黃 素,馬丹煒,*,魯 昕,張 紅

1 四川師范大學生命科學學院,成都 610101 2 四川出入境檢驗檢疫局,成都 610041

化感作用是外來植物成功入侵的“新式武器”[1]。氣溫、降水、坡向、海拔、經緯度等生態(tài)因子對植物的生理生化特征具有直接或間接的影響[2]。生境的差異會影響植物次生代謝物質的組成和含量,因此,擴散到不同地區(qū)的外來入侵植物其化感作用強度有很大差別[3]。土荊芥(ChenopodiumambrosioidesL.)為藜科藜屬一年生或多年生的芳香性草本植物,原產熱帶美洲,目前已擴展我國絕大多數(shù)地區(qū)。其生命力和傳播能力極強,對環(huán)境有很大的可塑性,能在短期內適應環(huán)境并占據生態(tài)位[4]。土荊芥向周圍環(huán)境釋放的化感物質具有細胞毒性,導致受體植物的細胞活性氧水平升高[5],細胞結構被破壞,細胞出現(xiàn)氧化損傷和遺傳損傷,細胞活性降低甚至凋亡[6- 8],最終抑制受體植物的生長[9]。以往對土荊芥化感作用的研究大多集中于單一特定區(qū)域[5- 9],而對不同入侵地土荊芥種群之間化感效應的差異關注較少。孔垂華等[10]認為,研究不同環(huán)境下植物的化感作用對全面評價其化學生態(tài)學行為具有重要意義,只有深入了解不同入侵地土荊芥的化感作用差異,才能更全面的揭示其化感作用機制。成都和安順分別位于四川盆地和云貴高原,兩地的氣候、海拔、地貌等環(huán)境特征差異明顯。本研究室野外考察發(fā)現(xiàn),成都和安順均為受土荊芥危害較為嚴重的區(qū)域。氣孔保衛(wèi)細胞是植物響應外界刺激的第一門戶,對各種脅迫反應靈敏,是研究環(huán)境脅迫的經典模型系統(tǒng)[11],周健等[6]研究表明,受體保衛(wèi)細胞對土荊芥化感脅迫反應十分靈敏,保衛(wèi)細胞功能障礙將直接影響植物的光合作用過程,抑制植物生長發(fā)育。本研究應用GC-MS法分別測定了成都和安順的兩個土荊芥種群的揮發(fā)油成分及其含量。在此基礎上,進一步研究了6種農作物葉表皮保衛(wèi)細胞對土荊芥揮發(fā)物的響應,并比較分析了兩個種群化感脅迫效應的差異,旨在為深入探討土荊芥的化感作用機制和入侵機制提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供體材料土荊芥植株地上部分分別采自四川成都包江橋附近和貴州安順普定火車站附近,兩個種群均處于生殖期,長勢良好；受體植物蠶豆(ViciafabaL.)、花生(ArachishypogaeaLinn.)、蕎麥(FagopyrumesculentumMoench.)、豌豆(PisumsativumLinn.)和白菜(BrassicacampestrisL.)種子購于成都市五塊石種子市場,韭(AlliumtuberosumRottl. ex Spreng.)根購自成都市龍泉驛區(qū)大面鎮(zhèn)農家；α-萜品烯及對傘花素標準品購自成都市銳可思生化試劑公司；試驗用營養(yǎng)土購自恒奧達肥料科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 揮發(fā)油制備和成分測定

將土荊芥植株地上部分陰干后水蒸氣蒸餾法提取揮發(fā)油[12],每1.5 kg蒸餾3 h,無水Na2SO4干燥置于4℃?zhèn)溆?；采用Aglient 7890A/5975c氣相色譜-質譜聯(lián)用(GC-MS)法分別測定兩個土荊芥種群揮發(fā)油的成分和含量。在此基礎上,對主要成分α-萜品烯和對傘花素進行單標確證。

