對作物幼苗SOD活性有一定的促進作用，高質量濃度則抑制SOD活性(圖2).在0.01 和 0.03 g·mL-1曼陀羅浸提液處理時，油菜、辣椒和莧菜幼苗的SOD活性都高于對照，其中只有莧菜的活性提高達顯著水平(P＜0.05)，分別為對照的 129.6% 和 146.7%.當質量濃度達到0.10 g·mL-1時，曼陀羅浸提液使3種受試植物幼苗SOD活性都顯著低于對照(P＜0.05)，分別為對照的82%，84%和64%.

圖2 曼陀羅浸提液對作物SOD活性的影響Fig.2 Effects of aqueous extracts from Datura stramonium on the activity of superoxide dismutase in three plant species

圖3 曼陀羅浸提液對作物POD活性的影響Fig.3 Effects of aqueous extracts from Datura stramonium on the activity of peroxidase in three plant species

曼陀羅浸提液對作物POD活性的影響有的為促進，有的為抑制(圖3).曼陀羅浸提液抑制了油菜幼苗POD活性，且隨著處理液質量濃度的升高，抑制作用增強，與對照相比，抑制作用均達顯著水平(P＜0.05).與之相反，曼陀羅浸提液則促進了辣椒幼苗POD活性，且隨著質量濃度的升高，促進作用增強，當質量濃度達到0.1 g·mL-1時，辣椒植株POD活性為對照的127.2%(P＜0.05).和上述2種情況不同，低質量濃度(0.01 ～0.05 g·mL-1)曼陀羅浸提液促進了莧菜幼苗POD活性，分別為對照的 207.1%，235.7% 和 214.3%，影響達到顯著水平(P＜0.05)，但當曼陀羅浸提液質量濃度升高到0.1 g·mL-1時，這種促進作用消失，莧菜幼苗POD活性回復到對照水平.

曼陀羅浸提液處理提高了3種作物幼苗MDA的含量(圖4).與對照相比，低質量濃度(0.01～0.05 g·mL-1)曼陀羅浸提液處理下，油菜和莧菜植株內MDA含量雖有所增加，但都不顯著，只有辣椒幼苗MDA含量在0.03和0.05 g·mL-1浸提液處理時顯著高于對照(P＜0.05)，分別為對照的246.9%和 477.2%.而高質量濃度(0.1 g·mL-1)曼陀羅浸提液處理使得油菜、辣椒和莧菜幼苗MDA含量顯著升高，分別為對照的 121.2%，487.8%和 130.2%(P ＜0.05).

圖4 曼陀羅浸提液對作物幼苗MDA含量的影響Fig.4 Effects of aqueous extracts from Datura stramonium on the content of malondialdehyde in three plant species

2.3 曼陀羅浸提液對作物幼苗根系活力的影響

曼陀羅浸提液對作物幼苗根系活力的影響因物種的不同而有很大的差異.無論是低濃度還是高濃度，曼陀羅浸提液都極顯著地降低了油菜幼苗根系的活力(P ＜ 0.01)，0.05，0.08，0.2 g·mL-1質量濃度的曼陀羅浸提液處理下，油菜根系活力分別只有對照的 20.4%，6.2%和 8.2%(圖 5).與上述情況不同，低質量濃度(0.05 g·mL-1)的曼陀羅葉浸提液處理則顯著地提高了莧菜和辣椒根系的活力，其活力分別為對照的267.2%和144.0%.隨著處理質量濃度的升高，根系活力降低，在較高質量濃度(0.2 g·mL-1)曼陀羅浸提液處理下，莧菜根系活力只有對照的54.3%(P＜0.05)，而辣椒幼苗的根系活力仍高于對照，為其117.9%.上述結果表明，油菜幼苗根系對曼陀羅葉浸提液最敏感，其活力受到浸提液的顯著抑制，其次是莧菜，受影響較小的為辣椒.

圖5 曼陀羅葉水浸提液對油菜、莧菜和辣椒幼苗根系活力的影響Fig.5 Effects of aqueous extracts from Datura stramonium on root activity of Brassica campestris，Amaranthus tricolor and Capsicum annuum

3 討論

3.1 化感作用下的膜脂過氧化和保護酶活性的變化

植物在逆境條件下的膜脂過氧化反應和保護酶系統(tǒng)包括超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶(CAT)和抗壞血酸氧化酶(APX)等的活性變化已廣泛用于植物對逆境反應機理的研究.1975年FRIDOVICH［7］提出生物自由基傷害學說，認為植物體內自由基大量產生會引發(fā)膜脂過氧化作用，造成細胞膜系統(tǒng)破壞，嚴重時導致植物細胞死亡.植物細胞中存在著能清除活性氧自由基的保護酶系，如SOD，POD，CAT等，它們的協(xié)調作用能有效地清除OH-，H2O2等自由基，防御著膜脂過氧化，從而使細胞膜免受其傷害.

