杉木自毒作用及其與主要混交樹(shù)種化感作用的研究.pdf

1、化感作用是指植物生長(zhǎng)過(guò)程或植物腐爛過(guò)程中產(chǎn)生的化感物質(zhì)對(duì)鄰近植物生長(zhǎng)的干擾，它是植物之間傳遞信息的一種方式，是森林生態(tài)系統(tǒng)中普遍存在的一種現(xiàn)象，對(duì)森林群落的結(jié)構(gòu)、功能、效益及發(fā)展均有重大影響，是一不可忽視的化學(xué)生態(tài)因子。1984年Rice把化感作用定義為“植物(包括微生物)向環(huán)境釋放化學(xué)物質(zhì)，從而對(duì)其它植物產(chǎn)生有利或有害的影響”。植物通過(guò)揮發(fā)、淋溶、分泌、分解、腐解等途徑向環(huán)境釋放化感物質(zhì)。 杉木是我國(guó)南方最重要的用材樹(shù)種，連栽

2、導(dǎo)致地力衰退。杉木自毒作用是導(dǎo)致杉木林地力衰退、生產(chǎn)力下降的一個(gè)重要原因。本論文首先分析了不同浸提方式條件下杉木葉、根及根際土壤化感物質(zhì)以及不同腐解階段杉木枯枝落葉分解土化感物質(zhì)對(duì)杉木種子發(fā)芽及其幼苗的化感效應(yīng)；在GC-MS鑒定自毒物質(zhì)的基礎(chǔ)上，分析了逆境脅迫條件下杉木自毒物質(zhì)對(duì)杉木幼苗的化感效應(yīng)；除此之外，本文還探討了杉木主要混交樹(shù)種對(duì)杉木的種間化感作用，這不僅可以從機(jī)理上研究杉木人工林的自毒作用，深入了解杉木對(duì)自毒物質(zhì)的反應(yīng)及自毒物

3、質(zhì)的作用強(qiáng)度的變化，全面評(píng)價(jià)杉木自毒作用在杉木林中的地位，揭示杉木自毒作用在杉木林生態(tài)系統(tǒng)中的自然化學(xué)調(diào)控機(jī)理，而且通過(guò)杉木與主要混交樹(shù)種種間生化作用的研究，為解決杉木連栽障礙問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)杉木林地的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)，防止杉木連栽生產(chǎn)力下降在理論上和實(shí)踐上都具有重要的理論參考價(jià)值及實(shí)踐意義。研究結(jié)果表明： (1)杉木純林中的土壤、枯落葉、半分解枯落葉和杉木鮮葉、枝條、樹(shù)皮、樹(shù)根的水浸液和上述七種水浸液添加乙烯吡咯啉酮K-300(pvp)后

4、得到的溶液對(duì)杉木種子的萌發(fā)具有不同程度的影響。所有水浸液均表現(xiàn)出高濃度下抑制種子萌發(fā)，隨著濃度降低，抑制作用減弱、消失，甚至轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)作用的規(guī)律；其中根和鮮葉的水浸液抑制作用最強(qiáng)，但水浸液添加pvp后得到的抑制作用明顯減弱，且在低濃度時(shí)表現(xiàn)出促進(jìn)作用。 (2)杉木枝葉水浸液對(duì)杉木幼苗的生長(zhǎng)、生理及其各器官營(yíng)養(yǎng)元素含量具有不同的影響。從生長(zhǎng)量上，在整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程，總體上的趨勢(shì)基本上表現(xiàn)為高濃度的枝葉水浸液對(duì)杉木幼苗苗高及地徑生長(zhǎng)及光

5、合指標(biāo)、呼吸指標(biāo)具有不良的影響；從生物量上看，各器官生物量隨杉木枝葉水浸液濃度的上升而逐漸降低。從生物量分配率上看，杉木水浸液在低濃度時(shí)有利于葉、皮、根、枝和干等各器官的生物量分配率，高濃度時(shí)有利于枯枝落葉的生物量分配率。大部分營(yíng)養(yǎng)器官C、N、Mg、K、Ca、Cu、Mn、Fe和Zn的含量隨著水浸液的降低而升高，Al含量隨著水浸液濃度的升高而升高；同一器官不同水浸液各個(gè)營(yíng)養(yǎng)元素含量不同，同一元素也因水浸液濃度的不同而在不同的營(yíng)養(yǎng)器官產(chǎn)生不

6、同的分配。通過(guò)GC-MS氣相質(zhì)譜鑒定，杉木枝葉水浸液的化感物質(zhì)主要是二氫香豆精、順式合歡醛、丙酸甲酯、肉桂酸、阿魏酸、1-環(huán)丁基乙醇。 (3)采用正交試驗(yàn)方法及超臨界流體萃取技術(shù)提取的杉木根提取物對(duì)杉木種子發(fā)芽存在不同程度的影響。生物檢測(cè)結(jié)果表明，與酒精對(duì)照相比：超臨界流體1萃取條件下，萃取參數(shù)8條件杉木根提取物對(duì)杉木種子絕對(duì)發(fā)芽率、絕對(duì)發(fā)芽勢(shì)、胚根、胚軸、鮮重和干重等發(fā)芽指標(biāo)均表現(xiàn)出抑制作用，萃取參數(shù)2、3、4和6等條件杉木根