1.2.2 材料培養(yǎng)及處理

材料培養(yǎng)：選取大小均一、健康的種子,0.5% KMnO4消毒(蠶豆15 min,豌豆、蕎麥、白菜、花生10 min),25℃暗處蒸餾水浸種24 h,催芽2—3 d；挑選萌發(fā)一致的露白種子營養(yǎng)土種植(花盆直徑14 cm,高12 cm),25℃光暗周期14 h/10 h培養(yǎng),4周左右隨機取第二層平展葉片備用；韭根處理方式參照Catola等[13]方法,栽種培養(yǎng)40 d后剪掉葉子,重新長出的葉用于試驗,培養(yǎng)條件和其他作物一致。

共設置8個處理組,即2個土荊芥揮發(fā)油處理組(V1,V2),2個α-萜品烯處理組(T1,T2),2個對傘花素處理組(C1,C2),2個α-萜品烯+對傘花素混合物處理組(M1,M2)。V1為成都種群揮發(fā)油處理組,根據成都土荊芥種群揮發(fā)油中α-萜品烯、對傘花素的含量設定T1、C1、M1的處理濃度；V2為安順種群揮發(fā)油處理組,根據安順土荊芥種群揮發(fā)油中α-萜品烯、對傘花素的含量設定T2、C2、M2的處理濃度。二甲基亞砜(DMSO)作助溶劑,配制各處理組母液,其濃度見表1；分別撕取6種農作物葉下表皮,切成1 cm×0.5 cm的表皮條,放入裝有5 mL MES緩沖液(0.1 mmol/L CaCl2,50 mmol/L KCl,0.1 mol/L Tris,10 mmol-1MES,pH 7.0)的EP管中,設置5個處理梯度,分別取2、4、6、8 μL和10 μL處理母液,用DMSO補足體積10 μL后加入緩沖液,混勻,溶劑對照組(CK)加入10 μL DMSO。陰性對照組(0)不加處理液。重復3次,25℃光照培養(yǎng)30 min。

表1 土荊芥揮發(fā)油、α-萜品烯和對傘花素處理母液濃度一覽表

V1：成都種群揮發(fā)油處理,The treatment by volatile oil ofChenopodiumambrosioidesfrom Chengdu；V2：安順種群揮發(fā)油處理,The treatment by volatile oil ofC.ambrosioidesfrom Anshun；T: α-萜品烯處理,α-terpinene-treated；C: 對傘花素處理,cymene-treated；M：α-萜品烯+對傘花素處理,The combined treatment of α-terpinene and cymene；“1”和“2”的處理劑量分別根據成都種群和安順種群的揮發(fā)油中相應成分的含量確定,The treatment doses of "1" and "2" were determined according to the content of corresponding components in volatile oil ofC.ambrosioidesfrom Chengdu and Anshun, respectively

1.2.3 細胞活性檢測

參照馬丹煒等[14]方法。脅迫后,MES緩沖液清洗表皮條3次,AO/EB避光染色3 min,LEICA DM 3000熒光顯微鏡觀察并拍照。亮綠色熒光的為活細胞,橘紅色熒光的為死細胞。每個處理計數(shù)1000個保衛(wèi)細胞,重復3次。計算細胞死亡率。

1.2.4 細胞核形態(tài)檢測

采用Feulgen染色法[14]。脅迫后MES緩沖液清洗表皮條3次,卡諾固定液(無水乙醇∶冰醋酸=3∶1)4℃固定2 h,1 mol/L鹽酸60℃解離8 min,清洗3次,Schiff試劑避光染色1 h。LEICA DFC450C光學顯微鏡觀察并拍照。每個處理計數(shù)1000個保衛(wèi)細胞,重復3次。計算細胞核畸變率。

1.3 數(shù)據統(tǒng)計與分析

根據Williamson和Richardson[15]提出的化感作用敏感指數(shù)RI用于衡量化感作用強度。

式中,C為對照值,T為處理值,當RI>0時表示促進效應,當RI<0時為抑制效應,其絕對值代表化感作用強度大?。换凶饔镁C合效應(SE)為RI的算術平均值[16]。

使用SPSS 17.00軟件進行單因素方差分析,LSD法進行多重比較和顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 兩個入侵地土荊芥種群揮發(fā)油的化學組成

