A preliminary study on substances that inhibit germination in the seeds of Agropyron mongolicum

doi:10.11686/cyxb2021141

Abstract

Abstract:

Agropyron mongolicum， commonly known as Mongolian wheatgrass， is one of the main plants in desert steppe and typical steppe vegetation in sandy land. It has excellent characteristics of resistance to drought， cold， disease， salt， and alkali. However， the seeds of A. mongolicum retain some wild characteristics such as a low germination rate and a long duration of germination. This affects the artificial seed reproduction， production， and utilization of A. mongolicum. To explore the dormancy mechanism of A. mongolicum seeds， the seed husks were extracted with five different solvents （petroleum ether， ether， ethyl acetate， methanol， acetone， and pure water） and the inhibitory effects of the extracts on seed germination of Brassica pekinensis （cabbage） were evaluated. In addition， gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS） analyses were conducted to determine the types of compounds in the extracts. The five extracts from the husks of A. mongolicum seeds inhibited the germination rate， root length， and seedling height of cabbage to different degrees. Among the five types of extracts， the water extract had the strongest inhibitory effect， followed by the ethyl acetate extract and then the methanol extract. In the GC-MS analyses， 32 kinds of organic substances in nine classes （alkanes， alcohols， esters， ketones， benzenes， amides， acetals， acids， and phenols） were detected in the extracts of A. mongolicum. Most of those substances were water soluble， and the most abundant substances were alcohols， ketones and alkanes. Therefore， one of the main reasons for the dormancy of A. mongolicum seeds is the presence of inhibitors such as alcohols， ketones， and alkanes in the husks. The results of this study will be useful for developing methods to break the dormancy of A. mongolicum seeds.

Key words: Agropyron mongolicum, dormancy, inhibitory substance, GC-MS

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Figures/Tables 8

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处理浓度 Treatment concentration （g·mL^-1）	发芽率 Germination rate （%）	根长 Root length （mm）	苗高 Seeding height （mm）
CK	95.60±0.58a	29.79±1.99a	9.43±0.57a
0.04	88.80±0.40b	12.85±0.55b	8.27±0.34b
0.08	76.80±0.67c	5.57±0.48c	7.77±0.44b
0.12	72.80±0.60d	3.24±0.22cd	6.53±0.31c
0.16	32.80±0.60e	2.29±0.15de	4.76±0.39d
0.20	9.20±0.50f	1.61±0.16de	3.34±0.21e
0.24	0±0g	-	-

处理浓度 Treatment concentration （g·mL^-1）	发芽率 Germination rate （%）	根长 Root length （mm）	苗高 Seeding height （mm）
CK	95.60±0.58a	29.79±1.99a	9.43±0.57a
0.04	88.80±0.40b	12.85±0.55b	8.27±0.34b
0.08	76.80±0.67c	5.57±0.48c	7.77±0.44b
0.12	72.80±0.60d	3.24±0.22cd	6.53±0.31c
0.16	32.80±0.60e	2.29±0.15de	4.76±0.39d
0.20	9.20±0.50f	1.61±0.16de	3.34±0.21e
0.24	0±0g	-	-

各有机溶剂 Organic solvents	发芽率 Germination rate （%）	根长 Root length （mm）	苗高 Seeding height （mm）
CK	93.33±0.67a	18.49±3.27a	5.82±0.11a
石油醚Petroleum ether	84.67±0.88b	12.44±0.58b	4.64±0.26bc
丙酮Acetone	65.33±1.45d	8.01±0.52c	5.23±0.14b
乙酸乙酯Ethyl acetate	34.00±0.58f	3.99±0.41cd	4.08±0.22c
甲醇Methanol	62.00±1.73d	5.32±0.50cd	5.07±0.22b
H₂O	44.67±0.67e	1.58±0.09d	3.18±0.27d
乙醚Ether	75.33±0.88c	12.69±1.21b	4.63±0.16bc

