草原毒草——醉馬草種子的萌發(fā)試驗研究

(1.北方民族大學化學與化學工程學院， 寧夏 銀川 750021;2.天津科技大學化工與材料學院， 天津 300457)

醉馬草(Achnatherumintebrians)屬禾本科芨芨草屬植物，主要分布在新疆、內(nèi)蒙、甘肅、寧夏、青海等海拔1 700～4 200 m的地區(qū)，是我國西北地區(qū)一種危害嚴重的毒草[1-3]。醉馬草喜陽、耐寒、抗霜、耐旱，早春時節(jié)開始萌發(fā)，大面積群落生長，根淺、莖長，一般生長在陽坡、河灘及草場低洼、潮濕、土質松軟的土壤。南華山、月亮山等山地牧場地處寧夏南部西吉縣與海原縣的交界處，屬于干旱半干旱氣候類型。這里多有河漫灘地及潮濕松軟的沙壤土，為醉馬草的繁衍提供了適宜條件[4]。

由于醉馬草根系具有很強的柔韌性和生命力，與其他牧草爭奪土壤中的水分和營養(yǎng)物質，導致優(yōu)良牧草生長受限，產(chǎn)量降低，而醉馬草卻在草原上迅速生長成為優(yōu)勢種群，致使草地生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)遭到破壞，草場等級下降，甚至嚴重退化而形成荒漠化[5-7]。另一方面，醉馬草具有很強的毒性，主要危害馬屬(馬、驢、騾)動物，當牲畜進食鮮草量占其體重的1%時，很快便表現(xiàn)出口吐白沫、精神萎靡、昏睡、厭食、走路步履蹣跚、左右搖晃等中毒現(xiàn)象，嚴重者甚至導致死亡[8-10]。因此，在西北地區(qū)如寧夏、內(nèi)蒙古、甘肅、青海、新疆等毒草大面積繁衍的牧場和草場，亟待研發(fā)針對這些毒草的除草劑品種。

目前已有文獻報道關于采用除草劑防除醉馬草的試驗，是直接在草場上進行的[11-13]，這需要耗費一定的人力和財力，且需噴施一定次數(shù)。另外，隔離區(qū)作為對照組，雖未直接噴施除草劑，但由于風吹雨淋等自然環(huán)境因素，也會導致部分除草劑漂移或淋溶至其間，給除草活性數(shù)據(jù)的準確性帶來誤差。因此，如果可以建立針對醉馬草的科學有效的實驗室生測模型，可以使除草活性試驗能夠在節(jié)約成本、節(jié)省時間的條件下進行。因此，本實驗從影響醉馬草種子萌發(fā)的因素考量，研究其種子萌發(fā)的最優(yōu)條件[14-16]，為今后能夠在實驗室條件下人工種植醉馬草，進而對其進行除草活性測試提供足夠的物質基礎，為防治草原毒草的研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材 料

本實驗所采用的醉馬草種子于2017年9月采自寧夏固原市西吉縣月亮山，地理位置為東經(jīng)105°37.093′，北緯36°12.002′，海拔2 600 m。將收集到的種子自然晾干，精選大小一致、無壞損且顆粒飽滿的種子于室溫下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 主要儀器與試劑

數(shù)顯恒溫水浴鍋；培養(yǎng)皿(90 mm)；電子天平；量筒；燒杯；砂紙；放大鏡；濃硫酸(國產(chǎn)分析純)；去離子水；氯化鈉。

1.3 方 法

采用砂紙打磨處理、硫酸處理、水浴處理、鹽脅迫等不同方法對醉馬草種子進行破除休眠實驗，并對其進行培養(yǎng)，探究不同的處理方法對醉馬草種子萌發(fā)的影響。

1.3.1發(fā)芽方法

采用培養(yǎng)皿法：將培養(yǎng)皿用70%酒精消毒烘干備用，每個培養(yǎng)皿放置種子80粒，設置3個平行實驗(1#、2#、3#)進行對照。培養(yǎng)時間為10 d，培養(yǎng)溫度為23 ℃，避光培養(yǎng)，每天及時為種子補充水分，保持濾紙潤濕。

