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植物的次生代谢产物能够对其他植物产生不同程度的影响,这种植物化感作用在自然界中广泛存在,如植物的连作障碍、外来植物的入侵等。杨树具备生长快、适应性强等特点,是绿化及用材的主要树种之一。了解杨树的化感物质组成,探索其产生的分子机制及其效应,对于不同杨树种植管理及与其他植物的混合应用具有重要指导意义。本研究对白杨派的’84K杨’、’TC1521杨’、胡杨派的胡杨等3种杨树的叶和根的化感成分进行了 GC-MS分析,研究了主要化感成分的形成机制,评价了其化感效应。主要研究结果如下:(1)不同杨树对高羊茅的化感效应3种杨树不同浓度的叶水浸液对高羊茅种子萌发都体现出抑制效应,而且随着浓度的增加发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数下降明显;对幼苗的生长总体表现为低浓度促进高浓度抑制的作用,其中浓度低于5mg/mL的’84K杨’叶水浸液对高羊茅的根长、低于50 mg/mL的’84K杨’叶水浸液对高羊茅的苗长、低于35 mg/mL的’TC1521杨’叶水浸液对高羊茅的苗长表现为促进作用,其余浓度下3种杨树叶水浸液对高羊茅根长、苗长、单株鲜重表现为抑制作用。3种杨树根水浸液对高羊茅的种子萌发和幼苗生长体现出低浓度促进高浓度抑制的典型化感效应,不同杨树同一浓度水浸液的化感效应存在差异。高羊茅种子萌发指标最高时的’84K杨’根水浸液浓度为35 mg/mL,而’TC1521杨’和胡杨根水浸液浓度均为5 mg/mL。高羊茅幼苗生长指标最高时的’84K杨’和’TC1521杨’根水浸液浓度均为5 mg/mL,而胡杨的根水浸液浓度为20 mg/mL。综合而言,高羊茅对杨树叶水提液的平均敏感指数的绝对值由大到小依次为胡杨(0.5393)>’TC1521 杨’(0.4255)>’84K杨’(0.3241);高羊茅对杨树根水提液的平均敏感指数的绝对值由大到小依次为’84K杨’(0.1817)>’TC1521杨’(0.0754)>胡杨(0.0389)。(2)杨树的化感物组成通过GC-MS气质联用仪测定3种杨树根和叶水浸液的化感物质种类,采用面积归一法计算每种物质在水浸液中的百分含量。结果显示,杨树叶和根中所含的化感物质种类和含量存在不同,叶中含有的化感物质种类较多,包括与水杨酸有关的水杨苷、水杨醇、水杨醛、苯甲醇、苯甲酸、肉桂酸等物质,还有烷烃类、苯酚和苯甲酸及其衍生物、水溶性的有机酸、脂肪族的醛和酮、酚类等化合物;根中主要含有一些烷烃类和酯类化合物及少量水杨酸相关化合物。不同杨树相同组织器官所含化感物质的种类和含量存在不同,3种杨树叶中均含有杨醇、邻苯二酚、顺式-1,2-环己二醇、水杨苷等11种成分。’84K杨’独有的成分有15种,’TC1521杨’独有的成分有5种,胡杨独有的成分有14种;3种杨树根中均含有1,1-二乙氧基-3-甲基丁烷、2,4-二叔丁基苯酚、十七烷、十六烷等6种成分,’84K杨’独有的成分10种,’TC1521杨’独有的成分11种,胡杨独有的成分13种。总体而言,无论是叶还是根,’84K杨’和’TC1521杨’的化感物质组成更为接近,而与胡杨的化感物质组成差距较大。(3)杨树水杨苷代谢相关基因杨树中的主要化感物质为水杨苷代谢相关的产物。为了解析这些化感成分形成的分子机制,选择水杨苷代谢途径的上游物质苯甲醛外施处理’84K杨’幼苗,GC-MS分析化感物质显示,叶中的水杨醇、苯甲醇含量上升,水杨醛、苯甲酸、水杨苷含量下降。转录组测序分析显示,苯甲醛处理前后的差异表达基因达3874个,包括上调基因1689个和下调基因2185个。涉及到代谢过程的条目总数为617个,其中水杨苷代谢相关的包含L-苯丙氨酸代谢过程、乙酰辅酶A代谢过程、肉桂酸代谢过程、苯甲酸代谢过程、苯丙烷代谢过程、水杨酸代谢过程、调节水杨酸代谢过程等。共755个差异基因被富集到120条KEGG通路上,其中苯丙烷类生物合成(ko00940)富集了 32个差异基因,包括上调基因15个和下调基因17个。RT-PCR分析显示,基因ALDH2B4、ALDH2B7、ALDH7B5、SAGTase、ALDH2C4、BEBT1、BEBT2 的表达与苯甲醛处理、水杨苷代谢产物变化密切相关,表明这些基因的表达对杨树的化感效应具有重要的意义。