膜莢黃芪根水浸液對(duì)4種作物種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

陳 葉 南 靜 蘇彩娟 馬銀山 魏 寧 景玉霞

（1河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生態(tài)工程學(xué)院，734000，甘肅張掖；2甘肅省河西走廊特色資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，734000，甘肅張掖；3亞?wèn)|生物科技有限責(zé)任公司，734000，甘肅張掖）

植物化感作用是指一種活體植物產(chǎn)生并以揮發(fā)、淋溶、分泌和分解等方式向環(huán)境釋放次生代謝物而影響鄰近伴生植物生長(zhǎng)發(fā)育的化學(xué)生態(tài)學(xué)現(xiàn)象[1]?？状谷A等[2]提出植物化感作用為一種活或死的植物通過(guò)適當(dāng)?shù)耐緩较颦h(huán)境釋放特定的化學(xué)物質(zhì)從而直接或間接影響臨近或下茬（后續(xù)）同種或異種植物萌發(fā)和生長(zhǎng)的效應(yīng)，這種效應(yīng)絕大多數(shù)情況下是抑制作用?；凶饔玫难芯渴且婚T(mén)新興的交叉學(xué)科，近年來(lái)受到人們的重視，且對(duì)作物的配置、耕作制度和栽培管理的實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)生影響。

膜莢黃芪（Astragalus membranaceus）為豆科黃芪屬草本植物，含有多種人體必需氨基酸、多糖、微量元素等，有較高的營(yíng)養(yǎng)和藥用價(jià)值。黃芪種植中存在嚴(yán)重的“連作障礙”現(xiàn)象[3]，原因是黃芪中含有大量的甜菜堿、咖啡酸、克洛酸、阿魏酸、黃酮類(lèi)等化感物質(zhì)[4]，這些物質(zhì)部分通過(guò)根系釋放到根際土壤中，從而引起土壤理化性狀和微生物環(huán)境的改變。輪作是恢復(fù)土壤地力、減少病蟲(chóng)害、減輕藥用植物連作障礙的重要措施[5]。近年研究[6-8]表明，蒙古黃芪根水浸液中存在自毒物質(zhì)；趙旭等[7]認(rèn)為蒙古黃芪產(chǎn)生的化感自毒效應(yīng)隨根系分泌物濃度的升高而增強(qiáng)；張博[9]認(rèn)為蒙古黃芪植株水浸液對(duì)小麥、黃瓜、蘿卜和白菜均有抑制作用。葉文斌等[10]研究了黃芪種植地土壤水浸液對(duì)玉米種子的萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)有化感效應(yīng)。甘肅河西地區(qū)主栽膜莢黃芪，但在黃芪種植后，有關(guān)如何建立合理的黃芪輪作體系研究較少。為此，本研究針對(duì)黃芪根水浸液對(duì)當(dāng)?shù)刂髟缘男←湣⒋篼?、大豆和板藍(lán)根4種作物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響進(jìn)行研究，以期為建立高效的輪作模式提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為2018年9月于河西學(xué)院教學(xué)科研示范園內(nèi)采集的二年生膜莢黃芪的根。采后用清水洗凈、風(fēng)干、粉碎備用。4種不同農(nóng)作物種子分別為小麥（蘭天26號(hào)）、大麥（甘啤6號(hào)）、大豆（廣石綠大豆1號(hào)）和板藍(lán)根，種子均購(gòu)自張掖市種子門(mén)市部。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 水浸液的制備 按10g膜莢黃芪根粉碎物，加600mL蒸餾水的比例，浸泡36h，過(guò)濾，制得0.167g/mL的母液[11]。然后取母液稀釋為0.100、0.050、0.010、0.005g/mL的水浸液，4℃下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 發(fā)芽試驗(yàn) 將高溫滅菌后的干凈河沙，裝進(jìn)發(fā)芽盒（13cm×19cm×6cm）中，每盒沙床的厚度為2cm。將不同濃度的黃芪根水浸液20mL添加到發(fā)芽盒中，同一濃度設(shè)3次重復(fù)，以蒸餾水為對(duì)照（CK）。將4種農(nóng)作物種子用3%的次氯酸鈉（NaClO）溶液消毒后，均勻播入裝有沙子的發(fā)芽盒中，25粒/盒，置于溫度為25℃，光照/黑暗為14h/10h的培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)。播后次日開(kāi)始，每天記錄萌發(fā)的種子數(shù)，并補(bǔ)充蒸餾水，保持河沙濕度。連續(xù)觀察10d，計(jì)算發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等，第15天測(cè)定4種作物的幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)。

