玉米秸稈水浸液對商麥5226的化感作用研究

華智銳，李小玲

(商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西 商洛 726000)

玉米秸稈水浸液對商麥5226的化感作用研究

華智銳，李小玲

(商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西 商洛 726000)

以商麥5226為材料，使用玉米秸稈水浸液進(jìn)行處理，對小麥發(fā)芽率以及幼苗相關(guān)生理指標(biāo)進(jìn)行測定分析，研究不同濃度玉米秸稈水浸處理對商麥5226的化感作用。結(jié)果表明：玉米秸稈水浸液對商麥5226的生長具有明顯的化感作用，在玉米秸稈水浸液濃度為0.04、0.07、0.10 g/mL時綜合化感效應(yīng)表現(xiàn)為全抑制作用(M=-1.023、-0.554、-1.268)；在玉米秸稈水浸液濃度為0.01 g/mL時表現(xiàn)為促進(jìn)作用(M=0.517)，對小麥的生長發(fā)育有促進(jìn)作用；0.10 mg/mL的玉米秸稈水浸液對商麥5226生長發(fā)育的化感抑制作用最大。玉米秸稈水浸液對商麥5226幼苗體內(nèi)的丙二醛、可溶性糖、游離脯氨酸含量的綜合化感效應(yīng)強(qiáng)弱依次為：0.10>0.04>0.07>0.01 g/mL。

水浸液；小麥；幼苗；化感作用

商洛地區(qū)主要種植的小麥品種是商麥5226[1]。由于商洛地處中國北方，耕作方式為小麥、玉米一年兩熟耕作制，生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的農(nóng)作物秸稈。傳統(tǒng)的秸稈處理方式為焚燒處理，不但存在極大的安全隱患同時也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染?，F(xiàn)在，秸稈還田是國家現(xiàn)在大力推廣的農(nóng)業(yè)技術(shù)，旨在代替?zhèn)鹘y(tǒng)處理方式。秸稈還田能夠改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性狀，提高土壤保水保肥能力，同時可以優(yōu)化農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，是一項(xiàng)重要的生物養(yǎng)地增產(chǎn)增收措施[2-4]。但是秸稈還田在實(shí)際應(yīng)用中常遇到后茬農(nóng)作物減產(chǎn)的現(xiàn)象[5-6]，有研究表明這是由于秸稈的化感作用。農(nóng)作物還田的部分主要為秸稈，而秸稈經(jīng)水分浸泡后水浸液會進(jìn)入土壤，化感成分非常有可能通過這種方式對后茬作物的正常生命活動造成影響?？状谷A指出化感物質(zhì)是植物向環(huán)境中釋放并對周圍植物(包括微生物)產(chǎn)生有害或有利影響的化學(xué)物質(zhì), 是一些次生代謝物質(zhì)或轉(zhuǎn)化物, 通過醋酸代謝的一個或幾個方面而影響生長發(fā)育例如種子的萌發(fā)、幼苗的生長，以及開花結(jié)果等[9]。

朱強(qiáng)等[10]研究證明玉米各部位對小麥均有化感影響。楊思存等[11]研究表明，玉米秸稈對小麥幼苗具有強(qiáng)烈的相克作用，使生物產(chǎn)量減少。吳會芹等[12]認(rèn)為，玉米秸稈水浸液對黃瓜幼苗表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)、高濃度抑制。李逢雨等[13]研究認(rèn)為水稻秸稈水浸液對小麥生理影響表現(xiàn)為低促、高抑。張承胤等[14]通過室內(nèi)模擬研究了還田玉米秸稈對小麥根部病害的化感作用，結(jié)果表明玉米秸稈腐解液對小麥種子萌發(fā)、根干重均具有抑制作用。

本研究以玉米后茬作物商麥5226為材料，研究玉米秸稈水浸液對商麥5226的化感作用。通過測定小麥的發(fā)芽勢和發(fā)芽率，以及小麥幼苗相關(guān)生理指標(biāo)，通過分析比較，找出水浸液濃度對小麥生長影響的規(guī)律，為商麥5226的大田種植和增產(chǎn)增收，以及作物秸稈還田的合理應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供體：成熟風(fēng)干的玉米秸稈(去除根及葉)，從商洛學(xué)院玉米試驗(yàn)田獲取。受體：小麥種子(商麥5226)，由商洛學(xué)院秦嶺良種植物繁育中心提供。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 水浸液的制備和實(shí)驗(yàn)處理 將自然成熟的玉米秸稈清洗干凈，自然風(fēng)干，粉碎。稱取玉米秸稈50 g放入1000 mL的燒杯中，添加500 mL蒸餾水，封口并搖勻，室溫浸提48 h，過濾得到0.10 g/mL母液，于4 ℃低溫保存?zhèn)溆谩?/p>