1.3.2種子的前處理方法

分別對醉馬草種子進行以下4種處理：

1) 取砂紙對種子進行打磨。打磨時以放大鏡觀察種皮的磨損情況，以觀察到表皮有明顯裂紋、種皮磨薄等痕跡為止。將打磨好的種子放置培養(yǎng)皿中培養(yǎng)。

2) 取適量的種子于200 mL燒杯中，使種子分別浸沒于98%、80%、70%、60%、50%、40% 的硫酸中，各濃度分別浸泡10，20，30，40 min。之后用清水沖洗8～10遍，以確保種子表面沒有硫酸殘留。

3) 取醉馬草種子于3個50 mL燒杯中，設置水浴溫度梯度為：40，50，60 ℃，水浴加熱1，1.5，2 h。

4) 設定氯化鈉脅迫的濃度梯度為：25，50，100，150，200 mmol·L-1。將挑選后的種子放于培養(yǎng)皿中加入適量的氯化鈉溶液進行培養(yǎng)。

上述處理組均以室溫下蒸餾水浸泡30 min的醉馬草種子為空白對照，實驗組和對照組均設3個重復，每個重復放置80粒種子。

1.3.3數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計方法

通過觀察測量種子的胚根長度(mm)，以胚根伸出種皮3 mm為萌發(fā)標準，間隔24 h觀測1次，并取出已萌發(fā)種子，連續(xù)觀測記錄，在第10天計算種子的發(fā)芽率，在第5天計算種子的發(fā)芽勢。用如下公式計算發(fā)芽率及發(fā)芽勢：

應用SPSS 17.0軟件對各組試驗數(shù)據(jù)進行方差分析，并進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 砂紙打磨對醉馬草種子萌發(fā)的影響

由表1可知，經(jīng)過砂紙打磨的醉馬草種子的發(fā)芽率僅為77.1%，而對照的醉馬草種子發(fā)芽率可達85.4%。且由發(fā)芽勢可知，經(jīng)砂紙打磨處理的醉馬草種子在發(fā)芽數(shù)達到最高峰的第5天時，種子的萌發(fā)率也低于空白對照。醉馬草種皮相對于其他草原毒草(如小花棘豆、黃花棘豆)較薄[17]，經(jīng)砂紙打磨后，放大鏡觀察發(fā)現(xiàn)種皮表面有許多破損，甚至傷及內(nèi)部的種胚，導致感染而發(fā)霉。因此，砂紙打磨種皮不利于醉馬草種子萌發(fā)。

表1 砂紙打磨對醉馬草種子萌發(fā)的影響

處理發(fā)芽率/%發(fā)芽勢/%砂紙打磨77.156.3對照(ck)85.461.7

2.2 硫酸處理對醉馬草種子萌發(fā)的影響

由表2和表3可知，當硫酸濃度由40%提高到60%時，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢在10～30 min內(nèi)隨處理時間的延長呈遞增趨勢，但時間延長至40 min時，發(fā)芽率和發(fā)芽勢都反而下降。這可能由于隨著硫酸濃度的增大及處理時間的增長，對種皮的腐蝕程度增大，且不同于砂紙打磨；硫酸對種皮的腐蝕是均勻的使整個種子外表皮變薄，種子的胚芽易突破種皮而萌發(fā)，因此發(fā)芽率和發(fā)芽勢呈上升趨勢；但延長處理時間至40 min后，取處理后的種子肉眼觀察可見，種子的外表皮腐蝕已較為嚴重，因此有可能傷及內(nèi)部胚芽，導致種子受損，發(fā)芽率和發(fā)芽勢均下降。當硫酸濃度由60%增大到98%時，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢隨處理時間的增長基本呈遞減趨勢，甚至出現(xiàn)不發(fā)芽的情況。同樣這也是由于過高濃度的硫酸對于種皮腐蝕過度，導致種子的胚芽受損而不能正常萌發(fā)。由表2和表3發(fā)芽率和發(fā)芽勢的對比可以看出，隨著硫酸濃度的增大，短時間的處理(如10 min)，會提高種子萌發(fā)的速度，即發(fā)芽勢高于發(fā)芽率，種子的發(fā)芽速度快，但是發(fā)芽率低，也即發(fā)芽后由于高濃度的硫酸使種子表皮破損程度嚴重，易受感染而致使種子發(fā)霉，從而使種子不再繼續(xù)生長，最后死亡。因此采用硫酸處理種子必須采用適宜的濃度及控制合適的時間。由實驗結果可知，最適宜的處理方法為：采用50%硫酸浸泡30 min，醉馬草種子的發(fā)芽率可達99.1%。

