滇重楼种子外种皮化感作用的研究生物科学毕业论文

ABSTRACT滇重楼种子外种皮化感作用的研究 摘 要 本课题采用常见的作物油菜和青菜种子为受体，对滇重楼外种皮化感作用进行研究。通过计算种子发芽率、子叶展开率、抑制率IR值（Inhibitorym）从而判断滇重楼种子外种皮的水提液对油菜和青菜的化感作用。实验结果表明滇重楼种子外种皮水提液对受体的萌发和幼苗生成具有明显的抑制作用，这种抑制作用表现为：抑制种子萌发、抑制根的伸长、抑制子叶的展开。关键词：滇重楼 外种皮 化感作用Study of Paris polyphylla var.yunnanensis seed testa allelopathyThis topic uses crop rape and pakchoi seeds as receptor, research seed coat of Paris polyphylla var.yunnanensis allelopathy. By calculating the seed germination rate, the inhibition rate of IR(Inhibitorym) value and judgment of Paris polyphylla var.yunnanensis seed testa water extract on the allelopathic effects of rape and cabbage. The experimental results show that Paris polyphylla var.yunnanensis seed testa water germination and seedling formation fluid on the receptor has obvious inhibitory effect, the inhibition was: inhibition of seed germination, inhibition of root elongation, the inhibition of cotyledon.Keywords: Paris polyphylla，testa，allelopathyII目录目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1课题来源11.2国内外研究现状2第二章 实验部分42.1材料与方法42.1.1实验对象的选择42.1.2材料与仪器42.1.3实验方法与步骤42.2实验测定指标4第三章 实验结果及分析63.1实验结果与分析63.1.1滇重楼种子外种皮水提液对种子萌发的影响63.1.2滇重楼种子外种皮水提液对种子胚根生长的影响63.1.3滇重楼种子外种皮水提液对种子子叶展开的影响73.2结论与条论7参考文献9致 谢10第一章 绪论第一章 绪论1.1课题来源植物化感作用(Allelopathy)指各种植物之间存在的一种化学相互作用，包括促进和抑制两个方面。植物化感作用的概念是由德国科学家Molish在1937年首先提出的，Molish将化感作用定义为：所有类型植物(含微生物)之间生物化学物质的相互作用1。目前，被多数学者所接受的化感作用定义是指在一个生物群落里，植物和微生物合成并释放化学物质而对同种或异种生物的生长发育产生直接或间接、有益或有害的作用2。在某些文献资料中，化感作用也被称为他感作用，相生相克、化学互感等3。Whittaker 和Feeny 把植物分泌的这些化学物质称为化感物质(allelochemica1)4。化感物质(allelochemica1)指化感作用中供体向环境释放的用于传递信息或作为媒介的化学物质。植物和微生物均可产生化感物质，但大多数化感物质是由植物产生的次生代谢物4。化感物质的分泌部位是植物的器官(如根、茎、叶、花、果实和种子等)新根和未木质化的根是植物化感物质分泌的主要场所，根系分泌化感物质到根际土壤中，直接或间接对周围生物产生影响。 