采用實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)皿培養(yǎng)法進(jìn)行本次試驗(yàn)。選取均一無害的小麥種子，使用0.1%的氯化汞溶液消毒15 min，用蒸餾水沖洗干凈，置于墊有雙層濾紙的培養(yǎng)皿(直徑為9 cm)中。每個培養(yǎng)皿中30粒，擺放均勻，總共15皿。

將玉米秸稈水浸液分別稀釋為0.01、0.04、0.07、0.01 g/mL。在培養(yǎng)皿中分別加入8 mL各玉米秸稈水浸液(之后視情況分別加入等量、對應(yīng)濃度的水浸液)，以蒸餾水作為對照，重復(fù)3次。25 ℃暗培養(yǎng)，分別在第3天和第7天統(tǒng)計(jì)小麥的發(fā)芽數(shù)。7 d之后光照培養(yǎng)，當(dāng)小麥幼苗生長到2葉1心期時，測小麥幼苗的丙二醛含量、可溶性糖含量[15]、脯氨酸含量[16]。

1.2.2 小麥種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢

(1)

式(1)中，Gt：第7天內(nèi)正常發(fā)芽的種子數(shù)；N：供試種子數(shù)。

(2)

式(2)中，n3：第3天正常發(fā)芽的種子數(shù)；N：供試種子數(shù)。

1.2.3 小麥幼苗丙二醛(MDA)含量的測定 稱取小麥幼苗葉片0.3 g，剪碎，加入10%三氯乙酸2 mL和少量的石英砂，研磨，進(jìn)一步加入8 mL的TCA充分研磨，轉(zhuǎn)入離心管，以4000 g離心10 min，上清液為樣品提取液。吸取2 mL提取液，加入2 mL 0.6% TBA混勻，加塞，沸水浴15 min，迅速冷卻，離心。取上清液測定532 nm 和450 nm處的OD值，以水作對照。

按下式計(jì)算MDA含量：

c=6.45×10-6×A532-0.56×10-6×A450

(3)

1.2.4 小麥幼苗可溶性糖含量的測定 稱取小麥葉子0.5 g，110 ℃烘15 min，然后調(diào)至70 ℃過夜。將樣品倒入10 mL離心管，加入4 mL 80%的乙醇，置于80 ℃的熱水中不斷攪拌40 min，收集上清液；將殘?jiān)? mL 80%乙醇沖洗2次；合并上清液，加入10 mg活性炭脫色處理30 min，用80%乙醇定容至10 mL，過濾備用。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作：取7支10 mL具塞的試管編號，然后按照表1加入試劑，每管中加入5 mL蒽酮試劑，混勻，蓋上玻璃塞子，水浴10 min，冷卻至室溫，在625 nm處測OD值，用0號試管調(diào)零，以 OD值為橫坐標(biāo)，葡萄糖含量為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

表1 可溶性糖含量測定標(biāo)準(zhǔn)曲線制作

吸取上述提取液樣品1 mL，加入5 mL蒽酮試劑混合，用上述的同樣方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)處理，在625 nm處測量OD，對照標(biāo)準(zhǔn)曲線，用以下公式計(jì)算出可溶性糖含量。

可溶性糖含量=(C×V)/(W×106)×100%

(4)

式(4)中，V：植物樣品稀釋后的體積(mL)；C：提取液的含糖量(μg/mL)；W：植物組織鮮重(g)。

1.2.5 小麥幼苗脯氨酸含量的測定 稱取小麥葉片0.5 g，置入大管中，加入5 mL 3%三磺基水楊酸，沸水浴10 min，冷卻后置于干凈的試管中，即為脯氨酸提取液。吸取脯氨酸提取液2 mL置于戴塞試管中，加入2 mL的冰醋酸和2 mL酸性茚三酮，沸水浴30 min，冷卻后加入4 mL甲苯，震蕩20 s，靜置片刻，去上層液至10 mL的離心管中，3000 r/min離心5 min。用吸管吸取溶液于比色杯中，甲苯做空白對照，在520 nm測得OD值。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作：稱取25 mg脯氨酸，溶解定容至250 mL，用蒸餾水定容至刻度。取7支具塞試管，編號，按照表2加入試劑，按照小麥葉片中脯氨酸含量的測定步驟，得出數(shù)據(jù)后求出OD值與脯氨酸濃度的回歸方程。

