蘆葦提取物對5種植物的化感作用

王子純 賈音 楊從軍

摘要：采用培養(yǎng)皿濾紙法，測定了蘆葦提取物對小麥、蘿卜、黃瓜、稗草和反枝莧5種受體植物的化感作用。結(jié)果表明，在0.08 g/mL濃度時，對除黃瓜外的受體植物種子萌發(fā)抑制率為69.2%～75.1%，EC50值分別為0.044、0.046、0.033和0.042 g/mL，對黃瓜種子萌發(fā)的抑制作用較差，抑制率為10.6 %。在0.16 mg/L濃度時，對5種受體植物幼苗莖生長的抑制率為69.3%～93.2%，EC50值0.042～0.100 g/mL;對幼苗根生長的抑制率為75.3%～97.7%，EC50值0.024～0.079 g/mL。試驗結(jié)果豐富了蘆葦化感作用范圍，從中可能發(fā)現(xiàn)新的除草活性化合物。

關(guān)鍵詞：蘆葦;提取物;化感作用;培養(yǎng)皿濾紙法

中圖分類號：S482.4

Abstract：Allelopathic effects of reed （Phragmites australis） extracts were assessed by culture plate filter paper method on 5 plant species，Triticum aestivum，Raphanus sativa，Cucumis sativus，Echinochloa crus-galli，and Amaranthus retroflexus. At the concentration of 0.08 g/mL，seed germination inhibition rates were between 69% and 75% except for C. sativus （at 11%），with EC50 values of 0.044，0.046，0.033 and 0.042 g/mL，respectively. At 0.16 g/mL，stem growth inhibition rates for the five species averaged 69% to 93%，with EC50 values of 0.042 to 0.100 g/mL，and root growth inhibition rates were 75% to 98%，with EC50 s of 0.024 to 0.079 g/mL. The results corroborated the reed allelopathic effects indicating that novel compounds with herbicidal activity may be isolated from it.

Key words：Phragmites australis;extract;allelopathic effect;culture plate filter paper method

蘆葦（Phragmites australis），多年生禾草，株高可達3 m，主要通過根莖繁殖，可在世界所有溫區(qū)生長，特別是北美、歐洲大多數(shù)國家，加拿大和澳大利亞部分地區(qū)[1]。作為一種普遍存在的濕地植物，蘆葦在大部分地區(qū)形成稠密的單一群落，被認為是世界上最烈性的入侵植物之一[2]，特別近十幾年來，蘆葦種群在北美東北部及五大湖區(qū)急劇擴張，已對當(dāng)?shù)厣锒鄻有约吧鷳B(tài)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，它的成功入侵與其強烈的化感作用有緊密關(guān)系[3-4]。

蘆葦水提取物、腐爛物、根分泌物對種子萌發(fā)、幼苗生長，以及其他植物種群建立有強烈的毒性作用[5-8]。劉成等發(fā)現(xiàn)蘆葦水提液可以通過影響加拿大一枝黃花的光合作用，包括葉綠素含量、葉片氣孔開放程度以及植物對光照的響應(yīng)能力等方面，進而對其生長產(chǎn)生抑制作用[9]。李鋒民等從蘆葦中分離出的化感物質(zhì)甲基乙酰乙酸乙酷能抑制蛋白核小球藻和銅綠微囊藻的生長[10]。Bains等報道了蘆葦分泌酚醛沒食子酸并與根際微生物聯(lián)合作用進而限制臨近植物生長[11]。Rudrappa等認為蘆葦根系分泌植物毒素經(jīng)光降解后對周圍環(huán)境造成嚴(yán)重毒害[12]。

為進一步探索蘆葦?shù)幕凶饔?，本研究選擇小麥、蘿卜、黃瓜、稗草和反枝莧為受體植物，測定蘆葦莖葉乙醇提取物的水萃取相的化感活性，為合理利用蘆葦野生植物資源和開發(fā)新型生物源除草劑提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

蘆葦（Phragmites australis），采自山東省青島市城陽區(qū)古廟村村頭，采樣時為盛花期，成片生長。將采集的蘆葦莖葉剪成2 cm左右的小段，置于通風(fēng)陰涼處自然陰干，高速萬能粉碎機粉碎，低溫保存，備用。

