腫柄菊水浸提液對(duì)3種作物的化感作用研究

范麗娜， 孫東玲， 秦小萍， 楊美林， 張余杰

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，云南昆明 650201)

腫柄菊水浸提液對(duì)3種作物的化感作用研究

范麗娜， 孫東玲， 秦小萍， 楊美林， 張余杰

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，云南昆明 650201)

采用培養(yǎng)皿濾紙法測(cè)定腫柄菊不同濃度水浸提液對(duì)豌豆、蘿卜和水稻種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明：腫柄菊浸提液對(duì)豌豆和蘿卜種子萌發(fā)有抑制和延緩作用，對(duì)水稻最終萌發(fā)率無(wú)顯著影響；低濃度的浸提液可促進(jìn)受體植物幼苗生長(zhǎng)，高濃度則有顯著的抑制作用，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)高濃度浸提液可降低受體植物葉綠素、可溶性蛋白質(zhì)和糖的含量。

腫柄菊；水浸提液；化感作用；種子萌發(fā)；幼苗生長(zhǎng)

高等植物的化感作用(allelopathy)是指高等植物次生代謝產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)釋放到環(huán)境中對(duì)其他臨近植物或自身(即自毒)產(chǎn)生的不利或有利的影響[1]。由許多植物得到證實(shí)，雨水淋溶是植物活體和殘?bào)w釋放化感物質(zhì)的主要途徑[2-3]，對(duì)該途徑的研究對(duì)生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的意義。腫柄菊(Tithoniadiversifolia)別稱墨西哥向日葵，屬菊科腫柄菊屬植物，在原產(chǎn)地墨西哥為1年生草本植物，根系發(fā)達(dá)，繁殖力強(qiáng)，能在各類土壤中生長(zhǎng)。經(jīng)調(diào)查，在云南逃逸生長(zhǎng)的腫柄菊已成為多年生的灌木或亞灌木，其主桿粗壯、分支繁多、植株高大等特征[4]給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的危害。目前，對(duì)腫柄菊的應(yīng)用研究主要集中在醫(yī)藥、殺蟲(chóng)劑、肥料和飼料的利用與研究等方面[5-7]，但對(duì)腫柄菊的化感作用研究還鮮有報(bào)道。本研究采用新鮮腫柄菊地上部分不同濃度的水浸提液處理3種常見(jiàn)作物種子和幼苗，觀察它們對(duì)受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，為了解腫柄菊入侵?jǐn)U張機(jī)理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)也為腫柄菊有效利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)所用的新鮮腫柄菊地上部分，采集于云南省昆明市東郊。受體植物種子為豌豆(PisumsativumL.)、蘿卜(RaphanussativusL.)、水稻(OryzasativaL.)。

1.2 方法

1.2.1 水浸提液的制備 取新鮮腫柄菊地上部分，用蒸餾水洗凈后自然晾干、稱重，剪至約4 cm大小并用研缽研磨，加蒸餾水浸泡12 h后用雙層紗布過(guò)濾，過(guò)濾后得到質(zhì)量濃度為100 g/L的母液，4 ℃冰箱保存待用。試驗(yàn)時(shí)將母液倍比稀釋成50、25、12.5、6.25 g/L 使用，蒸餾水作對(duì)照。

1.2.2 腫柄菊水浸提物化感活性測(cè)定 采用培養(yǎng)皿濾紙培養(yǎng)法進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)[8]，選取飽滿、大小一致的各種受體種子，用0.5%的次氯酸鈉將種子消毒10 min，再用蒸餾水沖洗3～5次。將20粒種子置于經(jīng)高壓滅菌且鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿(大小為6 cm)中，培養(yǎng)皿中分別加入10 mL的100、50、25、12.5、6.25 g/L水浸取液，以蒸餾水作對(duì)照。其中，豌豆用直徑為9 cm的培養(yǎng)皿。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，將培養(yǎng)皿放到25 ℃ 40%光照16 h、20 ℃黑暗 8 h 的光照變溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每天補(bǔ)充等量的水浸提液和蒸餾水。以對(duì)照種子出現(xiàn)1 mm胚根作為萌發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，每隔24 h計(jì)錄發(fā)芽數(shù)，連續(xù)2 d 種子的發(fā)芽數(shù)不再增加視為萌發(fā)結(jié)束，計(jì)算最終萌發(fā)率、發(fā)芽指數(shù)，7 d后測(cè)量根長(zhǎng)、苗高，稱取鮮重。

發(fā)芽速度指數(shù)的計(jì)算：從對(duì)照開(kāi)始發(fā)芽起，連續(xù)5 d記錄種子發(fā)芽情況，根據(jù)Pande等采用的計(jì)算方法[9]，計(jì)算各處理種子的發(fā)芽速度指數(shù)(GI)，發(fā)芽速度指數(shù)(GI)按下式計(jì)算：

發(fā)芽速度指數(shù)(GI)=2×(5×X1+4×X2+3×X3+2×X4+1×X5)