化感作用普遍存在于自然界中被广泛运用于农业生产中，无论是作物的单一种植，还是作物轮作、间作、覆盖、翻埋、重茬种植，都要考虑化感作用的影响5。此外还牵扯到除草和杀灭害虫的问题，据估计，每年由于化感作用造成的世界农业的损失高达数十亿美元6。化感作用对农林业虫害、病害、杂草的防除主要是通过筛选和培育对杂草克生作用潜力较大的作物品种，利用植物之间的相生相克的作用来治理经济植物的病虫草害遵循了自然界的规律是生物防除杂草的高效、安全途径之一7。药用植物的各个器官含有丰富的生理活性物质，这使得药用植物更易产生化感物质，从而发生化感作用。为了使药材得到高效的利用，利用药用植物易产生化感物质这一特性，人们将药用植物的化感作用与生物防治结合起来进行研究。药用植物化质对农林业害虫、病害、杂草的防除，即植物源杀虫剂和除草剂的研究、开发和应用，已逐渐成为药用植物化感作用研究领域的重要方面8。15作为我国西南地区的道地药材，滇重楼(RhizomaParidisYunnanensis)所具有的重要药用价值，已越来越受到广泛关注，对于它的研究已不在局限在它的药用疗效上，化感作用是药植物究领域中的一个重要方面。重楼是延龄草科(Trilliaceae)重楼属(Paris) 植物的泛称。全属共 23 种，我国有 l9 种，西南各省区种类和资源极为丰富9。其中滇重楼被历版中国药典收载，以根茎入药，具有清热解毒、消肿止痛，凉肝定惊等独特功效10，已被广泛用于众多中药制剂中，是宫血宁、红药热毒清等重要中成药的主要成分11。随着人们充分地认识到滇重楼的显著疗效，药材呈现出了供不应求的现状，药材价格上升，导致对野生滇重楼的多度开采使得滇重楼物种资源安全受到威胁。滇重楼的人工种植在满足人们需求的同时还实现了对野生重楼的有效保护成为解除物种资源安全威胁的有效途径之一。对滇重楼外种皮化感作用进行研究并通过对轮作、间作、套作、混作、前后茬搭配的种植方式调整在很大程度上可以减少化学除草剂和杀虫剂的使用，这对于滇重楼的种植和生态环境的保护无疑具有极为重要的意义。本实验以滇重楼为研究对象探讨其对油菜、青菜种子萌发以及幼苗生长的影响，旨在更深切地了解滇重楼的化感作用，为以后对滇重楼的进一步研究提供参考。1.2国内外研究现状具了解人们在两千多年前就已经观察到化感现象，但是真正深入研究却仅仅是最近几十年来的事情。近年来，植物化感作用研究已成为国内外科学研究的热点。自1974年，Journal of Chemical Ecology开始创刊，到1994年Allelopathy Journal创刊，再到Rice将化感物质分14类主要是一些次生代谢物质1。20世纪80年代在美国先后举行3次国际学术会议并出版了论文集。彰显了国在植物化感作用研究领域的活跃形势和快速的发展，之前人们单纯地认为植物化感作用仅体现在对除自身以外的其它植物具有抑制作用，如今已被证实化感作用具有抑制和促进两方面，同种植物间也存在化感作用现为植物的自毒作用。在中国，早在秦汉时期就有了关于化感现象的记载，并有意识地应用到了传统农业生产方面，如齐民要术记载，把芝麻安排在“白地”，即在休闲地或开荒地上种植，正是利用芝麻能够抑制杂草生长的特性12。虽然我国植物化感作用研究开始较晚，但近年来迅速崛起。发展迅速在这一领域以取得了一定成果。2004年沈阳召开了第一届中国植物化感作用学术研讨会暨中国植物保护学会植物化感作用分会筹备大会13。2006年华南农业大学成功举办了中澳植物次生化合物应用于有害生物综合治理论坛；同时，不断有关于林木、农作物、蔬菜、中草药以及杂草化感作用的研究报道出现14 。近年随着药用植物的价值受到人们的广泛重视，对于药用植物的研究已不仅局限在药用成分、药理、临床应用及栽培、引种等方面，药用植物化感作用的研究得到快速发展。药用植物含有特殊的生理活性物质易生化感作用化，并有望成为消除病害、虫害的新型生物药剂生产的原料。有学者通过研究发现重楼对水生藻类具有一定的抑制作用，由此说明在运用药用植物化感作用来治理水污染方面已取得的一定的成果。