成都和安順兩個入侵地的土荊芥植株地上部分揮發(fā)油產率分別為3.173 g/kg和4.820 g/kg。表2可見,兩個種群的揮發(fā)油成分中,含量最高的兩個成分均為對傘花素和α-萜品烯。成都種群的揮發(fā)油中共檢出16種化合物,包括萜類及其氧化物10種、醇類2種、酚類1種、酮類1種、酯類2種；安順種群的揮發(fā)油中,共檢出25種化合物,包括萜類及其氧化物14種、醇類5種、酚類1種、酮類2種、酯類3種。兩地土荊芥揮發(fā)油成分的相對含量差異較大,如α-萜品烯在成都揮發(fā)油中相對含量為21.07%,安順則高達42.11%；成都揮發(fā)油的2-蒈烯相對含量為13.05%,安順僅為3.95%。不同入侵地的土荊芥揮發(fā)油成分具有一定的差異,如成都種群

表2 成都和安順兩地土荊芥揮發(fā)油的化學成分

中所含的β-蒎烯在安順種群中未檢出,安順種群所含α-異松油烯、β-月桂烯、α-松油醇和植酮等在成都種群中沒有檢測到。

2.2 不同處理對6種農作物葉保衛(wèi)細胞活性的影響

觀察發(fā)現(xiàn),對照組(CK和梯度0)中6種農作物葉保衛(wèi)細胞的細胞核大多呈亮綠色熒光,表現(xiàn)出較高的細胞活性；表3顯示,溶劑對照組(CK)和陰性對照組(梯度0)中,6種農作物保衛(wèi)細胞活性無顯著差異,表明助溶劑DMSO對葉保衛(wèi)細胞活性影響不大。

表3 土荊芥揮發(fā)油、α-萜品烯、對傘花素作用下6種農作物保衛(wèi)細胞的死亡率/%

續(xù)表受體植物Receptor plant處理組Treatment group處理梯度Treatment gradient/(μL/5mL)CK(DMSO)0246810M18.53±0.22a8.15±0.18a21.14±0.21b25.61±0.13c35.15±0.39d45.41±0.74e59.00±1.20fM28.53±0.22a8.15±0.18a33.05±0.29b41.91±0.51c53.20±0.27d71.33±1.08e78.30±0.94f

CK(DMSO)：對照組(二甲基亞砜),The control group (Dimethyl Sulphoxide)；同一行不同字母表示相同處理下不同劑量差異顯著性(P<0.05)

經揮發(fā)油、α-萜品烯、對傘花素、α-萜品烯+對傘花素混合物處理后,細胞核出現(xiàn)橘紅色熒光,說明處理液均具有細胞毒性,導致保衛(wèi)細胞死亡。表3可見,除韭M1組2 μL和蕎麥C2組2 μL處理對保衛(wèi)細胞死亡率無顯著影響外,大多數(shù)處理中,保衛(wèi)細胞死亡率均與對照差異顯著,隨處理濃度增加而增大(P<0.05),在處理劑量為10 μL時各作物保衛(wèi)細胞死亡率最高,最高死亡率達到93.85%。8個處理組中,蠶豆葉保衛(wèi)細胞死亡率在2、8、10 μL組表現(xiàn)為V2>M2>V1>M1>T2>T1>C1>C2；蠶豆6 μL組,蕎麥2 μL組,豌豆2、4、6 μL組和白菜整體死亡率表現(xiàn)為V2>M2>T2>V1>M1>T1>C1>C2；蠶豆4 μL組,花生2、8 μL組,韭6、8 μL組,蕎麥4、8、10 μL組和豌豆8、10 μL組為V2>V1>M2>T2>M1>T1>C1>C2；花生4、6、10 μL組,韭10 μL組和蕎麥6 μL組表現(xiàn)為V2>V1>M2>M1>T2>T1>C1>C2；韭2、4 μL組為V2>M2>V1>T2>M1>T1>C1>C2。由此可見,安順揮發(fā)油毒性效應大于成都揮發(fā)油,α-萜品烯毒性大于對傘花素,混合處理中,α-萜品烯所占比例越高,處理液細胞毒性越強,表明α-萜品烯在土荊芥化感作用中貢獻率較大。此外,揮發(fā)油的化感效應大于單一成分的,說明除了α-萜品烯和對傘花素外,揮發(fā)油中還有其他化感物質,尚待進一步挖掘。