各有机溶剂 Organic solvents	发芽率 Germination rate （%）	根长 Root length （mm）	苗高 Seeding height （mm）
CK	93.33±0.67a	18.49±3.27a	5.82±0.11a
石油醚Petroleum ether	84.67±0.88b	12.44±0.58b	4.64±0.26bc
丙酮Acetone	65.33±1.45d	8.01±0.52c	5.23±0.14b
乙酸乙酯Ethyl acetate	34.00±0.58f	3.99±0.41cd	4.08±0.22c
甲醇Methanol	62.00±1.73d	5.32±0.50cd	5.07±0.22b
H₂O	44.67±0.67e	1.58±0.09d	3.18±0.27d
乙醚Ether	75.33±0.88c	12.69±1.21b	4.63±0.16bc

有机溶剂 Organic solvents	分子式 Molecular formula	保留时间 Keep time （min）	峰面积百分含量 Peak area percentage content （%）	名称 Name
石油醚相 Petroleum ether phase	C₄H₁₀O	5.089	5.94	正丁醇 1-Butanol
	C₅H₁₁NO₂	12.230	38.97	N，N-二甲基甲酰胺乙缩醛 N，N-Dimethylformamide ethylene acetal
	C₁₄H₂₂	15.271	3.04	1，3-双（1，1-二甲基乙基）-苯 1，3-bis（1，1-dimethylethyl）- Benzene
	C₁₀H₁₈O₄	23.315	3.28	2，2'-［1，4-丁二基双（甲醛）］双丁烷 2，2'-［1，4-butanediylbis（oxymethylene）］bis-Butane
	C₁₀H₁₈O₃	23.902	4.39	1，3-二氧戊环-4-酮 1，3-Dioxolan-4-one
	C₇H₁₆O	25.319	4.33	3-己醇，2-甲基- 3-Hexanol， 2-methyl-
	C₈H₁₈O₂	25.659	7.50	1-丁醇，4-丁氧基- 1-Butanol， 4-butoxy-
	C₁₄H₂₂O₂	25.937	4.40	2，4-二叔丁基苯 2，4-Di-tert-butylphenol
	C₁₂H₁₄O₄	26.635	1.95	邻苯二甲酸二乙酯 Diethyl phthalate
	C₁₀H₁₉NO₂	27.379	2.41	戊酰胺，N-四氢糠基 Pentanamide， N-tetrahydrofurfuryl-
	C₁₄H₂₆O₄	29.683	2.82	琥珀酸6-甲基庚-2-基乙酯 Succinic acid， ethyl 6-methylhept-2-yl ester
	C₉H₂₀O	29.773	5.05	3-辛醇，3-甲基- 3-Octanol， 3-methyl-
	C₆H₁₀O₄	29.908	2.17	2-甲基戊二酸 Pentanedioic acid， 2-methyl-
	C₁₁H₂₁NO₂	31.072	7.03	己酰胺N-四氢糠基 Hexanamide N-tetrahydrofurfuryl
	C₁₂H₂₆O₂	31.861	6.72	1，1-二丁氧基丁烷- Butane， 1，1-dibutoxy-
乙醚相 Ether phase	C₁₄H₃₀	3.164	1.44	十二烷，4，6-二甲基- Dodecane， 4，6-dimethyl-
	C₁₄H₂₂	15.273	9.32	1，3-双（1，1-二甲基乙基）-苯 1，3-bis（1，1-dimethylethyl）-Benzene
	C₂H₆O₂	18.352	2.39	1，2-乙二醇 1，2-Ethanediol
	C₁₅H₂₄O	22.015	5.91	2，6-二叔丁基对甲酚 2，6-Di-tert-butyl p-cresol