在化感物質的作用下，不同受體植物的SOD和POD活性表現(xiàn)出了不同的變化趨勢.羥基苯甲酸、香草酸和香豆酸能促進花生幼苗SOD和POD的活性，并且隨化感物質濃度的升高強度增加［8］，而黃頂菊莖葉浸提液卻抑制了白菜和水稻幼苗SOD和POD的活性，且隨處理液濃度的升高抑制作用增強［9］.更多的研究則表明，低濃度化感物質可提高SOD活性，高濃度則抑制SOD活性，如使用低濃度黃瓜地上部分水浸提液處理時，番茄幼苗葉片SOD活性升高，而當處理液濃度提高時，SOD活性受到抑制［10］.在低濃度反枝莧水浸提液處理下，黃瓜根尖中SOD活性升高，但隨著處理液濃度升高，根尖SOD活性持續(xù)下降［11］.本研究也得出類似的結論，0.01 g·mL-1曼陀羅水浸提液使油菜、辣椒和莧菜幼苗體內SOD活性表現(xiàn)出增高，尤其是莧菜，其SOD活性是對照的1.3倍.當質量濃度增加到0.1 g·mL-1時，表現(xiàn)出對油菜、辣椒和莧菜幼苗SOD活性的顯著抑制作用.至于曼陀羅浸提液化感作用下作物幼苗體內POD活性變化，存在3種情況:抑制、促進和低促高平.油菜幼苗POD活性受到曼陀羅浸提液的顯著抑制，而辣椒則表現(xiàn)為顯著促進，莧菜幼苗POD則表現(xiàn)為低促高平，即低質量濃度下幼苗POD升高，高質量濃度下則回復到對照水平.本研究結果表明，不同植物體內SOD和POD活性對同一植物浸提液的敏感程度不同，變化的趨勢也可能截然相反，所以在探討化感機理時應考慮到物種的差異.

丙二醛含量高低也可作為植物在逆境脅迫下活性氧傷害程度大小的指標，同時，MDA本身也是一種有害物質，它能強烈地與細胞內各種成分發(fā)生反應，引起酶和膜的嚴重損傷，膜電阻及膜的流動性降低，最終導致膜結構及生理完整性的破壞［12］.大多數(shù)的研究表明，化感作用下，受體植物體內的MDA含量都有所增加，區(qū)別在于增加的幅度大小不同［8，10，13，14］.草木犀、披堿草和羊草幼苗在低濃度冷蒿水浸提液處理下，MDA含量雖有增加，但都不顯著.當冷蒿莖葉水浸提液濃度增加到一定程度時，3種牧草幼苗膜脂過氧化顯著增加［13］.黃頂菊莖葉浸提液作用下的白菜和反枝莧水浸提液處理下的黃瓜幼苗表現(xiàn)出了相同的情況［9，11］.低質量濃度曼陀羅浸提液處理下，油菜和莧菜植株內MDA含量雖有所增加，但都不顯著.而當質量濃度達到0.1 g·mL-1時，油菜、辣椒和莧菜 MDA含量都比對照顯著提高.因此，在生產實踐中為了減小化感危害，應考慮提高作物膜脂抗氧化的能力，如選擇抗性品種等.

3.2 化感作用下的根系活力變化

絕大多數(shù)的化感研究表明植物根系活力易受化感物質的抑制作用.例如，在低濃度下，銀膠菊葉片水浸提液乙酸乙酯相對苘麻和稗根系活力有一定程度的抑制作用［15］.一系列濃度的黃頂菊莖葉水浸提液處理白菜植株，其根系活力極顯著低于對照［9］.低質量濃度冷蒿莖葉水浸提液對草木犀、披堿草、冰草和羊草根系活力沒有明顯影響，當濃度增加到較高水平時，對4種牧草根系活力抑制作用呈極顯著水平［13］.本研究也顯示，0.05，0.08，0.2 g·mL-1質量濃度的曼陀羅浸提液同樣極顯著地抑制了油菜根系活力，其根系活力分別僅有對照的20.4%，6.2%和8.2%(圖5).和上述結果不同，也有個別物種根系活力不受試驗濃度化感物質的影響，如在黃頂菊浸提液3種濃度處理下水稻根系活力與對照基本相同［9］.本研究則出現(xiàn)了另一種結果，低質量濃度曼陀羅葉片浸提液(0.05 g·mL-1)顯著促進了莧菜和辣椒植株根系活力，隨著處理濃度的提高，根系活力下降，質量濃度達到0.2 g·mL-1時莧菜根系活力反而受到了顯著抑制(圖5).這可能是因為低質量濃度曼陀羅浸提液弱脅迫刺激了莧菜幼苗的抗性，根系活力提高，當質量濃度達到一定程度時，脅迫加強，對植株根系造成了傷害，反而使其活力下降.

曼陀羅浸提液處理下，3種栽培植物根系活力與幼苗根長變化相一致.0.2 g·mL-1曼陀羅葉浸提液處理下，油菜根系活力受抑制最嚴重，其活力僅有對照的8.2%，與之相對應，幼苗根長同樣受抑制最顯著，根長只有對照的24%［5］.相同質量濃度浸提液處理，莧菜根系活力也受到了抑制，但程度弱于油菜，其根系活力為對照的54.3%，莧菜幼苗根長的受抑程度也弱于油菜，根長為對照的29%［5］.辣椒幼苗根系活力在實驗濃度處理下比對照反而稍微的升高，其幼苗根長的減少也最小，為對照的77%.

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