1.3 植株生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 發(fā)芽指標(biāo)測(cè)定 發(fā)芽結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)，測(cè)量株高、根長(zhǎng)、葉片數(shù)；稱(chēng)取根和苗的鮮重。

發(fā)芽率=（萌發(fā)種子數(shù)/播種種子數(shù)）×100%；

發(fā)芽指數(shù)=Σ（Gt/Dt），其中Gt為t日內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)；

活力指數(shù)=GI×S（GI為發(fā)芽指數(shù)，S為幼苗的根長(zhǎng)）[1，8]。

1.3.2 生長(zhǎng)指標(biāo) 發(fā)芽試驗(yàn)第15天，每皿選擇整齊一致的幼苗10株，測(cè)量苗高和最長(zhǎng)根長(zhǎng)。將植株的地上部與根部分開(kāi)，稱(chēng)取鮮重，根據(jù)莖葉鮮重和根鮮重計(jì)算根冠比，根冠比=根鮮重/莖葉鮮重。

1.3.3 化感指數(shù) 采用化感作用效應(yīng)指數(shù)（RI，簡(jiǎn)稱(chēng)化感指數(shù)）度量化感作用強(qiáng)度。RI=1-C/T（T≥C）；T/C-1（T＜C）式中，C為對(duì)照值，T為處理值。當(dāng)RI＞0表現(xiàn)為促進(jìn)作用，RI＜0表現(xiàn)為抑制作用[1]。采用平均敏感指數(shù)（MSI）來(lái)評(píng)價(jià)作物對(duì)化感作用的敏感性，MSIR=SUM（a1+a2+a3......+an）/n。其中R表示MSI的級(jí)別（發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、莖葉鮮重、根鮮重、苗高、根長(zhǎng)、根冠比的化感性為一級(jí)指標(biāo)；種子萌發(fā)階段、幼苗生長(zhǎng)階段的化感性為二級(jí)指標(biāo)；作物水平的化感性為三級(jí)指標(biāo)），a為數(shù)據(jù)項(xiàng)，n表示該級(jí)別數(shù)據(jù)（RI）的總個(gè)數(shù)，當(dāng)MSI＞0表現(xiàn)為促進(jìn)，MSI＜0表現(xiàn)為抑制[11]。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理 利用Excel 2007統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，DPS v7.50軟件對(duì)其進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃芪根水浸液對(duì)不同作物種子萌發(fā)的影響

由表1和表3可知，小麥種子的萌發(fā)隨根水浸液濃度的升高而降低。當(dāng)根水浸液濃度為0.010g/mL時(shí)，小麥發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)與CK呈顯著性差異；在根水浸液濃度為0.050g/mL時(shí)，發(fā)芽勢(shì)與CK呈顯著相關(guān)；當(dāng)水浸液濃度達(dá)到0.100g/mL時(shí)，小麥種子的萌發(fā)完全受到抑制。根水浸液與大麥種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)呈低促高抑效應(yīng)，與CK相比差異不顯著；其發(fā)芽率隨著根水浸液濃度的升高而下降，在根水浸液濃度為0.100g/mL時(shí)，與CK相比差異顯著。黃芪根水浸液對(duì)大豆種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)呈促進(jìn)作用，但與CK相比差異不顯著；在濃度為0.005g/mL時(shí)，其發(fā)芽勢(shì)與CK相比差異顯著；當(dāng)水浸液濃度為0.050g/mL時(shí)發(fā)芽率最高，與CK相比差異顯著。黃芪根水浸液對(duì)板藍(lán)根種子的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)呈低促高抑效應(yīng)，與CK相比差異不顯著，而發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)與根水浸液呈量增效減效應(yīng)，當(dāng)濃度為0.050～0.100g/mL時(shí)，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)與CK差異均達(dá)極顯著水平。由此可見(jiàn)，黃芪根水浸液濃度對(duì)不同作物種子萌發(fā)的化感不同，且化感強(qiáng)度差異較大。

表1 黃芪根水浸液對(duì)不同作物種子萌發(fā)的影響Table 1 Effects of root water extract of Astragalus membranaceus on seed germination of different crops

