膜莢黃芪水提液對植物種子萌發(fā)的影響1)

李天昊 張 波 劉 霞

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，長春，130118)

劉 宇

馬艷梅

膜莢黃芪(Astragalus membranaceus)是中藥材“黃芪”的原植物之一［1］，以根入藥，主產(chǎn)于我國東北等較高緯度地區(qū)，分布在海拔1000～2000 m的向陽山地上［2］，屬多年生植物，相關(guān)研究認(rèn)為3～4年生的黃芪藥材質(zhì)量較佳［3］。近年來，隨著野生資源的日漸稀缺［4］，人工栽培的規(guī)模逐漸擴(kuò)大。

由于中藥材植物富含次生代謝物，而該類物質(zhì)是植物化感物質(zhì)的主要來源［5］，連年密集栽培時(shí)可能發(fā)生化感現(xiàn)象，制約自身的種植密度，影響藥材質(zhì)量，并對間作、輪作產(chǎn)生干擾。因此，研究膜莢黃芪內(nèi)含物可能產(chǎn)生的生態(tài)影響，對發(fā)展膜莢黃芪規(guī)模化種植具有現(xiàn)實(shí)的意義。毛?。?］研究了黃芪藥渣浸煮液對作物種子出芽、微生物生長及土壤生物化學(xué)性質(zhì)的影響，認(rèn)為黃芪中含有能夠抑制種子發(fā)芽、土壤硝化活性和微生物生長的物質(zhì)。劉宇［7］研究了膜莢黃芪種子浸提液的化感作用，發(fā)現(xiàn)膜莢黃芪種子水提液能抑制白菜種子發(fā)芽，間種時(shí)，隨著黃芪種子所占比例的增加，白菜發(fā)芽率不斷降低，活性物質(zhì)在種皮中的含量較高。張博等［8］對中藥材黃芪的另一種原植物——蒙古黃芪(A.membranaceus var.mongolicus)進(jìn)行了研究，考察了其根莖葉不同質(zhì)量濃度水浸液對4種受體作物的影響，認(rèn)為蒙古黃芪水浸液具有化感作用，化感物質(zhì)在不同器官中的含量不同，該類物質(zhì)可以通過雨霧淋溶的途徑進(jìn)入環(huán)境而作用于周圍其他植物。筆者在前人工作的基礎(chǔ)上，考察膜莢黃芪水提液對植物種子萌發(fā)的影響特性，分析其可能產(chǎn)生的生態(tài)影響，為推進(jìn)膜莢黃芪的優(yōu)質(zhì)栽培提供參考。

1 試驗(yàn)材料

供體材料:選擇4年生膜莢黃芪葉、果皮、莖作為供體材料，于秋季采收前收集，陰干、粉碎。

受體材料:選擇吉林地區(qū)常見的大田作物、蔬菜及部分中藥材作為生測材料，包括9科17種植物(見表3)。

2 試驗(yàn)方法

2.1 水提液制備

葉及果皮水提液制備:稱取膜莢黃芪葉及果皮粉末各50 g于燒杯中，加入無菌蒸餾水250 mL，密封后置于暗處，20℃靜置24 h。而后經(jīng)4層紗布粗濾，濾液在20℃、4000 r/min條件下離心10 min，取上清液定容至250 mL，依其原料投加量與制得溶液體積的比值將其標(biāo)記為0.2 g/mL，作為母液。用移液管分別吸取母液50、25 mL定容至100 mL，得到不同稀釋倍數(shù)的供試液，依次標(biāo)記為0.10、0.05 g/mL。

莖水提液制備:稱取膜莢黃芪莖粉末100 g于燒杯中，加入無菌蒸餾水500 mL，密封后置于暗處，20℃靜置24 h。而后經(jīng)4層紗布粗濾，濾液在20℃、4000 r/min條件下離心10 min，取上清液于36～38℃，－0.1 MPa下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至少于200 mL，移出定容至250 mL，標(biāo)記為0.4 g/mL，作為母液。用移液管分別吸取母液50、25 mL定容至100 mL，依次標(biāo)記為 0.2、0.1 g/mL。

水提液基本理化性質(zhì)分析:用移液管吸取10 mL樣品處理母液于培養(yǎng)皿中，烘干后采用差減法分析溶質(zhì)質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.001 g，每處理3次重復(fù)。使用PHS－3C型精密酸度計(jì)測定溶液pH。使用HR－33T水勢儀器(C－30－SF樣品室)，采用露點(diǎn)法測定溶液滲透勢。

