野老鸛草水提取物對大豆、玉米、花生的化感作用

李建波， 方 麗， 郝 雨， 葛應蘭

(南陽農業(yè)職業(yè)學院，河南南陽 473003)

化感作用是自然界普遍存在的一種現象，是植物之間存在的化學物質反應。植物化感作用通過淋溶、揮發(fā)、殘體分解和根系分泌等方式向環(huán)境中釋放化學物質，從而對周圍的植物產生直接或間接的、有害或有利的作用[1]。據報道，植物釋放的化感物質多達幾十種，它們通過影響生物膜系統(tǒng)，改變酶及其他蛋白的活性，調控激素的合成，影響細胞分裂、光合作用、呼吸作用等，甚至在基因轉錄水平上起作用，從而影響植物的生長發(fā)育。近年來，植物間的化感作用已成為國內外科學研究的熱點領域。研究優(yōu)勢雜草的化感作用對實現雜草的有效控制、減少農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對化學農藥的依賴具有重要意義[2]。

雜草與農作物一直是生存中相依相克的植物。雜草對作物的危害，一方面表現在與作物爭奪陽光、水分、養(yǎng)分等；另一方面，雜草還可以通過釋放、分泌化感物質直接或間接地抑制作物的生長。研究表明，黃頂菊(Flaveriabidentis)對多年生黑麥草幼苗生長有抑制作用[3]，豚草(Ambrosiaartemisiifolia)能抑制小麥幼苗的生長[4-5]，勝紅薊(Ageratumhoustonianum)能抑制稗草、蘿卜、番茄的生長[6]，瑞香狼毒(Stellerachamaejasme)能抑制紫花苜蓿、紅三葉、披堿草幼香苗生長[7]，中間錦雞兒(Caraganaintermedia)對玉米和小麥種子萌發(fā)和幼苗生長具有抑制作用[8]，紫穗槐(AmorphafruticosaLum)對大豆種子萌發(fā)有抑制作用[9]。部分化感物質也會促進其他植物種子的萌發(fā)，如對14個大豆栽培品種的化感作用研究表明，大豆三節(jié)期根、莖以及葉的甲醇提取液均能顯著促進向日葵列當(Orobanchecumana)種子萌發(fā)，其中根部提取液的促進效果最明顯[10]，麻風樹(Jatrophacurcas)的葉片水提取液對芝麻(Sesamumindicum)種子的萌發(fā)起促進作用[11]。

野老鸛草(GeraniumcarolinianumL.)原產于北美，現已侵入我國華東、華中、華北、華南及西南10多個省(市)，成為油菜和小麥田間的主要惡性雜草[12]，并且該種的擴散潛力非常大[13]，在入侵地定居后迅速取代本土植物形成單一特種優(yōu)勢群落，降低了當地生物的多樣性，已嚴重影響我國農牧業(yè)的發(fā)展。有關野老鸛草化感作用的研究報道較少。本研究利用野老鸛草莖水浸提液，以大豆、玉米、花生3種作物為受體植物，研究野老鸛草莖水浸提液對上述3種受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，分析其對不同種類受體之間化感作用的差異，旨在初步探討野老鸛草的次生代謝產物對秋季作物的化感影響，為農業(yè)生產作物的選擇、生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化提供參考，為研究野老鸛草入侵機制及生態(tài)危害提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供體植物野老鸛草采自南陽農業(yè)職業(yè)學院校園。受體植物花生(ArachishypogaeaLinn.)、大豆[Glycinemax(Linn.) Merr.]、玉米(ZeamaysL.)種子采購于河南省南陽市種子公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 浸提液配制 取野老鸛草的莖剪成1 cm小段，稱取20 g浸泡于200 mL蒸餾水中，在振蕩器上振蕩48 h(25 ℃)，用3層紗布過濾后即得濃度為0.1 g/mL的野老鸛草莖水浸液，放入4 ℃冰箱中待用。

