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天山云杉自毒作用与自毒物质的鉴定

李兆慧  
【摘要】:天山云杉(Picea schrenkiana)是中亚和亚洲中部山地特有种,天山山地最主要的地带性森林植被,主要分布在天山北坡和天山南坡,在昆仑山西部北坡也有少量的分布。天山云杉的森林干扰体制决定了其现有林分以纯林为主,林分面积约为52.84万hm2,占新疆山地天然林有林地面积的50%。天山云杉是天山乃至新疆森林生态系统的主要树种和生命之源,对水源涵养发挥着重要作用。然而随着人类活动对森林生态系统干扰强度的不断加大,以及长时间无火干扰的缓解,天山云杉林的自然更新问题日益突出。已有研究结果认为,在现有森林干扰体制下,自毒作用是影响天山云杉天然更新成败的关键因素。基于此,本研究通过人工气候箱中模拟天山云杉种子萌发和幼苗生长的条件,在对天山云杉凋落物和针叶水浸提液(原始水相)、乙醚、乙酸乙酯、正丁醇萃取相及剩余水相进行生物测定的基础上,采用GC-MS-MS初步鉴定了乙醚、乙酸乙酯、正丁醇萃取相的化学成分,并采用硅胶柱层析分离、重结晶等技术从自毒效应最强的乙醚萃取相中分离纯化出化合物3,4-二羟基苯乙酮,检测了其自毒和化感效应。研究主要结果如下: 1.凋落物原始水相、乙醚、乙酸乙酯和正丁醇萃取相都具有自毒效应。种子萌发试验中,凋落物水浸提液乙醚萃取相具有最强的抑制效应(IC50=5mg/mL),而正丁醇萃取相的抑制效应最弱(IC5010mg/mL);幼苗生长试验中,1.25mg/mL凋落物水浸提液乙醚萃取相对幼苗生长具有显著的抑制作用(p0.05),1.25mg/mL正丁醇萃取相能够促进其幼苗生长,但与对照比效果不显著,大于或等于2.5mg/mL正丁醇萃取相对幼苗生长都具有显著的抑制效应(p0.05)。从三种有机萃取相的化学组成中,初步鉴定出了包括酚酸、长链脂肪酸、单宁酸和吲哚类物质在内的17种化合物。乙醚萃取相中分离纯化出的3,4-二羟基苯乙酮为一新的化感物质。 2.针叶原始水相、乙醚、乙酸乙酯和正丁醇萃取相都具有自毒效应。种子萌发试验中,针叶水浸提液乙醚萃取相具有最强的抑制效应(IC50=5.84mg/mL),而正丁醇萃取相的抑制效应最弱(IC5010mg/mL);幼苗生长试验中,1.25mg/mL针叶水浸提液乙醚萃取相对幼苗生长具有显著抑制作用(p0.05),而大于或等于2.5mg/mL正丁醇萃取相对幼苗生长具有显著抑制效应(p0.05)。从三种有机萃取相的化学组成中,初步鉴定出了包括酚酸、长链脂肪酸、单宁酸、吲哚类和黄酮类物质在内的多种化合物。3,4-二羟基苯乙酮存在于乙醚萃取相中。 3.3,4-二羟基苯乙酮的自毒效应强于化感效应。3,4-二羟基苯乙酮处理液浓度为2.5mM,显著抑制天山云杉种子萌发(p0.05);0.5mM即能显著抑制幼苗生长(p0.05)。6个浓度的3,4-二羟基苯乙酮处理液对双子叶植物白萝卜、辣椒和黄瓜种子萌发无影响。处理液浓度在0.1mM、0.5mM、1mM,显著促进洋葱种子萌发(p0.05)。处理液浓度在1mM和10mM,显著促进水稻种子萌发(p0.05),10mM时,种子发芽势高达对照的166.69%。与对照相比,3,4-二羟基苯乙酮处理液浓度大于等于1mM,显著抑制白萝卜和黄瓜幼苗生长(p0.05);处理液浓度大于等于10mM,显著抑制辣椒和洋葱幼苗生长(p0.05),处理液浓度为0.5mM,显著促进洋葱幼苗生长;处理液浓度大于等于2.5mM,显著抑制水稻幼苗生长(p0.05)。


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