式中：X為每隔24 h發(fā)芽的種子數(shù)，X1為24 h記錄的種子發(fā)芽數(shù)，X2為48 h記錄的種子發(fā)芽數(shù)，以此類推。

化感指數(shù)的計(jì)算：用處理與相應(yīng)對(duì)照的比值(T/C)作為化感作用衡量指標(biāo)。參照Williamson等的方法[10]計(jì)算。

IR=1-C/T，當(dāng)T≥C時(shí)

IR=T/C-1，當(dāng)T

式中C為對(duì)照值；T為處理值。IR為化感效應(yīng)，IR>0為促進(jìn)作用，IR=0為無(wú)作用，IR<0為抑制作用，絕對(duì)值的大小與作用強(qiáng)度一致。

1.2.4 生理生化指標(biāo)的測(cè)定

1.2.4.1 受體葉綠素含量的測(cè)定 采用丙酮浸提法[11]，按Arnon法的修正公式[12]計(jì)算提取液的葉綠素濃度。

Ca=12.71D663-2.69D645

Cb=22.9D645-4.86D663

C=Ca+Cb

葉綠素含量(mg/dm2)=(C×V)/(A×1 000)

式中：Ca為葉綠素a的濃度(mg/g)；Cb為葉綠素b的濃度(mg/g)；C為葉綠素濃度(mg/L)；V為提取液總體積(mL)；A為葉片表面積(dm2)。

1.2.4.2 可溶性蛋白質(zhì)含量測(cè)定 采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[13]測(cè)定植物中可溶性蛋白含量，公式如下：

樣品中蛋白的含量(mg/g)=(C×VT)/(V1×FW×1 000)

式中：C為查標(biāo)準(zhǔn)曲線所得蛋白質(zhì)含量(μg)；VT為提取液總體積(mL)；FW為樣品鮮重(g)；V1為測(cè)定時(shí)加樣量(mL)。

1.2.4.3 可溶性糖含量測(cè)定 采用苯酚法測(cè)定植物中可溶性糖含量[14]，公式如下：

樣品中可溶性糖含量(mg/g)=(C×VT×N)/(V1×FW×1 000)

式中：C為查標(biāo)準(zhǔn)曲線值(μg)；VT為提取液總體積(mL)；N為稀釋倍數(shù)；FW為樣品鮮重(g)；V1為測(cè)定時(shí)加樣量(mL)。

2 結(jié)果與分析

2.1 腫柄菊水浸提液對(duì)豌豆、蘿卜和水稻種子萌發(fā)的化感作用

由表1看出，不同濃度腫柄菊浸提液對(duì)不同農(nóng)作物種子的發(fā)芽率影響不同，在濃度為6.25 g/L時(shí)，3種作物最終萌發(fā)率與對(duì)照的差異不顯著；在濃度大于等于25 g/L時(shí)，豌豆和蘿卜與對(duì)照相比具有顯著差異，而水稻與對(duì)照相比無(wú)顯著差異。總體看來(lái)，腫柄菊浸提液對(duì)豌豆和蘿卜種子最終萌發(fā)率的抑制作用與提取液濃度呈正相關(guān)，但對(duì)水稻最終萌發(fā)率無(wú)明顯影響，不同濃度處理的水稻種子與對(duì)照之間無(wú)顯著差異。隨浸提液濃度升高，3種作物發(fā)芽速度指數(shù)抑制率絕對(duì)值增大。

2.2 腫柄菊浸提液對(duì)豌豆、蘿卜和水稻幼苗生長(zhǎng)的化感作用

由表2 看出，浸提液濃度為6.25g/L時(shí)，對(duì)3種作物地上部分生長(zhǎng)有促進(jìn)作用， 其中對(duì)蘿卜的促進(jìn)作用最顯著，對(duì)水稻促進(jìn)作用不顯著，在濃度大于等于25 g/L時(shí)，對(duì)3種作物地上部分生長(zhǎng)起抑制作用，且抑制率極高；在低濃度時(shí)，對(duì)豌豆和水稻根生長(zhǎng)有的促進(jìn)作用，隨著濃度的升高起抑制作用，且抑制作用逐漸增強(qiáng)；在濃度為6.25 g/L時(shí)，對(duì)3種作物鮮重有顯著促進(jìn)作用，隨著濃度的升高促進(jìn)作用降低，逐漸起抑制作用，且抑制作用逐漸增強(qiáng)。

表1 不同濃度腫柄菊水浸提液對(duì)3種作物種子萌發(fā)的影響Table 1 Effects of water-extractions from T. diversifolia on the three crops germination rate

注：表中數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”。同列數(shù)據(jù)后不同字母表示在0.05水平差異顯著(Duncan氏新復(fù)極差法)。

表2 不同濃度腫柄菊水浸提液對(duì)3種作物幼苗生長(zhǎng)的影響Table 2 Effects of water-extractions from T. diversifolia on the three crops seedling growth

