小根蒜對花生田3種主要雜草馬唐、稗草和反枝莧的化感作用

張悅麗，秦立琴，高興祥，李美，李新國，孟靜靜，萬書波

（1.山東省農業(yè)科學院高新技術研究中心，山東 濟南250100；2.山東省作物與畜禽品種改良生物技術重點實驗室，山東濟南250100；3.農業(yè)部黃淮海作物遺傳改良與生物技術重點開放實驗室，山東 濟南250100；4.山東農業(yè)大學生命科學學院，山東 泰安271018；5.山東省農業(yè)科學院植物保護研究所，山東 濟南250100）

花生（Arachishypogaea）是我國的重要經濟作物，常年種植面積在4 000萬hm2左右，每年因雜草造成的花生減產在15%左右，而目前花生田雜草防除主要依靠化學除草劑，但由此帶來的環(huán)境毒性、藥害問題以及雜草抗藥性問題日益突出，而研究化感作用尋求高活性的化感物質進行雜草防除符合可持續(xù)農業(yè)的發(fā)展要求?；凶饔檬侵敢环N植物或微生物通過產生化學物質，而對其他生物產生的直接或間接的刺激或抑制作用，目前化感作用的研究已成為森林保護、農田雜草控制、增加作物產量、促進環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展和控制外來生物入侵的重要途徑之一，因此近年來受到世界各國科學家的重視，逐步形成了一個新的研究領域［1－3］。目前，國內學者對紫莖澤蘭（Eupatoriumadenophorum）、薇甘菊（Mikaniamicrantha）、黃花蒿（Artemisiaannua）、蒼耳（Xanthiumsibiricum）、小飛蓬（Erigeroncanadensis）等植物［4－8］的化感作用進行了深入研究，許多化感活性物質已被或逐步被開發(fā)成除草劑，但對小根蒜（Alliummacrostemon）的化感作用未見報道。

小根蒜為百合科蔥屬多年生草本植物，別名小根菜、野蒜、小么菜，在我國南方、北方均有分布。小根蒜適生能力很強，常生長于山坡、草地以及蔬菜地中，也是部分地區(qū)草坪和作物田中的重要雜草，因其是多年生草本植物，具有豐富的地下鱗莖，有很強的生存競爭力。近年來對小根蒜的研究主要集中在藥用植物的基礎研究方面，據資料報道小根蒜提取物可以抑制血小板聚集、降低血脂、清除自由基等功能［9－12］，也具有廣譜的抑菌活性，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、普通變形桿菌、枯草芽孢桿菌等細菌以及根霉、木霉、曲霉等真菌均表現良好的抑制作用［13－15］。本試驗研究了小根蒜水浸提液對花生田常見雜草馬唐（Digitariasanguinalis）、反枝莧（Amaranthus retroflexus）和稗草（Echinochloacrusgalli）種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，以期能逐步揭示小根蒜的化感作用，為進一步研究和利用小根蒜次生物質提供試驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料

小根蒜采自山東省濟南市郊區(qū)，化感作用受體雜草種子馬唐、稗草和反枝莧采自山東省農科院試驗農場花生田。

1.2 浸提液的制備

于2009年8月將小根蒜全株采回，先用清水洗凈泥土，室內自然晾干至發(fā)脆后，用粉碎機粉碎，過40目篩，稱取一定量的粉末加入20倍（G／L）水浸泡，期間間或震蕩，72 h后超聲波20 min然后抽濾，即得質量濃度為0.050 0 g／m L的小根蒜水浸提液，再稀釋成質量濃度為0.025 0，0.012 5 g／m L的浸提液備用。

1.3 化感活性生物測定

采用種子萌發(fā)法［16］。將蒸餾水設為對照，在培養(yǎng)皿（d＝9 cm）中加入10 m L不同濃度的小根蒜水浸提液，混合均勻后蓋上2層濾紙，然后放入30粒雜草種子。所有處理均重復3次，放在（26±1）℃恒溫箱中黑暗培養(yǎng)，每天調查各處理種子發(fā)芽數，96 h后分別測量雜草種子的發(fā)芽率、幼苗根長和幼苗苗高等數據。

