龙期良，李勇，高原，丁万隆

(中国医学科学院 北京协和医学院 药用植物研究所，北京 100193)

酚酸类物质对人参种子的化感作用研究△

龙期良，李勇，高原，丁万隆*

(中国医学科学院 北京协和医学院 药用植物研究所，北京100193)

目的：研究7种常见酚酸类化感物质对人参种子萌发的影响。方法：采用浸种培养的方法，用含250、25、2.5、0.25mg·L-1酚酸类物质的水溶液在培养皿中培养人参种子，7d后测量人参种子胚根和胚轴长度，研究酚酸类化合物对人参种子萌发的自毒效应；另外，借助体视显微镜观察酚酸胁迫对萌芽人参种子胚根形态的影响。结果：酚酸类物质对人参种子胚根和胚轴的化感作用强度与化合物种类及酚酸浓度密切相关。低浓度酚酸类物质对人参种子的胚根和胚轴的生长起促进作用，高浓度酚酸类物质对人参种子的胚根和胚轴的生长起抑制作用。此外研究还发现，酚酸类物质对人参根尖的形态和根毛的生长也有不同程度影响。结论：酚酸类物质对人参正常生长及人参根尖显微形态结构均具有化感作用。

酚酸；人参；种子；自毒作用

人参PanaxginsengC.A.Meyer为五加科人参属植物，为我国特有的名贵中药材。人参忌地性极强，栽过一茬后的土壤几十年内无法重复栽参。人参的连作障碍已成为人参产业可持续发展的主要制约因素之一。已有研究表明，导致人参连作障碍的原因除了土壤理化性质劣变，病原微生物累积外，自毒作用也是导致人参连作障碍出现的一个主要因素[1]。酚酸类物质是植物生命活动中产生的一类次生代谢产物。近年来，酚酸类物质作为一类主要的植物化感物质受到广泛关注[2]。在人参连作障碍研究过程中，雷锋杰等[3]研究证实人参根际分泌物中含有对人参具有自毒作用的化感物质。吴立洁等[4]从三七根际土壤中检测到了苯甲酸等6种酚酸类物质。高微微等[5]从西洋参根际土壤中检测到了香草酸等酚酸类化感自毒物质。李勇等[6]从人参根际土壤中分离并鉴定了苯甲酸等化感物质。越来越多证据表明，化感自毒效应与自毒物质种类及浓度呈现明显相关性，不同种类化感物质对人参的自毒作用强度存在明显差异[7-9]。本实验选取了从老参地分离并鉴定的7种酚酸类化感物质[5-6]，研究了其对人参种子生长及人参根尖显微形态结构的影响，从而为阐明酚酸类化感物质在人参连作障碍中的自毒作用机制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1材料

经过后熟的人参种子于2015年4月采自吉林省抚松县人参种植基地。人参种子先用自来水冲洗干净，再用1000倍的50%多菌灵可湿性粉剂处理15min，自来水反复冲洗多次，在25℃恒温保湿培养2d，从中选择发芽整齐、颗粒饱满的种子开展自毒效应研究。

供试药剂：(A)苯甲酸；(B)肉桂酸；(C)阿魏酸；(D)水杨酸；(E)香草酸；(F)对羟基苯甲酸；(G)香兰素均为分析纯，购于北京化学试剂有限公司。

1.2方法

分别称取1g(A)苯甲酸、(B)肉桂酸、(C)阿魏酸、(D)水杨酸、(E)香草酸、(F)对羟基苯甲酸、(G)香兰素，溶于4mL无水乙醇中，配制成250mg·mL-1母液，根据本课题组测定的人参根际土壤中酚酸类物质的含量[6]以及高微微等[5]测定的老参地中酚酸类物质的含量，用蒸馏水将母液稀释成250、25、2.5、0.25mg·L-1工作液备用。

采用玻璃培养皿法，在Φ9cm的玻璃培养皿底部铺两层灭菌滤纸，分别加入5mL上述工作液，均匀摆放10粒灭菌处理的人参种子，以加蒸馏水为对照，每个处理3次重复。种子在培养箱中避光保湿培养，7d后，参考黄小芳等[7]人参化感自毒作用的研究方法，用直尺测量人参种子胚根长和胚轴长。在LeicaS8APO型体视显微镜下，AnymicroDSSYT-7M型显微数码摄影仪系统10倍放大视野下观察人参幼根根尖形态。

1.3数据分析

参照Williamson等[10]的方法采用化感效应指数(RI)表示化感自毒作用强弱，其中RI=(T1-T0/T0)(T1为实验组测量值，T0为对照组测量值)。当RI>0为促进效应，RI<0为抑制效应。利用化感综合效应指数(SE)表示化感自毒作用的综合效应，SE为同种处理下人参种子胚根和胚轴长的化感效应指数RI的平均值[11]。试验数据采用SPSS13.0和One-way ANOVA单因子方差分析，结合LSD-Test法对统计结果在0.05水平下进行差异显著性分析，确定处理组和对照组之间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1酚酸类物质对人参种子胚根生长的影响

