杉木自毒作用及其与主要混交树种化感作用的研究

论文摘要

化感作用是指植物生长过程或植物腐烂过程中产生的化感物质对邻近植物生长的干扰，它是植物之间传递信息的一种方式，是森林生态系统中普遍存在的一种现象，对森林群落的结构、功能、效益及发展均有重大影响，是一不可忽视的化学生态因子。1984年Rice把化感作用定义为“植物（包括微生物）向环境释放化学物质，从而对其它植物产生有利或有害的影响”。植物通过挥发、淋溶、分泌、分解、腐解等途径向环境释放化感物质。 杉木是我国南方最重要的用材树种，连栽导致地力衰退。杉木自毒作用是导致杉木林地力衰退、生产力下降的一个重要原因。本论文首先分析了不同浸提方式条件下杉木叶、根及根际土壤化感物质以及不同腐解阶段杉木枯枝落叶分解土化感物质对杉木种子发芽及其幼苗的化感效应；在GC-MS鉴定自毒物质的基础上，分析了逆境胁迫条件下杉木自毒物质对杉木幼苗的化感效应；除此之外，本文还探讨了杉木主要混交树种对杉木的种间化感作用，这不仅可以从机理上研究杉木人工林的自毒作用，深入了解杉木对自毒物质的反应及自毒物质的作用强度的变化，全面评价杉木自毒作用在杉木林中的地位，揭示杉木自毒作用在杉木林生态系统中的自然化学调控机理，而且通过杉木与主要混交树种种间生化作用的研究，为解决杉木连栽障碍问题，实现杉木林地的可持续经营，防止杉木连栽生产力下降在理论上和实践上都具有重要的理论参考价值及实践意义。研究结果表明： （1）杉木纯林中的土壤、枯落叶、半分解枯落叶和杉木鲜叶、枝条、树皮、树根的水浸液和上述七种水浸液添加乙烯吡咯啉酮K-300（pvp）后得到的溶液对杉木种子的萌发具有不同程度的影响。所有水浸液均表现出高浓度下抑制种子萌发，随着浓度降低，抑制作用减弱、消失，甚至转变为促进作用的规律；其中根和鲜叶的水浸液抑制作用最强，但水浸液添加pvp后得到的抑制作用明显减弱，且在低浓度时表现出促进作用。 （2）杉木枝叶水浸液对杉木幼苗的生长、生理及其各器官营养元素含量具有不同的影响。从生长量上，在整个培养过程，总体上的趋势基本上表现为高浓度的枝叶水浸液对杉木幼苗苗高及地径生长及光合指标、呼吸指标具有不良的影响；从生物量上看，各器官生物量随杉木枝叶水浸液浓度的上升而逐渐降低。从生物量分配率上看，杉木水浸液在低浓度时有利于叶、皮、根、枝和干等各器官的生物量分配率，高浓度时有利于枯枝落叶的生物量分配率。大部分营养器官C、N、Mg、K、Ca、Cu、Mn、Fe和Zn的含量随着水浸液的降低而升高，Al含量随着水浸液浓度的升高而升高；同一器官不同水浸液各个营养元素含量不同，同一元素也因水浸液浓度的不同而在不同的营养器官产生不同的分配。通过GC-MS气相质谱鉴定，杉木枝叶水浸液的化感物质主要是二氢香豆精、顺式合欢醛、丙酸甲酯、肉桂酸、阿魏酸、1-环丁基乙醇。 （3）采用正交试验方法及超临界流体萃取技术提取的杉木根提取物对杉木种子发芽存在不同程度的影响。生物检测结果表明，与酒精对照相比：超临界流体1萃取条件下，萃取参数8条件杉木根提取物对杉木种子绝对发芽率、绝对发芽势、胚根、胚轴、鲜重和干重等发芽指标均表现出抑制作用，萃取参数2、3、4和6等条件杉木根提取物对杉木种子鲜重表现出抑制作用，萃取参数5条件杉木根提取物对绝对发芽势和鲜重起抑制作用，萃取参数1和7等条件杉木根提取物对除胚根以外的其它各发芽指标均起抑制作用；同一参数条件三种浓度（50mg/kg、100mg/kg、200mg/kg）处理之间相比，萃取参数1、2、3、6、7和8

论文目录

• 独创性声明
• 论文使用授权的说明
• 中文摘要
• 英文摘要
• 引言
• 1 化感物质的来源、种类、生物合成途径及其作用机理
• 1.1 化感物质的类源
• 1.2 化感物质的种类、生物合成途径及其作用机理
• 1.2.1 化感物质的种类
• 1.2.2 化感物质的合成途径
• 1.2.3 化感物质的作用机理
