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三裂叶蟛蜞菊对花生化感作用的生理生化机理

花匠小妙招
2025-01-14 08:40

　　[三裂叶蟛蜞菊对花生化感作用的生理生化机理]

花生学报2002,31(3):1~5

JournalofPeanutScienceVol.31,No.3,2002文章编号:1002-4093(2002)03-0001-05

聂呈荣1,2,曾任森2,黎华寿2,任永浩2,黄京华2,程莉琼1

(1.佛山科学技术学院农学系,广东佛山528231;2.华南农业大学热带亚热带生态研究所)摘要:三裂叶蟛蜞菊(WedeliatrilobataL.)是华南地区的重要杂草和园林绿化植物，

三裂叶蟛蜞菊对花生化感作用的生理生化机理

[智库|专题]。本文研究了三裂叶蟛蜞菊水提液对花生种子萌发和幼苗生长过程中一些生理过程的影响。结果表明,三裂叶蟛蜞菊各器官水提液浸种显著降低了萌发花生种子过氧化物酶活性和脂肪酶活性,提高了质膜透性,进而使萌发花生种子的活力和呼吸速率显著降低。其中三裂叶蟛蜞菊根、茎、叶和全植株水提液使萌发花生种子过氧化物酶活性分别降低了32.80%、39.48%、32.37%和34.40%,使脂肪酶活性分别降低了21.19%、26.69%、24.15%和22.88%。在花生植株幼苗生长过程中,喷淋三裂叶蟛蜞菊各器官水提液极显著地降低了花生根系干物重、单株根瘤数、叶片叶绿素含量、净光合速率和单株干物重;其中三裂叶蟛蜞菊叶水提液分别使花生叶片叶绿素含量、净光合速率和单株干物重降低31.95%、32.65%和37.93%。喷淋三裂叶蟛蜞菊各器官水提液还极显著地抑制了花生氮素代谢中两种关键酶硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的活性,使叶片全氮含量有所下降。三裂叶蟛蜞菊各部分水提液对萌发花生种子化感作用的大小顺序是:茎>叶>全株>根系;而对花生幼苗,化感作用的大小顺序则是:叶>茎>全株>根系。关键词:花生;化感作用;三裂叶蟛蜞菊;生理生化机理中图分类号:S565.2

Q945文献标识码:A

PhysiologicalandBiochemicalMechanismofAllelopathyof

WedeliatrilobataL.onPeanut(ArachishypogaeaL.)

NIECheng-rong1,2,ZENGRen-sen2,LIHua-shou2,RENYong-hao2,

HUANGJing-hua2,CHENGLi-qiong1

(1.Dept.ofAgronomy,FoshanUniversity,Foshan528231,China;

2.InstituteofTropicalandSubtropicalEcology,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China)

Abstract:WedeliatrilobataL.isanimportantweedandgardenherbinSouthChina.TheallelopathiceffectsofaqueousextractsofW.trilobataonthephysiologicalactivitiesofgerminatingseedsandseedlingofpeanutwerestudied.Theresultsshowedthatthewaterextractsofroot,stem,leafandthewholeplantofW.trilobatareducedtheactivitiesofperoxidaseby32.80%,39.48%,32.37%and34.40%,respectively.Theyreducedtheactivitiesoflipaseby21.19%,26.69%,24.15%and22.88%,respectively.Theyalsosignificantlyincreasedthemembranepermeability,inhibitedtherespiratoryrateandtheseedactivity.WateringpeanutseedlingswiththeaqueousextractsofW.trilobataresultedinthereductionindryrootweight,numbersofnodule,theleafchlorophyllcontent,net