注：“—”表示該種子未萌發(fā)或只發(fā)芽未生長(zhǎng)。

2.3 植物葉片葉綠素含量的變化

由圖1可以看出，隨著浸提液濃度的升高受體植物葉綠素含量逐漸降低，處理與對(duì)照差異性極顯著。

2.4 植物可溶性蛋白的變化

由圖2可以看出，3種作物體內(nèi)可溶性蛋白含量隨浸提液濃度升高而逐漸減少，且呈正相關(guān)性，與對(duì)照相比有明顯的差異性，表明腫柄菊浸提液較強(qiáng)地抑制了受體植物可溶性蛋白的合成。

2.5 植物可溶性糖的變化

由腫柄菊浸提液對(duì)受體植物幼苗可溶性糖含量的測(cè)定結(jié)果(圖3)可以看出，3種作物體內(nèi)可溶性糖含量隨浸提液濃度升高而逐漸減少，與對(duì)照相比有明顯的差異性，表明腫柄菊浸提液較強(qiáng)地抑制了受體植物可溶性糖的合成。

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，腫柄菊水浸提液對(duì)豌豆和蘿卜種子萌發(fā)起抑制和延緩作用，且浸提液濃度越大，抑制和延緩作用越強(qiáng)。與張中信等在文章中指出野艾蒿的水浸提液對(duì)受試植物萌發(fā)主要表現(xiàn)抑制作用，而且抑制作用隨水浸提液梯度升高而加強(qiáng)的結(jié)論一致[15]。腫柄菊水浸提液對(duì)水稻種子萌發(fā)無(wú)顯著作用，與楊海燕等的研究結(jié)論[16]有一定差異，造成這一差異的原因可能與腫柄菊采集地點(diǎn)的不同、腫柄菊部位不同、腫柄菊水浸提液梯度的不同以及不同植物品種對(duì)腫柄菊化感作用適應(yīng)能力的不同有關(guān)，另外也可能與試驗(yàn)研究的側(cè)重點(diǎn)不同有關(guān)系。腫柄菊水浸提液對(duì)3種作物幼苗苗高、根長(zhǎng)、鮮重有低濃度促進(jìn)生長(zhǎng)、高濃度抑制生長(zhǎng)的現(xiàn)象。與李翔等在黃花棘豆水提液對(duì)油菜化感作用機(jī)理的初步研究中所得結(jié)論一致，他們認(rèn)為高濃度的黃花棘豆水提液可導(dǎo)致油菜幼苗根部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，抑制油菜根尖的有絲分裂，推遲有絲分裂時(shí)間，從而抑制植物生長(zhǎng)[17]。

植物體內(nèi)葉綠素含量的多少直接影響植物光合作用，進(jìn)而影響植物體內(nèi)物質(zhì)和能量的積累。腫柄菊浸提液降低了3種植物幼苗的葉綠素含量，從而使植物光合作用受到抑制。該結(jié)果與Heji等在研究胡桃醌的化感作用機(jī)理時(shí)所得結(jié)論一致，他們認(rèn)為胡桃醌的化感物質(zhì)可明顯降低葉片葉綠素含量和凈光合速率[18]。植物體內(nèi)的可溶性蛋白和糖與植物的抗逆性和適應(yīng)性有關(guān)，其含量的變化影響到各類酶的活性和功能以及植物的光合作用。腫柄菊水浸提液降低3種植物可溶性蛋白和糖的含量，可能影響植株膜功能、阻礙葉綠素合成，最終導(dǎo)致植株幼苗和根生長(zhǎng)受阻。

本研究證明腫柄菊的提取液含有植物生長(zhǎng)抑制物質(zhì)，能抑制種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)，同時(shí)減少葉綠素、可溶性蛋白和糖的積累。

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AllelopathyofAqueousExtractsfromTithoniadiversifoliaonThreeCrops

FAN Li-na， SUN Dong-ling， QIN Xiao-ping， YANG Mei-lin， ZHANG Yu-jie

(College of Plant Protection，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China)

The effect of aqueous extracts formTithoniadiversifoliaat different concentrations on seed germination and seedling growth ofPisumsativum，RaphanussativusandOryzasativawere determined was determined in petri dish assays. At low concentrations，the extracts promoted growth of the target species. At high concentration，extracts inhibited and delayed seed germination ofP.sativumandR.sativusbut did not affect germination ofO.sativa. The inhibitory effects of the aqueous extracts ofT.diversifoliaat high concentrations were associated with decreases in the contents of chlorophyll，soluble protein and sugar in the target species.

Tithoniadiversifolia；aqueous extracts；allelopathy；seed germination；seedling growth

A

1003-935X(2013)02-0026-05

范麗娜，孫東玲，秦小萍，等. 腫柄菊水浸提液對(duì)3種作物的化感作用研究[J]. 雜草科學(xué)，2013，31(2)：26-30.

2013-03-08

范麗娜(1986—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)橹参镌崔r(nóng)藥。E-mail：fanlina00@163.com。

秦小萍，副教授，博士，主要從事生物農(nóng)藥的研究。E-mail：qxp99@163.com。