外源自毒物质对桃实生苗生长的影响

摘要：以当年桃实生苗为试材，以10%乙醇为对照，研究外源添加不同浓度的苦杏仁苷、香草醛和苯甲酸对桃苗生长的影响。结果表明：处理液浓度为0.5 mmol・L-1时，与对照相比，苦杏仁苷处理显著提高了根系POD活性，而抑制了CAT活性和根系活力，香草醛和苯甲酸处理均无显著差异；处理液浓度为1.0 mmol・L-1时，与对照相比，苦杏仁苷处理显著降低了根系SOD和CAT活性，香草醛和苯甲酸处理显著降低了根系保护酶活性、根系活力、叶片SPAD值、净光合速率和植株生物量，香草醛处理还显著降低了叶片全钾含量；处理液浓度为3.0 mmol・L-1时，与对照相比，苦杏仁苷、香草醛、苯甲酸和混合液处理都显著降低了根系保护酶活性、根系活力、叶片SPAD值、净光合速率、叶片养分含量和植株生物量。可见，当香草醛和苯甲酸浓度达到1.0 mmol・L-1、苦杏仁苷浓度达到3.0 mmol・L-1对实生桃苗生长产生抑制，且随处理浓度增大，抑制作用增强。

关键词：外源自毒物质；根系保护酶；根系活力；净光合速率；植株生物量

中图分类号：S662.101 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2015）08-0078-05

Abstract Taking the current-year peach seedlings as materials， the effects of adding different concentrations of exogenous laetrile， vanillin and benzoic acid on the growth of peach seedlings were studied. The results showed that， compared with the control， the POD activity in roots was significantly increased after 0.5 mmol・L-1 laetrile treatment， while the CAT activity and root vigor was significantly inhibited；there were no significant differences between the vanillin and benzoic acid treatment in POD and CAT activities. When the treatment concentration was 1.0 mmol・L-1， the activity of SOD and CAT was significantly inhibited by the exogenous laetrile，and the exogenous vanillin and benzoic acid significantly reduced the activity of protective enzymes in roots， root vigor， SPAD value and net photosynthetic rate of leaves and plant biomass；the total potassium content in the leaves was also significantly reduced by the vanillin treatment. When the treatment concentration was 3.0 mmol・L-1， the activity of protective enzymes in roots， root vigor， SPAD value， net photosynthetic rate， total nitrogen，phosphorus and potassium contents and plant biomass were decreased significantly by the exogenous laetrile， vanillin， benzoic acid and their mixture. These results indicated that the growth of peach seedlings could be inhibited by 1 mmol・L-1 vanillin， 1 mmol・L-1 benzoic acid and 3 mmol・L-1 laetrile， and the inhibition was strengthened with the increasing of treatment concentration.

Key words Exogenous autotoxin； Protective enzymes in roots； Root vigor； Net photosynthetic rate； Plant biomass

近年来我国水果产业迅速发展，桃成为继苹果、梨、葡萄之后的第四大水果，在各地广泛栽培。但桃树再植障碍严重，再植后长势弱，极易引起桃园减产[1]。有研究证明，桃再植障碍与酚酸类、苦杏仁苷、双黄烷醇和铝都有重要关系[2，3]。土壤酚酸作用于根系，影响根系吸收作用，进而抑制植株生长[4]。这一观点在其他作物上也得到证实，如大豆连作时，土壤酚酸含量升高，根系吸收能力减弱，进而抑制光合作用，造成产量、品质降低[5，6]；1 mmol・L-1和10 mmol・L-1的香草醛和对羟基苯甲酸显著抑制杉木幼苗叶绿素含量、光合作用和根系活力[7]。外源酚酸物质对黄瓜株高、茎粗、叶面积和全株鲜重有显著抑制作用，并随浓度增加抑制作用增强[8]。赵宇瑛等[9]研究表明桃树根系、枝条、叶片、果肉及桃仁都有不同含量的苦杏仁苷。土壤中桃残根释放出大量苦杏仁苷，水解生成的氢氰酸和苯甲醛对根系造成伤害[10]。这与酚酸类作用原理相同，都会对桃树生长产生不利影响。 目前，尚缺乏苦杏仁苷和酚酸类对桃树再植障碍影响的研究。本试验以当年生沙培桃实生苗为试材，研究外源添加不同浓度的苦杏仁苷、香草醛和苯甲酸对实生桃苗生长的影响，以期为桃树再植障碍研究提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2014年4月中旬～6月底在山东农业大学园艺试验站进行。以当年生实生桃苗为试材，沙培，花盆为圆柱形，直径10 cm，高8 cm。试验处理设为：A1：1%乙醇溶解的0.5 mmol・L-1苦杏仁苷；A2：1%乙醇溶解的1.0 mmol・L-1苦杏仁苷；A3：1%乙醇溶解的3.0 mmol・L-1苦杏仁苷；V1：1%乙醇溶解的0.5 mmol・L-1香草醛；V2：1%乙醇溶解的1.0 mmol・L-1香草醛；V3：1%乙醇溶解的3.0 mmol・L-1香草醛；B1：1%乙醇溶解的0.5 mmol・L-1苯甲酸；B2：1%乙醇溶解的1.0 mmol・L-1苯甲酸；B3：1%乙醇溶解的3.0 mmol・L-1苯甲酸；M：每升1%乙醇溶解苦杏仁苷、香草醛和苯甲酸各1 mmol；以1%乙醇为对照（CK）。各处理选9株长势基本一致的实生苗，单株小区，完全随机排列（预试中，设计了浓度为20 mmol・L-1的苦杏仁苷、香草醛和苯甲酸，但处理完一周内，实生桃苗均死亡）。自4月25日起每周处理一次，每次100 mL，共5次，6月27日一次性取样。