表2 不同濃度硫酸處理不同時間對醉馬草種子發(fā)芽率的影響

硫酸濃度/%發(fā)芽率/%10min20min30min40min9830.4Ce0Df0Df0Df8037.9BCd0Df0Df0Df7044.6BCc0Df0Df0Df6092.5Ab98.3Aa97.9Aa90.1Ab5098.3Aa98.3Aa99.1Aa92.5Ab4097.5Aa97.3Aa97.5Aa91.3Ab

注：表中上標不同大寫字母表示差異極顯著(p<0.01 )，不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05 )。下同。

表3 不同濃度硫酸處理不同時間對醉馬草種子發(fā)芽勢的影響

硫酸濃度/%發(fā)芽勢/%10min20min30min40min9856.4Ce5.8Df0Eg0Eg8060.4Cd9.6Df0Eg0Eg7081.6Bc0Eg0Eg0Eg6083.7Bc93.3Aa92.9Aa90.1Ab5090.0Ab95.0Aa94.1Aa91.3Aa4085.4ABb86.6ABb87.5ABb86.6ABb

2.3 熱水浸種處理對醉馬草種子萌發(fā)的影響

如表4所示，當熱水浸種的水浴溫度為40 ℃時，醉馬草種子的發(fā)芽率隨時間的延長呈遞減趨勢，且最高發(fā)芽率僅為53.8%，遠低于空白對照。當熱水浸種的溫度高于40 ℃時，種子發(fā)芽率僅為2.2%。不同于小花棘豆、黃花棘豆等其他草原毒草，在60～70 ℃的熱水中浸種會提高種子的發(fā)芽率[18]，醉馬草種子在同樣的溫度下已經(jīng)失活。這是由于醉馬草的種皮較薄，熱水浸種時，高溫將種子的蛋白質破壞，致使種子死亡，沒有生命跡象。因此，熱水浸種后種子不發(fā)霉也不發(fā)芽。

表4 熱水浸種對醉馬草種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

溫度/℃ 發(fā)芽勢/% 發(fā)芽率/% 1h1.5h2h1h1.5h2h4047.925.011.753.841.714.6506.7002.20060000000

2.4 氯化鈉脅迫對醉馬草種子萌發(fā)的影響

由表5可知，隨著氯化鈉溶液濃度的升高，醉馬草種子的發(fā)芽率逐漸降低。當氯化鈉溶液的濃度為100 mmol·L-1時，發(fā)芽勢和發(fā)芽率明顯降低，種子萌發(fā)受到抑制。這說明高濃度的氯化鈉溶液對醉馬草種子的萌發(fā)起抑制作用。當氯化鈉濃度低于50 mmol·L-1時，種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率與空白對照相比有較明顯的提高。因此，低濃度氯化鈉脅迫可以促進醉馬草種子的萌發(fā)。

表5 氯化鈉脅迫對醉馬草種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率的影響

氯化鈉濃度/(mmol·L-1)發(fā)芽勢/%發(fā)芽率/%ck61.785.42585.495.45079.690.010040.058.815026.340.020025.032.8

3 結論與討論

本實驗比較了砂紙打磨、硫酸處理、熱水浸種和鹽脅迫這4種常用的方法對醉馬草種子萌發(fā)的影響。結果表明，無任何前處理，只采用清水培養(yǎng)的醉馬草種子的發(fā)芽率為85.4%，采用砂紙打磨和熱水浸種處理后，醉馬草種子的發(fā)芽勢與發(fā)芽率均低于清水培養(yǎng)的空白對照。采用低濃度的氯化鈉脅迫，可以提高醉馬草種子的發(fā)芽率至95.4%。采用硫酸處理，也可以提高醉馬草種子的發(fā)芽率，但要選擇合適的濃度和處理時間。用濃度高于60%的硫酸處理，會使醉馬草種子發(fā)霉、腐爛，不利于種子的生長。通過實驗表明，采用50%硫酸浸泡30 min，醉馬草種子的發(fā)芽率可提高至99.1%。