• 2 自毒作用研究进展
• 3 杉木地力衰退的原因
• 4 本论文研究意义
• 第一章 不同浸提方式杉木各器官化感物质对杉木的化感作用
• 第一节 杉木不同器官水浸液对杉木的化感效应及其物质鉴定
• 1 杉木不同器官水浸液对杉木种子发芽的化感效应
• 1.1 试验材料与方法
• 1.1.1 试验材料
• 1.1.2 水浸液备制及灭菌
• 1.1.3 杉木自毒作用的发芽指标测定
• 1.1.4 数据统计分析
• 1.2 结果分析
• 1.2.1 杉木各器官水浸液对杉木种子萌发的作用
• 1.2.2 杉木各器官水浸液+PVP后对杉木种子萌发和幼芽的影响
• 1.2.3 杉木枝叶水浸液及枝叶水浸液+PVP溶液对杉木种子萌发的比较
• 2 杉木枝叶水浸液对杉木幼苗的化感效应
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 杉木水浸液的制备
• 2.1.2 发试验设计
• 2.1.3 生长因子测定
• 2.1.4 光合特性指标测定
• 2.1.5 各器官营养元素的测定
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 杉木枝叶水浸液对杉木幼苗生长的影响
• 2.2.2 不同浓度杉木枝叶水浸液处理6年后杉木幼苗生物量及其分配
• 2.2.3 不同浓度杉木枝叶水浸液处理6年后杉木幼苗生理指标的变化
• 2.2.4 杉木枝叶水浸液处理杉木6年对杉木幼苗各器官营养元素的影响
• 3 杉木枝叶水浸液化感物质的物质鉴定
• 3.1 材料来源
• 3.2 化感物质分离及鉴定方法
• 3.3 鉴定结果
• 4 小结
• 第二节 杉木根化感物质对杉木种子的化感效应及其物质鉴定
• 1 杉木根化感物质对杉木种子的化感效应
• 1.1 材料与方法
• 1.1.1 材料来源与处理
• 1.1.2 材料提取与化感物质的处理
• 1.1.3 化感物质溶液的配制
• 1.1.4 生物检测
• 1.1.5 数据统计分析
• 1.2 结果与分析
• 2不同萃取参数对杉木根化感物质得率的影响'>1.2.1 超临界CO₂不同萃取参数对杉木根化感物质得率的影响
• 1.2.2 流体1杉木根化感物质对杉木种子发芽过程的影响
• 1.2.3 流体1杉木根化感物质对杉木种子各发芽指标的影响
• 2 杉木根化感物质的物质鉴定
• 2.1 材料来源
• 2.2 鉴定方法
• 2.3 结果与分析
• 3 小结
• 第三节 杉木根际土壤化感物质对杉木的化感作用及其物质鉴定
• 1 杉木根际土壤化感物质对杉木种子的化感效应
• 1.1 材料与方法
• 1.1.1 材料来源与处理
• 1.1.2 材料提取与化感物质的处理
• 1.1.3 化感物质溶液的配制
• 1.1.4 生物检测
• 1.1.5 数据统计分析
• 1.2 结果与分析
• 1.2.1 杉木根际土壤化感物质对杉木种子发芽过程的影响
• 1.2.2 杉木根际土壤化感物质对杉木种子绝对发芽率的影响
• 1.2.3 杉木根际土壤化感物质对杉木种子绝对发芽势的影响
• 1.2.4 杉木根际土壤化感物质对杉木种子根长生长的影响
• 2 杉木根际土壤化感物质的物质鉴定
• 2.1 材料来源
• 2.2 鉴定方法
• 2.3 结果与分析
• 3 小结
• 第二章 杉木自毒物质的生物活性检测
• 第一节 不同杉木化感物质对种子发芽效应的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 材料来源
• 1.2 试验添加液的配制
• 1.3 生物检测
• 1.4 数据统计分析
• 2 结果与分析
• 3 小结
• 第二节 几个环境因子对杉木自毒物质活性效应的研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料来源与处理
