化感作用是指植物或微生物产生的特殊生化物质对周围植物的直接或间接作用，对合理安排农作物耕作、防治病虫害、减轻连作障碍等方面有重要作用^[1]。据报道，薄荷属^[2]、荆芥属^[3]、百里香属^[4]、罗勒属^[5]等芳香植物对多种作物种子萌发及幼苗生长都具有化感作用，或抑制发芽和幼苗生长，或提高作物产量的同时还可抑制田间杂草生长，与芳香植物进行套种还可提高作物产量^[6]。

柠檬香茅Cymbopogon citratus是禾本科香茅属多年生草本植物，我国的分布范围主要在广东、福建、云南、台湾等省，全株具有奇特的柠檬香味和显著的抑菌效果^[7]。目前对柠檬香茅的研究除了主要集中在对香茅属植物精油提取工艺、精油含量与成分^[8]、抑菌^[9]与驱虫^[10]、保鲜^[11]和抗氧化^[12]作用等方面。作为一种重要的草本芳香植物，有关柠檬香茅等香茅属植物的化感方面研究较少。柠檬香茅种植地上其他植物难以生长，容易造成种植地水土流失，研究柠檬香茅的化感作用意义重大。曾任森等^[13]通过研究芳香植物香茅，杂草胜红蓟和三叶鬼针草根系分泌物的化感潜力，发现香茅根系分泌物的化感作用是造成香茅种植地其他植物不长的原因之一；黎华寿等^[14]通过对柠檬香茅等香茅属植物对玉米和稗草的化感作用研究，发现香茅产生的天然挥发物显著抑制供试植物幼苗生长量、根长及苗高的生长，说明香茅属植物天然挥发物存在潜在的化感物质，种植柠檬香茅时应重视其化感作用。

黄秋葵是锦葵科一年生草本植物，属喜温作物，生长周期短，耐干热，经济效益好，具有一定的保健功效^[15]。目前我国各地均有种植黄秋葵，南方地区1年还可种植2次。随着生活水平的提高，对于具有保健功能的蔬菜和芳香植物的接受和喜爱程度也在增加。本课题组近年来大力推广柠檬香茅种植，目前在福建省漳州龙海、诏安、长泰等县市已推广种植有一定面积的柠檬香茅，这些县市的黄秋葵种植面积较大，与柠檬香茅种植距离较近，柠檬香茅对黄秋葵的生长可能具有的潜在作用，而且未来两种植物套种和轮作也有可能。而柠檬香茅引种种植产生的化感作用对于高收益蔬菜黄秋葵的生长作用还尚未可知。本研究模拟植物体内化感物质经夏季高温雨雾淋溶对黄秋葵种子和幼苗可能存在的化感作用，为进一步了解柠檬香茅存在的化感作用提供理论基础。

1.   材料与方法

1.1   试验材料

以柠檬香茅C. citratus叶片为材料，黄秋葵种子H. esculentus为受体作物。

1.2   主要仪器和设备

生化培养箱(上海精宏SHP-350)，全自动样品氮吹浓缩仪(TurbovapⅡ)，气相色谱-质谱联用仪(美国安捷伦7890A-5975C)，水浴锅(常州力辰HH-420)，高速台式离心机(上海飞鸽TGL-10B)

1.3   水提液的制备

1.3.1   供试材料的准备

采集种植于福建省农业科学院亚热带农业研究所芳香植物种质基地的柠檬香茅植株叶片，清洗干净，30 min 105℃杀青，60℃烘干，粉碎过40目筛，保存于冰箱备用。称取柠檬香茅干样粉末40 g放于瓶中，加去离子水1 L，置于40℃水浴锅0.5 h后，冷却过滤，获得40 g·L^-1柠檬香茅叶水提液原液，再吸取原液配成5、10、20、30 g·L^-1的水提液。

GC-MS样品制备：40 g·L^-1柠檬香茅叶水提液原液用0.45 μm微孔滤膜抽滤2次，水提液与乙酸乙酯、乙醚等体积混合30 min后，4 000 r·min^-1离心10 min，取上清液37℃水浴氮吹浓缩，取萃取液1 μL进样。

1.3.2   受体种子萌发试验

选取无虫害、饱满的当年收获的黄秋葵种子，用10% H₂O₂溶液浸泡消毒10 min后，用蒸馏水清洗3次。在培养皿(9 cm)铺2层滤纸，均匀放置30粒黄秋葵种子，开始时每皿加入不同质量浓度的柠檬香茅叶水提液8 mL，以后每皿每天添加对应质量浓度的2 mL水提液，以加蒸馏水处理为对照。各处理重复4次，每重复4皿，所有处理均在25℃、4 000 lx、12 h光照下发芽、生长，每天调查发芽种子数。种子发芽标准为胚根突破中皮1~2 mm，观察7 d后取长势一致的黄秋葵幼苗，计算6个处理下种子的发芽率、发芽指数，测量根长及苗重。参照郭忠录等的方法^[16]用化感作用抑制率作为化感作用的研究指标，化感作用平均敏感指数(MSI)算法参照王晓英^[17]的方法。