根據(jù)回歸方程計(jì)算出(或從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出)2 mL測定液中脯氨酸的含量(X，μg/2 mL)，然后計(jì)算樣品中脯氨酸含量的百分?jǐn)?shù)。計(jì)算公式如下：

(5)

式(5)中:X為從標(biāo)準(zhǔn)曲線查出的2 mL測定液中脯氨酸的含量(μg/2 mL)；VT為提取液體積(mL)；VS為測定時取用的樣品體積(mL)；W為樣品質(zhì)量(g)。

表2 脯氨酸含量測定標(biāo)準(zhǔn)曲線制作

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用化感作用響應(yīng)指數(shù)(response index，RI) 來衡量化感作用的類型和強(qiáng)度[17]。

(6)

式(6)中，C為對照值，T為處理值。RI<0 表現(xiàn)為抑制作用，RI>0 表現(xiàn)為促進(jìn)作用，絕對值的大小表示化感作用強(qiáng)度的大小?；芯C合效應(yīng)為各項(xiàng)指數(shù)算術(shù)平均值之和[18]。

每個實(shí)驗(yàn)處理重復(fù)3次，數(shù)據(jù)為3次測定值的平均值，使用Spass 16.0軟件進(jìn)行單因素方差分析和顯著性檢驗(yàn)，用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度玉米科秸稈水浸液對小麥種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢的影響

如圖1所示，與對照組(87.6%)相比，當(dāng)玉米秸稈水浸液濃度為0.01、0.04、0.07、0.10 g/mL時，商麥5226種子的發(fā)芽勢下降幅度分別為1.0%、5.6%、6.6%、28.9%。與對照組(96.6%)相比，當(dāng)玉米秸稈水浸液濃度為0.01、0.04、0.07、0.10 g/mL時商麥5226種子發(fā)芽率下降幅度分別為3.0%、3.3%、5.6%、13.4%。說明玉米秸稈水浸液對商麥5226種子的萌發(fā)具有抑制作用，隨著水浸液的濃度增大商麥5226種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率呈現(xiàn)下降趨勢，當(dāng)玉米水浸液濃度為0.10 g/mL時對種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率影響最大，與對照組相比降幅分別達(dá)到了28.9%和13.4%。

2.2 不同濃度玉米秸稈水浸液對小麥幼苗丙二醛含量的影響

由圖2可知，丙二醛含量在不同濃度水浸液處理時呈現(xiàn)波動性。與對照組(24.91 μmol/g)相比，丙二醛含量在玉米秸稈水浸液濃度為0.01 g/mL時增長幅度為21%，在0.04 g/mL時下降幅度為16.2%，0.07 g/mL水浸液下增長幅度為21.9%，0.10 g/mL時下降幅度為6.7%，說明0.04 g/mL和0.10 g/mL的水浸液可以緩解膜脂過氧化的程度，降低丙二醛的含量。

圖1 不同水浸液濃度對商麥5226種子

圖2 不同水浸液濃度對小麥幼苗丙二醛含量的影響

2.3 不同濃度玉米秸稈水浸液對小麥幼苗可溶性糖含量的影響

由圖3可知，在不同濃度玉米秸稈水浸液處理下，商麥5226幼苗的可溶性糖濃度呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，與對照組(225.4 μmol/g)相比較，水浸液濃度在0.01 g/mL時可溶性糖濃度達(dá)到最高值，為663.54 μmol/g，提高了194.3%。玉米秸稈水浸液濃度為0.04、0.07、0.10 g/mL時商麥5226幼苗可溶性糖含量呈下降趨勢，分別為109.74、56.42、3.60 μmol/g。在玉米秸稈水浸液濃度為0.10 g/mL時，可溶性糖含量達(dá)到最低點(diǎn)，下降幅度為94%。