2.3 不同處理對保衛(wèi)細胞核形態(tài)的影響

從圖1可見,對照組的保衛(wèi)細胞核形態(tài)規(guī)則、均勻完整的分布于保衛(wèi)細胞內,而處理組的保衛(wèi)細胞核不同程度地出現(xiàn)了各種畸變現(xiàn)象,如核移位、核固縮、核畸形等,說明不同入侵地的土荊芥揮發(fā)油、α-萜品烯、對傘花素、α-萜品烯+對傘花素混合物處理誘導保衛(wèi)細胞出現(xiàn)遺傳損傷。

圖1 土荊芥揮發(fā)物作用下保衛(wèi)細胞核形態(tài)的變化Fig.1 Changes in the nucleus morphology of guard cells exposure to volatiles of Chenopodium ambrosioides L.a, b, c, d, e和f分別是蠶豆、花生、韭、白菜、蕎麥和豌豆的葉保衛(wèi)細胞,1,2,3,4分別代表正常保衛(wèi)細胞、核錯位、核固縮、核畸形

從表4可知,溶劑對照組(CK)和陰性對照組(梯度0)的保衛(wèi)細胞核畸變率差異不顯著(P>0.05),表明助溶劑對試驗結果影響不大；不同處理中,除白菜、豌豆M1組2 μL處理對保衛(wèi)細胞核畸變率沒有顯著影響外,核畸變率整體表現(xiàn)為隨著處理液濃度增大顯著增加(P<0.05),處理劑量為10 μL的最大核畸變率達到81.16%。不同處理對不同作物的遺傳毒性不盡相同,蠶豆2、6 μL組,花生6、8、10 μL組和蕎麥4、6、8 μL組為V2>M2>T2>V1>M1>T1>C1>C2,蠶豆10 μL組,花生4 μL組,韭2、6 μL組,白菜2 μL組和豌豆2 μL組為V2>V1>M2>T2>M1>T1>C1>C2,白菜6、8、10 μL組與豌豆6、8、10 μL組為V2>M2>V1>M1>T2>T1>C1>C2,蠶豆4 μL組,韭8、10 μL組,白菜4 μL組和蕎麥2 μL組為V2>M2>V1>T2>M1>T1>C1>C2,蠶豆8 μL組,花生2 μL組,韭4 μL組,蕎麥10 μL組和豌豆4 μL組為V2>V1>M2>M1>T2>T1>C1>C2。根據化感綜合效應指數(shù)發(fā)現(xiàn),8個處理組的遺傳毒性表現(xiàn)為V2>M2>V1>T2>M1>T1>C1>C2。這一結果也說明處理液中α-萜品烯比例越大,遺傳毒性越強。與2.2結果類似,揮發(fā)油的化感作用也大于單一成分的,說明揮發(fā)油中尚有其他化感物質。

表4土荊芥揮發(fā)油、α-萜品烯、對傘花素作用下6種農作物保衛(wèi)細胞的核畸變率/%

Table4ThenuclearmorphologyabormalrateoftheguardcellsexposedtovolatileoilofChenopodiumambrosioidesL.,α-terpineneandcymene

