对羟基苯甲酸对烟苗氮磷钾吸收及转运的化感作用

王传吉++赵阳++杨银菊++王树声

摘要：研究化感物质对羟基苯甲酸对烟草氮磷钾养分吸收、转运及分配的影响。以烟草K326为材料，在水培条件下，设置对羟基苯甲酸浓度分别为5 mg/L（T1）、15 mg/L（T2）、45 mg/L（T3）、0 mg/L（CK）4个处理，测定不同处理条件下对烟苗NO-3、H2PO4-、K+的吸收曲线、烟苗根茎叶中氮磷钾含量及分配的影响，以及对木质部、韧皮部中NO3-、NH4+、游离氨基酸、磷、钾含量的影响。与CK比较，对羟基苯甲酸对NO3-吸收曲线没有明显改变，但却明显改变H2PO4-、K+的吸收曲线。烟苗根茎叶中氮磷钾的积累量上，根部氮积累量对羟基苯甲酸处理高于CK，茎部、叶部低于CK，总量也低于CK，地上部氮积累量所占比例对羟基苯甲酸处理低于CK；根茎叶中磷积累量，且地上部磷积累量比例均处理低于CK；根茎叶中钾积累量对羟基苯甲酸处理低于CK，但地上部钾积累量比例对羟基苯甲酸处理与CK变化不显著。木质部及韧皮部中NO3-、NH4+、游离氨基酸、磷、钾含量均为T3处理最低。表明对羟基苯甲酸抑制烟草对氮磷钾的吸收，对磷、钾的抑制作用更强，并且抑制氮和磷向地上部运输，但对钾的运输作用不强。

关键词：烟草；对羟基苯甲酸；吸收；运输；化感作用；养分

中图分类号： S572.06文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）03-0070-04

收稿日期：2016-01-06

基金项目：中国农业科学院烟草研究所创新工程（编号：ASTIP-TRIC03）。

作者简介：王传吉（1991—），男，安徽滁州人，硕士，主要从事烟草栽培技术研究。E-mail：wangchuanji20130@sina.com。

通信作者：王树声，博士，研究员，主要从事烟草栽培与生理研究。E-mail：wangshusheng@caas.cn。

植物或微生物的代谢分泌物对环境中其他植物或微生物的有利或不利的作用，称为化感作用[1]。早在2 000年前化感作用的现象就在相关植物著作中被提及[2]，直到1937才被Molisch正式定义为Allelopathy[2]。目前，已研究发现的植物化感物质超过10 000种，按照结构组成可分为10类：（1）水溶性有机酸、直链醇；（2）简单不饱和内酯；（3）长链脂肪酸；（4）奎宁；（5）酚类；（6）苯丙烯酸及衍生物；（7）香豆素；（8）黄酮类；（9）单宁酸；（10）类固醇类[3]。酚类由一个—OH与苯环相连构成，但在化感物质中的酚类定义较宽松，包含一系列的组合类型，如芳香族环，羟基与苯甲酸、醛基组合，羟基与苯丙烯酸组合等[4]。酚类作为一类重要的化感物质，广泛分布于植物及植物分解产物中，是土壤腐殖质的前体物质，同时也是根际分泌物的组成之一[5]。酚类物质包括对羟基苯甲酸、没食子酸、丁香酸、肉桂酸、咖啡酸和阿魏酸等[3，6-7]。酚类物质在根际土壤中聚集，可以通过改变pH值[8]或微生物多样性[9]影响土壤矿质离子的有效态，最终影响植物的养分吸收，或者通过对根系的作用，影响根系生长[10]等，但酚类本身是否能作用于养分吸收，及影响养分在植物体内的循环利用，还有待研究。对羟基苯甲酸作为土壤中常见的一种酚类化感物质，高浓度时能够降低植物叶片水势和气孔导度、抑制光合作用及蛋白质的合成、影响根系发育，但对作物根系养分吸收过程、养分在作物中运输及分配的影响研究较少。本试验通过对羟基苯甲酸对烟草氮、磷、钾养分的吸收，及在烟草根、茎、叶中分配影响的研究，以期揭示酚类物质对植物养分吸收及转运的化感作用。