1.4   柠檬香茅叶水提液化学成分测定

柠檬香茅叶水提液的气相色谱-质谱条件参照林霜霜等^[18]的方法进行测定。

1.5   数据处理

GC-MS数据分析参照林霜霜等^[18]的方法进行处理，化感效果采用SPSS19.0软件进行显著性分析。

2.   结果与分析

2.1   柠檬香茅叶水提液对供试黄秋葵种子萌发及幼苗生长的影响

由表 1可知，黄秋葵种子发芽数在质量浓度5 g·L^-1的柠檬香茅水提液中有所提高，随着水提液质量浓度的提高，黄秋葵种子发芽受到的抑制作用逐渐加强。质量浓度10、20、30、40 g·L^-1的柠檬香茅叶水提液对黄秋葵种子的发芽抑制作用分别与CK组呈显著差异，质量浓度40 g·L^-1的水提液对黄秋葵种子发芽率抑制了14.66%，发芽指数抑制了34.13%。

表  1  柠檬香茅叶水提液对供试黄秋葵种子萌发的影响

Table  1.  Effect of aqueous C. citratus leaf extract on seed germination of H. esculentus

质量浓度/(g·L-1)	发芽率/%	抑制率/%	发芽指数	抑制率/%
CK	96.67±0.07 a	-	25.26±0.08 a	-
5	98.33±0.07 a	1.72	27.67±0.18 b	9.54
10	92.50±1.67 b	-4.31	24.29±0.09 c	-3.84
20	88.33±1.05 c	-8.63	21.84±0.08 d	-13.54
30	83.63±1.97 d	-13.49	20.95±0.03 e	-17.06
40	82.50±1.32 d	-14.66	16.64±0.03 f	-34.13
注：同列数据后不同小写字母表示差异显著(P＜0.05), 下表同。

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由表 2可知，质量浓度5 g·L^-1的柠檬香茅水提液对黄秋葵幼苗的根长和单株苗重两个生长指标有促进作用，水提液质量浓度10 g·L^-1提高到40 g·L^-1，黄秋葵幼苗根长和单株苗重受到的抑制作用逐渐加强，期间这4个处理组黄秋葵幼苗根长与CK组的根长达到了显著差异(P＜0.05)，高质量浓度的柠檬香茅叶水提液(40 g·L^-1)对黄秋葵幼苗的根长抑制率最高达37.40%，单株苗重所受到的抑制率为45.45%。

表  2  柠檬香茅叶水提液对供试黄秋葵幼苗生长的影响

Table  2.  Effect of aqueous C. citratus leaf extract on seedling growth of H. esculentus

质量浓度/(g·L-1)	根长/cm	抑制率/%	单株苗重/g	抑制率/%
CK	3.61±0.02 a	-	0.22±0.05 a	-
5	3.64±0.0.3 a	0.83	0.27±0.02 ab	22.73
10	3.30±0.07 b	-8.59	0.20±0.03 abc	-9.09
20	3.05±0.03 c	-15.51	0.19±0.03 abc	-13.64
30	2.82±0.07 d	-21.88	0.18±0.03 bc	-18.18
40	2.26±0.07 e	-37.40	0.12±0.03 c	0.191±0.059 c

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由表 3可知，柠檬香茅叶水提液对黄秋葵种子和幼苗阶段各指标都存在抑制作用，根据一级敏感指数(M1)对黄秋葵种子和幼苗阶段4个指标的敏感性强弱分析得到4个受体指标强弱分别为：根长＞单株苗重＞发芽指数＞发芽率；根据一级敏感指数(M1)数据得到的二级敏感指数(M2)得到黄秋葵种子萌芽和幼苗生长两种阶段中，幼苗生长阶段的敏感指数大于种子萌发阶段的敏感指数，表明黄秋葵幼苗生长阶段对柠檬香茅叶水提液更敏感。

表  3  不同受体指标对柠檬香茅叶水提液化感作用的敏感性比较

Table  3.  Sensitivities to allelopathyon tested indicesby aqueous C. citratus leaf extract

敏感指数(MSI)	一级(M1)					二级(M2)			三级(M3)
	发芽率	发芽指数	根长	单株苗重		种子萌发阶段	幼苗生长阶段		受体
抑制率IR/%	-7.87	-11.81	-16.51	-12.73		-9.84	-14.62		-12.23

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2.2   柠檬香茅叶水提液物质成分分析

乙酸乙酯、乙醚等体积萃取柠檬香茅叶水提液溶液后进行GC-MS分析，柠檬香茅叶水提液总离子流色谱图见图 1。通过检索鉴定得到柠檬香茅叶水提液样品中相对含量为82.76%的化合物(表 4)，含有16种化合物，其中脂肪族14，含量较多，为72.14%；开链单萜化合物含量占3.32%，单萜氧化物含量最多，为46.52%，萜类化合物含量为49.84%；烷烃类化合物6种，含量为20.18%。芳香族化合物2种，含量较少，占8.27%。鉴定出的化合物中，醛类化合物含量最多，占39.06%，其次分别是酸类、酚类和酮类化合物占16.68%、3.44%和1.17%。

