山羽藓对青海云杉的化感作用及青海云杉凋落物的自毒作用研究

摘要

山羽藓是内蒙古贺兰山自然保护区青海云杉林生态系统地被植物的优势种，其对青海云杉林更新的影响不容忽视。此外森林更新和植物群落演替还受到地面凋落物的影响。青海云杉种子成熟后自然散落在山羽藓藓丛和地面的凋落物中，降雨或融雪后，山羽藓和凋落物的淋溶物对青海云杉种子萌发及幼苗的生长是否会有影响，目前未见相关报道。因此，本论文研究山羽藓对青海云杉的化感作用及青海云杉凋落针叶和球果的自毒作用，利用GC-MS技术初步鉴定其中的化感和自毒活性物质;HPLC法检测山羽藓、青海云杉凋落物及林下土壤中5种酚类物质，并进行外源添加，探明其对青海云杉的化感作用。本研究将为阐明山羽藓和青海云杉凋落物影响青海云杉林天然更新的化学作用机制提供依据。
　　主要研究结果如下:
　　1.4 mg/mL山羽藓水提物显著抑制青海云杉种子萌发过程中的发芽势和发芽指数，抑制幼苗胚根伸长和鲜、干重的增加，降低10日龄青海云杉幼苗POD、CAT和SOD酶活性(p＜0.05），而对APX酶活性没有显著影响(p＞0.05）。0.04 mg/mL山羽藓水提物促进青海云杉幼苗根尖细胞活力，而0.4 mg/mL和4 mg/mL则呈现抑制的作用，0.04～4 mg/mL山羽藓水提物均抑制青海云杉幼苗根尖有丝分裂(p＜0.05)。土壤添加7 g/L山羽藓粉末3个月，抑制青海云杉的幼树生长和叶片光合色素含量，3个实验浓度山羽藓粉末均抑制青海云杉幼树根的生长及活力，抑制POD、CAT和SOD3种抗氧化酶活性(p＜0.05）。
　　2.山羽藓水提物的乙醚相萃取物显著抑制青海云杉种子萌发和幼苗生长(p＜0.05），利用GC-MS技术从中鉴定出9个化合物，十六烷酸相对含量最高，鉴定出的具有植物毒性活性的成分还有氢化肉桂酸、4-乙基苯甲醛和3-羟基苯甲酸。
　　3.4 mg/mL青海云杉凋落针叶水提物抑制自身种子萌发和幼苗生长(p＜0.05)，且发芽率、发芽指数和胚轴对针叶水提物较为敏感。土壤添加14 g/L凋落针叶粉末增加盆栽青海云杉幼树高径比，抑制根长、根系活力、鲜重和干重(p＜0.05），但是叶绿素含量未受到显著影响(p＞0.05)。幼树针叶中POD和SOD酶活性在添加14g/L凋落针叶粉末后显著降低，而CAT和APX酶活性则在添加3.5 g/L和7 g/L针叶粉末后显著降低(p＜0.05)。
　　4.青海云杉凋落球果4 mg/mL水提物抑制自身种子萌发和幼苗生长(p＜0.05)，且发芽势和胚根对球果水提物较为敏感。3.5 g/L和14 g/L凋落球果粉末增加盆栽青海云杉幼树高径比，抑制根系活力，3.5～14 g/L凋落球果粉末均抑制幼树针叶中CAT和SOD酶活性，而POD酶仅在低浓度添加时降低，APX酶活性则在中、高浓度添加时显著降低(p＜0.05)。
　　5.青海云杉幼苗的胚根和胚轴对凋落物的有机相萃取物最敏感，针叶水提物的乙醚相和乙酸乙酯相是自毒作用最强的萃取物，这两个活性部位中均鉴定出3，4-二羟基苯乙酮这种公认的自毒物质，且含量较高。此外还在针叶乙酸乙酯萃取物中鉴定出具有植物毒性活性的异香草醛，其相对含量甚至高于3，4-二羟基苯乙酮。凋落球果的乙醚相萃取物中鉴定出两种二萜类成分去氢松香酸和13-顺式-维甲酸，前者具有植物毒性活性。
　　6.青海云杉凋落针叶中5种酚酸（香草酸、香草醛、7-羟基香豆素、阿魏酸和肉桂酸）含量均显著高于球果、山羽藓和林下土壤。无论是针叶、球果、山羽藓还是林下土壤中5种酚酸中均为香草酸含量最高，肉桂酸含量最低。20 mg/L肉桂酸显著增加青海云杉种子发芽率(p＜0.05），而500 mg/L的7-羟基香豆素对青海云杉种子发芽率、发芽势和发芽指数的抑制作用最强，对幼苗鲜重、干重及胚根生长的影响呈现出典型的低浓度促进高浓度抑制的化感作用。香草酸在实验浓度(20，100和500 mg/L)下，均显著降低青海云杉幼苗鲜重、干重和胚根长度(p＜0.05），但是对胚轴没有显著影响(p＞0.05)。