如表1所示，低浓度酚酸类物质对人参种子胚根的生长主要起促进作用，高浓度则起抑制作用。在0.25mg·L-1浓度下，B、D和E组人参种子胚根的生长与对照组相比具有显著差异(P<0.05)，而A、C、F和G组人参种子胚根的生长与对照组相比无显著差异。在2.5mg·L-1浓度下，A、D、E、F和G组人参种子胚根的生长与对照组相比具有显著差异(P<0.05)，而B和C组人参种子胚根的生长与对照组相比无显著差异。当浓度超过25mg·L-1时，7种酚酸类物质处理下的人参种子胚根的生长与对照组相比均具有显著差异(P<0.05)。

表1 酚酸类物质对人参种子胚根生长的影响

注：同列中不同字母表示处理间在P<0.05水平存在差异显著，下同。

如图1所示，不同酚酸类物质对人参种子胚根生长的自毒效应不同，同种酚酸对人参种子胚根生长的自毒作用强度与浓度有密切的关系。当浓度为0.25 mg·L-1时，B、C、D、E、F、G的RI>0，表明这些物质在0.25 mg·L-1浓度下对人参种子胚根的生长起促进作用，其中B、D、F的化感效应指数与对照组相比具有显著差异(P<0.05)。而A的RI<0，表明A在0.25 mg·L-1浓度下，对人参种子胚根的生长起抑制作用，但其化感效应指数与对照相比无显著差异。当浓度为2.5mg·L-1时，A、B、C、D、E、F、G的RI<0，表明这些物质在2.5 mg·L-1时，对人参种子胚根的生长均起抑制作用，其中A、D、E、F、G的化感效应指数与对照相比具有显著差异RI<0。当浓度≥25 mg·L-1时，7种物质的化感效应指数与对照相比均具有显著差异(P<0.05)。

*表示处理组与对照组的自毒效应指数差异显著(P<0.05)，下同。图1 酚酸类物质对人参种子胚根的自毒效应

如图2所示，酚酸类物质对人参种子胚根生长的影响还表现在根尖形态上。当浓度为25 mg·L-1时，根尖顶端部分开始出现弯曲或变小。当浓度为250 mg·L-1时，根尖部分的根毛减少，根尖出现损伤或腐烂。

图2 酚酸类物质对人参种子根尖形态的影响(根尖长约5 mm)

2.2酚酸类物质对人参种子胚轴生长的影响

如表2所示，酚酸类物质对人参种子胚轴生长的影响也主要表现为，低浓度起促进作用，高浓度则起抑制作用。在0.25mg·L-1浓度处理下，B、C、D、E、F组人参种子胚轴的生长与对照组相比具有显著差异(p<0.05)，而A和G组人参种子胚轴的生长与对照组相比无显著差异。在2.5mg·L-1浓度处理下，B、C、D和G组人参种子胚轴的生长与对照相比具有显著差异(P<0.05)，而A、E、F组人参种子胚轴的生长与对照组无显著差异。当浓度≥25mg·L-1时，7种酚酸类物质处理下的人参种子胚轴的生长与对照组相比均具有显著差异。

表2 酚酸类物质对人参种子胚轴生长的影响

如图3所示，B、C和F组在浓度≤2.5 mg·L-1时，其RI>0，表明B、C和F在浓度低于2.5 mg·L-1时，对人参种子胚轴的生长起促进作用，其中B和C组的化感效应指数与对照相比差异显著(P<0.05)，而F组只在浓度低于0.25 mg·L-1时，其化感效应指数与对照相比差异显著(P<0.05)。A、D、E和G组在浓度为0.25 mg·L-1时，其RI>0，表明A、D、E和G在浓度为0.25 mg·L-1时，对人参种子胚轴的生长起促进作用，其中E组的化感效应指数与对照相比差异显著(P<0.05)。A、D、E和G组在浓度为2.5 mg·L-1时，其RI<0，表明A、D、E和G在浓度为2.5 mg·L-1时，对人参种子胚轴的生长起抑制作用，其中G组的化感效应指数与对照相比差异显著(P<0.05)。当浓度≥25 mg·L-1时，7种酚酸类物质的RI<0，表明这7种物质在浓度大于25 mg·L-1时，对人参种子胚轴的生长起抑制作用，而且其化感效应指数与对照相比均具有显著差异(P<0.05)。

图3 酚酸类物质对人参种子胚轴的化感自毒效应

2.3酚酸类物质对人参种子生长的化感综合效应

如表3所示，7种酚酸类物质对人参种子的化感综合效应总体表现为低促高抑。在0.25mg·L-1浓度处理下，7种酚酸类物质对人参种子的生长起促进作用，随浓度增加，促进作用逐渐降低或转为抑制作用。当浓度≥25mg·L-1时，7种酚酸类物质对人参种子的生长均表现为抑制作用，而各酚酸类物质的化感综合效应的强弱顺序随着浓度的变化而变化。当浓度为25mg·L-1时，各酚酸类物质的化感综合效应指数大小顺序为：D>B>E>C>A>F>G，而当浓度为250mg·L-1时，各酚酸类物质的化感综合效应指数大小顺序为：E>F>D>G>C>B>A。

