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.pdf
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1、学校代码:10126分类号:18051学号:21108002编号:iiiiiiBY3270903内蒙古大学博士学位论文山羽彝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学 院:生命科学学院专 业:植物学研究方向:药用植物化学 万方数据原创性声明本人声明:所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。除本文己经注明引用的内容外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也 不包含为获得内蒙古大学及其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。在学期间研究成果使用承诺书本学位论文作者完全了
2、解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:内蒙古大学有权将 学位论文的全部内容或部分保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘,允 许编入有关数据库进行检索,也可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论文。为保护学院和导师的知识产权,作者在学期间取得的研究成果属于内蒙古大学。作者今后使 用涉及在学期间主要研究内容或研究成果,须征得内蒙古大学就读期间导师的同意;若用于 发表论文,版权单位必须署名为内蒙古大学方可投稿或公开发表。:万方数据目录缩略词.I摘要.IIABS TRACT.V第一章 前言.11.1 苔葬植物化感作用研究进展.11.1.1 薛类植物中的化感物质.11.1.2 薛
3、类植物提取物的化感活性.21.1.3 自然界鼻层的化感作用.51.2 针叶树种的自毒作用.61.2.1 林木自毒作用及自毒物质的研究.61.2.2 针叶树种的自毒作用研究.61.3 酚类物质的化感作用.81.3.1 酚类物质的化感和自毒作用机理.81.3.2 酚类物质对针叶树的化感和自毒作用.101.4 研究目的和意义.111.5 研究内容.11第二章 山羽薛对青海云杉的化感作用研究.122.1 山羽薛水提物对青海云杉的化感作用.122.1.1 植物材料.122.1.2 试剂和仪器.122.1.3 方法.132.1.4 数据处理.142.1.5 结果.152.2 土壤添加山羽葬粉末对盆栽青海云
4、杉幼树的影响.232.2.1植物材料.232.2.2试剂和仪器.232.2.3 方法.232.2.4数据处理.242.2.5 结果.242.3讨论.272.3.1青海云杉种子萌发和幼苗生长对山羽麻化感效应的响应.272.3.2青海云杉抗氧化酶活性变化响应山羽葬的化感作用.282.3.3青海云杉幼苗根尖有丝分裂对山羽鼻水提取物的响应.282.3.4青海云杉幼树对土壕添加山羽薛粉末的响应.282.5小结.29第三章 山羽葬化感物质的初步分析鉴定.303.1 材料与方法.303.1.1植物材料.303.1.2试剂和仪器.303.1.3 方法.313.1.4数据处理.313.2 结果.32万方数据3.
5、2.1山羽葬水提物各有机相萃取物对青海云杉种子萌发和幼苗生长的影响.323.2.2山羽薛水提物各有机相的GC-MS初步鉴定.33373.3.1青海云杉对山羽彝不同极性萃取部位化感作用的响应3.3.2山羽薛化学成分与其化感作用的关系.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 土康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
6、.373839000001133334444444444444444.3.1青海云杉凋落物水提物的自毒作用.504.3.2青海云杉幼树对土壤添加其凋落物粉末的响应.504.4小结.50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.525.1材料与方法.525.1.1 植物材料.525.1.2 试剂和仪器.525.1.3 方法.525.1.4 数据处理.535.2结果.535.2.1青海云杉凋落针叶和球果水提物各有机相萃取物的自毒作用.535.2.2青海云杉凋落针叶3个有机相萃取物的GC-MS分析.545.2.3青海云杉凋落球果水提物3个有机相萃取物的GC-MS分析.585.3讨论.62
7、5.4小结.63第六章 酚类物质对青海云杉的化感作用.646.1 山羽薛和青海云杉凋落物及土壤中酚类物质的分析.646.1.1 植物材料和土壤样品.646.1.2 试剂和仪器.646.1.3 方法.656.1.4 数据处理.656.1.5 结果.656.2外源添加5种酚类物质对青海云杉的化感作用研究.686.2.1植物材料.68万方数据6.2.2试剂和仪器.686.2.3 方法.686.2 4数据处理.686.2.5 结果.686.3讨论.726.3.1青海云杉林生态系统中的5种酚类物质的分布.726.3.2青海云杉对5种酚类物质化感作用的响应.726.4小结.73第七章 结论.747.1结论
8、.747.2本研究的特色.747.3创新性.75参考文献.76附录.84攻读学位期间发表的文章.94致谢.95万方数据缩略词缩写英文全称/拉丁名中文名称A.abietinaAbietinella abietina山羽群A-DEAbietinella abietina Diet h yl Et h er Ph a se Ex t r a c t io n山羽薛乙醯相萃取物A-EAAbietinella abietina Et h yl Ac et a t e Ph a se Ex t r a c t io n山羽薛乙酸乙酯相萃取物A-BAAbietinella abietina n-But yl