收稿日期:2002-03-28

基金项目:国家自然科学基金(39770136)和广东省自然科学基金(990682)共同资助

作者简介:聂呈荣(1966-),男,广西富川人,佛山科学技术学院农学系副教授,在职博士生,主要研究方向为农业生态、分子:E-

2花生学报31卷

photosyntheticrateandthedryweightperplant.Aqueousextractoftheleavesreducedthechlorophyllofpeanutleaves,netphotosynthesisrateanddryweightby31.95%,32.65%and37.93%,respectively.Theyalsosignificantlydecreasedtheactivitiesofnitratereductase(NR)andglutaminesynthetase(GS),thetwokeyenzymesconcerningnitrogenmetabolisminpeanut.Theinhibitoryeffectsofaqueousextractofthethreeorgansandwholeplantongerminatingseedsofpeanutwere:stem>leaf>wholeplant>root,ontheseedlinggrowthofpeanutwere:leaf>stem>wholeplant>root.

Keywords:peanut;allelopathy;WedeliatrilobataL.;physiologicalandbiochemicalmechanism

前文报道[1],三裂叶蟛蜞菊(WedeliatrilobataL.)水提液对花生种子萌发和幼苗生长均有抑制作用,出现种子发芽率低、胚根、胚芽生长受到抑制甚至胚根、胚芽和种胚腐烂以及植株生长速度减慢、植株长相变差、出现黄叶和对病虫的抵抗力降低等现象。骆世明和曾任森等在对三裂叶蟛蜞菊化感作用进行生物测定时也证实了三裂叶蟛蜞菊对花生生长具有抑制作用[2~3]。为了解三裂叶蟛蜞菊对花生化感作用的生理生化机制,本文测定了三裂叶蟛蜞菊各器官及全株水提液对花生种子萌发和幼苗生长过程中有关生长性状和生理活性的影响。

1材料与方法

1.1试验材料

三裂叶蟛蜞菊取自佛山科学技术学院农学基地的试验田间。供试花生品种为湛油30,由广东省湛江市农科所提供。

1.2试验方法

1.2.1三裂叶蟛蜞菊水提液制取方法

割取三裂叶蟛蜞菊新鲜植株,除去枯枝黄叶后,剪成2cm左右的小段,加入2倍体积的水,在常温条件下浸泡36h以上,提取液过滤,加水将抽提物配成0.4g鲜重/mL的浓度,即可得到三裂叶蟛蜞菊植株水提液供生物测定用。把三裂叶蟛蜞菊的根、茎、叶分开,分别按上述方法浸提,可以获取三裂叶蟛蜞菊各不同器官的水提液。

1.2.2三裂叶蟛蜞菊水提液对花生幼苗生长影响的测定

在直径为35cm左右,高约为25cm的瓦花盆中播下成熟健康饱满无病虫害的花生种子,每盆5粒。每处理6次重复。植株长出3片完全叶后,开始连续浇淋三裂叶蟛蜞菊水提液,叶龄为5~6时每处理各取3盆测单株干物重,其余3盆测定主茎倒3叶有关生理活性指标。叶绿素含量测定采用Arnon法[4];净光合速率采用改良半叶法[4],全氮含量采用凯氏定氮法[4],硝酸还原酶(NR)活性测定采用活体法;谷氨酰胺合成酶(GS)活性测定参照王学奎的方法1.2.3三裂叶蟛蜞菊水提液对花生种子萌发过程中生理活性影响的测定

[4]

。

在直径约为15cm的培养皿上铺上一层滤纸作为培养床,加入三裂叶蟛蜞菊各器官水提液(以浸没花生种子为准),每个培养皿中放进200粒饱满成熟健康无病虫害的花生种子,室温(25~30)下发芽,每处理3次重复。种子发芽3d后测定生理活性。种子活力采用TTC法性、呼吸速率、过氧化物酶活性和脂肪酶活性等的测定参照朱广廉的方法[5]。

[4]