受體植物Receptor plant處理組Treatment group處理梯度Treatment gradient/ (μL/5mL)CK(DMSO)0246810蠶豆V112.23±0.90a11.41±0.52a17.06±0.49b26.57±0.12c28.37±0.19d36.10±0.31e41.94±0.19fVicia faba L. V212.23±0.90a11.41±0.52a23.68±0.09b33.87±0.90c36.66±0.34d41.69±0.15e48.23±0.16fT112.23±0.90a11.41±0.52a15.16±0.08b18.30±0.07c23.60±0.24d29.57±0.21e33.54±0.20fT212.23±0.90a11.41±0.52a18.73±0.04b25.56±0.27c28.68±0.23d30.47±0.19e38.41±0.04fC112.23±0.90a11.41±0.52a14.49±0.23b15.54±0.10c18.43±0.17d23.42±0.09e25.70±0.07fC212.23±0.90a11.41±0.52a13.41±0.25b14.76±0.15c16.50±0.11d20.70±0.24e24.48±0.16fM112.23±0.90a11.41±0.52a15.79±0.31b20.47±0.28c25.05±0.51d31.92±0.02e37.60±0.17fM212.23±0.90a11.41±0.52a20.36±0.97b30.64±0.37c30.79±0.26c34.95±0.30d40.44±0.11e花生V116.17±0.53a15.75±0.08a22.02±0.26b29.66±0.16c34.34±0.17d46.44±0.12e53.30±0.29fArachis hypogaea Linn.V216.17±0.53a15.75±0.08a24.09±0.04b38.87±0.12c56.96±0.08d64.89±0.03e81.16±0.11fT116.17±0.53a15.75±0.08a17.88±0.04b20.52±0.10c24.88±0.06d32.53±0.10e40.40±0.17fT216.17±0.53a15.75±0.08a18.67±0.14b23.51±0.24c40.51±0.12d48.32±0.16e60.59±0.13fC116.17±0.53a15.75±0.08a17.06±0.02b19.69±0.06c22.81±0.01d25.59±0.21e30.52±0.13fC216.17±0.53a15.75±0.08a16.97±0.01b17.48±0.05b20.82±0.05c24.61±0.02d27.67±0.09eM116.17±0.53a15.75±0.08a18.83±0.01b22.86±0.02c28.37±0.11d38.57±0.13e46.43±0.17fM216.17±0.53a15.75±0.08a19.85±0.07b25.38±0.11c45.35±0.10d53.25±0.08e66.42±0.26f韭V122.65±0.37a21.35±0.78a37.78±0.62b43.18±0.43c48.01±0.35d54.01±1.08e69.78±0.17fAllium tuberosum V222.65±0.37a21.35±0.78a40.07±0.53b44.50±0.12c56.64±0.3570.17±0.94e73.63±0.61fRottl. ex Spreng.T122.65±0.37a21.35±0.78a27.61±0.28b32.35±0.15c35.49±0.16d41.22±0.11e60.49±0.11fT222.65±0.37a21.35±0.78a30.44±0.12b37.39±0.24c39.73±0.20d50.65±0.03e66.59±0.15fC122.65±0.37a21.35±0.78a25.68±0.16b28.62±0.16c31.53±0.12d34.84±0.06e42.64±0.16fC222.65±0.37a21.35±0.78a24.49±0.24b27.44±0.17c30.33±0.16d33.41±0.21e40.57±0.18fM122.65±0.37a21.35±0.78a28.48±0.84b38.56±0.82c39.16±1.37c48.78±0.14d64.85±0.05eM222.65±0.37a21.35±0.78a32.08±1.05b41.75±0.76c42.96±0.35c55.12±0.92d71.22±0.49e白菜V118.77±0.09a18.63±0.12a22.11±0.30b35.81±0.68c40.18±0.09d47.13±0.05e51.04±0.36fBrassica campestris L.V218.77±0.09a18.63±0.12a23.40±0.37b39.84±0.41c43.91±0.42d49.82±0.32e56.87±0.38fT118.77±0.09a18.63±0.12a19.65±0.01b30.57±0.22c32.44±0.13d41.62±0.15e46.50±0.19fT218.77±0.09a18.63±0.12a19.79±0.01b35.43±0.12c39.36±0.19d45.58±0.22e47.96±0.74fC118.77±0.09a18.63±0.12a19.52±0.02b26.38±0.25c28.53±0.04d36.66±0.07e41.34±0.04fC218.77±0.09a18.63±0.12a19.11±0.05b25.56±0.06c27.34±0.05d32.63±0.22e38.50±0.15fM118.77±0.09a18.63±0.12a19.75±0.11a34.03±0.07b39.83±0.13c46.87±0.89d49.35±0.16eM218.77±0.09a18.63±0.12a19.84±0.33a39.10±0.49b41.75±0.10c48.34±1.17d54.00±1.17e蕎麥V120.04±0.13a19.27±0.26a34.44±0.51b40.22±0.55c47.99±0.24d55.63±0.23e72.34±0.18fFagopyrum esculentum V220.04±0.13a19.27±0.26a36.94±0.29b45.41±0.52c53.49±0.36d65.26±0.22e74.57±0.75fMoenchT120.04±0.13a19.27±0.26a29.47±0.10b35.65±0.11c40.39±0.23d49.71±0.06e64.48±0.08fT220.04±0.13a19.27±0.26a33.46±0.16b40.52±0.13c48.63±0.14d56.45±0.07e68.70±0.16fC120.04±0.13a19.27±0.26a26.50±0.22b29.54±0.25c38.36±0.28d45.39±0.42e56.63±0.17fC220.04±0.13a19.27±0.26a25.45±0.22b27.14±0.10c35.69±0.22d39.23±0.06e52.44±0.41fM120.04±0.13a19.27±0.26a32.49±0.41b38.41±0.78c43.43±0.20d51.28±0.06e69.44±0.37fM220.04±0.13a19.27±0.26a35.20±0.09b43.78±0.57c51.16±0.31d58.90±0.41e71.52±0.71f豌豆V118.78±1.20a17.62±0.05a23.37±0.41b31.66±0.35c47.27±0.09d57.40±0.24e75.47±0.20fPisum sativum Linn.V218.78±1.20a17.62±0.05a24.53±0.11b34.20±0.92c53.76±1.71d68.84±1.68e80.83±0.18fT118.78±1.20a17.62±0.05a19.74±0.02b25.37±0.17c40.46±0.23d50.63±0.12e65.18±0.10fT218.78±1.20a17.62±0.05a22.71±0.10b27.54±0.27c43.36±0.12d55.44±0.12e71.28±0.01fC118.78±1.20a17.62±0.05a19.35±0.00b23.56±0.15c31.67±0.14d40.75±0.03e43.18±0.08fC218.78±1.20a17.62±0.05a19.26±0.21b21.41±0.27c28.58±0.14d37.40±0.19e39.63±0.27fM118.78±1.20a17.62±0.05a20.14±0.92a29.74±1.04b46.04±0.46c56.72±0.50d74.14±0.99eM218.78±1.20a17.62±0.05a22.86±0.96b30.90±0.52c48.44±0.72d60.18±0.68e78.16±0.94f