目录

声明

缩略词

摘要

第一章 前言

1．1．1 藓类植物中的化感物质

1．1．2 藓类植物提取物的化感活性

1．1．3 自然界藓层的化感作用

1．2 针叶树种的自毒作用

1．2．1 林木自毒作用及自毒物质的研究

1．2．2 针叶树种的自毒作用研究

1．3 酚类物质的化感作用

1．3．1 酚类物质的化感和自毒作用机理

1．3．2 酚类物质对针叶树的化感和自毒作用

1．4 研究目的和意义

1．5 研究内容

第二章 山羽藓对青海云杉的化感作用研究

2．1 山羽藓水提物对青海云杉的化感作用

2．1．2 试剂和仪器

2．1．3 方法

2．1．4 数据处理

2．1．5 结果

2．2 土壤添加山羽藓粉末对盆栽青海云杉幼树的影响

2．2．1 植物材料

2．2．2 试剂和仪器

2．2．3 方法

2．2．4 数据处理

2．2．5 结果

2．3 讨论

2．3．1 青海云杉种子萌发和幼苗生长对山羽藓化感效应的响应

2．3．2 青海云杉抗氧化酶活性变化响应山羽藓的化感作用

2．3．3 青海云杉幼苗根尖有丝分裂对山羽藓水提取物的响应

2．3．4 青海云杉幼树对土壤添加山羽藓粉末的响应

2．5 小结

第三章 山羽藓化感物质的初步分析鉴定

3．1 材料与方法

3．1．1 植物材料

3．1．2 试剂和仪器

3．1．3 方法

3．1．4 数据处理

3．2 结果

3．2．2 山羽藓水提物各有机相的GC-MS初步鉴定

3．3 讨论

3．3．1 青海云杉对山羽藓不同极性萃取部位化感作用的响应

3．3．2 山羽藓化学成分与其化感作用的关系

3．4 小结

第四章 青海云杉凋落针叶和球果的自毒作用

4．1 青海云杉凋落针叶和球果水提取物对自身种子萌发和幼苗生长的影响

4．1．1 植物材料

4．1．2 试剂与仪器

4．1．3 方法

4．1．4 数据处理

4．1．5 结果

4．2 土壤添加青海云杉凋落针叶和球果粉末对自身幼树生长的影响

4．2．1 植物材料

4．2．2 试剂与仪器

4．2．3 方法

4．2．4 数据处理

4．2．5 结果

4．3 讨论

4．3．1 青海云杉凋落物水提物的自毒作用

4．3．2 青海云杉幼树对土壤添加其凋落物粉末的响应

4．4 小结

第五章 青海云杉凋落针叶和球果自毒物质的初步分析鉴定

5．1 材料与方法

5．1．4 数据处理

5．2 结果

5．2．2 青海云杉凋落针叶3个有机相萃取物的GC-MS分析

5．2．3 青海云杉凋落球果水提物3个有机相萃取物的GC-MS分析

5．3 讨论

5．4 小结

第六章 酚类物质对青海云杉的化感作用

6．1 山羽藓和青海云杉凋落物及土壤中酚类物质的分析

6．1．3 方法

6．1．5 结果

6．2 外源添加5种酚类物质对青海云杉的化感作用研究

6．2．5 结果

6．3 讨论

6．3．1 青海云杉林生态系统中的5种酚类物质的分布

6．3．2 青海云杉对5种酚类物质化感作用的响应

6．4 小结

第七章 结论

7．2 本研究的特色

7．3 创新性

参考文献

附录

攻读学位期间发表的文章

致谢