图  1  柠檬香茅叶水提液总离子流色谱

Figure  1.  Total ionic chromatogram of aqueous C. citratus leaf extract

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表  4  柠檬香茅叶水提液的化学成分

Table  4.  Chemical composition of aqueous C. citratus leaf extract

	化合物种类		编号	化合物名称	分子式	匹配度	保留时间/min	相对含量/%
脂肪族化合物			1	反式-3-己烯酸	C6H10O2	90	3.554	2.12
	萜类	开链单萜	2	2，6-二甲基-2，4，6-辛三烯	C10H16	96	19.772	3.32
		单萜氧化物	3	3-methyl-3-(4-methylpent-3-en-1-yl)oxirane-2-carbaldehyde	C10H16O2	99	10.286	1.14
			4	香叶醛	C10H16O	95	10.576	14.57
			5	橙花醛	C10H16O	95	11.813	18.52
			6	香叶酸	C10H16O2	96	15.801	11.12
			7	Bicyclo[4.1.0]hept-3-en-2-one, 3, 7, 7-trimethyl-, (1R)-	C10H14O	95	18.938	1.17
			8	二氢猕猴桃内酯	C11H1602	91	23.686	2.35
							总计	52.19
	烷烃类		9	十一烷	C11H24	92	5.892	0.91
			10	十四烷	C14H30	93	18.173	2.55
			11	十六烷	C16H34	95	27.041	3.80
			12	十八烷	C18H38	95	34.612	4.48
			13	二十烷	C20H42	99	41.314	3.83
			14	三十烷	C30H62	93	47.490	4.61
							总计	20.18
芳香族化合物			15	香兰素	C8H8O3	98	17.771	4.83
			16	对羟基肉桂酸	C9H8O3	92	33.958	3.44
							总计	8.27

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3.   讨论与结论

3.1   柠檬香茅叶水提液对黄秋葵的化感效应

化感作用存在“低促高抑”的效应，该现象在多种植物中有发现^[19]。本研究试验结果证实了化感作用的浓度效应，低量(5 g·L^-1)的柠檬香茅叶水提液对黄秋葵种子发芽具有促进作用，高量(30、40 g·L^-1)柠檬香茅叶水提液对黄秋葵种子萌发、根长生长、单株苗重具有显著抑制作用。随着水提液质量浓度提高，黄秋葵种子发芽和幼苗生长都受到抑制作用，且黄秋葵幼苗生长阶段对柠檬香茅叶水提液更敏感。曾任森^[13]和黎华寿^[14]等研究香茅挥发物对萝卜、水稻、黄瓜和玉米、稗草等作物的化感作用，发现香茅的次生代谢产物对供试作物的种子萌发影响不显著，但显著抑制影响供试植物幼苗的生物量、根长及苗高。虽然提取物、分泌物和挥发物等的提取方法、提取部位、物质成分有所差异，本研究化感作用结果与上述研究有相似之处，初步可以判断柠檬香茅等对部分作物幼苗生长具有显著抑制作用。

3.2   柠檬香茅叶水提液的物质成分

本研究从柠檬香茅叶水提液中鉴定出16种化合物，分别是香叶醛、橙花醛、香叶酸、香兰素、三十烷、十八烷、二十烷、十六烷、对羟基肉桂酸等，通过分类得到化合物中萜类化合物比重较大，占52.19%。对羟基肉桂酸属于肉桂酸衍生物，与香兰素同为酚酸类化感物质，相对含量为3.44%，反式-3-己烯酸属于脂肪酸类物质，研究表明，脂肪酸类和酚酸类物质属于化感物质，脂肪酸类物质高浓度富集在植物根际土壤中，从而达到抑制土壤酶活性的作用；酚酸类物质抑制种子萌发所需的酶类活性，进而影响周围作物的长势和生长量^[20]。本研究中柠檬香茅叶水提液含有的这两类化感物质相对含量较少，对黄秋葵的化感作用有限。鉴定到的化合物与黎华寿等^[14]从柠檬香茅茎叶自然挥发物中分离并鉴定的成分有两种成分一样，即香叶醛、橙花醛，虽然提取方法和测定方法不同，但柠檬醛的这两种顺反异构体都是柠檬香茅叶提取物中的主要成分。

由于柠檬香茅叶水提液中萜类物质最多，而萜类是第二大化感物质，单萜和倍半萜多具有抑制临近植物生长的作用^[20]。虽然水提液中以单萜类氧化物最多，但由于氧化物类型为醛类，具有较强的生物活性^[21]。鉴定出的16种化合物中，分别有酚酸类物质(8.27%)、脂肪酸类物质(2.12%)和萜类物质(52.19%)等已知的化感物质，相对含量总和达到62.58%。所以柠檬香茅叶水提液主要起化感作用的可能是大量萜类挥发物和酚酸类、脂肪酸类物质共同作用的结果，三类物质对黄秋葵具体化感作用还需进一步验证。