9、 Al c o h o l Ph a se o f Ex t r a c t io n山羽薛正丁醇相萃取物APXAsc o r ba t e Per o x id a se抗坏血酸过氧化物酶CATCa t a l a se过氧化氢醉C-DECo ne Lit t er Diet h yl Et h er Ph a se Ex t r a c t io n o f Picea crassifolia青海云杉凋落球果乙避相 萃取物C-EACo ne Lit t er Et h yl Ac et a t e Ph a se Ex t r a c t io n o f Picea crassifoli
10、a青海云杉凋落球果乙酸乙 酯相萃取物C-BACo ne Lit t er n-But yl Al c o h o l Ph a se Ex t r a c t io n o f Picea crassifolia青海云杉凋落球果正丁醇 相萃取物DHAP3,4-Dih yd r o x ya c et o ph eno ne3,4-二羟基苯乙酮GC-MSGa s Ch r o ma t o g r a ph y-Ma ss S pec t r o met er气相色谱-质谱联用HPLCHig h Per f o r ma nc e Liq uid Ch r o ma t o g r a ph y
11、高效液相色谱N-DENeed l e Lit t er Diet h yl Et h er Ph a se Ex t r a c t io n o f Picea crassifolia青海云杉凋落针叶乙醛相 萃取物N-EANeed l e Lit t er Et h yl Ac et a t e Ph a se Ex t r a c t io n o f Picea crassifolia青海云杉凋落针叶乙酸乙 酯相萃取物N-BANeed l e Lit t er n-But yl Al c o h o l Ph a se Ex t r a c t io n o f Picea crassi
12、folia青海云杉凋落针叶正丁醇 相萃取物PODPer o x id a se过氧化物酶P.crassifoliaPicea crassifolia青海云杉ROSRea c t ive Ox yg en S pec ies活性氧S ODS uper o x id e Dismut a se超氧化物歧化酶万方数据山羽薛对青海云杉的化感作用及青海云杉凋落物的自毒作 用研究摘要山羽薛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 落在山羽薛薛丛和地面的凋落物中,降雨或融雪后,
13、山羽群和凋落物 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,本论文研究山羽萍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法检测山羽辞、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辞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山羽群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S OD酶
14、活性(pV0.05),而对APX 酶活性没有显著影响(p0.05)0.04 mg/mL山羽群水提物促进青海云 万方数据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,0.044 mg/mL山羽辞水提物均抑制青海云杉幼苗根尖有丝分裂(pV 0.05)o 土壤添加7 g/L山羽薛粉末3个月,抑制青海云杉的幼树生长 和叶片光合色素含量,3个实验浓度山羽解粉末均抑制青海云杉幼树 根的生长及活力,抑制POD、CAT和S OD 3种抗氧化酶活性(pV0.05)。2.山羽群水提物的乙醛相萃取物显著抑制青海云杉种子萌发和 幼苗生长(pV0.05),利用GC-MS技术从中鉴定出9个化合
15、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(pVO.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(pV0.05),但是叶绿素含量未受到显著影 响(p0.05)。幼树针叶中POD和S OD酶活性在添加14 g/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(pV0.05)。4.青海云杉凋落球果4 mg/mL
16、水提物抑制自身种子萌发和幼苗 生长(pVO.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,3.514 g/L凋落球果粉末均抑制幼树针叶中CAT和S OD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(pV0.05)。III万方数据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,针叶水提物的乙醛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
17、草醛,其相对含量甚至高于3,4-二羟基苯乙酮。凋落球果的乙醛相 萃取物中鉴定出两种二菇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、山羽辞和林下土壤。无 论是针叶、球果、山羽群还是林下土壤中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(pVO.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