1.2 测定方法

1.2.1 根系保护酶活性 超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定按照陈贻竹等[11]的方法，以每分钟抑制氮蓝四唑（NBT）光还原50%为1个酶活力单位（U），酶活性以U・g-1FW・min-1表示；过氧化物酶（POD）活性的测定按Omran[12]的方法，酶活性以每分钟减少0.01个A值所需的酶量为1个活性单位（U），以U・g-1FW・min-1表示；过氧化氢酶（CAT）活性的测定采用Kar等[13]的方法，酶活性以每分钟减少0.01个A值所需酶量为1个活性单位（U），以U・g-1FW・min-1表示。

1.2.2 根系活力测定 根系活力用氯化三苯基四氮唑（TTC）还原法测定，以单位质量根系鲜样还原的TTC 量表示[14]。

1.2.3 植株生长指标和叶片净光合速率测定 各处理每株标记5片枝条中位叶，测定叶绿素含量及叶片净光合速率，重复5次。叶绿素含量用叶绿素仪SPAD502测定，叶绿素仪读数与叶绿素含量呈正比；光合速率用英国PPSystem公司生产的CIRAS-3型光合仪测定；地上、地下鲜重用千分之一电子天平称量。

1.2.4 植株叶片养分含量测定 叶片全氮测定采用奈氏比色法；叶片全磷测定采用钒钼黄比色法；叶片全钾测定采用火焰光度计法[15]。

1.3 数据统计分析

试验数据采用Microsoft Excel 2003进行计算和作图，通过DPS 7.05软件进行方差分析和Duncan’s多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对根系保护酶活性的影响

由图1A可见，与对照相比，0.5 mmol・L-1的苦杏仁苷、香草醛和苯甲酸处理SOD活性无显著差异；但1.0 mmol・L-1各物质处理分别降低了14.54%、33.27%、33.63%，差异显著；3.0 mmol・L-1的苦杏仁苷、香草醛、苯甲酸和混合液处理SOD活性分别降低了36.08%、35.52%、33.28%、31.70%，差异显著。

由图1B可见，与对照相比，0.5 mmol・L-1苦杏仁苷显著提高了POD活性。除0.5 mmol・L-1香草醛和苯甲酸处理及1.0 mmol・L-1苦杏仁苷处理外，其余处理均显著降低了POD活性。与对照相比，1.0 mmol・L-1香草醛和苯甲酸分别使POD活性降低了23.33%、29.67%；3.0 mmol・L-1苦杏仁苷、香草醛、苯甲酸和混合液处理分别降低了32.85%、31.59%、35.88%、32.85%。

由图1C可见，除0.5 mmol・L-1苯甲酸处理外，其余处理根系CAT活性均显著低于对照。与对照相比，苦杏仁苷0.5、1.0 mmol・L-1和3.0 mmol・L-1处理CAT活性分别降低了34.47%、30.94%、76.38%；香草醛0.5、1.0 mmol・L-1和3.0 mmol・L-1处理分别降低了31.11%、68.36%、76.73%；苯甲酸1.0 mmol・L-1和3.0 mmol・L-1处理分别降低了69.36%、78.99%，混合液处理降低了66.22%。

2.2 不同处理对根系活力的影响

由图2可以看出，与对照相比，0.5 mmol・L-1苦杏仁苷处理显著提高了桃苗根系活力，3.0 mmol・L-1的苦杏仁苷却显著降低了桃苗根系活力；苯甲酸和香草醛在1.0 mmol・L-1时就已抑制了桃苗的根系活力，且浓度越高，抑制作用越强。3.0 mmol・L-1苯甲酸、3.0 mmol・L-1苦杏仁苷和混合液处理对桃苗根系活力抑制最严重。

2.3 不同处理对桃苗净光合速率的影响

由图3可以看出，除0.5 mmol・L-1各自毒物质处理和1.0 mmol・L-1苦杏仁苷处理外，其余处理均显著降低了叶片净光合速率。1.0 mmol・L-1的香草醛和苯甲酸处理分别降低了28.21%、20.32%；3.0 mmol・L-1的苦杏仁苷、香草醛、苯甲酸和混合液处理分别降低了26.06%、39.20%、38.05%、38.77%。