小麥（Triticum aestivum，邯鄲6172）、蘿卜（Raphanus sativa，大連青）和黃瓜（Cucumis sativus，亨優(yōu)403）種子，購于山東省青島市城陽區(qū)種子站;稗草（Echinoloa crusgalli）和反枝莧（Amaranthus retroflex）種子，采于青島農(nóng)業(yè)大學(xué)校園。

1.2 方法

1.2.1 蘆葦莖葉提取物制備 準(zhǔn)確稱取蘆葦莖葉粉末100 g，置于1 000 mL 具塞三角瓶中，加入5倍量 95%乙醇，將三角瓶置于低溫搖床上，150 r/min，24 h;抽濾，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓濃縮濾液得乙醇浸膏;將乙醇浸膏用無菌水捏溶，依次用石油醚、氯仿、乙酸乙酯、正丁醇充分萃取后，得萃取水相;將萃取水相減壓濃縮到一定量后，用無菌水定量至100 mL，得蘆葦當(dāng)量濃度1 g/mL，低溫保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 影響種子萌發(fā)試驗 將“1.2.1”節(jié)所得 1 g/mL 蘆葦水萃取相，用無菌水稀釋成0.01、0.02、0.04、0.08、0.16 g/mL等5個處理濃度。取直徑9 cm培養(yǎng)皿，鋪上雙層濾紙，加入 3 mL 稀釋液，使濾紙充分濕潤，并將濾紙緊貼培養(yǎng)皿底部展平，排除氣泡。將籽粒飽滿、大小一致的種子均勻擺放在濾紙上，小粒種子每培養(yǎng)皿擺放25粒，大粒種子每培養(yǎng)皿擺放15粒。加等量無菌水作對照，每處理3次重復(fù)，于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每天觀察發(fā)芽情況，并及時補充等量稀釋液或無菌水保證濾紙濕潤。待對照萌發(fā)率較高時統(tǒng)計種子發(fā)芽數(shù)，計算種子萌發(fā)抑制率（種子萌發(fā)以胚根突破種皮2 mm左右為標(biāo)準(zhǔn)[13]）。

1.2.3 影響植物生長試驗 從催芽露白的種子中挑選籽粒飽滿，大小、萌發(fā)程度整齊一致的種子供試，方法同種子萌發(fā)試驗，只是每重復(fù)處理10粒種子。一定時間后，測定幼苗的莖長和根長，計算生長抑制率。

1.2.4 毒力效應(yīng)濃度計算 以種子萌發(fā)、莖長和根長的抑制率作為衡量蘆葦提取液化感作用的響應(yīng)指標(biāo)，采用濃度對數(shù)-幾率值直線法對抑制率和提取液濃度進行線性回歸，計算EC50、EC95。

1.2.4 統(tǒng)計方法 采用IBM SPSS Statistics 20 軟件進行數(shù)據(jù)分析，所有數(shù)據(jù)以 x±s表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘆葦提取物對種子萌發(fā)的影響

在供試濃度下，蘆葦莖葉提取物對小麥、蘿卜、黃瓜、稗草和反枝莧種子的萌發(fā)均表現(xiàn)抑制作用，但對黃瓜種子萌發(fā)的抑制作用對提取物濃度依賴性小，在0.01 g/mL時的抑制率為4.0%，但濃度提高到0.16 g/mL時的抑制率也僅為14.2%（表1）。

在較高濃度，蘆葦莖葉水萃取液對小麥、蘿卜、稗草和反枝莧種子的萌發(fā)均表現(xiàn)強烈抑制作用。在濃度為0.08 g/mL時，抑制率幾乎都在70.0%以上;當(dāng)濃度為0.16 g/mL時，對4種種子萌發(fā)的抑制率分別達94.4%、87.0%、84.4%和89.5%（表1）。

2.2 蘆葦提取物對幼苗莖生長的影響

蘆葦提取物對蘿卜、黃瓜和反枝莧幼苗莖的生長表現(xiàn)低促高抑作用，隨濃度增大，抑制作用顯著加強。在處理濃度為0.01 g/mL時，對莖生長的促進作用分別為2.6%、2.4%、10.0%;但在處理濃度為0.16 g/mL時，對莖生長的抑制作用分別達83.0%、93.2%、69.3%（表2）。