7、提取物對(duì)杉木種子鮮重表現(xiàn)出抑制作用，萃取參數(shù)5條件杉木根提取物對(duì)絕對(duì)發(fā)芽勢(shì)和鮮重起抑制作用，萃取參數(shù)1和7等條件杉木根提取物對(duì)除胚根以外的其它各發(fā)芽指標(biāo)均起抑制作用；同一參數(shù)條件三種濃度(50mg/kg、100mg/kg、200mg/kg)處理之間相比，萃取參數(shù)1、2、3、6、7和8條件下以200mg/kg濃度杉木根提取物處理的抑制作用最強(qiáng)，接著為100mg/kg或50mg/kg處理的；萃取參數(shù)4和5條件下以100mg/kg濃度提取物處

8、理的抑制作用最強(qiáng)，接著為50mg/kg或200mg/kg處理的。夾帶劑(乙醇)超臨界流體CO2條件下，萃取參數(shù)3和8等條件杉木根提取物對(duì)杉木種子鮮重和干重現(xiàn)出不同程度的抑制作用；萃取參數(shù)1、6和7等條件杉木根提取物對(duì)絕對(duì)杉木種子絕對(duì)發(fā)芽率、鮮重和干重表現(xiàn)出抑制作用；萃取參數(shù)2條件杉木根提取物對(duì)絕對(duì)發(fā)芽勢(shì)、鮮重和干重表現(xiàn)抑制作用；而萃取參數(shù)4和5等條件杉木根提取物則對(duì)絕對(duì)發(fā)芽率、絕對(duì)發(fā)芽勢(shì)、鮮重和干重均起抑制作用；同一參數(shù)條件下三種濃度(

9、50mg/kg、100mg/kg、200mg/kg)處理之間相比，萃取參數(shù)1、3、7和8條件下以200mg/kg濃度提取物處理的抑制作用最強(qiáng)，接著為50mg/kg或100mg/kg處理的；而參數(shù)2、4和5條件下則以100mg/kg濃度提取物處理的抑制作用最強(qiáng)，接著為50mg/kg或200mg/kg處理的。通過(guò)GC-MS鑒定，杉木超臨界根化感物質(zhì)主要是9-十八烯酸、1-環(huán)丁基乙醇、2-苯基丙醛、肉桂酸、4氟基組胺、鄰羥基苯甲酸、2,2,6

10、-三甲基環(huán)已酮等化感物質(zhì)。 (4)丙酮和乙酸乙酯1:1混合浸提的杉木根際土壤提取物對(duì)杉木種子各發(fā)芽指標(biāo)均存在抑制作用。三種濃度(50mg/kg、100mg/kg、200mg/kg)處理之間相比，以200mg/kg濃度提取物處理的抑制作用最強(qiáng)，接著為100mg/kg或50mg/kg濃度處理的。200mg/kg濃度提取物對(duì)杉木種子絕對(duì)發(fā)芽率、絕對(duì)發(fā)芽勢(shì)和根長(zhǎng)的影響強(qiáng)度與酒精對(duì)照相比，分別降低了32.19％、40.27％、和39.05

11、％；而與50mg/kg處理的相比則分別降低12.69％、45.45％和23.81％。通過(guò)GC-MS鑒定，杉木根際土壤化感物質(zhì)主要是苯甲醛等化感物質(zhì)。 (5)不同濃度阿魏酸、肉桂酸及鄰羥基苯甲酸對(duì)杉木種子的發(fā)芽有不同程度的影響；高濃度阿魏酸、肉桂酸及鄰羥基苯甲酸對(duì)杉木種子萌發(fā)與胚根生長(zhǎng)存在明顯抑制作用，隨著濃度的降低，抑制作用逐漸減弱；就不同自毒物質(zhì)間的差異而言，鄰羥基苯甲酸對(duì)杉木種子發(fā)芽及胚的生長(zhǎng)抑制程度大于阿魏酸和肉桂酸。

12、 (6)不同逆境脅迫對(duì)鄰羥基苯甲酸的活性具有不同的效應(yīng)。在-0.3MPa及-0.5MPa水分條件下杉木幼苗的SOD活性隨著鄰羥基苯甲酸濃度的加大，表現(xiàn)為先降后升又下降，在-0.7MPa水分條件下隨著鄰羥基苯甲酸濃度的加大呈遞減下降趨勢(shì)；POD活性則表現(xiàn)為在-0.3MPa水分條件下，低濃度鄰羥基苯甲酸處理的杉木幼苗POD活性在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間表現(xiàn)為先下降后上升；在-0.5MPa及-0.7MPa水分條件下，POD活性呈一直下降的趨勢(shì)，且隨鄰

