论文部分内容阅读
植物引种是一种能够提高林业生产以及经济水平的高效低成本手段,引种植物大多对本地生境表现出较好的适应性,因此其对引种地生态学环境的影响非常重要。北美香柏（Thuja occidentalis Linn.）因枝叶具有香气而得名,且树冠整齐优美,是不可多得的园林景观植物。该植物原产北美,我国多地对北美香柏成功引种,例如沈阳和昆明。其中沈阳自上世纪80年代开始引进北美香柏,于2001年开始大量插扦繁育。北美香柏对多种生境表现出适应性,前期对沈阳市的北美香柏栽培园观察发现,北美香柏周围少有其他植物生长及病虫害发生,手触碰叶片部位就能闻到芳香气味,同时在初春以及冬季芳香性的挥发性物质（VOCs）会自然释放。推测北美香柏能够释放化学物质对邻近植物产生影响,因此本论文对北美香柏的次生代谢产物及生态学功能进行了研究。本论文通过植物化学的提取分离技术,从北美香柏枝叶中分离非挥发性次生代谢产物11个,通过NMR和MS鉴定了结构,类型主要为二萜、紫罗兰酮和酚类。通过高效液相色谱（HPLC）法对枝叶中的化学成分与根际土壤的化学成分进行对比,发现枝叶中的主要物质W-7存在于根际土壤中,之后通过高效液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）发现该化合物在根际土壤中的含量为8.43±5.44μg/g,由此说明W-7能够被植物释放到土壤中。进一步对W-7进行了植物毒活性、抗菌活性、以及线虫毒杀生物活性测试。植物毒活性测试发现,W-7对不同品种水稻的地下与地上部分的生长都表现为低浓度促进高浓度抑制的活性,当W-7浓度为100μg/mL时,对日本晴株高表现出28.00%的抑制活性;对新稻5918的株高抑制活性为35.58%;对金粮88的株高抑制活性最强,抑制率为36.08%。W-7还对十字花科植物油菜的地上部分的显示生长抑制活性,当W-7浓度为100μg/mL时,对油菜株高的抑制率为55.79%。同时W-7能抑制拟南芥的种子萌发,抑制中浓度(EC50)为153.87μg/mL;显微观察发现,W-7对拟南芥根部细胞的生长具有破坏作用。抗菌活性测试发现,W-7还具有抗真菌的活性,对玉米常见病菌玉米小斑病菌(EC50 38.40±3.33μg/mL)和玉米弯孢叶霉菌(EC50 24.65±12.12μg/mL)具有显著的生长抑制活性。W-7对病原真菌白色念珠菌具有一定的生长抑制活性(EC50281.80±37.2μg/mL)。线虫毒杀活性测试发现,W-7对秀丽隐杆线虫的毒杀作用不明显。通过顶空收集法,对北美香柏的VOCs进行了收集。利用水蒸气蒸馏法对沈阳和昆明北美香柏枝叶的精油进行了提取,发现沈阳栽培的北美香柏的产油率为0.61±0.03%;昆明产油率0.41±0.06%。GC-MS分析发现,精油和VOCs中的主要挥发性成分都为萜类化合物,包括fenchone、（-）-α-thujone、（+）-β-thujone、（-）-terpinen-4-ol、rimuene、（+）-hibaene等,其中单萜化合物（-）-α-thujone含量最高,其在沈阳栽培的北美香柏产精油（SY-EOs）、昆明产精油（KM-EOs）和沈阳产VOCs中的含量分别高达57.44%、69.22%和60.34%。为进一步确定主要挥发性物质的结构,进一步通过化学分离手段对沈阳产精油的化学物质进行分离,通过核磁共振波谱与质谱等方法确定（-）-α-thujone和（+）-hibaene的结构。之后利用GC-MS进一步对（-）-α-thujone在沈阳产北美香柏根际土壤中的含量进行分析,发现该化合物在根际邻近土壤（0.5 m）中的含量为0.18±0.17μg/g,由此说明植物的挥发性物质可以释放到土壤中。之后将沈阳产精油和（-）-α-thujone进行了植物毒、细胞毒、抗菌、昆虫拒食、昆虫生长抑制活性测试。植物毒活性测试发现,沈阳产精油和（-）-α-thujone对拟南芥种子萌发具有强抑制活性,EC50分别为3.81±0.55和1.22±0.07μg/mL。沈阳产精油和（-）-α-thujone对蒲公英种子萌发也具有显著抑制活性,EC50分别为61.86±14.22和73.91±31.13μg/mL。另外,沈阳产精油能抑制蒲公英根的生长,对根长的EC50为106.10±2.75μg/mL;（-）-α-thujone也能抑制蒲公英根的生长,对根长的EC50为140.17±2 9.65μg/mL。细胞毒活性测试发现,沈阳产精油对人体肺腺癌癌细胞(IC50 4.35±0.17μg/mL)、人体肝癌细胞(IC50 1.19±0.01μg/mL)以及乳腺癌细胞(IC50 2.88±0.29μg/mL)具有强的细胞毒活性。抗菌活性测试发现,沈阳产精油对玉米常见病菌禾谷镰刀菌、玉米弯孢叶霉菌以及玉米小斑病菌具有生长抑制活性,EC50分别为284.96±25.85、171.58±91.42和270.26±53.49μg/mL;沈阳产精油还对白色念珠菌的生长也具有抑制活性,EC50为286.76±67.32μg/mL。综上所述,北美香柏枝叶中的主要挥发性（-）-α-thujone和非挥发性W-7次生代谢产物能够被植物释放到根际土壤中,与此同时（-）-α-thujone和W-7显示了较强的植物毒和抗真菌活性,由此说明这些物质为北美香柏提供了防御邻近植物和植物病原菌侵染的功能。但挥发性成分（-）-α-thujone在土壤中含量较低,只能够在根际0.5 m的范围内检测到含量;非挥发性成分W-7在根际土壤中的含量也相对较低,说明合理控制北美香柏的栽培密度对于栽培地的其它植物影响较小。