2.2 黃芪根水浸液對(duì)不同作物幼苗生長(zhǎng)的影響

由表2可見(jiàn)，黃芪根水浸液對(duì)小麥的幼苗生長(zhǎng)呈量增效減效應(yīng)。當(dāng)濃度為0.005g/mL時(shí)與CK相比對(duì)莖葉鮮重有顯著的抑制作用；在濃度為0.050g/mL時(shí)對(duì)最長(zhǎng)根長(zhǎng)有顯著的抑制作用。黃芪根水浸液對(duì)大麥幼苗的不同部位影響不同，與CK相比，當(dāng)濃度為0.050g/mL時(shí)，莖葉鮮重和苗高達(dá)到最大，差異達(dá)極顯著水平；當(dāng)水浸液濃度為0.100g/mL時(shí)，對(duì)最長(zhǎng)根長(zhǎng)和根冠比有顯著的抑制作用；對(duì)根鮮重的影響較小。黃芪根水浸液對(duì)大豆的根冠比影響較??；在0.005g/mL時(shí)，莖葉鮮重和根鮮重的值達(dá)到最大，且與CK差異顯著；最長(zhǎng)根長(zhǎng)和苗高在濃度為0.100g/mL時(shí)有顯著性影響。根水浸液對(duì)板藍(lán)根的莖葉鮮重和根冠比的影響較小，在0.005g/mL時(shí)，與CK相比，根鮮重表現(xiàn)為顯著的促進(jìn)作用；在0.100g/mL時(shí)，最長(zhǎng)根長(zhǎng)表現(xiàn)為顯著的抑制作用。由此可見(jiàn)，黃芪根水浸液對(duì)不同作物和同一作物不同部位間化感程度不同?？傮w來(lái)看，低濃度有利于板藍(lán)根幼苗的生長(zhǎng)，而高濃度對(duì)板藍(lán)根幼苗的化感趨強(qiáng)，且對(duì)地下部分的影響大于地上部分。

表2 黃芪根水浸液對(duì)不同作物的幼苗生長(zhǎng)的影響Table 2 Effects of root water extract of Astragalus membranaceus on seedling growth of different crops

2.3 黃芪根水浸液對(duì)不同作物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的化感影響

從表3可知，不同濃度的根水浸液對(duì)小麥的一級(jí)化感指標(biāo)的影響均為負(fù)值；對(duì)大麥的發(fā)芽率、根鮮重、最長(zhǎng)根長(zhǎng)、根冠比的影響為負(fù)值；對(duì)大豆的發(fā)芽勢(shì)、最長(zhǎng)根長(zhǎng)的影響為負(fù)值；對(duì)板藍(lán)根的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)的影響為負(fù)值，且影響隨根水浸液濃度的升高而加大；對(duì)不同作物的其他指標(biāo)呈低促高抑效應(yīng)。同時(shí)，還可看出，不同濃度的水浸液對(duì)大麥的莖葉鮮重和苗高有促進(jìn)作用，對(duì)大豆的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)有促進(jìn)作用，對(duì)板藍(lán)根的莖葉鮮重和根鮮重有促進(jìn)作用。由此可知，對(duì)大豆和板藍(lán)根的種子萌發(fā)和幼苗的負(fù)影響較小，對(duì)小麥的負(fù)影響較大。

表3 黃芪根水浸液對(duì)不同作物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的化感指數(shù)Table 3 Allelopathy indexes of root water extract of Astragalus membranaceus on seed germination and seedling growth of different crops