2.2 植物種子萌發(fā)處理

不同提取部位水提液的處理:取膜莢黃芪莖、葉、果皮水提液，以3個(gè)質(zhì)量濃度梯度對白菜(Brassica campestris ssp.chinensis)和膜莢黃芪種子進(jìn)行發(fā)芽處理，以蒸餾水處理為對照。試驗(yàn)于人工氣候箱中進(jìn)行，每培養(yǎng)皿25(膜莢黃芪)或30(白菜)粒正常種子，皿內(nèi)鋪1層濾紙，以滴管加溶液至濾紙全部濕潤，每日記錄發(fā)芽數(shù)并更換濾紙，第5日統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率及胚根長，4次重復(fù)。環(huán)境條件:濕度70%，晝夜變溫，晝長14 h，26℃，夜晚20℃。第3日起提供光照。發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)［9］，Gt為第 t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽日數(shù)?；盍χ笖?shù)=發(fā)芽指數(shù)×平均胚根長度［9］，胚根測量均在第5日進(jìn)行，故活力指數(shù)以第5日值計(jì)算。化感效應(yīng)指數(shù)IR［10］依第 5 日發(fā)芽率計(jì)算:IR=(T－C)/C，式中，C為對照值，T為處理值。IR＞0為促進(jìn)，IR＜0為抑制，絕對值大小與作用強(qiáng)度一致。

葉水提液對不同植物種子萌發(fā)的處理:取葉0.2 g/mL水提液對9科17種植物種子進(jìn)行發(fā)芽處理，以蒸餾水處理為對照，考察水提液對不同植物種子萌發(fā)的影響。發(fā)芽條件同不同提取部位水提液的處理，每培養(yǎng)皿20、25或30粒正常種子。

2.3 方法檢驗(yàn)性試驗(yàn)

處理中止后恢復(fù)萌發(fā)情況:取膜莢黃芪葉0.2 g/mL水提液，對白菜、膜莢黃芪、谷子(Setaria italica)、無刺曼陀羅(Datura inermis)種子進(jìn)行處理，分別于處理1、2、3、4 d后改澆蒸餾水，記錄此后5日內(nèi)供試種子恢復(fù)萌發(fā)的數(shù)量，計(jì)算復(fù)萌率。以蒸餾水處理5日發(fā)芽率為對照。發(fā)芽條件同2.2。

濕熱滅菌對水提液處理效果的影響:取膜莢黃芪葉0.2 g/mL水提液濕熱滅菌，以蒸餾水及原水提液為對照，對白菜和膜莢黃芪種子進(jìn)行發(fā)芽處理，以判斷水提液中微生物活動對處理活性的影響及水提液的熱穩(wěn)定性。121℃、0.1 MPa條件下滅菌30 min。發(fā)芽條件同2.2。

滲透勢及無機(jī)鹽對發(fā)芽的影響:以等滲的聚乙二醇(PEG)溶液和NaCl溶液為對照，分析水提液中滲透脅迫及無機(jī)鹽成分對發(fā)芽情況的影響［11］。①溶液配制。NaCl濃度為0.05mol/L，PEG濃度為0.0188 mol/L，二者等滲，滲透勢為－0.190 MPa［12］，接近于葉 0.2 g/mL水提液的滲透勢(－0.187 MPa)。溶液滲透勢計(jì)算參照曾幼玲等［13］的方法。②生測方法。取膜莢黃芪葉0.2 g/mL水提液及以上2種溶液，以蒸餾水處理為對照，比較其對白菜及膜莢黃芪種子萌發(fā)的影響情況。發(fā)芽條件同2.2。

2.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理使用統(tǒng)計(jì)軟件DPS v12進(jìn)行，采用Tukey法進(jìn)行多重比較。

3 結(jié)果與分析

3.1 水提液基本理化性質(zhì)

葉、果皮、莖處理母液的溶質(zhì)質(zhì)量濃度、產(chǎn)率及滲透勢依次減小，pH接近于中性(表1)。

表1 膜莢黃芪水提液基本理化性質(zhì)

3.2 水提液對白菜和自身種子萌發(fā)的影響

由表2可見，隨水提液質(zhì)量濃度升高，白菜種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)下降，胚根長縮短，果皮母液處理完全抑制了白菜種子活力，葉、莖母液處理有極少量萌發(fā)，但都在5日內(nèi)死亡。葉0.05 g/mL水提液的化感效應(yīng)指數(shù)為正數(shù)，發(fā)芽率略高于CK;莖0.1 g/mL水提液的化感效應(yīng)指數(shù)為0，對其發(fā)芽率無明顯影響;其它處理化感效應(yīng)指數(shù)均為負(fù)值，表現(xiàn)為抑制作用。果皮處理組抑制效果最強(qiáng)，葉處理組居中。隨水提液質(zhì)量濃度升高，膜莢黃芪種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)下降，胚根長縮短，各處理母液顯著抑制了膜莢黃芪的種子活力，5日內(nèi)雖有少量萌發(fā)，但均死亡。 各處理化感效應(yīng)指數(shù)均為負(fù)值，表現(xiàn)為抑制作用。

表2 膜莢黃芪水提液對白菜和自身種子萌發(fā)的影響

3.3 葉水提液對不同植物種子萌發(fā)的影響

水提液對供試材料發(fā)芽產(chǎn)生了影響，發(fā)芽率呈現(xiàn)下降趨勢，僅禾本科的玉米、菊科的波斯菊、牛蒡、葫蘆科黃瓜、十字花科的白菜和膜莢黃芪自身種子能夠萌發(fā)，但發(fā)芽率下降(表3)。