1材料与方法

1.1材料

烟草品种K326，由中国农业科学院烟草研究所国家农作物种质资源平台烟草种质资源子平台提供。

1.2试验设计

种子经消毒、灭菌后于28 ℃条件下催芽，35 d后，用蒸馏水洗净烟苗根系，转入蒸馏水中过渡24 h，之后每棵烟苗转入300 mL遮光塑料罐中，采用1/4Hogland营养液培养。待长至5张真叶展开时，置于蒸馏水中饥饿48 h，之后用含有不同浓度对羟基苯甲酸（PHBA）的1/4Hogland营养液[MgSO4 [JP2]0.5 mmol/L、Ca（NO3）2 1.875 mmol/L、NaH2PO4 0.25 mmol/L、[JP]Fe-EDTA 0.02 mmol/L、MnCl2 9×10-3 mmol/L、H3BO3 [JP2]0046 mmol/L、ZnSO4 8×10-4 mmol/L、CuSO4 3×10-4 mmol/L、[JP]（NH4）6Mo7O24 5×10-4 mmol/L、K2SO4 1.0 mmol/L、pH值65]进行培养。对羟基苯甲酸的浓度分别为5 mg/L（T1）、15 mg/L（T2）、45 mg/L（T3）的溶液，未添加对羟基苯甲酸的营养液为对照（CK），每3 d更换1次相应处理的营养液，每个处理重复16次，培养3周。

1.3样品采集及检测

1.3.1营養液采样及检测

采用离子耗竭法，48 h饥饿结束后，选择生长一致的烟苗，从烟苗转入不同处理营养液开始，在0.5、1、2、3、4、5、6、7、8 h取1次塑料罐中的营养液，每次取样5 mL，将样液装入10 mL离心管中，4 ℃保存，每次取样结束，用去离子水补充营养液至原体积。营养液中的NO-3采用紫外分光光度计检测、H2PO-4用钼锑抗分光光度法检测、K+采用原子分光光度计检测。

1.3.2烟样采集及检测

将烟苗分根、茎、叶进行采集，105 ℃ 杀青30 min，80 ℃烘至恒质量，称质量，粉碎后过 0.45 μm 筛，经H2SO4-H2O2消化后，用全自动凯氏定氮仪测定氮含量，磷含量用钒钼酸铵比色法测定，火焰光度计检测定钾离子含量。

1.3.3木质部及韧皮部汁液收集及检测

木质部汁液收集：参照Liang等的方法[11-12]，并做适当改进。脱脂棉经稀盐酸、蒸馏水、去离子水清洗，烘干，称取0.3 g脱脂棉，装入干净的10 mL离心管中待用。在距根基3 cm处用手术刀片切断茎秆，开始的第1滴汁液用脱脂棉弃去，以防韧皮部汁液的交叉污染，然后迅速将装有脱脂棉的离心管罩在茎秆上并使茎端面被脱脂棉包裹，用保鲜膜将茎秆与离心管包好。收集12 h后取下，将脱脂棉放入10 mL离心管中，加去离子水定容至10 mL，将收集到的木质部汁液4 ℃保存。

[JP2]韧皮部汁液的收集，参照King等的方法[13]，并做适当改进。将收集木质部汁液时切下的烟苗地上部，用去离子水洗净茎切口并用脱脂棉吸干表面水分，插入装有15 mL 25 mmol/L 的EDTA-Na2溶液的小塑料瓶中，将烟苗及塑料瓶用塑料袋密封，放置于培养箱中，黑暗条件、湿度95%、20 ℃ 下收集 12 h 韧皮部汁液。将收集的韧皮部汁液4 ℃保存。[JP]

木质部及韧皮部汁液中的游离氨基酸采用茚三酮比色法测定、磷采用钼锑抗分光光度法测定、钾用原子吸收分光光度计检测。

1.4数据分析

采用Excel 2003软件进行数据整理及制图，用数据分析软件SAS 9.2，按单因素3重复完全随机设计LSD法进行统计分析。

[JZ]养分积累量（mg）=养分含量（%）×组织干质量（mg）；

[JZ][HT9.，8.]地上部养分比例=[SX（]叶部积累量+茎部积累量叶部积累量+茎部积累量+根部积累量[SX）]×100%；

[JZ]地下部养分比例=[SX（]根部积累量叶部积累量+茎部积累量+根部积累量[SX）]×100%。[JP][HT〗

2结果与分析

2.1对羟基苯甲酸对烟苗养分吸收过程的影响

不同浓度PHBA处理下烟苗对NO-3的吸收曲线见图1，随着吸收时间的增加，营养液中的NO-3含量逐渐降低，在 8 h 时，在吸收总量上不同浓度处理间差别不大。

[TPWCJ1.tif][FK）]