2.4 不同作物對(duì)黃芪根水浸液影響的敏感性

從受體作物對(duì)黃芪根水浸液化感作用的MSI可知，一、二、三級(jí)化感指數(shù)大多為負(fù)值，說(shuō)明黃芪根水浸液對(duì)4種作物有明顯的抑制作用（表4）。黃芪根水浸液對(duì)小麥的一級(jí)化感指數(shù)的敏感性為：莖葉鮮重＞活力指數(shù)=根鮮重＞根冠比＞發(fā)芽率＞發(fā)芽指數(shù)=最長(zhǎng)根長(zhǎng)=苗高。對(duì)大麥的敏感性為：根冠比＞根鮮重＞最長(zhǎng)根長(zhǎng)＞發(fā)芽率＞發(fā)芽指數(shù)=發(fā)芽勢(shì)，其中對(duì)種子活力指數(shù)、莖葉鮮重和苗高表現(xiàn)為促進(jìn)作用。對(duì)大豆的敏感性為：發(fā)芽勢(shì)＞苗高＞最長(zhǎng)根長(zhǎng)＞根冠比，其中對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、莖葉鮮重和根鮮重有促進(jìn)作用。對(duì)板藍(lán)根的敏感性為：發(fā)芽勢(shì)＞最長(zhǎng)根長(zhǎng)＞發(fā)芽率＞根冠比＞發(fā)芽指數(shù)，其中對(duì)活力指數(shù)、莖葉鮮重、根鮮重和苗高有促進(jìn)作用。由此可見(jiàn)，不同受體所受的化感抑制不同，對(duì)不同受體的發(fā)芽勢(shì)、最長(zhǎng)根長(zhǎng)和根冠比受到的化感抑制最強(qiáng)。二級(jí)敏感指數(shù)的敏感性為大豆和板藍(lán)根在種子萌發(fā)階段受到的化感抑制大于幼苗生長(zhǎng)階段，而小麥和大麥在種子萌發(fā)階段受到的化感抑制小于幼苗生長(zhǎng)階段。三級(jí)敏感指數(shù)的敏感性為小麥＞板藍(lán)根＞大麥＞大豆。

表4 不同作物對(duì)黃芪根水浸液化感作用的敏感指數(shù)比較Table 4 Comparison of sensitivive indexes of different crops to root water extract of Astragalus membranaceus

3 討論

許多作物存在著明顯的自毒作用[1，3，6，12-14]。研究[1，7，15]表明，根系分泌物影響種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)、土壤養(yǎng)分和微生物數(shù)量[16]，甚至對(duì)病原微生物產(chǎn)生作用[17]。對(duì)化感物質(zhì)進(jìn)行研究，有助于在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)上正確地輪作、間作和套作[18]。藥用植物含有特定的生理活性物質(zhì)，所以藥用植物更易產(chǎn)生化感物質(zhì)，從而產(chǎn)生化感作用[18]。本研究中黃芪根水浸液對(duì)4種當(dāng)?shù)刂饕霓r(nóng)作物的化感結(jié)果表明，黃芪根水浸液對(duì)不同作物的種子萌發(fā)和同一作物不同部位的化感明顯不同。其中，對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響大于對(duì)發(fā)芽率的影響，對(duì)根的影響大于對(duì)地上部分的影響，且化感作用的強(qiáng)弱與提取液濃度間有必然的相關(guān)性，這與張子龍等[5]、葉文斌等[10]、張博等[19]研究的結(jié)果相似。說(shuō)明不同作物對(duì)化感活性物質(zhì)的響應(yīng)不同，化感強(qiáng)度與作物產(chǎn)生的拮抗作用相關(guān)，不同受體的發(fā)芽勢(shì)、最長(zhǎng)根長(zhǎng)和根冠比受到的化感抑制最強(qiáng)。4種作物的化感敏感性為小麥＞板藍(lán)根＞大麥＞大豆，由此表明，與黃芪輪作、套作時(shí)，宜優(yōu)先選擇大豆和大麥。本研究通過(guò)根水浸提液的方法進(jìn)行的研究，與實(shí)際生產(chǎn)有差異，本研究的作用效果還需要在生產(chǎn)中進(jìn)行驗(yàn)證。

4 結(jié)論

合理輪作是解決連作障礙的有效舉措。本研究通過(guò)黃芪與4種作物的化感作用研究，結(jié)果表明，黃芪根的提取液對(duì)4種作物的化感明顯不同，測(cè)試的敏感性3個(gè)級(jí)別的平均敏感指數(shù)（MSI）大多為負(fù)值，其數(shù)值較小，說(shuō)明黃芪根水浸液雖對(duì)作物有一定的化感作用，但總體上強(qiáng)度不大，也表明大麥、大豆和板藍(lán)根3種作物與黃芪輪作的合理性；特別在高濃度下對(duì)大豆種子的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和幼苗的莖葉鮮重仍表現(xiàn)出促進(jìn)作用，充分說(shuō)明大豆作為黃芪輪作品種的可行性。三級(jí)化感敏感指數(shù)排序依次為小麥（-0.39）＞板藍(lán)根（-0.18）＞大麥（-0.09）＞大豆（-0.08），可能與作物對(duì)化感物質(zhì)的抗性和適應(yīng)性相關(guān)。由此表明，選擇與黃芪輪作、套作時(shí)，優(yōu)先選擇大豆和大麥，其次為板藍(lán)根。