自毒物质对连作沙芥属蔬菜致害机理研究

Pugionium Gaertn, unique genus in Mongolia plateau in central Asia, including two species P.Cornutm(L)Gaertn and P.dolabratum Maxim, and the P.Cornutm(L)Gaertn is chinese species. The annual and biennial plant in Pugionium Gaertn cannot coexist in the same natural habitats because of the autotoxicity, it is very dificulty for the plant growing continuously at the same land, which would greatly affect it’s distribution in nature, it is one of the endangered reasons for the plant. The extraction, separation and identification of autotoxicity in different organs and rhizosphere soil ofP.Cornutm(L)Gaertn and P.dolabratum Maxim Pugionium will be developped. 2-3 main kinds of autotoxins process seedlings of P.Cornutm(L)Gaertn and P.dolabratumMaxim, the effects of growth conditions, enzyme activity, membrane permeability, endogenous hormones and photosynthesis and soil environment will be determinate,and disscuss the autotoxicity mechanism of Pugionium Gaertn, which will provide theoretical basis for autotoxicity remission, resource conservation,introduction and acclimatization and cultivating

沙芥属（Pugionium Gaertn.）是亚洲中部蒙古高原沙地的特有属，包含沙芥和斧形沙芥2个种，其中沙芥为中国特有种。经过课题组多年多点观测发现沙芥属植物由于自毒作用导致其在自然生境下一、二年生植株不能共存，同一地块上不能连续多年生长，从而影响其资源的分布范围，是本属植物濒危的原因之一。本课题拟提取、分离并鉴定沙芥属蔬菜不同器官和根际土的自毒物质，并选取2-3种主效自毒物质处理沙芥属植物幼苗，从其对沙芥属植物的生长状况、酶活性、膜透性、内源激素和光合作用等生理生化基础和土壤环境的影响进行研究，明确其自毒机理，为沙芥属植物的自毒缓解、资源保护、引种驯化和新品种培育工作提供理论依据

沙芥属是蒙古高原沙地特有属，沙芥为中国特有种，斧形沙芥是珍稀濒危物种。由于自毒作用导致其在自然生境种群分布的不稳定性给物种的就地保护带来困难，由于自毒带来的连作障碍也给资源引种驯化栽培和异地保存带来极大的障碍。本课题以沙芥和斧形沙芥为实验材料，提取、分离并鉴定沙芥和斧形沙芥不同器官和根际土的自毒物质，并以主效自毒物质邻苯二甲酸和肉桂酸处理其幼苗，探讨其对生长状况、酶活性、膜透性、内源激素和光合作用等生理生化基础和土壤环境的影响，明确其自毒机理。结果表明：沙芥的叶片、果皮、枝条以及斧形沙芥果皮和种皮浸提液对其种子的萌发都存在显著的抑制作用，说明自毒物质的存在，是其自然生境种群不稳定以及人工栽培中连作障碍的原因之一。从沙芥提取液各分离相中鉴定出的主要化合物为酚酸类、有机酸类、醇醚类、芳香烃类物质，其中邻苯二甲酸和15-冠醚-5为各分离相共有的物质。斧形沙芥中存在的主要化合物为酯类、苯类、有机酸类、酚类、酸类、醚类和醇类等。利用外源有机化合物进行验证，确定了肉桂酸、2,3,5,6-四甲基苯酚、邻苯二甲酸3种物质具有化感自毒作用。外源邻苯二甲酸和肉桂酸对沙芥和斧翅沙芥影响主要表现在，幼苗体内抗氧化酶活性损伤、破坏细胞膜结构和功能；由于非气孔限制因素导致光合速率降低，通过抑制PSII原初光能转化效率和PSII潜在活性，影响了光合系统的运转，进一步影响其碳同化运转和有机物积累；显著抑制土壤微生物的数量土壤酶的活性。邻苯二甲酸和肉桂酸通过对沙芥和斧形沙芥抗氧化系统、光合作用和土壤环境的影响，从而抑制沙芥属植物的生长，而且斧形沙芥对自毒物质更敏感是其濒危的原因之一。本研究明确了自毒作用是导致其自然生境种群分布的不稳定性以及引种驯化栽培中连作障碍发生的主要原因，为本属植物的资源就地保护和异地保存问题的解决，以及引种驯化栽培中连作障碍的解决指明了方向。主效自毒物质以及自毒机理的研究为沙芥属植物自毒缓解提供了靶向物和理论基础。