2.4 不同处理对桃苗营养生长和叶片养分的影响

由表1可见，1.0 mmol・L-1苯甲酸处理和3.0 mmol・L-1各自毒物质处理地上、地下鲜重和植株生物量都显著低于CK，1.0 mmol・L-1香草醛处理地下鲜重和植株生物量显著低于CK。与对照相比，1.0 mmol・L-1和3.0 mmol・L-1苯甲酸处理降低了桃苗叶片SPAD值，且两处理间无显著差异，香草醛处理也是如此。3.0 mmol・L-1苦杏仁苷显著降低了桃苗叶片SPAD值，低浓度苦杏仁苷与CK无显著差异。3.0 mmol・L-1混合液处理也显著降低了桃苗叶片SPAD值。 由图4可以看出，与对照相比，1.0 mmol・L-1香草醛处理显著降低了叶片全钾含量；除苯甲酸对磷的影响外，3.0 mmol・L-1苦杏仁苷、香草醛、苯甲酸和混合液处理叶片氮磷钾养分含量均显著降低；其余处理无显著差异。

3 讨论

随着农业产业结构的调整，桃种植面积和产量不断增加。桃园土壤中含有的大量酚酸类物质，桃树根系产生的苦杏仁苷及其经土壤酶分解产生的氢氰酸、苯甲醛和苯甲酸等物质，都对桃树根系产生巨大毒害[16]。苦杏仁苷和酚酸类物质对桃树再植障碍影响的研究至关重要。

不同种类和浓度的外源物质对不同作物的保护酶活性影响不同。有关研究证明，0.8、4.0、20.0 mmol・L-1的6种酚酸类物质（对羟基苯甲酸、间苯三酚、丁香酸、苯甲酸、咖啡酸和阿魏酸）均抑制了平邑甜茶幼苗根系抗氧化酶活性，且抑制作用随浓度升高而增强[17]。酚酸浓度为100 μmol・L-1时抑制滁菊扦插幼苗保护酶活性[18]。在地黄的研究中，经8 μg・mL-1阿魏酸、0.8 μg・mL-1香草酸、1.2 μg・mL-1香草醛和3.0 μg・mL-1对羟基苯甲酸处理，地黄幼苗SOD和POD活性先升高后下降[19]。本试验与以上研究结果基本一致，处理液浓度为0.5 mmol・L-1时，苦杏仁苷处理显著提高了根系POD活性，而抑制了根系CAT活性和根系活力，香草醛和苯甲酸处理与对照无显著差异；处理液浓度为1.0 mmol・L-1时，苦杏仁苷处理显著降低了根系SOD和CAT活性，香草醛和苯甲酸处理显著降低了根系保护酶活性、根系活力；处理液浓度为3.0 mmol・L-1时，苦杏仁苷、香草醛、苯甲酸和混合液处理都显著降低了根系保护酶活性、根系活力。高浓度的苦杏仁苷和酚酸类物质会显著抑制植物根系保护酶活性和根系活力，保护酶活性与活性氧清除的动态平衡被打破，根系吸收能力下降，进而影响植株正常生长。

汪思龙等[20]研究证明，杉木幼苗胚根和胚芽的生长在1×10-4 mol・L-1苯甲酸中受到抑制，这是由于酚酸从地下部分向地上部分转移并积累， 杉木苗生物量下降，叶绿素合成受阻，光合作用减弱[21]。有研究证明，苯甲酸降低番茄种子的发芽率[22]；萌发的西瓜种子经苯甲酸和肉桂酸处理显著抑制了幼根生长[23]；肉桂酸可抑制平邑甜茶幼苗根系基础呼吸速率[24]；外源3-硝基邻苯二甲酸对桑树的生长和光合有低浓度促进、高浓度抑制的双重浓度效应[25]。这说明，外源自毒物质的添加对植物生长的作用首先取决于浓度，低浓度对植物代谢及生长表现为促进或无作用，高浓度则表现为促进、抑制或无作用多种形式。本试验中，处理液浓度为 0.5 mmol・L-1时，桃株生物量和SPAD值与对照无显著差异；处理液浓度为1.0 mmol・L-1时，与对照相比，香草醛和苯甲酸处理显著降低了生物量、SPAD值和净光合速率，1.0 mmol・L-1香草醛处理还显著降低了叶片全钾含量；处理液浓度为 3.0 mmol・L-1时，与对照相比，各处理均显著降低了地上、地下部鲜重、叶片SPAD值、净光合速率及叶片养分含量。总之，苦杏仁苷在3.0 mmol・L-1时对桃苗生长产生抑制；而香草醛和苯甲酸在1.0 mmol・L-1时即对桃苗生长产生抑制，且浓度越大抑制作用越严重。

本研究结果与前人研究结论基本一致，即高浓度酚酸类物质和苦杏仁苷从植株地下部分向地上部分转移，抑制根系保护酶活性，降低根系吸收能力，抑制桃实生苗光合作用，进而影响桃苗养分积累及生长发育。但有关酚酸类物质与苦杏仁苷在桃连作障碍中何者起更关键的作用，仍有待进一步研究。

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