1.4 數據統(tǒng)計

式中，C為對照值，T為處理值。RI表示化感作用強度大小，正值表示促進效應，負值表示抑制效應，其絕對值大小反映化感作用的強弱。

式中，Gt為處理的逐日發(fā)芽種子數，Gc為對照的逐日發(fā)芽種子數，D為相應發(fā)芽天數。

幼苗根長和苗高：從每個培養(yǎng)皿中隨機挑選10株幼苗進行測量，取平均值。

綜合效應（SE）：是指同一處理濃度對同一個受體3個測試項目（萌發(fā)率、根長、苗高）的對照抑制百分率的算術平均數。

1.5 數據分析

小根蒜水浸提液對植物種子萌發(fā)率、萌發(fā)速率影響的數據為3次測定的平均值±標準誤；對幼苗生長影響的數據采用SPSS 12.0進行方差分析各參數在不同處理間的差異。

2 結果與分析

2.1 小根蒜水浸提液對3種雜草種子萌發(fā)的影響

不同濃度小根蒜水浸提液對3種雜草種子萌發(fā)均有較強的抑制作用（圖1），且抑制作用的強弱受水提液濃度的變化影響較大，3種受試雜草種子中反枝莧和馬唐最為敏感，稗草較不敏感。在0.050 0 g／m L水提液濃度下，反枝莧和馬唐種子均不能萌發(fā)，稗草種子受水提液的影響較小，萌發(fā)率為50.00%；在0.025 0 g／m L下，反枝莧、馬唐、稗草的萌發(fā)率分別為38.46%，50.00%和85.71%；在0.012 5 g／m L下，反枝莧、馬唐、稗草的萌發(fā)率分別為69.23%，87.50%和92.86%。

圖1 小根蒜水提液對3種雜草種子萌發(fā)的影響Fig.1 Effect of water extract from A.macrostemon on seed germination of three weeds

化感效應指數是衡量化感作用強度的重要指標，各濃度水提物對花生田3種主要雜草種子萌發(fā)的化感效應指數均不是正值（圖2），所以小根蒜對這3種雜草的化感效應均為抑制作用。0.050 0 g／m L的水提液對反枝莧、馬唐的化感作用最強，RI值均達到－1.0，對另一種雜草稗草的化感作用較弱，RI值為－0.5；0.025 0 g／m L和0.012 5 g／m L對稗草、馬唐和反枝莧的化感作用均為依次增強，｜RI｜值分別為0.14～0.62和0.07～0.31。

在0.012 5 g／m L的小根蒜水浸提液處理下反枝莧的相對發(fā)芽速率僅為26.15%，而馬唐和稗草的發(fā)芽速率分別為52.13%，92.86%；0.025 0 g／m L的小根蒜水浸提液對反枝莧、馬唐種子影響最大，發(fā)芽速率分別為11.79%，25.53%，另一種雜草稗草種子的發(fā)芽速率與空白對照之間無顯著性差異；在最高濃度0.050 0 g／m L處理下，所試雜草種子的發(fā)芽速率均顯著降低，反枝莧、馬唐的發(fā)芽速率均為0，稗草種子的發(fā)芽速率為29.59%。

在3個濃度水浸提液的處理中，反枝莧和馬唐的發(fā)芽率、發(fā)芽速率對化感物質較敏感，稗草較不敏感（圖3），但在同一濃度下，受體雜草種子的發(fā)芽速率敏感性略強于發(fā)芽率的敏感性，表明發(fā)芽速率可能是衡量化感作用更敏感的指標，這與前人報道的結果一致［17，18］。

圖2 小根蒜水提液對3種雜草種子相對發(fā)芽率的化感效應指數的影響Fig.2 The influence of extract from A.macrostemon on the index of allelopathic effect in three weeds

圖3 小根蒜水提取液對3種雜草種子相對發(fā)芽速率的影響Fig.3 Effect of water extract from A.macrostemon on relative seed germination speed of three weeds

2.2 小根蒜水浸提液對3種雜草幼苗生長的影響

在馬唐、稗草和反枝莧這3種雜草中，馬唐和反枝莧較為敏感，稗草所受的影響較?。ū?）。0.012 5 g／m L小根蒜水浸提液對稗草根長生長影響不明顯，對馬唐幼苗根長的生長有顯著的抑制作用，對反枝莧有極顯著抑制作用；0.025 0和0.050 0 g／m L小根蒜水浸提液對反枝莧、馬唐幼苗根長均有極顯著抑制作用，對稗草幼苗根長的影響為顯著抑制作用。