不同浓度PHBA处理的烟苗对H2PO-4的吸收曲线见图2，随着吸收时间增加，营养液中H2PO-4离子含量降低，1 h前，PHBA处理H2PO-4离子浓度降低幅度较低，说明离子吸收速度较慢；1 h后，CK吸收速度放缓，T1处理吸收曲线保持线性降低，T2、T3处理吸收曲线变化幅度与CK相似。8 h时不同处理营养液H2PO-4浓度差异上，T1处理与CK差别不大，T2、T3处理相近，均高于T1处理与CK。

[TPWCJ2.tif][FK）]

不同浓度PHBA处理条件下的K+吸收曲线见图3，随着时间增加，CK、T1处理K+浓度一直表现为下降趋势，T2处理总体也表现为下降状态，但在3 h时K+浓度有所升高，然后再下降，T3处理在0.5 h时K+浓度升高，然后再下降。从 4 h 开始，不同浓度PHBA处理的营养液K+浓度一直表现为CK

[TPWCJ3.tif][FK）]

2.2对羟基苯甲酸对烟苗养分积累与转运的影响

2.2.1对羟基苯甲酸对烟苗氮的积累与分配的影响

从表1可以看出，根部氮含量以CK最低，随着PHBA处理浓度的增加，氮含量逐渐增加，根部氮积累量与含量表现一致，以CK氮含量最低，随处理浓度增大氮积累量增大。茎部氮含量表现为CK氮含量最高，T1、T2处理与CK差异不显著，T3处理则显著小于CK、T1、T2处理，与CK比较，含氮量降低2085%。茎部氮积累量与氮含量表现一致，T3处理积累量低于其他处理，比CK减少24.03%。叶部氮含量与氮积累量的变化，均表现为T3处理最低，与CK比较，氮含量和积累量分别降低20.44%、43.54%。从根、茎、叶中氮的积累量而得出地上部与地下部氮素分配比例，随着PHBA处理浓度的增加，地上部氮比例逐渐降低，T3地上部氮比例显著小于CK及T1、T2处理。

2.2.2对羟基苯甲酸对烟苗磷积累与分配的影响

从表2可以看出，根茎叶中磷含量均在T3处理时最低，比CK分别降低19.90%、63.26%、38.65%，其中根部磷含量T2处理最大，茎部、叶部为CK最大；根茎叶中的磷积累量表现与磷含量一致，[JP2]也是T3处理最低，分别比CK降低33.03%、6031%、[JP]57.47%。随着PHBA的浓度增加，地上部含磷比例逐渐降低，T3处理显著低于CK，地下部分配比例与地下部结果相反。

2.2.3对羟基苯甲酸对烟苗钾积累与分配的影响

从表3可以看出，不同浓度PHBA处理的钾含量，根茎叶中均以T3处理最低。根部钾含量T3处理为1.50%，显著小于CK和T1、T2处理，与CK比较钾含量减少66.36%，钾积累量T3处理比CK低55.10%。茎部钾含量T3处理为2.13%，小于CK和T1、T2处理，比CK降低61.06%。叶部钾含量T3处理为 3.02%，比CK降低36.15%。鉀积累量上根茎叶中也是T3处理最低。钾总积累量也是T3处理时最低，但地上部地下部分配比例处理间差异较小。

时，外渗速率超过吸收速率[16]。本试验采用3种浓度的 PHBA 处理，在8 h的吸收过程中，营养液中的离子含量一直减少，表明本试验中不同浓度PHBA处理对于烟草根系的外渗作用影响还未达到抑制吸收的作用，即使在 45 mg/L 的处理条件下根系仍可以吸收离子，但是PHBA也没有表现出促进吸收的作用。在8 h的营养液离子变化量方面，NO-3变化量不同处理与CK差异不大，而H2PO-4变化量在45 mg/L的处理则表现低于CK，K+变化量随PHBA浓度的增大而降低。可能是因为PHBA作用于根系表皮细胞上的离子结合位点，从而抑制对H2PO-4、K+的吸收。