• 1.2 试验设计
• 1.2.1 不同水分水平试验设计
• 1.2.2 不同营养水平试验设计
• 1.3 指标测定方法
• 1.3.1 叶绿素含量的测定方法
• 1.3.2 相对电导率的测定方法
• 1.3.3 超氧化物歧化酶的测定方法
• 1.3.4 过氧化物酶测定方法
• 1.3.5 脯氨酸含量测定方法
• 1.3.6 硝酸还原酶测定方法
• 1.3.7 多酚氧化酶的测定
• 1.4 数据处理
• 2 结果与分析
• 2.1 不同水分条件邻羟基苯甲酸对杉木幼苗生理生化的影响
• 2.1.1 不同水分条件邻羟基苯甲酸对杉木幼苗叶绿素含量的影响
• 2.1.2 不同水分条件邻羟基苯甲酸对杉木幼苗叶片相对电导率的影响
• 2.1.3 不同水分条件邻羟基苯甲酸对杉木幼苗超氧化物歧化酶活性的影响
• 2.1.4 不同水分条件邻羟基苯甲酸对杉木幼苗过氧化物酶活性的影响
• 2.1.5 不同水分条件邻羟基苯甲酸对生杉木幼苗脯氨酸含量的影响
• 2.2 不同营养液水平邻基苯甲酸对杉木幼苗生理生化的影响
• 2.2.1 不同营养液水平邻羟基苯甲酸对杉木幼苗叶绿素含量的影响
• 2.2.2 不同营养液水平邻羟基苯甲酸对杉木幼苗叶片相对电导率的的影响
• 2.2.3 不同营养液水平邻羟基苯甲酸对杉木幼苗硝酸还原酶活性的影响
• 2.2.4 不同营养液水平邻羟基苯甲酸对杉木幼苗超氧化物歧化酶活性的影响
• 2.2.5 不同营养液水平邻羟基苯甲酸对杉木幼苗过氧化物酶活性的影响
• 3 小结
• 第三章 不同腐解阶段杉木枯枝落叶分解土化感物质的生物评价与物质鉴定
• 第一节 不同腐解阶段杉木枯枝落叶分解土化感物质的生物评价检测
• 1 材料与方法
• 1.1 材料来源及处理
• 1.2 化感物质的浸提及分离
• 1.3 实验添加液的配制
• 1.4 化感物质的生物检测
• 1.5 数据处理
• 1.6 化感物质的鉴定
• 2 结果与分析
• 2.1 枯枝落叶分解3个月后分解土化感物质对杉木的化感效应
• 2.1.1 分解3个月后枯枝落叶分解土弱极性化感物质对杉木种子的发芽效应
• 2.1.2 分解3个月后枯枝落叶分解土极性化感物质对杉木种子的发芽效应
• 2.2 分解6个月后枯枝落叶分解土化感物质对杉木的化感效应
• 2.2.1 分解6个月后枯枝落叶分解土弱极性化感物质对杉木种子的发芽效应
• 2.2.2 分解6个月后枯枝落叶分解土极性化感物质对杉木种子的发芽效应
• 2.3 分解9个月后枯枝落叶分解土化感物质对杉木的化感效应
• 2.3.1 分解9个月后枯枝落叶分解土弱极性化感物质对杉木种子的发芽效应
• 2.3.2 分解9个月后枯枝落叶分解土极性化感物质对杉木种子的发芽效应
• 2.4 分解12个月后枯枝落叶分解土化感物质对杉木的化感效应
• 2.4.1 分解12个月后枯枝落叶分解土弱极性化感物质对杉木种子的发芽效应
• 2.4.2 分解12个月后枯枝落叶分解土极性化感物质对杉木种子的发芽效应
• 2.5 不同分解杉木枯枝落叶阶段分解土化感效应变化趋势
• 2.5.1 不同腐解阶段分解土弱极性化感物质的化感效应变化趋势
• 2.5.2 不同腐解阶段分解土极性化感物质的化感效应变化趋势
• 3 小结
• 第二节 杉木枯枝落叶不同腐解阶段分解土化感物质的鉴定
• 1 材料来源
• 2 化感物质分离及鉴定方法
• 3 鉴定结果
• 4 小结
• 第四章 不同浸提取方式主要混交树种化感物质对杉木的化感效应
• 第一节 主要混交树种枝叶水浸液对杉木幼苗的化感效应
• 1 材料与方法
• 1.1 混交树种枝叶水浸液的制备
• 1.2 试验设计
• 1.3 生长因子测定
• 1.4 光合特性指标测定
• 1.5 各器官营养元素的测定
• 2 结果与分析
• 2.1 不同浓度主要混交树种水浸液对杉木幼苗地径的生长效应