小根蒜水浸提物對雜草幼苗莖長的影響結果顯示（表2），質量濃度為0.012 5 g／m L的小根蒜水浸提液對稗草、馬唐幼苗莖長的影響均為顯著抑制作用，對反枝莧顯示出極顯著抑制作用；0.025 0和0.050 0 g／m L小根蒜水浸提液對反枝莧、馬唐幼苗莖長均有極顯著抑制作用，對稗草幼苗莖長的影響為顯著抑制作用。

結果顯示（表1，2）：小根蒜水浸提液對反枝莧幼苗生長的抑制作用最強，其次為馬唐，對稗草的抑制作用相對較弱；在對同一種受體植物幼苗根長和莖長的比較也可以看出，水浸提液對根長生長的影響明顯強于對莖長生長的影響，在0.025 0 g／m L濃度下，對反枝莧和馬唐的根長生長完全抑制，而不能完全抑制莖長的生長，這與前人研究結果一致［17，18］，這可能與幼根最先接觸化感物質有關。

表1 不同含量小根蒜水浸提液對雜草幼苗根長的影響Table 1 Effect of aqueous extract of C.canadesis on root length of plants

2.3 小根蒜水浸提液對3種雜草的綜合效應（SE）

不同質量濃度小根蒜水浸提液對植物影響的綜合效應（SE，表3）顯示，在試驗所設濃度下，小根蒜水浸提液對3種受體雜草反枝莧、馬唐和稗草均有較強的抑制生長作用，其中反枝莧和馬唐的抑制作用較強。在試驗濃度下，反枝莧和馬唐受到的抑制作用較強，SE值在57.86%～100%之間，而稗草受到的影響較弱，SE值在11.11%～50.79%之間。

表2 不同含量小根蒜水浸提液對雜草幼苗莖長的影響Table 2 Effect of aqueous extract of C.canadesis on seedling height of plants

表3 不同含量小根蒜水浸提液對雜草的綜合效應（SE）Table 3 Synthetic effect of aqueous extract of C.canadesis on plants（SE）

3 討論

近年來，化感作用的研究越來越受到重視，許多化感物質已被或者逐步被開發(fā)成除草劑使用，在多枝桉（Eucalyptusviminalis）等植物油中存在的桉樹腦是多種植物產生的單萜類化合物，目前用于稻田防除稗草已推廣應用［19］；20世紀80年代從高粱（Sorghumvulgare）根中提取的糖甙氰酸酯和酚酸化感物質對許多闊葉和禾本科雜草有強烈的抑制生長作用，現已完成了化感物質化學結構式的人工合成并制成了Pesta制劑，對綠色狗尾草（Setariaviridis）等雜草種子的萌發(fā)抑制率達9%以上［20］。本研究結果表明，小根蒜水浸提液對花生田常見雜草馬唐和反枝莧種子的發(fā)芽率、發(fā)芽速率和幼苗的生長均具有較強的抑制生長作用，對稗草的影響略小，說明小根蒜對周圍植物的生長具有明顯的化感作用潛力。這種化感潛力將嚴重影響植物對地上和地下資源的競爭能力，導致植物吸水、吸肥、爭取陽光的能力降低，這也許是小根蒜具有較強競爭生存能力的原因之一，深入研究這些化感活性物質，為開發(fā)花生田新的天然除草劑提供理論基礎。

植物的化感物質都是次生物質，植物產生和釋放化感物質的理論基礎是植物的次生代謝。植物化感物質是由酚類、類萜、含氮化合物以及聚乙炔和香豆素類次生物質。目前普遍的化感物質分類主要是4類：酚類、萜類、糖苷類及生物堿類［21，22］，其中酚類和生物堿類水溶性較強。本研究表明，對花生田雜草反枝莧、馬唐發(fā)芽及生長產生較強抑制作用的物質是小根蒜水浸提液，說明小根蒜化感物質可能是水溶性強的酚類或生物堿類。

本試驗所用的浸提液僅僅是小根蒜全株的粗提物，另外試驗通過培養(yǎng)皿法進行，光、溫度和水分條件保持一致，避免了自然條件下各種因素的干擾，結果雖能較好的反映小根蒜的化感作用強弱，但是在自然條件下，化感物質的釋放與積累受到很多環(huán)境條件的制約，如降水量、土壤對化感物質的抑制作用等［23－29］。小根蒜化感物質的具體成分及其化感物質究竟通過什么途徑抑制了植物的生長還有待進一步研究。

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