;质膜透

2结果与分析

3期聂呈荣等:三裂叶蟛蜞菊对花生化感作用的生理生化机理3

2.1.1对花生萌发种子脂肪酶活性的影响

三裂叶蟛蜞菊各器官水提液显著降低了萌发花生种子的脂肪酶活性(表1),根、茎、叶和全植株水提液对脂肪酶活性的抑制率分别为21.19%、26.69%、24.15%和22.88%;其中以茎水提液抑制效果最大,但各器官之间差异不显著。脂肪在脂肪酶的催化作用下迅速分解成甘油和脂肪酸,并释放出大量化学能;因此脂肪酶活性的高低直接关系到萌发花生种子的代谢强度。三裂叶蟛蜞菊各器官水提液处理试验降低了包括脂肪酶在内的花生种子各种水解酶的活性,抑制了种子内含物的降解,可能它是抑制花生种子萌发的原因之一。

表1三裂叶蟛蜞菊水提液对花生萌发种子生理活性和酶活性的影响

Table1EffectsofaqueousextractsofW.trilobataonphysiologicalactivitiesandenzymeactivities

ofthegerminatingseedsofpeanut

脂肪酶活性Lipaseactivity(Ug-1h-1)

23.6a18.6b18.2b17.3b17.9b

过氧化物酶活性Peroxidaseactivity(OD470g-1min-1)

0.689a0.463b0.452b0.417b0.466b

质膜透性Membranepermeability(%)100a121.4b127.7b136.7b124.8b

呼吸速率Respiratoryrate(mgCO2g-1h-1)

1.68a1.23b1.16b0.95b1.09b

种子活力Seedactivity(gg-1h-1)

68.2a52.6b48.3b46.5b47.2b

供体器官Extractedorgan

对照CK根Root

植株Wholeplant茎Stem叶Leaf

注:各列中标有不同大、小写字母的分别表示在5%和1%水平上差异显著,下同，

资料大全《三裂叶蟛蜞菊对花生化感作用的生理生化机理》(https://www.unjs.com)。

Note:Thecapitalsandlowercaseswithdatasineachcolumnindicatesthesignificantlevelof5%and1%respectively,andsodoesthenexttable.

2.1.2对花生萌发种子过氧化物酶(POD)活性和质膜透性的影响

三裂叶蟛蜞菊各器官水提液显著降低了萌发花生种子过氧化物酶活性,提高了质膜透性(表1)。根、茎、叶和全植株水提液分别使过氧化物酶活性降低了32.80%、39.48%、32.37%和34.40%,分别使质膜透性提高了21.40%、36.70%、24.80%和27.70%。萌发花生种子代谢强度与细胞质膜的完整性密切相关,而过氧化物酶对质膜具有保护作用,可以避免质膜因过氧化作用所受到的伤害。由于三裂叶蟛蜞菊各器官水提液降低了萌发花生种子过氧化物酶活性,不能有效地清除活性氧以阻止膜脂的过氧化,质膜因而易受到伤害,质膜透性增加。这可能也是花生种子萌发受三裂叶蟛蜞菊各器官水提液抑制并有部分烂种的原因。

2.1.3对花生萌发种子活力和呼吸强度的影响

三裂叶蟛蜞菊各器官水提液显著降低了萌发花生种子的活力和呼吸速率(表1)。根、茎、叶和全植株水提液对呼吸速率的抑制率分别是26.79%、43.45%、35.12%和30.95%,对种子活力的抑制率分别是22.87%、31.82%、30.79%和29.18%。这是花生种子萌发受三裂叶蟛蜞菊各器官水提液抑制最直接的因。

2.2对花生植株幼苗生长和生理过程的影响2.2.1对根系生长的影响

三裂叶蟛蜞菊各器官水提液极显著地降低了花生根系干物重和单株根瘤数(表2)。其中以叶水提液的作用最显著,其根系干物重和单株根瘤数分别比对照减少27.84%和69.44%。说明三裂,4