2.4 不同處理對6種農作物化感作用強度比較

表5顯示,不同處理的化感作用強度依次為V2>M2>V1>T2>M1>T1>C1>C2,表明α-萜品烯和對傘花素均對保衛(wèi)細胞有化感作用,α-萜品烯的細胞毒性強于對傘花素,α-萜品烯比例越大,化感作用越強。由此推測,α-萜品烯是土荊芥的主效化感物質。6種農作物保衛(wèi)細胞對土荊芥揮發(fā)油、α-萜品烯、對傘花素、α-萜品烯+對傘花素混合物的敏感程度由大到小依次為蕎麥、豌豆、蠶豆、韭、花生、白菜。

表5 土荊芥揮發(fā)油、α-萜品烯、對傘花素化感效應比較

3 討論

3.1 不同入侵地土荊芥揮發(fā)油組成成分的差異

海拔、光照、水分、營養(yǎng)等生境的差異,往往會引起同一種植物不同種群之間次生代謝物的差異[17-18],如馬達加斯加的土荊芥揮發(fā)油主要成分是驅蛔素(41.8%),對傘花素(16.2%)、α-萜品烯(9.7%)和檸檬烯(3.8%)[19],尼日利亞的土荊芥揮發(fā)油主要成分是α-萜品烯(63.1%)、對傘花素(26.4%)和驅蛔素(3.9%)[20]。本研究結果表明,兩個分布于不同環(huán)境條件下的土荊芥種群揮發(fā)油含量差異較大,分別為3.173 g/kg(成都)和4.820 g/kg(安順)。另一方面,兩個種群的揮發(fā)油化學成分中,分別檢出了化合物16種(成都)和25種(安順),二者均包括萜類及其氧化物、醇類、酚類、酮類和酯類等化合物,其中α-萜品烯和對傘花素為兩個種群揮發(fā)油的主要成分,但含量差異明顯,在成都種群和安順種群中,α-萜品烯的含量分別為21.07%和42.11%,對傘花素的含量分別為25.88%和24.04%；β-蒎烯、α-異松油烯、(+)- 4-蒈烯、β-月桂烯、植酮和左旋-α-蒎烯等僅存在于安順種群中。由此可見,生活在不同環(huán)境條件下的土荊芥種群,其揮發(fā)油的化學組成及其含量均具有較大的差異。

