密花香薷水浸提液對其種子萌發(fā)及幼苗生長的自毒作用

陳 雅，張宇翔，郭良芝，2，3，魏有海，2，3*

(1.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，青海 西寧 810016； 2.青海省農(nóng)業(yè)有害生物綜合治理重點實驗室，青海 西寧 810016；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西寧作物有害生物科學(xué)觀測實驗站，青海 西寧 810016)

密花香薷(ElsholtziadensaBenth.)為唇形科香薷屬，一年生草本，全國多地均有分布[1]。在以往的研究中，密花香薷被當(dāng)作一種田間優(yōu)勢雜草，主要生長于燕麥田、小麥田中[2-3]，在田間不易防除，對農(nóng)作物的危害極大。近些年來，密花香薷的經(jīng)濟(jì)價值逐漸被人們重視，研究表明密花香薷是一種經(jīng)濟(jì)價值較高的芳香植物及蜜源植物[4]，也具備一定的藥用價值，具有利尿消腫與發(fā)汗解暑的功效。在某些地區(qū)密花香薷代替香薷入藥，也可作為一種具有特色的藏藥全草入藥，對胃病、疥瘡、梅毒性喉炎治療具有較好的療效[5]。

肖云星等[6]對高原草甸中密花香薷的根際土壤進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)密花香薷對其根際土壤內(nèi)細(xì)菌的菌落結(jié)構(gòu)存在一定的影響，并且在密花香薷所侵入的斑塊中發(fā)現(xiàn)，其對豆科植物存在排斥的現(xiàn)象。鄧建梅等[7]研究表明，密花香薷對油菜、燕麥、狗尾草等產(chǎn)生不同程度的抑制效果。后源等[8]研究發(fā)現(xiàn)，密花香薷對甘肅馬先蒿有明顯的抑制作用，說明密花香薷具備一定的化感潛力。自毒作用是指植物通過自身揮發(fā)、雨霧淋溶、殘體分解等途徑產(chǎn)生次生代謝產(chǎn)物，逐漸積累在其生長環(huán)境中，從而對同種植物產(chǎn)生一定程度的抑制作用，是化感作用的一種特殊表現(xiàn)形式[9]。密花香薷逐漸被人們重視，但目前的研究側(cè)重于對密花香薷精油保健功能的研究[10-12]，隨著對密花香薷經(jīng)濟(jì)價值研究的深入，密花香薷栽培管理的研究迫在眉睫，而密花香薷的自毒作用是影響栽培管理的重要因素。本文將模擬雨霧淋溶對密花香薷成熟植株的葉、莖、根制備水浸提液，將水浸提液作為密花香薷種子萌發(fā)水源，分析其對密花香薷種子萌發(fā)及幼苗生長的自毒作用。該結(jié)果可為密花香薷的栽培管理提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供體植物密花香薷，2019年8月采集于青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院(101°45′E，36°45′N，海拔2 293 m)蠶豆試驗田，將田間成熟期的密花香薷連根挖出，抖凈泥土放入塑封袋中帶回實驗室進(jìn)行清洗。受體植物密花香薷成熟種子于2019年9月在大通縣城關(guān)鎮(zhèn)西關(guān)村(101°33′E，37°02′N，海拔2 288 m)采集。

1.2 試驗方法

1.2.1 密花香薷營養(yǎng)器官水浸提液制備 將洗凈后的密花香薷晾干水分，將葉、莖、根分別剪成2 cm小段，放置在80 ℃烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干，再放入研磨機(jī)內(nèi)粉碎，過60目篩。稱取各供試器官50 g粉末，加蒸餾水于振蕩器內(nèi)振蕩48 h，然后用3層紗布進(jìn)行2～3次粗過濾，再將粗提液用濾紙過濾3次，最后加入蒸餾水定容至500 mL，即得密花香薷葉、莖、根3個器官的母液(100 mg/mL)。將其放入4 ℃的冰箱中冷藏待用。試驗時用蒸餾水將密花香薷葉、莖、根水浸提液分別稀釋到0.5、1、5、10、25、50 mg/mL。