1.2.2 種子處理 選擇籽粒飽滿、均勻一致的受體種子，用0.5% H2O2消毒3 min后，用蒸餾水沖洗3～4次。

1.2.3 試驗設計 采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法。用蒸餾水將原液稀釋成濃度為0.050 00、0.025 00、0.012 50、0.006 25 g/mL的溶液。受體種子20粒分別放入墊有2層濾紙、直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中，再分別加入10 mL不同濃度的水浸提液。將培養(yǎng)皿放入人工智能培養(yǎng)箱中(25±1)℃恒溫培養(yǎng)，以蒸餾水作為對照，3次重復。每天定時記錄萌發(fā)種子數，適當補充相應濃度的浸提液保持濾紙和種子濕潤，移出霉爛的種子。第4天計算發(fā)芽勢，第7天計算發(fā)芽率，測定幼苗莖長、根高，并分別稱量幼苗莖和根的鮮質量。

發(fā)芽勢=第4天發(fā)芽種子總數/供試種子數×100%；

發(fā)芽率=第7天發(fā)芽種子總數/供試種子數×100%；

發(fā)芽指數(GI)=∑Gt/Dt。

式中：Gt為第t天的發(fā)芽量；Dt為相應的發(fā)芽天數。

化感效應數據統(tǒng)計分析方法參照Williamson的方法[14]，即：

RI=1-C/T(T≥C) ；

RI=T/C-1(T

式中：C為對照值；T為處理值。RI為化感效應指數，RI>0為促進作用，RI<0為抑制作用，絕對值的大小與強度一致?；芯C合效應用綜合化感指數表示，其大小為發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數、幼苗莖長、根長、莖鮮質量、根鮮質量7項化感效應指數的算術平均值。

1.2.4 數據分析 試驗數據采用SPSS 19軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 野老鸛草莖水浸提液對3種受體植物種子萌發(fā)的影響

從表1可以看出，不同濃度的野老鸛草莖水浸提液對3種受體植物的發(fā)芽勢均能產生化感效應，0.025 00、0.006 25 g/mL野老鸛草水浸提液對大豆種子發(fā)芽勢有顯著的抑制作用，其他濃度產生促進作用，且0.100 00 g/mL野老鸛草水浸提液對大豆種子發(fā)芽勢與對照相比有顯著差異。高濃度的野老鸛草水浸提液對花生種子發(fā)芽勢產生抑制作用，0.100 00 g/mL野老鸛草水浸提液對花生種子發(fā)芽勢有顯著的抑制作用；低濃度(0.012 50、0.006 25 g/mL)的水浸提液對花生種子發(fā)芽勢有明顯的促進作用，當野老鸛草水浸提液濃度達到0.012 50 g/mL時發(fā)芽勢最高，化感指數為 0.087 0。所有濃度水浸提液對玉米種子發(fā)芽勢均為抑制作用，各處理與對照均有顯著差異；當野老鸛草水浸提液濃度達到 0.100 00 g/mL 時，發(fā)芽勢最低，化感指數為 -0.269 3。

表1 野老鸛草莖水浸提液對3種受體植物種子發(fā)芽勢的影響Table 1 Effect of aqueous extracts from Geranium carolinianum L. stems on seed germination potential of three kinds of recipient plants

注：同列數據后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著，下同。

由表2可知，所有濃度的野老鸛草水浸提液對大豆種子發(fā)芽率均為抑制作用，且均與對照有顯著性差異，0.025 00 g/mL野老鸛草水浸提液對大豆種子發(fā)芽率抑制作用最大。不同濃度的野老鸛草莖水浸提液對花生發(fā)芽率的影響與對發(fā)芽勢的影響一致，低濃度的野老鸛草莖水浸提液對花生種子發(fā)芽率表現為促進作用，0.012 50 g/mL 野老鸛草水浸提液對花生種子發(fā)芽率有顯著的促進作用；高濃度的野老鸛草莖水浸提液對花生種子發(fā)芽率產生抑制作用，0.100 00 g/mL 野老鸛草水浸提液對花生種子發(fā)芽率有顯著的抑制作用。所有濃度的野老鸛草水浸提液對玉米種子發(fā)芽率均為抑制作用，0.100 00 g/mL 野老鸛草水浸提液對玉米種子發(fā)芽率抑制作用最大。