在濃度為0.01～0.16 g/mL時，蘆葦提取物對小麥、稗草幼苗莖的生長均表現(xiàn)抑制作用，并有顯著的濃度依賴性，對2種植物幼苗莖生長的抑制率范圍分別為11.1%～87.0%、12.6%～75.3%（表2）。

綜合來看，在高濃度0.16 g/mL時，對黃瓜莖生長的抑制作用最強，抑制率達93.2%，其次是小麥、蘿卜、稗草和反枝莧，抑制率分別為87.0%、83.0%、75.3%和69.3%（表2）。

2.3 蘆葦提取物對幼苗根生長的影響

蘆葦提取物對小麥、蘿卜、黃瓜、稗草幼苗根生長表現(xiàn)強烈抑制作用。在處理濃度為0.01 g/mL時，對根生長的抑制率分別達24.1%、22.5%、20.0%、15.3%;在處理濃度為0.16 g/mL時，對根生長的抑制作用分別達97.7%、95.3%、90.1%、89.6%，抑制作用極顯著（表3）。

蘆葦提取物對反枝莧幼苗的根生長具有低濃度促進高濃度抑制作用。在處理濃度為 0.01 g/mL 和0.02 g/mL時的促生率分別為7.8%、2.0%;而在0.16 g/mL時的抑制率已達75.3%（表3）。

2.4 蘆葦提取物對受體植物的毒力效應(yīng)

由表4可看出，蘆葦提取物對小麥、蘿卜、稗草和反枝莧種子萌發(fā)的抑制毒力強，EC50值分別僅為0.044、0.046、0.033和0.042 g/mL，對黃瓜種子萌發(fā)的抑制毒力相對較差，EC50值為 11.072 g/mL。

但蘆葦提取物對5種受體植物幼苗生長均有強的抑制毒力，對莖的EC50值在0.042～0.100 g/mL 之間，對根的EC50值在0.024～0.079 g/mL 之間;對每種植物而言，提取物對根的毒力強于對莖的毒力。

結(jié)合EC95可知，毒力作用對提取物濃度變化的敏感度不一。黃瓜種子萌發(fā)抑制對濃度變化最不敏感，EC95值高達7 398.225 g/mL;但黃瓜莖生長的抑制對濃度變化最敏感，EC95值僅為 0.170 g/mL，在所有EC95值中最小。總體來看，蘆葦提取物除對黃瓜種子萌發(fā)抑制作用較弱，對濃度變化不敏感外，對其余4種受體植物根、莖生長和種子萌發(fā)都有較強抑制毒力。

3 結(jié)論與討論

近年來關(guān)于蘆葦化感作用的研究屢見報道，對羊角月牙藻、雷氏衣藻和水華微囊藻等藻類，以及一枝黃花、互花米草、蒲公英、小飛蓬和田菁等高等植物均有不同程度的化感作用[14-16]。

本研究表明，蘆葦乙醇提取物的水萃取相有較強化感作用。在濃度為0.08 mg/L時，對除黃瓜外的4種受體植物種子萌發(fā)抑制率為69.2%～75.1%。在濃度為0.16 mg/L時，對小麥、蘿卜、黃瓜、稗草和反枝莧5種受體植物幼苗莖生長的抑制率為69.3%～93.2%，對幼苗根生長的抑制率為75.3%～97.7%。研究結(jié)果進一步豐富了蘆葦化感作用范圍，證實蘆葦是一種強化感植物，從蘆葦中追蹤分離化感成分，可能發(fā)現(xiàn)新的除草活性化合物。

在自然和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，植物葉片及其他地上部分的淋溶物、揮發(fā)物、根滲出物以及腐爛分解物等都可釋放到環(huán)境中產(chǎn)生化感作用[17-18]，對鄰近植物的種子萌發(fā)、幼苗生長、群體建成具有潛在的抑制效應(yīng)[19-21]。蘆葦資源豐富，在我國及全世界廣泛分布，深入研究其化感作用并加以充分利用，可使之成為新的生態(tài)友好的雜草管理方式。

參考文獻：

[1]Kulmatiski A，Beard K H，Meyerson L A，et al. Nonnative Phragmites australis invasion into Utah wetlands[J]. Western North American Naturalist，2011，70：541-552.