吕卫光等研究表明，根系在接触PHBA 6 h后，脱氢酶和硝酸还原酶（NR）就会降低[16]。脱氢酶活性的降低会减弱三羧酸循环使得ATP、NADH的产生减少，进一步影响根系对离子的主动吸收。根系吸收的NO-3需要经过NR的转化，根系细胞的NR活性降低及ATP、NADH的减少会降低NO-3的还原反应，使得NO-3在根系积累。本试验中PHBA处理的烟苗根系氮浓度及积累量都高于CK，磷、钾都低于CK，原因可能是PHBA对烟苗氮的吸收抑制程度强于对磷和钾的吸收抑制，从而使根部氮浓度相对提高，磷主要以正磷酸的形式、钾主要以离子态形式向地上部运输[17]。本试验中45 mg/L的处理烟苗根系氮含量高于CK，磷、钾含量则低于CK，而全株的氮磷钾积累量同样是45 mg/L的处理低于CK，表明PHBA浓度为45 mg/L时对磷、钾吸收抑制作用强于对氮的吸收，使得氮含量相对提高。

浓度超过5 mg/L的PHBA与烟草根系接触8 h时，会干扰根系对NO-3、H2PO-4、K+吸收，主要是减弱对H2PO-4、K+的吸收，对NO-3的吸收作用影响较小。经历较长时间的 PHBA 处理后，烟草对氮、磷、钾的吸收都会减少，影响氮、磷养分向地上部的转运，对钾的作用不明显。PHBA的浓度越大，抑制作用越强。

[HS2*3]参考文献：

[1]Rice E L. Allelopathy[M]. New York：Academic Press，1984：23-28.

[2]Molisch H. Der einfluss einer pflanze auf die andere-allelopathie[M]. Jena，Austria：Fischer，1937：106.

[3]王强，阮晓，李兆慧，等. 植物自毒作用及针叶林自毒研究进展[J]. 林业科学，2007，43（6）：134-142.

[4]Zeng R S，Mallik A U，Luo S M. Allelopathy in sustainable agriculture and forestry[M]. New York：Springer Science+Business Media，2008：25-38.

[5]Li Z H，Wang Q，Ruan X，et al. Phenolics and plant allelopathy[J]. Molecules，2010，15（12）：8933-8952.

[6]Gao X B，Zhao F X，Shen X，et al. Effects of cinnamon acid on respiratory rate and its related enzymesactivity in roots of seedlings of Malus hupehensis Rehd[J]. Agricultural Sciences in China，2010，9（6）：833-839.

[7]Yang C M，Lee C N，Chou C H. Effects of three allelopathic phenolics on chlorophyll accumulation of rice （Oryza sativa） seedlings：Ⅰ. Inhibition of supply-orientation[J]. Botanical Bulletin of Academia Sinica，2002，43（4）：299-304.

[8]張恩平，衣宁宁，李亮亮，等. 番茄自毒物质对土壤养分的影响[J]. 西南农业学报，2010，23（3）：820-823.

[9]Indepuit，del Moral R. Is separating resource competition from allelopathy realistic？[J]. The Botanical Review，1997，63（3）：221-230.

[10]王珊，苏玉红，乔敏. 酚类化合物短期暴露对小麦和大麦苗期根伸长的影响[J]. 生态毒理学报，2015，10（2）：283-289.

[11]Liang J S，Zhang J H，Wong M H. Collection of xylem sap at flow rate similar to in vivo transpiration flux[J]. Plant and Cell Physiology，1997，38（12）：1375-1381.

[12]Buhtz A，Kolasa A，Arlt K，et al. Xylem sap protein composition is conserved among different plant species[J]. Planta，2004，219（4）：610-618.

[13]King R W，Zeevaart J A. Enhancement of phloem exudation from cut petioles by chelating agents[J]. Plant Physiology，1974，53（1）：96-103.

[14]Glass D M. Influence of phenoic acids on ion uptake：Ⅳ. Depolarization of membrane potentials[J]. Plant Physiology，1974，54（6）：855-858.

[15]Yu J Q. Effects of root exudates of cucumber and allelopathicals on the ion uptake by cucumber seedling[J]. Journal of Chemical Ecology，1997，23（3）：817-827.

[16]吕卫光，张春兰，袁飞，等. 化感物质抑制连作黄瓜生长的作用机理[J]. 中国农业科学，2002，35（1）：106-109.

[17]王忠. 植物生理学[M]. 北京：中国农业出版社，2000：104-107.[HJ][FL）]