	C₁₀H₁₈O₄	23.316	4.24	2，2'-［1，4-丁二基双（甲醛）］双丁烷 2，2'-［1，4-butanediylbis（oxymethylene）］bis-Butane
	C₁₇H₃₄O₂	23.367	1.72	肉豆蔻酸异丙酯 Isopropyl myristate
	C₁₀H₁₈O₃	23.902	6.90	1，3-二氧戊环-4-酮 1，3-Dioxolan-4-one
	C₁₉H₃₈O₂	24.636	5.32	丁酸4-十五烷基酯 Butyric acid， 4-pentadecyl ester
	C₁₆H₃₄O	24.877	1.42	3-十六醇 3-Hexadecanol
	C₇H₁₆O	25.318	6.71	3-己醇，2-甲基- 3-Hexanol， 2-methyl-
	C₈H₁₈O₂	25.658	11.31	1-丁醇，4-丁氧基- 1-Butanol， 4-butoxy-
	C₁₄H₂₂O	25.938	20.41	2，4-二叔丁基苯酚 2，4-Di-tert-butylphenol
	C₁₂H₁₄O₄	26.634	2.39	邻苯二甲酸二乙酯 Diethyl phthalate
	C₁₁H₂₁NO₂	31.072	10.30	己酰胺N-四氢糠基 Hexanamide N-tetrahydrofurfuryl
	C₁₂H₂₆O₂	31.863	10.22	1，1-二丁氧基丁烷 Butane 1，1-dibutoxy-
乙酸乙酯相 Ethyl acetate phase	C₇H₈	3.262	3.26	甲苯 Toluene
	C₁₄H₂₂	15.272	1.96	1，3-双（1，1-二甲基乙基）-苯 1，3-bis（1，1-dimethylethyl）-Benzene
	C₁₀H₁₈O₄	23.316	6.16	2，2'-［1，4-丁二基双（甲醛）］双丁烷 2，2'-［1，4-butanediylbis（oxymethylene）］bis-Butane
	C₈H₁₂O₃	24.642	5.94	丙烯酸四氢糠酯 Tetrahydrofurfuryl acrylate
	C₁₀H₂₂O₂	24.683	2.64	1-丁醇，4-（己氧基）- 1-Butanol， 4-（hexyloxy）-
	C₇H₁₆O	25.318	6.99	3-己醇，2-甲基- 3-Hexanol， 2-methyl-
	C₈H₁₈O₂	25.659	12.57	1-丁醇，4-丁氧基- 1-Butanol， 4-butoxy-
	C₁₀H₁₈O₃	25.944	19.19	1，3-二氧戊环-4-酮 1，3-Dioxolan-4-one
	C₁₂H₁₄O₄	26.634	2.42	邻苯二甲酸二乙酯 Diethyl phthalate
	C₅H₁₂O₂	28.116	1.55	1，2-戊二醇 1，2-Pentanediol
	C₉H₂₀O₂	29.095	1.59	2-丁醇，3-（2，2-二甲基丙基）- 2-Butanol， 3-（2，2-dimethylpropoxy）-
	C₉H₂₀O	29.777	2.70	3-辛醇，3-甲基- 3-Octanol， 3-methyl-
	C₁₁H₂₁NO₂	31.075	13.16	己酰胺N-四氢糠基 Hexanamide N-tetrahydrofurfuryl
	C₁₂H₂₆O₂	31.860	12.50	1，1-二丁氧基丁烷- Butane， 1，1-dibutoxy-
甲醇相 Methanol phase	C₁₁H₂₄	4.281	1.29	十一烷 Undecane
	C₁₀H₂₀O₃	22.949	1.07	2-异丁氧基丁酸乙酯 2-Isobutoxyethyl butyrate
	C₁₀H₁₈O₄	23.315	5.21	2，2'-［1，4-丁二基双（甲醛）］双丁烷 2，2'-［1，4-butanediylbis（oxymethylene）］bis-Butane