表3 膜莢黃芪葉水提液對不同植物種子萌發(fā)的影響

未完全抑制萌發(fā)的3種植物其發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均下降;胚根長縮短。牛蒡、白菜、膜莢黃芪萌發(fā)后死亡，未進(jìn)行后續(xù)統(tǒng)計(jì)(表4)。

表4 膜莢黃芪葉水提液對不同植物種子活力指數(shù)的影響

3.4 方法檢驗(yàn)性試驗(yàn)結(jié)果

3.4.1 處理中止后恢復(fù)萌發(fā)情況

隨葉處理母液處理持續(xù)天數(shù)的延長，各供試植物復(fù)萌率下降。持續(xù)處理3 d后改澆蒸餾水，十字花科的白菜和豆科的膜莢黃芪種子不再恢復(fù)萌發(fā);持續(xù)處理4 d后，禾本科的谷子不再恢復(fù)萌發(fā)，而茄科的無刺曼陀羅仍保持較高的復(fù)萌率(表5)。

表5 不同植物種子經(jīng)膜莢黃芪葉水提液處理后恢復(fù)萌發(fā)情況

3.4.2 濕熱滅菌對水提液處理效果的影響

由表6可見，濕熱滅菌后水提液的萌發(fā)抑制情況與原處理組一致。

表6 濕熱滅菌后膜莢黃芪葉水提液萌發(fā)抑制活性

3.4.3 滲透勢及無機(jī)鹽對發(fā)芽結(jié)果的影響

葉水提液顯著抑制了白菜種子萌發(fā)，與其等滲的PEG溶液與NaCl溶液處理組發(fā)芽率正常或略高;葉水提液也抑制了膜莢黃芪自身種子萌發(fā)，與其等滲的PEG溶液處理組第5天發(fā)芽率相比下降38.4%，等滲的NaCl溶液處理組發(fā)芽率僅受微弱影響(表7)。

表7 滲透勢及無機(jī)鹽對白菜、膜莢黃芪種子發(fā)芽率的影響

4 結(jié)論與討論

膜莢黃芪各部位水提液對多數(shù)試驗(yàn)植物種子的萌發(fā)產(chǎn)生了不利影響，其溶質(zhì)質(zhì)量濃度較低，符合化感物質(zhì)的作用特征;物質(zhì)合成的葉片和富集部位之一的果皮浸出物含量較高，處理活性較強(qiáng)，而起支撐、輸導(dǎo)作用的莖浸出物含量很少，反應(yīng)了活性物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)分布情況;水提液對自身種子萌發(fā)也產(chǎn)生了抑制，說明其產(chǎn)生的影響具有他感和自毒2方面作用;恢復(fù)萌發(fā)的試驗(yàn)環(huán)節(jié)表明，活性物質(zhì)起效存在一個(gè)累積的過程，而非直接毒殺，若該過程中斷，被抑制萌發(fā)的種子仍可以恢復(fù)一定活力;濕熱滅菌后水提液抑制萌發(fā)的效果未減弱或消失，一方面表明水提液中的微生物活動不是產(chǎn)生抑制效果的主因，另一方面，反應(yīng)了起效的活性物質(zhì)可能有較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，或是在加溫過程中轉(zhuǎn)化產(chǎn)生了新的萌發(fā)抑制物;滲透勢、pH和鹽度在膜莢黃芪水提液萌發(fā)抑制作用中影響較弱。

葉的抑制活性適中，是植物體內(nèi)物質(zhì)的合成器官，且在整個(gè)種植季均存在，因此作為試驗(yàn)主要的供體材料;莖水提液的產(chǎn)率過低，同等投加量時(shí)不能達(dá)到抑制上限，因此制備時(shí)將原料量加倍;白菜發(fā)芽率適中，是常用的發(fā)芽生測材料，故選用。本研究中白菜、黃瓜受影響情況與張博等［8］對蒙古黃芪進(jìn)行的此類研究存在差異，可能因供體材料的成分差異造成。菊科植物通常具備一定的化感競爭能力，在自然條件下易于搶占生態(tài)位且成片生長，表明其很可能對化感物質(zhì)具備較大抗性或較低的敏感度，所以未被完全抑制;葫蘆科黃瓜的有關(guān)研究［14］顯示在其栽培中也存在一定強(qiáng)度的化感現(xiàn)象，故其未被完全抑制的原因可能與菊科植物類似;有關(guān)玉米化感現(xiàn)象的研究也有一定報(bào)道［15］，且其種子自身攜帶物質(zhì)充足，故受影響較小。

膜莢黃芪可產(chǎn)生一定強(qiáng)度的化學(xué)生態(tài)影響，進(jìn)行規(guī)?；耘鄷r(shí)宜細(xì)化管理，注意保持適當(dāng)?shù)姆N植密度，防止植株間過密發(fā)生相互抑制;注意及時(shí)清除葉片等凋落物，地上部收割后避免就地回田;在選擇間作、輪作的對象或使用其地上部作為其他作物綠肥時(shí)，應(yīng)考慮化感作用的影響。膜莢黃芪不宜進(jìn)行連作，玉米、無刺曼陀羅等植物與其輪作受不利影響較小，菊科雜草、禾本科雜草入侵膜莢黃芪栽培地的可能性較高。

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