4花生学报31卷

~5叶根瘤菌开始入侵时,由于根系本身的弱小而导致所形成的根瘤数也较少。2.2.2对叶片光合效能的影响

三裂叶蟛蜞菊各器官水提液极显著地降低了花生叶片叶绿素含量、净光合速率和单株干物重(表2),同样以叶水提液的作用最显著。与对照相比,三裂叶蟛蜞菊叶水提液分别使花生叶片叶绿素含量、净光合速率和单株干物重降低31.95%、32.65%和37.93%。从表现性状看,三裂叶蟛蜞菊水提液使花生幼苗叶片黄化、植株矮小[1]。

表2三裂叶蟛蜞菊水提液对花生幼苗生长及生理活性的影响

Table2EffectsofaqueousextractsofW.trilobataonthegrowthandphysiologicalactivitiesofpeanutseedlings

供体器官Extractedorgan

对照CK根Root

植株Wholeplant茎Stem叶Leaf

根系干重Dryrootweight(g)6.68A5.79AB5.25B5.12B4.82B

单株根瘤数Numberofnodulesperplant36A20B18B18B11C

植株干重Dryweightperplant(g)11.65A8.51B8.29B7.66B7.23B

叶绿素Chlorophyllcontent2.66A2.12B2.03B1.85B1.81B

净光合速率

Netphotosynt-hesisrate28.18A22.12B21.68B20.63BC19.26C

硝酸还原酶活性Nitratereductase18.23A14.52B14.33B14.12B13.26B

谷氨酰胺合成酶活性Glutaminesynthetase0.767A0.562B0.541B0.513B0.468B

全氮Totalnitrogen(%)3.86A3.82A3.76A3.25AB2.81B

注:叶片叶绿素含量的单位为mgg-1FW,净光合速率的单位为mgdm-2h-1,NR的单位为molNO2g-1min-1,GS的单位为molNADHmg-1proteinmin-1。

Note:Theunitofchlorophyllcontentismgg-1FW,ofnetphotosynthesisrateismgdm-2h-1,ofNRismolNO2g-1min-1,ofGSismolNADHmg-1proteinmin-1.

2.2.3对氮素代谢的影响

2.2.3.1对叶片硝酸还原酶(NR)活性的影响作为植物体内氮素代谢的一种关键酶,硝酸还原酶是诱导酶,其活性受环境条件影响较大。与对照相比,三裂叶蟛蜞菊根、茎、叶及全株的水提液分别使花生叶片硝酸还原酶活性下降20.35%、22.54%、27.28%和21.39%,均达到极显著水平。结果说明三裂叶蟛蜞菊水提液降低了花生对硝态氮的利用效率。

2.2.3.2对叶片谷氨酰胺合成酶(GS)活性的影响三裂叶蟛蜞菊各器官水提液还极显著降低了花生叶片谷氨酰胺合成酶活性。与对照相比,三裂叶蟛蜞菊根、茎、叶及全株的水提液分别使花生叶片谷氨酰胺合成酶活性降低13.21%、32.23%、48.90%和29.47%。

2.2.3.3对叶片全氮含量的影响花生叶片全氮含量虽然也受三裂叶蟛蜞菊各器官水提液影响,但效果不是太显著。与对照相比,三裂叶蟛蜞菊根、茎、叶及全株的水提液分别使花生叶片全氮含量降低1.04%、15.80%、27.20%和2.59%;只有叶水提液使花生叶片全氮含量极显著降低,其余处理都没能达到差异显著水平。

3讨论

本文主要研究了三裂叶蟛蜞菊对花生的化感作用的生理机制。根据研究结果,其作用机理可能包括几个方面。对于萌发花生种子,三裂叶蟛蜞菊降低了其过氧化物酶等保护酶的活性,不能有效地清除活性氧以阻止膜脂的过氧化,质膜因而易受到伤害,质膜透性增加,使得花生种子在萌发过程中呼吸速率下降,生活力降低,容易出现烂种。即使是那些没有烂掉的种子,由于三裂叶蟛蜞菊降低了包括脂肪酶在内的花生种子各种水解酶的活性、抑制了种子内含物的降解,也会抑制花生