1.2.2 密花香薷種子發(fā)芽試驗 采用紙培法，將不同濃度各營養(yǎng)器官的水浸提液作為種子發(fā)芽試驗所需的水源。選取直徑為90 mm的培養(yǎng)皿，在皿底鋪墊兩層濾紙，將不同濃度的水浸提液取5 mL加入培養(yǎng)皿內(nèi)，培養(yǎng)皿中放入30粒成熟飽滿的密花香薷種子，以加入5 mL的蒸餾水作為對照(CK)，每個處理3次重復(fù)。將培養(yǎng)皿放入人工氣候箱內(nèi)(25±1)℃恒溫培養(yǎng)，光周期為12 h光照、12 h黑暗[13]，每隔24 h記錄種子發(fā)芽數(shù)，保持濾紙濕潤，7 d后結(jié)束發(fā)芽試驗。14 d后測量胚根、胚芽長度，并用濾紙吸干水分測得鮮重。

1.3 數(shù)據(jù)分析

發(fā)芽率[14]=(第7天時種子發(fā)芽數(shù)量/30)×100%

發(fā)芽勢[14]=(第4天時種子發(fā)芽數(shù)量/30)×100%

發(fā)芽速率[15]=∑[(GS/DS)]×100%

式中:GS為第S日時的種子發(fā)芽率，DS為對應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

發(fā)芽抑制率[16]=(未發(fā)芽數(shù)量/CK的發(fā)芽數(shù)量)×100%

發(fā)芽指數(shù)[14]=∑(Gt/Dt)

式中:Gt為第t日時種子的發(fā)芽數(shù)，Dt為對應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

種子活力指數(shù)[14]=∑[(Gt/Dt)]×Sx

式中：Sx為幼苗平均總長度。

化感響應(yīng)指數(shù)(response index，RI)[17]=1-C/I

式中：C為對照數(shù)值，I為處理數(shù)值。當(dāng)RI<0時，表示抑制作用；RI>0時，表示促進(jìn)作用。RI的絕對值大小代表化感作用的強(qiáng)弱，相當(dāng)于抑制率。

綜合化感效應(yīng)指數(shù)(Synthesis effect，SE)為供體植物密花香薷對受體植物密花香薷各處理化感響應(yīng)指數(shù)RI的算數(shù)平均值[18]。

采用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及作圖，采用SPSS 19.0進(jìn)行顯著性分析，采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 密花香薷不同營養(yǎng)器官水浸提液對其種子發(fā)芽率及發(fā)芽速率的影響

由圖1a可知，隨著密花香薷不同營養(yǎng)器官水浸提液濃度的增加，種子發(fā)芽率的抑制效果越顯著。當(dāng)葉、莖、根3種水浸提液濃度為0.5 mg/mL時，其發(fā)芽率分別較對照72.22%降至62.22%、55.56%、56.67%；當(dāng)葉、莖、根3種水浸提液濃度達(dá)到本試驗所設(shè)置的最高濃度50 mg/mL時，其發(fā)芽率分別降至4.44%、6.67%、33.33%，總體來看，3種水浸提液對密花香薷種子發(fā)芽率的抑制效果表現(xiàn)為葉>莖>根。由圖1b可知，密花香薷水浸提液對其種子的發(fā)芽速率均呈現(xiàn)抑制作用，其趨勢與種子發(fā)芽率基本一致，即隨著水浸提液濃度的增加，對其種子發(fā)芽速率的抑制效果越顯著。當(dāng)葉、莖、根3種水浸提液濃度為0.5 mg/mL時，其發(fā)芽速率由對照0.42分別降至0.29、0.32、0.33；當(dāng)葉、莖、根3種水浸提液濃度達(dá)到本試驗所設(shè)置的最高濃度50 mg/mL時，其發(fā)芽速率分別驟降至0.004、0.02、0.11，總體抑制效果也表現(xiàn)為葉>莖>根。