[2]Uddin M N，Caridi D，Robinson R W. Phytotoxic evaluation of Phragmites australis：an investigation of aqueous extracts of diferent organs[J]. Mar Freshw Res，2012，63：777-787.

[3]Rudrappa T，Bonsall J，Gallagher J L，et al. Root-secreted allelochemical in the noxious weed Phragmites australis deploys a reactive oxygen species response and microtubule assembly disruption to execute rhizotoxicity[J]. Journal of Chemical Ecology，2007，33（10）：1898-1918

[4]Bains G，Kumar A S，Rudrappa T，et al. Native plant and microbial contributions to a negative plant-plant interaction[J]. Plant Physiology，2009，151（4）：2145-2151

[5]Kettenring K M，McCormick M K，Baron H M，et al. Mechanisms of Phragmites australis invasion：feedbacks among genetic diversity，nutrients，and sexual reproduction[J]. J Appl Ecol，2011，48：1305-1313.

[6]Uddin M N，Robinson R W，Caridi D. Phytotoxicity induced by Phragmites australis：an assessment of phenotypic and physiological parameters involved in germination process and growth of receptor plant[J]. J Plant Interact，2014，9：338-353

[7]Uddin M N，Robinson R W，Caridi D，et al. Suppression of native Melaleuca ericifolia by the invasive Phragmites australis through allelopathic root exudates[J]. Am J Bot，2014，101：479-487

[8]Uddin M N，Robinson R W，Caridi D，et al. Is phytotoxicity of Phragmites australis residue infuenced by decomposition condition，time and density[J]. Mar Freshw Res，2014，65：505-516

[9]劉 成，吳 明，陳曉德，等. 蘆葦水提液對加拿大一枝黃花生長及光合作用的化感效應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2014，33（3）：624-630.

[10]李鋒民，胡洪營. 蘆葦抑藻化感物質(zhì)的分離及其抑制蛋白核小球藻效果[J]. 環(huán)境科學(xué)，2004（5）：89-92

[11]Bains G，Kumar A S，Rudrappa T，et al. Native plant and microbial contributions to a negative plant-plant interaction[J]. Plant Physiology，2009，151（4）：2145-2151.

[12]Rudrappa T，Choi Y S，Levia D F，et al. Phragmites australis root secreted phytotoxin undergoes photo-degradation to execute severe phytotoxicity[J]. Plant Signaling and Behavior，2009，4（6）：506-513.

[13]周志紅. 植物化感作用的研究方法及影響因素[J]. 生態(tài)科學(xué)，1999，18（1）：35-39.

[14]鄭 琨，趙福庚，張 茜，等. 鹽度變化條件下蘆葦對互花米草的化感效應(yīng)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2009，20（8）：1863-1867.

[15]門玉潔，李鋒民，胡洪營. 蘆葦化感組分對羊角月牙藻和雷氏衣藻生長特性的影響[J]. 湖泊科學(xué)，2007，19（4）：473-478.

[16]王志強，王 捷，班劍嬌，等. 蘆葦水浸提液對水華微囊藻的化感作用研究[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報，2014，14（4）：302-306.

[17]黃云霄，齊 勇，楊曉娜，等. 龍葵提取物對不同作物幼苗的化感效應(yīng)[J]. 雜草學(xué)報，2017，35（2）：40-45.

[18]Kimura F，Sato M，Kato-Noguchi H. Allelopathy of pine litter：delivery of allelopathic substances into forest floor[J]. J Plant Biol，2015，58：61-67.

[19]魏 進，劉 霞，張 靜，等. 地桃花提取物對10 種植物的抑制活性[J]. 雜草學(xué)報，2018，36（3）：24-28.

[20]Bich T T N，Kato-Noguchi H. Isolation and identifcation of a phytotoxic substance from the emergent macrophyte Centrostachys aquatic[J]. Bot Stud 2014，55：1.

[21]李建波，方 麗，郝 雨，等. 野老鸛草水提取物對大豆、玉米、花生的化感作用[J]. 雜草學(xué)報，2018，36（1）：31-36