3期聂呈荣等:三裂叶蟛蜞菊对花生化感作用的生理生化机理5

茎的水提液最大,但各器官之间差异不显著。

对于花生幼苗,三裂叶蟛蜞菊抑制了根系的发育,同样难以获得壮苗;而对叶片光合效能的限制,使花生正常的生长发育缺少物质基础。由于花生的氮素营养主要依靠根瘤固氮,三裂叶蟛蜞菊对花生根瘤形成的抑制也会严重影响花生植株的氮素代谢。在植物氮代谢中,NR是花生对硝态氮的利用的限速酶,植株吸收的硝态氮只有在NR催化下才能还原成氨态氮。细胞内氨的同化主要是通过谷氨酰胺合成酶谷氨酸合成酶(GS-GOGAT)途径进行的[6]。GS是处于氮代谢中心的多功能酶,参与多种氮代谢的调节。NR和GS活性的降低可使细胞内多种氮代谢酶和部分糖代谢酶受到严重影响,这最终将会进一步影响到花生产量的形成和种子蛋白质的积累。对于花生幼苗,三裂叶蟛蜞菊不同器官之间的抑制作用以叶水提液抑制效果最大,但各器官之间差异不显著。

目前关于化感作用的研究,多集中在供体植物化感物质的分离、纯化和鉴定,而关于其对受体植物的作用机制普遍缺乏深入的研究;关于化感作用生物测定指标,现多采用种子发芽率、根长(或

[7,8]

胚根长)和苗高(或芽高)等一些相对较简单的指标。这种研究方法的简单化、趋势化和模式化,限制了化感作用研究的发展。化感作用应进一步加强深层次的机理研究,特别是要加强生理生化和分子水平上的研究。参考文献:

[1]聂呈荣,黎华寿,黄京华,等.蟛蜞菊对花生和其它作物的化感作用[J].花生学报,2002,19(1):30-32.[2]骆世明,林象联,曾任森,等.华南农区典型植物的他感作用研究[J].生态科学,1995,(2):114-128.[3]曾任森,林象联,骆世明.蟛蜞菊水抽提物的生化他感作用研究[J].华南农业大学学报,1994,15(4):26-30.

[4]邹琦.植物生理学实验指导[M].北京:中国农业出版社,2000,58-59,72-75,79-81,117-121,125-126,140-141.[5]朱广廉.植物生理学实验[M].北京:北京大学出版社,1990,8-10,17-19,37-40,178-181.

[6]LeaPJ,MiflinBJ.Alternativeroutefornitrogenassimilationinhighplant[J].Nature,1974,251:614-621.[7]孔垂华.植物化感作用研究中应注意的问题[J].应用生态学报,1998,9(3):332-336.

[8]曾任森,林象联,骆世明,等.蟛蜞菊的生化他感作用及生化他感作用物的分离鉴定[J].生态学报,1996,16(1):20-26.

11个花生新品种被列为农业部十五重点推广技术

近期由中国农业出版社出版,中华人民共和国农业部编著的农业部十五重点推广50项技术一书,全国各花生科研机构育成的11个花生新品种被列入。该书是根据农业部十五期间农技推广工作重点筛选编制的,包括农业产业结构调整实用技术、农民增收与农村经济发展技术、西部开发农业实用技术、农业可持续发展技术、主要农作物优良新品种(系)等五个方面内容。这11个花生新品种被编入第四十八项主要农作物优良新品种,它们分别是河南省濮阳农科所选育的豫花9号;山东省花生研究所选育的鲁花14号、花育16号、花育17号;河南省开封市农科所选育的豫花10号;江西省抚州市农科所选育的天府13;福建省泉州市农科所选育的泉花646;福建省农业大学作物学院选育的金花1012;中国农科院油料所选育的中花6号、中花5号;广东省农科院作物所选育的粤油223。

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