13、羥基苯甲酸濃度增加，POD活性降低得越快。在不同營(yíng)養(yǎng)水平條件下，與對(duì)照相比，低濃度鄰羥基苯甲酸(50mg/L)處理的杉木幼苗葉綠素含量、NR、SOD、POD等指標(biāo)總體上表現(xiàn)為先降低后上升的趨勢(shì)；較高濃度鄰羥基苯甲酸(100mg/L)及高濃度(200mg/L)處理的杉木幼苗葉綠素含量、NR、SOD、POD等指標(biāo)總體上表現(xiàn)為遞減的趨勢(shì)；對(duì)于相對(duì)電導(dǎo)率來(lái)說(shuō)，除完全營(yíng)養(yǎng)液對(duì)照處理的相對(duì)電導(dǎo)率無(wú)明顯變化外，其余處理的均隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，且隨

14、著鄰羥基苯甲酸濃度的加大，相對(duì)電導(dǎo)率上升趨勢(shì)越明顯。 (7)杉木枯枝落葉不同腐解階段分解土化感物質(zhì)的生物評(píng)價(jià)結(jié)果表明，不同腐解階段杉木枯枝落葉分解土化感物質(zhì)對(duì)杉木種子的發(fā)芽具有不同的影響；就分解士的化感物質(zhì)而言，隨著腐解時(shí)間的延長(zhǎng)，化感物質(zhì)對(duì)杉木種子鮮物質(zhì)最及干物質(zhì)等指標(biāo)的抑制作用逐漸增強(qiáng)，但對(duì)絕對(duì)發(fā)芽率、絕對(duì)發(fā)芽勢(shì)及根長(zhǎng)的促進(jìn)作用逐漸增強(qiáng)；就不同極性化感物質(zhì)而言，杉木枯枝落葉分解土極性化感物質(zhì)的抑制作用強(qiáng)于弱極性化感物質(zhì)。經(jīng)G

15、C-MS鑒定結(jié)果表明，當(dāng)枯枝落葉分解3個(gè)月時(shí)，杉木枯枝落葉分解土化感物質(zhì)主要是肉桂酸等；當(dāng)枯枝落葉分解6個(gè)月時(shí)，杉木枯枝落葉分解土化感物質(zhì)主要是鄰羥基苯甲酸、阿魏酸等；當(dāng)枯枝落葉分解9個(gè)月時(shí)，杉木枯枝落葉分解土化感物質(zhì)主要是鄰羥基苯甲酸、阿魏酸等；當(dāng)枯枝落葉分解12個(gè)月時(shí)，杉木枯枝落葉分解土化感物質(zhì)主要是肉桂酸、鄰苯二甲酸二甲基乙基酯等。 (8)采用正交試驗(yàn)方法及夾帶劑(夾帶劑為乙醇)超臨界流體CO2提取的絲栗栲根提取物對(duì)杉木種

16、子發(fā)芽的影響各不相同。生物檢測(cè)結(jié)果顯示，與酒精對(duì)照相比：萃取參數(shù)1、5和8等條件絲栗栲根提取物對(duì)杉木種子絕對(duì)發(fā)芽率、絕對(duì)發(fā)芽勢(shì)、胚根長(zhǎng)、胚軸長(zhǎng)、鮮重和干重等發(fā)芽指標(biāo)均起促進(jìn)作用，而萃取參數(shù)3、6和7等條件絲栗栲根提取物對(duì)除絕對(duì)發(fā)芽勢(shì)外的各發(fā)芽指標(biāo)起促進(jìn)作用，萃取參數(shù)2條件絲栗栲根提取物僅對(duì)發(fā)芽率、鮮重和干重起促進(jìn)作用。同一參數(shù)條件三種濃度(50mg/kg、100mg/kg、200mg/kg)處理之間相比，萃取參數(shù)1、3、6、7和8條件下

17、以50mg/kg濃度提取物對(duì)杉木種子各發(fā)芽指標(biāo)的促進(jìn)作用最強(qiáng)，接著為100mg/kg或200mg/kg處理的，而萃取參數(shù)2和5條件下以100mg/kg濃度提取物處理的促進(jìn)作用最強(qiáng)，接著為200mg/kg和50mg/kg處理的。 (9)丙酮和乙酸乙酯1∶1混合浸提的絲栗栲根際土壤提取物對(duì)杉木種子絕對(duì)發(fā)芽率和絕對(duì)發(fā)芽勢(shì)均存在不同程度的促進(jìn)作用，而對(duì)其根長(zhǎng)生長(zhǎng)則表現(xiàn)為不同程度的抑制作用。三種濃度(50mg/kg、100mg/kg、20