• 2.1.1 不同浓度主要混交树种水浸液对杉木幼苗地径的生长效应
• 2.1.2 不同浓度主要混交树种水浸液对杉木幼苗地径的生长效应
• 2.2 主要混交树种枝叶水浸液处理杉木幼苗6年后对其光合性状变化
• 2.2.1 不同混交树种水浸液处理杉木幼苗6年后对其光合作用特性的影响
• 2.2.2 不同混交树种水浸液处理杉木幼苗6年后对其呼吸作用特性的影响
• 2.3 混交树种枝叶水浸液处理杉木6年后对杉木总生物量的影响
• 2.3.1 混交树种枝叶水浸液处理杉木6年后对杉木总生物量的影响
• 2.3.2 混交树种枝叶水浸液处理杉木6年后对杉木各器官生物量的影响
• 2.3.3 混交树种枝叶水浸液处理杉木6年后对杉木各器官生物量分配率的影响
• 3 小结
• 第二节 马尾松叶化感物质对杉木的化感作用及其物质鉴定
• 1 材料与方法
• 1.1 材料来源与处理
• 1.2 马尾松根化感物质的萃取及浓缩
• 1.3 实验添加液的配制
• 1.4 生物检测
• 1.5 数据处理
• 2 结果与分析
• 2.1 马尾松叶化感物质对杉木种子发芽过程的影响
• 2.2 不同萃取参数流体1马尾松叶化感物质对杉木的化感效应
• 2.3 不同萃取参数流体2马尾松叶化感物质对杉木的化感效应
• 2.4 马尾松叶化感物质鉴定
• 2.4.1 材料来源
• 2.4.2 化感物质分离及鉴定方法
• 2.4.3 鉴定结果
• 3 小结
• 第三节 丝栗栲根及根际土壤化感物质对杉木的化感作用
• 1 丝栗栲根化感物质对杉木种子的化感效应
• 1.1 材料与方法
• 1.1.1 材料来源与处理
• 1.1.2 材料提取与化感物质的处理
• 1.1.3 化感物质溶液的配制
• 1.1.4 生物检测
• 1.1.5 数据统计分析
• 1.2 结果与分析
• 1.2.1 不同参数条件对丝栗栲根化感物质得率的影响
• 1.2.2 丝栗栲根化感物质对杉木种子发芽过程的影响
• 1.2.3 丝栗栲根化感物质对杉木种子各发芽指标的影响
• 1.3 小结
• 2 丝栗栲根际土壤化感物质对杉木的化感作用
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料来源与处理
• 2.1.2 化感物质提取与处理
• 2.1.3 化感物质溶液的配制
• 2.1.4 生物检测
• 2.1.5 数据统计分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 丝栗栲根际土壤化感物质对杉木种子发芽过程的影响
• 2.2.2 丝栗栲根际土壤化感物质对杉木种子绝对发芽率的影响
• 2.2.3 丝栗栲根际土壤化感物质对杉木种子绝对发芽势的影响
• 2.2.4 丝栗栲根际土壤化感物质对杉木种子根长生长的影响
• 2.3 小结
• 第五章 杉木与主要混交树种种间化感物质相互作用的研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料来源与处理
• 1.2 实验添加液的制备
• 1.3 生物检测
• 2 结果与分析
• 2.1 丙酮、乙酸乙酯提取的化感物质对杉木种子发芽的影响
• 2.1.1 弱极性化感物质组分对杉木种子发芽和胚根生长的影响
• 2.1.2 极性化感物质组分对杉木种子萌发和芽生长的影响
• 2.2 乙醇、乙醚提取的化感物质对杉木种子发芽影响
• 2.2.1 弱极性化感物质组分对杉木种子萌发和芽生长的影响
• 2.2.2 极性化感物质组分对杉木种子萌发和芽生长的影响
• 2.3 乙醇、乙醚、丙酮、乙酸乙酯提取的化感物质对杉木种子的影响
• 2.3.1 弱极性化感物质组分对杉木种子萌发和芽生长的影响
• 2.3.2 极性化感物质组分对杉木种子萌发和芽生长的影响
• 3 小结
• 总结与讨论
• 参考文献
• 致谢