圖1 不同營養(yǎng)器官的不同濃度水浸提液下密花香薷種子發(fā)芽率及發(fā)芽速率的變化Fig.1 Variations of seed germination rate and germination rate of Elsholtzia densa Benth.under different concentrations of water extract from different vegetative organs

2.2 密花香薷不同營養(yǎng)器官水浸提液對其種子萌發(fā)指標(biāo)的影響

種子萌發(fā)指標(biāo)是測定化感作用時最常用的指標(biāo)之一。由表1可知，隨著葉、莖、根3種水浸提液濃度的增加，密花香薷發(fā)芽勢顯著降低，發(fā)芽抑制率則顯著升高。當(dāng)葉、莖、根3種水浸提液濃度為0.5 mg/mL時，發(fā)芽勢分別降至62.22%、55.56%、56.67%，發(fā)芽抑制率分別為13.86%、23.09%、21.55%；當(dāng)葉、莖、根3種水浸提液濃度達(dá)到本試驗設(shè)置的最高濃度50 mg/mL時，發(fā)芽勢較對照降低96.92%、90.76%、64.61%，發(fā)芽抑制率分別達(dá)到93.85%、90.77%、53.85%?？傮w來看，3種水浸提液對種子發(fā)芽勢的抑制和對種子發(fā)芽抑制率的效果最好的是葉水浸提液，其次為莖水浸提液，根水浸提液最弱。

表1 密花香薷種子發(fā)芽勢與發(fā)芽抑制率的變化

由圖2a和圖2b可知，密花香薷不同營養(yǎng)器官水浸提液對種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響趨勢大體一致，均有抑制作用，且隨著水浸提液濃度的增加，抑制效果越顯著。當(dāng)葉、莖、根3種水浸提液濃度為0.5 mg/mL時，種子發(fā)芽指數(shù)較對照分別下降16.27%、23.64%、16.38%，種子活力指數(shù)較對照分別下降27.23%、35.29%、35.08%；當(dāng)葉、莖、根3種水浸提液濃度達(dá)到50 mg/mL時，種子發(fā)芽指數(shù)較對照分別下降98.19%、94.00%、71.21%，種子活力指數(shù)較對照分別下降99.78%、98.47%、83.66%?？傮w上，密花香薷不同營養(yǎng)器官水浸提液對其種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)影響最強(qiáng)的是葉水浸提液，其次為莖水浸提液，根水浸提液最弱。

2.3 水浸提液對密花香薷種子萌發(fā)指標(biāo)的化感響應(yīng)指數(shù)(RI)及綜合化感響應(yīng)指數(shù)(SE)的影響

由表2可知，不同濃度的葉、莖、根3種水浸提液處理下，各指標(biāo)RI值均為負(fù)值，表明對密花香薷種子萌發(fā)存在抑制作用，即自毒作用[13]。隨著3種水浸提液濃度的增加，RI絕對值增大，說明自毒作用隨水浸提液濃度的升高而增強(qiáng)。3種水浸提液濃度達(dá)到本試驗所設(shè)置的最高濃度50 mg/mL時，葉、莖、根3種水浸提液處理下發(fā)芽參數(shù)的綜合化感效應(yīng)指數(shù)(SE)分別為-61.04、-14.42、-2.09，由絕對值大小可知，自毒作用強(qiáng)弱順序為葉>莖>根。