	C₁₀H₁₈O₃	23.901	6.03	1，3-二氧戊环-4-酮 1，3-Dioxolan-4-one
	C₈H₁₂O₃	24.640	11.97	丙烯酸四氢糠酯 Tetrahydrofurfuryl acrylate
	C₆H₁₂O	24.785	1.41	1-戊烯-3-醇，3-甲基- 1-Penten-3-ol， 3-methyl-
	C₇H₁₆O	25.318	5.74	3-己醇，2-甲基- 3-Hexanol， 2-methyl-
	C₈H₁₈O₂	25.658	10.41	1-丁醇，4-丁氧基- 1-Butanol， 4-butoxy-
	C₈H₁₆O₂	25.961	17.70	2，5-二甲基-4-羟基-3-己酮 2，5-Dimethyl-4-hydroxy-3-hexanone
	C₁₂H₁₄O₄	26.634	1.89	邻苯二甲酸二乙酯 Diethyl phthalate
	C₁₀H₁₉NO₂	27.383	2.30	戊酰胺，N-四氢糠基- Pentanamide， N-tetrahydrofurfuryl-
	C₉H₂₀O₂	29.095	1.38	2-丁醇，3-（2，2-二甲基丙基）- 2-Butanol， 3-（2，2-dimethylpropoxy）-
	C₉H₂₀O	29.779	12.03	3-辛醇，3-甲基- 3-Octanol， 3-methyl-
	C₁₁H₂₁NO₂	31.071	10.69	己酰胺N-四氢糠基 Hexanamide N-tetrahydrofurfuryl
	C₁₂H₂₆O₂	31.859	10.88	1，1-二丁氧基丁烷- Butane， 1，1-dibutoxy-
丙酮相 Acetone phase	C₆H₁₂O₂	13.441	16.40	4-羟基-4-甲基-2-戊酮 2-Pentanone， 4-hydroxy-4-methyl-
	C₁₄H₂₂	15.272	0.53	1，3-双（1，1-二甲基乙基）-苯 1，3-bis（1，1-dimethylethyl）-Benzene
	C₁₀H₂₀O₃	22.947	1.01	2-异丁氧基丁酸乙酯 2-Isobutoxyethyl butyrate
	C₁₀H₁₈O₄	23.314	4.51	2，2'-［1，4-丁二基双（甲醛）］双丁烷 2，2'-［1，4-butanediylbis（oxymethylene）］bis-Butane
	C₁₀H₁₈O₃	23.902	6.10	1，3-二氧戊环-4-酮 1，3-Dioxolan-4-one
	C₈H₁₂O₃	24.643	11.65	丙烯酸四氢糠酯 Tetrahydrofurfuryl acrylate
	C₆H₁₂O	24.788	1.25	1-戊烯-3-醇，3-甲基- 1-Penten-3-ol， 3-methyl-
	C₇H₁₆O	25.319	5.42	3-己醇，2-甲基 3-Hexanol， 2-methyl-
	C₈H₁₈O₂	25.658	10.15	1-丁醇，4-丁氧基- 1-Butanol， 4-butoxy-
	C₈H₁₆O₂	25.965	16.87	2，5-二甲基-4-羟基-3-己酮 2，5-Dimethyl-4-hydroxy-3-hexanone
	C₁₂H₁₄O₄	26.635	1.92	邻苯二甲酸二乙酯 Diethyl phthalate
	C₉H₂₀O₂	29.096	1.08	2-丁醇，3-（2，2-二甲基丙基）- 2-Butanol， 3-（2，2-dimethylpropoxy）-
	C₉H₂₀O	29.779	3.23	3-辛醇，3-甲基- 3-Octanol， 3-methyl-
	C₁₁H₂₁NO₂	31.073	9.57	己酰胺N-四氢糠基 Hexanamide N-tetrahydrofurfuryl
	C₁₂H₂₆O₂	31.860	10.31	1，1-二丁氧基丁烷- Butane， 1，1-dibutoxy-