18、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(pV0.05),但是对胚轴没有显著影响(p0.05)。关键词:山羽薛;青海云杉;凋落物;化感物质;自毒物质IV万方数据ALLELOPATHY OF ABIETINELLA ABIETINA ON PICEACRASSIFOLIA AND AUTOTOXICITY OF LITTERS FROM PICEA CRASSIFOLIAABS TRACTAs t h e d o mina nt spec ies o f g r o und l a yer in Picea crassifolia f o r est
19、 ec o syst em a t t h e na t io na l na t ur a l r eser ve o f Hel a n Mo unt a in in Inner Mo ng o l ia,Abietinella abietina h a s a sig nif ic a nt ef f ec t o n t h e r eg ener a t io n o f P.crassifolia f o r est.Mo r eo ver,f o r est r eg ener a t io n a nd pl a nt c o mmunit y suc c essio n a
20、r e a l so a f f ec t ed by l it t er s o n t h e g r o und.Ma t ur e seed s o f P.crassifolia sc a t t er o n mo ss a nd l it t er s l a yer.Ho w ever,it h a s no t been r epo r t ed w h et h er t h e g er mina t io n a nd seed l ing g r o w t h o f P.crassifolia w il l be a f f ec t ed by t h e l
21、ea c h a t e o f A.abietina a nd it s o w n l it t er s a f t er t h e r a in o r sno w mel t.Th er ef o r e,a l l el o pa t h y o f A.abietina o n P.crassifolia a nd a ut o t o x ic it y o f l it t er s f r o m P.crassifolia w er e st ud ied in t h is t h esis,a nd 万方数据a l l el o pa t h ic c h emic
22、 a l s a nd a ut o t o x ic it ic c o mpo und s w er e id ent if ied pr el imina r y by GC-MS.In a d d it io n,f ive ph eno l ic c o mpo und s in A.abietina,l it t er s o f P.crassifolia a nd so il w er e d et ec t ed by HPLC.At l a st,t h ey w er e a d d ed int o pet r i d ish t o a sc er t a in it
23、 s a l l el o pa t h y o n P.crassifolia.Th is r esea r c h w il l l a y f o und a t io n t o c l a r if y t h e c h emic a l mec h a nism o f na t ur a l f o r est r eg ener a t io n o f P.crassifolia t h a t a r e a f f ec t ed by A.abietina a nd it s o w n l it t er s.Th e ma in r esul t s w er e
24、 d esc r ibed a s f o l l o w s:1.Th e g er mina t io n po t ent ia l,g er mina t io n ind ex,r a d ic l e el o ng a t io n,f r esh w eig h t a nd d r y w eig h t o f P.crassifolia w er e inh ibit ed by A.abietina a q ueo us ex t r a c t a t t h e c o nc ent r a t io n o f 4 mg/mL,a nd t h e a c t i
25、vit ies o f POD,CAT a nd S OD enzyme in 10 d a ys o l d sed d l ing s w er e a l so d ec r ea sed(p0.05).Th e r o o t t ip c el l via bil it y o f P.crassifolia w a s inc r ea sed r ema r ka bl y a t t h e c o nc ent r a t io n o f 0.04 mg/mL,but d ec r ea sed a t t h e c o nc ent r a t io n o f 0.4
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