但植物的各个器官产生的化感物质有所不同，所以对于整个药用植物的不同器官产生的化感作用需要进一步细化研究。第二章 实验部分第二章 实验部分2.1材料与方法2.1.1实验对象的选择 滇重楼种子外种皮化感作用实验的对象是常见的作物青菜和油菜种子，它们都具有的特点是易萌发且发芽率高，因此可以排除种子自身特点对种子萌发产生的不利影响。2.1.2材料与仪器（1）材料滇重楼种子购于安顺市中草药市场，青菜和油菜种子均由贵州嘉实种业有限责任公司生产。（2）仪器、药品光照培养箱、培养皿、试剂瓶、胶头滴管、研钵、直尺、小刀、纱布、滤纸、10的次氯酸钠。2.1.3实验方法与步骤(1)滇重楼种子外种皮水提液的制备取刚购买到的新鲜滇重楼种子，并用刀将种子外面的肉质多汁、樱红色的外种皮削下来。 称取外种皮20 g，加入一定量蒸馏水，用研钵充分研碎后，用二层纱布过滤得过滤液，并定容至250mL，溶液母液浓度为0.08 gmL。然后依次稀释为0.08 gmL、0.06 gmL、0.04 gmL、0.02 gmL四个浓度梯度待用，并以蒸馏水处理作为对照组CK。(2) 将培养皿及滤纸进行高温灭菌后制成纸基发芽床备用。选取健康饱满油菜种子、青菜种子经用10的次氯酸钠消毒后，在常温下浸种2-4 h，取出用滤纸吸干表面水分待用。(3)在自然条件下分别量取各浓度下的滇重外种皮水提液5mL置入培养皿中，在相同条件下用5mL无菌水作为对照(CK)。将处理好的油菜、青菜种子各100粒播入到添设浓度梯度的培养皿中，每一个浓度下设三组重复，放在25的光照培养箱中陪养。定时补加水提液使滤纸保持湿润。培养1d后开始记录发芽种子数随后几天分别观察胚根的伸长情况、子叶的展开情况和植株的长势，连续观察7天。2.2实验测定指标测定指标：计算发芽率、子叶展开率、抑制率，参照Lin等介绍的方法15。发芽率正常萌发的种子数供试种子数（100 粒）100子叶展开率=种子子叶展开数正常萌发的种子数100化感作用抑制率(Inhibitory rate，IR)作为化感作用的研究指标：IR()= (Ti-T0)T0100式中，Ti为测试项目的处理值，T0为对照值。IR0表示具有促进作用，IR0表示具有抑制作用，绝对值越大，其化感作用潜力(促进或抑制作用)越大，对其受体植物的影响(有益或有害)就越强。第三章 实验结果与分析第3章 实验结果及分析3.1实验结果与分析3.1.1滇重楼种子外种皮水提液对种子萌发的影响 表1-1 滇重楼种子外种皮水提液对两种种子萌发的影响水提物浓度（g/mL） 油菜种子青菜种子 萌发率（%）IR值（%）萌发率（%）IR值（%）0.00（CK）86.781.30.0258.0-33.146.7-42.60.0440.7-53.142.6-47.50.0646.6-32.348.0-41.00.0830.7-64.624.0-70.5 从表1-1可以看出，与对照组CK相比，当滇重楼水提液的浓度为0.02g/mL时，油菜和青菜种子的萌发率即有明显的下降，萌发率分别下降了28.7%和30.6%，其IR值分别为负的33.1%和42.6%，表明此时种子萌发受到了较强的抑制。随着水提液浓度的增加，作物种子萌发受到的抑制作用也增强。当浓度增大到0.08g/mL时，油菜和青菜种子的萌发率仅为30.7%和24.0%，其抑制率IR值则高达负的64.6%和70.5%。3.1.2滇重楼种子外种皮水提液对种子胚根生长的影响表1-2 滇重楼种子外种皮水提液对两种种子胚根生长的影响水提物浓度（g/mL） 油菜种子青菜种子胚根长（cm）IR值（%）胚根长（cm）IR值（%）0.00（CK）4.75.60.023.8-19.14.3-23.20.043.0-36.23.8-32.10.064.1-12.85.0-10.70.081.5-63.42.3-58.9从表1-2可以看出，与对照组CK相比，各滇重楼水提液浓度下，抑制率IR值均为负值，说明胚根的生长受到抑制。