3.2 不同入侵地土荊芥種群化感效應的差異

許多入侵植物釋放的化感物質如萜類、生物堿、醌類等均具有明顯的細胞毒性,如桉(EucalyptusrobustaSmith)的揮發(fā)油及其單萜烴類揮發(fā)物引起萵苣(LactucasativaL.)根尖分生組織細胞活細胞數(shù)顯著降低,細胞核發(fā)生核固縮,染色體變異[21]；萘醌擾亂受體細胞的結構、功能和代謝酶活性,誘導細胞發(fā)生凋亡[22]；紫莖澤蘭(EupatoriumadenophorumSpreng．)的兩種倍半萜化感物質DTD和HHO導致稻谷(OryzasativaL.)根尖細胞形狀和排列不規(guī)則,變得干癟,細胞核裂解,細胞質變少,高爾基體、核糖體和線粒體數(shù)量下降等現(xiàn)象[23]；本研究結果表明土荊芥揮發(fā)物具有較強的細胞毒性,雖然不同作物保衛(wèi)細胞對土荊芥揮發(fā)物的敏感程度存在一定的差異,但都不同程度地受到損傷,如核固縮、核降解、核錯位、細胞活性降低甚至死亡,細胞死亡率和畸變率與濃度呈正相關。比較土荊芥揮發(fā)油主要成分的細胞毒性發(fā)現(xiàn),α-萜品烯的細胞毒性大于對傘花素,這一結果與本研究室前期研究結果一致[6- 8]。此外,本研究發(fā)現(xiàn),土荊芥揮發(fā)物中α-萜品烯所占比例越高,細胞毒性越強,這在一定程度上說明α-萜品烯在土荊芥的化感作用中起著重要作用。

環(huán)境條件的差異可能導致不同地區(qū)的同種植物次生代謝產物發(fā)生變化,從而表現(xiàn)出化感作用差異[24]。為了提高自身在逆境中的生存能力,植物會以釋放更多化感物質的方式抑制周圍植物的生長[25-26],與此相反的是環(huán)境條件較為優(yōu)越時植物產生的次生代謝物質較少[27]。安順市大部分地區(qū)屬于喀斯特地貌,海拔高度在1300—1400 m之間,日照充沛,土壤抵抗侵蝕的能力較差,生態(tài)環(huán)境比較脆弱[28],干旱是其主要的氣象災害之一[29]；而成都市海拔較低(供試植株采集地海拔450 m),屬于亞熱帶季風氣候,水熱條件充沛[30],環(huán)境條件相對優(yōu)越。本研究結果顯示,安順種群揮發(fā)油的含量大于成都種群,而且從安順種群的揮發(fā)油檢出的成分(25種)比成都種群的成分(16種)豐富,化感效應較強的α-萜品烯含量(42.11%)也遠遠大于成都植株中的含量(21.07%)。由此推測,擴散到環(huán)境條件相對較差的土荊芥種群,為了取得競爭優(yōu)勢,向周圍環(huán)境釋放化感物質的種類和數(shù)量都有所增加,且毒性較強的化感物質比例增大。

4 結論

土荊芥揮發(fā)物具有較大的細胞毒性,導致保衛(wèi)細胞活性降低,細胞核出現(xiàn)核移位、核固縮、核畸形等畸變特征。隨著處理濃度增加,保衛(wèi)細胞的死亡率和核畸變率增大；不同農作物保衛(wèi)細胞對土荊芥揮發(fā)物脅迫的敏感程度不同；不同入侵地的土荊芥揮發(fā)油成分和含量差異較大,環(huán)境條件較差時,土荊芥釋放揮發(fā)性物質成分較為復雜,細胞毒性較大的成分所占比例增加。