表3 酚酸类物质对人参种子生长的化感综合效应指数

3 讨论

连作条件下，药用植物随栽培年限增加，根系分泌的自毒物质逐渐积累，当浓度足够高时，就会影响植株正常生长产生不利影响，进而引发连作障碍[12]。连作障碍长期困扰人参种植产业的健康发展，该问题的产生是人参-土壤-微生物等因素综合作用的结果[1]。化感自毒作用是导致人参连作障碍的主要原因之一，根际分泌物中的酚酸类化合物在植物自毒作用和连作障碍中具有重要的作用[13-14]。李勇等[6]从人参的根际土壤中分离并鉴定了苯甲酸等酚酸类物质。张爱华等[15]从人参的根际分泌物中鉴定出了酚酸类化合物。本实验选取了包括苯甲酸在内的7种常见酚酸类化合物，证实了这些酚酸类化合物对人参种子的生长均具有化感自毒作用，其化感作用规律总体表现为低浓度促进人参种子的生长，高浓度抑制人参种子的生长。并且，在此基础上明确了人参对酚酸类物质化感作用的耐受阈值浓度在2.5×10-4-2.5×10-3g·L-1之间。高微微等[5]研究证实西洋参对酚酸类物质化感作用的耐受阈值在9×10-4-1.1×10-3g·L-1之间，与本研究结果基本一致。这表明，人参和西洋参对酚酸类物质化感自毒作用的敏感性上具有一致性。杨家学等[16]研究证实小麦、玉米、水稻等农作物对酚酸类物质的耐受阈值在5×10-3-2.5×10-2g·L-1之间。这表明农作物对酚酸类物质的耐受阈值高于人参和西洋参，这为参粮轮作的实施提供了直接的理论依据。

研究还发现，不同酚酸类物质对人参胚根和胚轴的生长存在差异，而且不同浓度下各酚酸类物质的化感综合效应指数的强度顺序也存在差异，笔者推测这可能是不同酚酸类物质在人参细胞中的作用机理存在差异或是人参对不同酚酸类物质的敏感程度不同。不同酚酸类物质的作用潜力及其化感自毒作用机理还有待今后深入研究，以便为人参连作障碍的消除提供新思路。

植物的形态结构与周围的环境总是相适应的，逆境环境影响植物生长，并可引起植物形态结构的相应变化[17]。植物形态和生长方面对环境胁迫的反应都比较直观，了解植物受环境胁迫后形态结构的变化规律，可为植物的受损机理以及抗逆研究提供直观的证据[18]，许世泉等研究了人参根际土壤提取物对人参根尖组织结构的影响，证实了人参化感物质能破坏人参根尖的组织结构，从而抑制人参的正常生长。这与本文的研究结果一致，此外，本研究还发现酚酸会影响人参根毛的正常生长。根毛是植物根部表皮细胞上的一些顶端封闭的管状突起，是植物根系功能区段生理活性界面的重要组成部分[19]。这表明影响根毛的生长可能是酚酸类物质对人参化感作用的主要作用方式之一，但其作用机理还有待研究。

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AllelopathyofPhenolicCompoundsonPanaxginsengSeeds

LONGQiliang，LIYong，GAOYuan，DINGWanlong*

Objective：To research the allelopathic effects of seven phenolic compounds onPanaxginsengseeds.Methods：TheP.ginsengseeds were cultivated on petri dish with0.25，2.5，25，250mg·L-1phenolic solution，the lengths of radicle and plumule of ginseng seeds were examined seven days later.Furthermore，the effects of phenolic on morphology of radicle of ginseng seeds were observed by stereomicroscope.Results：The allelopathic potential of phenolic on radicle and plumule of ginseng seeds were closely related to the species and concentrations of phenolic compounds.The growth of radicle and plumule of ginseng seeds were promoted at low concentrations of phenolic，but it was inhibited at high concentrations of phenolic.Moreover，this study found that the phenolic could influence the morphology of radicle and the growth of root hair.Conclusion：Phenolic compounds had allelopathy on the growth ofP.gisengand micromorphology of radicle.

Phenolic；PanaxGinseng；Seed；Autotoxicity

(InstituteofMedicinalPlantDevelopment，ChineseAcademyofMedicalSciences&PekingUnionMedicalCollege，Beijing100193，China)

10.13313/j.issn.1673-4890.2016.1.012

2015-12-12)

国家自然科学基金项目(81072992；81373911)；中药材种子种苗和种植(养殖)标准平台(2012ZX09304006)

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丁万隆，研究员，研究方向：药用植物栽培及病害防治；E-Mail：wlding@implad.ac.cn