2.4 不同濃度玉米秸稈水浸液對小麥幼苗脯氨酸含量的影響

由圖4可知，使用玉米秸稈水浸液對商麥5226進(jìn)行濃度梯度處理時，商麥5226幼苗脯氨酸含量呈現(xiàn)出先下降后上升再下降的趨勢。玉米秸稈水浸液在0.01、0.04、0.07、0.10 g/mL時，幼苗中脯氨酸含量分別為42.144、40.296、63.808、45.602 μg/g。與對照組(61.736 μg/g)進(jìn)行比較，當(dāng)玉米水浸液濃度為0.04 g/mL時，商麥5226幼苗中脯氨酸含量達(dá)到最低值，下降幅度為34.7%；玉米秸稈水浸液濃度為0.07 g/mL時商麥5226幼苗中脯氨酸含量達(dá)到最高值，增長幅度達(dá)3.35%。

圖3 不同水浸液濃度對小麥幼苗可溶性糖含量的影響

圖4 不同水浸液濃度對小麥幼苗脯氨酸含量的影響

2.5 不同濃度玉米秸稈水浸液對商麥5226幼苗中丙二醛、可溶性糖、脯氨酸含量的化感效應(yīng)分析

由表3可知，在玉米秸稈水浸液的化感作用下，商麥5226幼苗中丙二醛含量在0.01 g/mL和0.07 g/mL處理下，與對照相比有所提高并且差異顯著(RI>0，P<0.05)；而在0.04 g/mL和0.10 g/mL時與對照相比含量降低并且差異顯著(RI<0，P<0.05)。商麥5226幼苗中可溶性糖含量在0.01 g/L處理時，與對照組相比有所上升，并且差異顯著(RI>0，P<0.05)；隨著玉米秸稈水浸液濃度的上升，可溶性糖含量逐漸降低，在0.04 g/mL和0.07 g/mL處理下與對照相比，可溶性糖降低并且差異顯著(RI<0，P<0.05)；0.10 g/mL處理與對照相比，差異極顯著(RI<0，P<0.01)。商麥5226中游離脯氨酸含量呈現(xiàn)波動性，在0.07 g/mL處理下與對照相比有所上升，但是無顯著差異(RI>0，P>0.05)，0.01、0.04、0.10 g/mL處理下與對照相比較有所下降，差異顯著(RI<0，P<0.05)。

小麥植物體內(nèi)的丙二醛、可溶性糖、游離脯氨酸的綜合化感效應(yīng)在玉米秸稈水浸液濃度為0.01 g/mL時表現(xiàn)為促進(jìn)作用(M=0.517)，在玉米秸稈水浸液溶度為0.04、0.07、0.10 g/mL時表現(xiàn)為全抑制作用(M=-1.023、-0.554、-1.268)。綜合結(jié)果表明玉米秸稈水浸液對商麥5226幼苗內(nèi)的丙二醛、可溶性糖、游離脯氨酸含量化感效應(yīng)強(qiáng)弱依次為：0.10>0.04>0.07>0.01 g/mL。

3 討論

化感作用(Allelopathy)是自然界普遍存在的現(xiàn)象，它的概念是首先由德國科學(xué)家H.Molish在1937年提出的[19]，他將化感作用定義為：所有類型植物(含微生物)之間的化學(xué)物質(zhì)的相互作用。與此同時Molish指出，這種相互作用包含促進(jìn)和抑制兩個方面。在20世紀(jì)70年代中期，L.Rice在Molish的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行探索，并于1984年在《Allelopathy》第二版中將化感作用較為完整地定義為：植物或微生物的代謝分泌物對環(huán)境中其他的植物或微生物有利或不利的影響?；形镔|(zhì)是植物的次生代謝產(chǎn)物，包括酚類物質(zhì)、萜類物質(zhì)、生物堿等。通常通過根、莖、葉向環(huán)境中釋放，能影響其他植物的生長以及發(fā)育，在作物增產(chǎn)、病蟲害防治等方面有極其重要的應(yīng)用[20]。本文在玉米秸稈水浸液對商麥5226的化感作用上進(jìn)行研究，為秸稈還田的合理應(yīng)用以及作物增產(chǎn)提供理論上的指導(dǎo)。

發(fā)芽勢是指種子在發(fā)芽試驗(yàn)初期，在規(guī)定的天數(shù)內(nèi)，正常發(fā)芽數(shù)占供試種子數(shù)的百分比，它是鑒別種子發(fā)芽整齊度的主要指標(biāo)。發(fā)芽率是指種子正常萌發(fā)數(shù)占種子總數(shù)的百分比。使用不同濃度的玉米秸稈水浸液對小麥種子進(jìn)行處理，與對照組相比，發(fā)芽勢隨著水浸液濃度的增大而減小。說明水浸液對商麥5226種子的發(fā)芽有抑制作用，并且會隨著水浸液濃度的增大而抑制作用增強(qiáng)。