表2 密花香薷種子各發(fā)芽參數(shù)的化感響應(yīng)指數(shù)(RI)及綜合化感效應(yīng)指數(shù)(SE)的影響

2.4 密花香薷不同營養(yǎng)器官水浸提液對其幼苗生長的影響

在用葉、莖、根不同濃度的水浸提液處理密花香薷過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水浸提液濃度增加至25 mg/mL時，培養(yǎng)皿中密花香薷出現(xiàn)葉片顏色變暗淡，莖部纖細(xì)，根腐爛、發(fā)霉等現(xiàn)象。由表3可知，葉、莖、根3種水浸提液對密花香薷苗高、根長、鮮重均存在一定的抑制作用，且隨著水浸提液濃度的增加，抑制作用越顯著。對照根長為8.88 cm，當(dāng)葉、莖、根3種水浸提液濃度為0.5 mg/mL時，對幼苗根長的影響較小，較對照分別減少0.53、0.53、0.83 cm；隨著水浸提液濃度的不斷增加，其對根長的抑制效果就越顯著，當(dāng)葉、莖、根3種水浸提液濃度達(dá)到50 mg/mL時，根長較對照分別減少8.25、7.15、4.97 cm。對照苗高為3.68 cm，當(dāng)葉、莖、根3種水浸提液濃度為0.5 mg/mL時，其苗高較對照分別減少1.09、1.33、1.38 cm；當(dāng)葉、莖、根3種水浸提液濃度達(dá)到50 mg/mL時，其苗高較對照分別減少3.51、2.35、0.56 cm。葉、莖2種水浸提液對幼苗鮮重的抑制效果較明顯，當(dāng)葉、莖2種水浸提液濃度為0.5 mg/mL時，鮮重分別降至90、120 mg；當(dāng)葉、莖2種水浸提液濃度為50 mg/mL時，鮮重分別降至20、60 mg?？梢姡芑ㄏ戕覆煌瑺I養(yǎng)器官水浸提液對其幼苗生長的影響趨勢與對其種子萌發(fā)的影響趨勢相一致，即葉水浸提液對幼苗生長的抑制效果最強(qiáng)，莖次之，根最弱。

表3 密花香薷幼苗生長各指標(biāo)的影響

3 討論與結(jié)論

由于化感物質(zhì)在其營養(yǎng)器官中所儲存的數(shù)量不一致，因此供體植物不同營養(yǎng)器官對受體植物的化感作用存在一定的差異。本試驗通過自制的密花香薷葉、莖、根3種水浸提液對密花香薷種子萌發(fā)指標(biāo)和幼苗生長的影響進(jìn)行研究，得出葉的化感自毒作用最強(qiáng)，莖次之，根最弱。劉勇等[13]在研究頭花蓼水浸提液的化感自毒作用時得出相似的結(jié)果。程曉月等[19]在探究密花香薷對垂穗披堿草化感作用時得出，密花香薷各器官的水浸提液抑制作用為葉>莖>根，本試驗也得出一致的結(jié)論，可以推測出密花香薷內(nèi)主要儲存化感物質(zhì)的部位為密花香薷的葉片。

不同濃度葉、莖、根3種水浸提液對密花香薷種子萌發(fā)及幼苗生長產(chǎn)生一定的抑制作用，且隨著濃度的增加，抑制作用越顯著。當(dāng)密花香薷葉、莖、根3種水浸提液濃度達(dá)到本試驗所設(shè)置的最高濃度50 mg/mL時，發(fā)芽率分別降至4.44%、6.67%、33.33%，發(fā)芽速率分別驟降至0.004、0.02、0.11，發(fā)芽勢較對照分別降低96.92%、90.76%、64.61%，發(fā)芽抑制率分別達(dá)到93.85%、90.77%、53.85%，種子發(fā)芽指數(shù)較對照分別下降98.19%、94.00%、71.21%，種子活力指數(shù)較對照分別下降99.78%、98.47%、83.66%。當(dāng)密花香薷水浸提液的濃度高于25 mg/mL時，密花香薷幼苗產(chǎn)生不同程度的爛根、倒伏、葉片變色等自毒現(xiàn)象，且密花香薷水浸提液濃度達(dá)到試驗所設(shè)置的最高濃度50 mg/mL時，幼苗生長的受抑制現(xiàn)象最為明顯。

綜上所述，密花香薷存在自毒作用，密花香薷化感物質(zhì)主要存在于葉部，其次是莖部，根部最少。隨著水浸提液濃度的不斷增加，其對密花香薷的種子及幼苗生長的影響就越顯著，當(dāng)水浸提液濃度達(dá)到50 mg/mL時，抑制效果最明顯。所以在密花香薷種植時，應(yīng)當(dāng)避免連作，正確進(jìn)行輪作，并及時對密花香薷周邊掉落的葉片進(jìn)行清理。