由表3可知，野老鸛草水浸提液對大豆、玉米種子發(fā)芽指數的影響與對其發(fā)芽率的影響一致，即所有濃度的野老鸛草水浸提液對大豆、玉米種子發(fā)芽指數均產生抑制作用。不同濃度的野老鸛草莖水浸提液對花生發(fā)芽指數的影響與對其發(fā)芽率的影響相似，即低濃度的野老鸛草莖水浸提液對花生種子發(fā)芽指數均表現出促進作用；高濃度(0.100 00、0.050 00 g/mL)的野老鸛草莖水浸提液對花生種子發(fā)芽指數產生抑制作用，但抑制作用不顯著。

2.2 野老鸛草莖水浸提液對3種受體作物幼苗生長的影響

由表4可知，低濃度和高濃度的野老鸛草莖水浸提液對大豆幼苗莖的生長表現為抑制作用，其中0.100 00、0.050 00 g/mL的野老鸛草莖水浸提液對大豆幼苗莖的生長表現為顯著的促進作用；0.025 00、0.012 50 g/mL野老鸛草莖水浸提液對大豆幼苗莖的生長表現為促進作用，0.025 00 g/mL 野老鸛草莖水浸提液能顯著促進大豆幼苗莖的生長。高濃度的野老鸛草莖水浸提液對花生幼苗莖的生長表現為抑制作用，其中0.100 00、0.050 00 g/mL野老鸛草莖水浸提液對花生幼苗莖的生長表現為顯著的抑制作用；低濃度的(0.012 50、0.006 25 g/mL)野老鸛草莖水浸提液對花生幼苗莖的生長表現為促進作用，但促進作用不顯著。0.100 00、0.012 50 g/mL 水浸提液對玉米幼苗莖的生長表現為抑制作用，其中0.100 00 g/mL濃度有顯著的抑制作用；其他濃度表現為促進作用，其中 0.050 00 g/mL 濃度有顯著的促進作用。

表2 野老鸛草莖水浸提液對3種受體作物種子發(fā)芽率的影響Table 2 Effect of aqueous extracts from Geranium carolinianum L. stems on seed germination rate of three kinds of recipient plants

表3 野老鸛草莖水浸提液對3種受體植物種子發(fā)芽指數的影響Table 3 Effect of aqueous extracts from Geranium carolinianum L. stems on seed germination index of three kinds of recipient plants

表4 野老鸛草莖水浸提液對3種受體作物幼苗莖生長的影響Table 4 Effect of aqueous extracts from Geranium carolinianum L. stems on stem growth of seedlings in three kinds of recipient plants

由表5可以看出，所有濃度的野老鸛草莖水浸提液對大豆、玉米幼苗根的生長表現為抑制作用，其中0.100 00、0.050 00 g/mL野老鸛草莖水浸提液對大豆幼苗根長的抑制作用顯著，所有濃度的野老鸛草莖水浸提液都能顯著抑制玉米幼苗根長。所有濃度的野老鸛草莖水浸提液對花生幼苗根的生長表現為促進作用，其中0.100 00、0.025 00、0.012 50、0.006 25 g/mL野老鸛草莖水浸提液對花生根長有顯著的促進作用。

由表6可知，高濃度的野老鸛草莖水浸提液對大豆幼苗莖鮮質量表現為抑制作用，其中 0.100 00、0.050 00 g/mL 均能使大豆幼苗莖鮮質量顯著下降；0.006 25 g/mL野老鸛草莖水浸提液對大豆莖鮮質量表現為促進作用，但與對照相比無顯著性差異。所有濃度的野老鸛草莖水浸提液對花生莖鮮質量表現為抑制作用，其中 0.100 00、0.050 00、0.025 00 g/mL野老鸛草莖水浸提液對花生莖鮮質量有顯著的抑制作用。0.100 00、0.050 00、0.012 50 g/mL野老鸛草莖水浸提液對玉米莖鮮質量表現為顯著的抑制作用，0.025 00、0.006 25 g/mL野老鸛草莖水浸提液對玉米幼苗莖鮮質量表現為促進作用，但與對照差異不顯著。