丙二醛(MDA)是膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物之一，可通過測定MDA的含量了解膜脂過氧化的程度，以間接測定膜系統(tǒng)受損程度。糖是高等植物的產(chǎn)物之一，可溶性糖是干旱條件脅迫下產(chǎn)生的一種小分子溶質(zhì)，這些溶質(zhì)參與植物體的滲透調(diào)節(jié)，并且在維持植物蛋白質(zhì)穩(wěn)定等方面有重要的作用。脯氨酸同樣也是植物體內(nèi)非常重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，植物在逆境的環(huán)境中為了適應(yīng)環(huán)境便會積累脯氨酸來維持植物機(jī)體水分平衡，保持植物的正常生命活動。環(huán)境的變化會使植物體內(nèi)的可溶性糖和脯氨酸含量發(fā)生明顯的變化，所以將植物體內(nèi)MDA含量、可溶性糖以及游離脯氨酸含量作為植物生理紊亂和損傷的測試指標(biāo)。

表3 玉米秸稈水浸液對商麥5226幼苗化感效應(yīng)分析

注：RI和A為同一處理的3次重復(fù)的平均值；M3是RI的和。用單因素方差分析進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)：“**”表示P<0.01，“*”表示P<0.05。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明水浸液對種子的萌發(fā)有抑制作用，并且隨著濃度的增大，抑制效果會增強(qiáng)，在水浸液為0.10 g/mL時抑制效果最強(qiáng)。綜合結(jié)果表明小麥植物體內(nèi)的丙二醛、可溶性糖、游離脯氨酸的綜合化感效應(yīng)在玉米秸稈水浸液濃度為0.04、0.07、0.10 g/mL時表現(xiàn)為全抑制作用(M=-1.023、-0.554、-1.268)，在玉米秸稈水浸液濃度為0.01 g/mL時表現(xiàn)為促進(jìn)作用(M=0.517)。玉米秸稈水浸液對商麥5226幼苗體內(nèi)的丙二醛、可溶性糖、游離脯氨酸含量綜合化感效應(yīng)強(qiáng)弱依次為：0.10>0.04>0.07>0.01 g/mL。

目前秸稈還田已經(jīng)非常普遍，本研究發(fā)現(xiàn)玉米秸稈水浸液對小麥有較強(qiáng)的化感作用，這說明秸稈還田存在使后茬作物減產(chǎn)的可能性。本研究雖然在實(shí)驗(yàn)室條件下開展了玉米秸稈水浸液對商麥5226的化感作用探討，但針對大田自然狀態(tài)下的化感作用和實(shí)際應(yīng)用方面還有待進(jìn)一步研究。

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(責(zé)任編輯：許晶晶)

Allelopathic Effects of Aqueous Extracts from Maize Straw on Shangmai 5226

HUA Zhi-rui, LI Xiao-ling

(College of Biological Pharmacy and Food Engineering, Shangluo University, Shangluo 726000, China)

The seeds of wheat variety Shangmai 5226 were treated with different concentrations of aqueous extracts from maize straw, the seed germination rate and the related physiological indexes of wheat seedlings were measured and analyzed, and the allelopathic effects of the aqueous extracts from maize straw on Shangmai 5226 were studied. The results showed that the aqueous extract from maize straw had an obvious allelopathic effect on the growth of Shangmai 5226. When the concentration of aqueous extract from maize straw was 0.04, 0.07 or 0.10 g/mL, its integrated allelopathic effect on the growth and development of wheat all performed an inhibitory effect (M=-1.023, -0.554 and -1.268). When the concentration of aqueous extract from maize straw was 0.01 g/mL, its integrated allelopathic effect was promoting effect (M=0.517). The 0.10 mg/mL aqueous extract from maize straw had the strongest allelopathic inhibitory effect on the growth and development of Shangmai 5226. The integrated allelopathic effect of different concentrations of maize straw aqueous extracts on the MDA, soluble sugar and free proline content in Shangmai 5226 seedlings showed the following order: 0.10>0.04>0.07>0.01 g/mL.

Aqueous extract; Wheat; Seedling; Allelopathy

2016-11-10

陜西省科技廳項(xiàng)目(2011K01-18)。

華智銳(1980─)，男，湖北黃石人，副教授，主要從事植物抗性生理與植物育種研究。

S512.2

A

1001-8581(2017)03-0028-05