在浓度为0.02g/mL时，油菜和青菜的胚根长分别为3.8cm和4.3cm,抑制率分别为负的19.1%和负的23.2%，表明此时种子胚根受到明显的抑制；随着水提液浓度逐渐增大到0.08g/mL，抑制率IR值分别为负的63.4%和负的58.9%，说明在高度滇重楼水提液的作用下，种子胚根的生长受到严重的抑制。3.1.3滇重楼种子外种皮水提液对种子子叶展开的影响在种子出芽的基础上，计算种子子叶展开率，结果显示，对照组种子子叶几乎都能正常展开。在浓度为0.02g/mL的滇重楼水提液下，种子子叶开始受到抑制，子叶展开率明显下降，油菜和青菜的子叶展开率分别降到70.1%和58.6%。随着水提液浓度增大抑制作用增强，当浓度高达0.08g/mL时，已经出芽的油菜种子子叶未见展开，青菜种子子叶展开率则降到了10.9%，抑制率则高达负的86.1%说明此时种子子叶展开受到严重的抑制。如表1-3所示：表1-3 滇重楼种子外种皮水提液对两种种子子叶展开的影响水提物浓度（g/mL） 油菜子叶青菜子叶展开率（%）IR值（%）展开率（%）IR值（%）0.00（CK）98.490.10.0270.1-28.858.6-41.40.0468.5-31.448.4-51.60.0629.5-70.438.9-61.10.080-10010.9-86.1对这3个表进行总体分析，可知滇重楼种子外种皮水提液各浓度下的IR值均为负值，说明化感作用表现为对油菜和青菜种子萌发及生长具有明显的抑制；油菜种子萌发及幼苗生长受到的抑制作用较青菜的明显，说明油菜种子对滇重楼种子外种皮水提液较敏感。3.2结论与分析 通过实验可知，滇重楼种子外种皮水提液对青菜、油菜的化感作用表现出明显的抑制作用，具体表现为：抑制种子萌发、抑制胚根生长、抑制子叶展开，且抑制作用随着水提液浓度的增加逐渐增强。此外在实验过程中还发现，对照组的幼苗直立生长，实验组幼苗弯曲贴近滤纸生长，说明滇重楼水提液对幼苗茎干的生长也有一定的抑制，且随着浓度的增大胚根的根尖呈现黑色并逐渐腐烂。原因可能是滇重楼中含有某种抑制油菜和青菜种子萌发及生长的化感物质存在。种子的胚根首先表现为受到抑制是因为种子萌发是最先长出胚根，随着化感物质被吸收进入植物体，接着使得幼苗茎干和子叶展开受到一定的抑制。在整个幼苗的生长过程中化感物质对胚根的作用时间最长，其次是幼苗茎干和子叶，因此幼苗在水提液中长时间的生长会影响幼苗的整体生长情况甚至造成胚根腐烂幼苗的生长停滞。通过本实验的结果可知，滇重楼种子外种皮含有抑制油菜和青菜种子萌发和幼苗生长的物质，这与王跃等的研究结果相似。至于这种抑制物质的具体化学成分以及其它用途还有待进一步的探讨和研究。植物间的化感作用广泛地存在于自然界中，其化感物质的作用也越来越受到人们的亲睐。已有研究发现，利用植物的化感物质不仅可以防控植物的病虫草害，而且还能制约外来物种的入侵，甚至在化妆品的研发中也使用也使用到了化感物质。由此可见，化感物质具有广泛的用途和极大的研究空间，这还有待于人们不断的探索和拓展。参考文献参考文献1RICE E L.AllelopathyM.New York:Academic Press,1974:166-179.2Minorsky P.V.Different roles for Catechin enantiomers secreted into rhizosphere.Plant Physio1.2002.128(4):1163-1164.3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):332-336.4阎飞,杨振明,韩丽梅.植物化感作用(Allelopathy)及其作用物的研究方法J.生态学报,2000,20(4):692-696. 5Miller DA.1996.Allelopathy in forage crop systems.A gronJ.88:854-859.6Li Y-W(李玉文).1999.The situation and developm 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