表5 野老鸛草莖水浸提液對3種受體作物幼苗根長的影響Table 5 Effect of aqueous extracts from Geranium carolinianum L. stems on root length of seedlings in three kinds of recipient plants

表6 野老鸛草莖水浸提液對3種蔬菜幼苗莖鮮質量的影響Table 6 Effect of aqueous extracts from Geranium carolinianum L. stems on fresh stem quality of three kinds of vegetable seedlings

由表7可知，0.006 25 g/mL野老鸛草莖水浸提液對大豆、花生幼苗根鮮質量表現為促進作用，對大豆的促進作用顯著；其他濃度均表現為抑制作用，0.100 00、0.050 00、0.025 00 g/mL野老鸛草莖水浸提液對大豆幼苗根鮮質量抑制作用顯著，0.100 00、0.050 00、0.012 50 g/mL野老鸛草莖水浸提液對花生幼苗根鮮質量抑制作用顯著。所有濃度的野老鸛草莖水浸提液對玉米幼苗根鮮質量均表現為抑制作用，0.100 00、0.050 00、0.025 00、0.012 50 g/mL濃度的野老鸛草莖水浸提液對玉米幼苗根鮮質量抑制作用顯著。

2.3 野老鸛草莖水浸提液對3種受體植物化感綜合效應

由表8可知，所有濃度的野老鸛草莖水浸提液對大豆、玉米的化感綜合效應均為負值；0.100 00、0.050 00 g/mL野老鸛草莖水浸提液對花生的化感綜合效應為負值，即表現為抑制作用，0.025 00、0.012 50、0.006 25 g/mL野老鸛草莖水浸提液對花生的化感綜合效應為正值，即表現為促進作用。對大豆化感平均值大小順序為 0.012 50 g/mL>0.006 25 g/mL>0.025 00 g/mL>0.100 00 g/mL>0.050 00 g/mL>；對花生化感平均值大小順序為0.006 25 g/mL>0.025 00 g/mL>0.012 50 g/mL>0.050 00 g/mL>0.100 00 g/mL；對玉米化感平均值大小順序為0.012 50 g/mL>0.025 00 g/mL>0.050 00 g/mL>0.006 25 g/mL>0.100 00 g/mL。

3 結論與討論

化感物質的濃度效應是化感作用的一個重要研究內容。大量研究表明，植物化感作用對受體作物的影響因濃度而異，具有明顯的濃度效應，即化感作用強度隨化感物質濃度的增大而增加。

在農業(yè)生產方面，種子的正常萌發(fā)與出苗對作物產量影響很大[15]。本研究結果表明，野老鸛草莖水浸提液對受體植物大豆、花生、玉米均有一定的化感效應，其化感作用的正負效應和強度與水浸提液的濃度有關。野老鸛草莖水浸提液對3種受體作物化感效應平均值大小順序為花生>大豆>玉米，即野老鸛草對玉米的抑制作用最強，大豆次之，對花生的抑制作用較弱。本研究表明，在野老鸛草發(fā)生量較大的田塊種植花生、大豆比較合適，其中以花生最為合適。

表7 野老鸛草莖水浸提液對3種蔬菜幼苗根鮮質量的影響Table 7 Effect of aqueous extracts from Geranium carolinianum L. stems on fresh root quality of three kinds of vegetable seedlings

表8 野老鸛草莖水浸提液對3種受體作物的化感綜合效應Table 8 Synthetically allelopathic effects of aqueous extracts from Geranium carolinianum L. on three kinds of recipient plants

植物釋放到環(huán)境中的化感物質幾乎可以由植物的任何組織或器官合成，如植物根、莖、葉、果實、種子等[16-17]。本研究只采用了野老鸛草莖的水浸提液對3種受體植物種子和幼苗的影響進行分析，野老鸛草不同器官的化感作用有待進一步研究，對植物的化感物質也須要進一步明確。

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