問荊(Equisetum arvense)水浸液對盆栽小麥的化感效應

焦 浩， 岳中輝*， 隋海霞， 王慧一， 郭立波， 劉寶林

(1. 哈爾濱師范大學生命科學與技術學院/黑龍江省普通高等學校植物生物學重點實驗室，哈爾濱 150025；2.中儲糧北方農業(yè)開發(fā)有限公司，嫩江 161400)

問荊(Equisetum arvense)水浸液對盆栽小麥的化感效應

焦 浩1， 岳中輝1*， 隋海霞1， 王慧一1， 郭立波1， 劉寶林2

(1. 哈爾濱師范大學生命科學與技術學院/黑龍江省普通高等學校植物生物學重點實驗室，哈爾濱 150025；2.中儲糧北方農業(yè)開發(fā)有限公司，嫩江 161400)

為了探究問荊生長對作物的化感效應，以小麥為材料，采用生物測定法研究不同濃度問荊根莖水浸液對5個小麥品種‘龍麥26’、‘墾九10’、‘龍麥33’、‘龍輻18’、‘格來尼’的株高、葉長、葉面積、干鮮重比及葉片丙二醛含量(MDA)、可溶性糖含量(WSS)、過氧化氫酶活性(CAT)、過氧化物酶活性(POD)的影響。結果表明，問荊根莖水浸液對各品種小麥根冠比及葉片WSS含量、CAT活性、POD活性具有促進作用，對小麥葉面積、葉長、干物質積累具有抑制作用，且促進和抑制作用均隨問荊水浸液濃度的增加呈增強趨勢。說明問荊生長對小麥有一定的化感作用。

問荊； 小麥； 化感作用

問荊(EquisetumarvenseLinn.)為蕨類植物門(Pteridophyta)木賊科(Equisetaceae)木賊屬(Equisetum)多年生草本植物，繁殖力強，是我國北方農田常見的雜草[1]。在麥田中，問荊在小麥生長初期長勢旺盛，這一方面是因為其占有絕對的資源優(yōu)勢，能夠有效地利用光照等營養(yǎng)條件，另一方面，問荊體內富含酚酸、黃酮、生物堿、茚滿酮等化感物質[2]，這些物質可能會以某種方式釋放到環(huán)境中，影響小麥和其他雜草的生長。當小麥生長達到一定高度時，由于其較大的密度效應，加之拔節(jié)期的快速生長，逐漸取代了問荊在競爭中的優(yōu)勢，導致問荊逐漸枯萎死亡，死亡后的部分殘體會在微生物的作用下腐解，其體內富含的化感物質隨之進入土壤，這些物質是否參與土壤與小麥間的代謝過程，從而對小麥的生長產(chǎn)生一定影響，是一個值得探討的問題。已有的研究表明，麥田雜草對小麥均有一定的化感作用，如Sogaard等研究發(fā)現(xiàn)低密度麥仙翁(AgrostemmagithagoLinn.)對小麥的生長和產(chǎn)量有明顯的促進作用，而高密度有抑制作用[3-5]；楊超等研究指出播娘蒿[Descurainiasophia(Linn.)]浸提液對小麥種子的萌發(fā)及早期生長有明顯的抑制作用[6]；張軍林等研究發(fā)現(xiàn)澤漆(EuphorbiahelioscopiaLinn.)水提液對小麥幼苗生長有明顯的抑制作用，而婆婆納(VeronicadidymaTenore)水提液對小麥幼苗生長有明顯的促進作用[7]；何紅花等研究發(fā)現(xiàn)，豬殃殃(Galiumtricorne)可以通過釋放化感物質抑制小麥種子發(fā)芽和早期生長，從而嚴重干擾小麥的正常生長，導致小麥減產(chǎn)和品質下降[8]。本試驗利用生物測定法，研究問荊根莖水浸液對盆栽小麥形態(tài)及生理的化感效應，探討問荊與小麥之間的化感作用機制，試圖為小麥的合理生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選用的‘龍麥26’、‘墾九10’、‘龍麥33’、‘龍輻18’、‘格來尼’5個小麥品種由中儲糧北方公司提供?！堺?6’為耐旱、耐濕品種；‘墾九10’為適時早播品種；‘龍麥33’為抗倒伏品種；‘龍輻18’為試驗新品種；‘格來尼’為光不敏感品種。

1.2 研究方法

1.2.1 問荊水浸液的制備

2012年4月23日在中儲糧北方農業(yè)公司科技園區(qū)的小麥田內采集營養(yǎng)器官萌動期的問荊根莖，蒸餾水沖洗后陰干剪碎，然后準確稱取50 g，用蒸餾水定容至500 mL，充分振蕩，于室溫內浸泡48 h，浸泡期間多次攪動，雙層紗布過濾后即為100 mg/mL(N4)問荊根莖水浸液，保存在4 ℃冰箱中。使用前將其稀釋成3個不同濃度，即10 mg/mL(N1)、40 mg/mL(N2)、70 mg/mL(N3)。試驗時的對照用蒸餾水(N0)代替問荊水浸液。

1.2.2 盆栽試驗

2012年4月20日在黑龍江省北部中儲糧北方農業(yè)公司科技園區(qū)的小麥田中取0～30 cm土層土壤，挑出雜物，過5 mm篩。在20 cm×30 cm的聚乙烯花盆中，先裝入20 cm厚土，然后施加0.7 g混合肥(二銨、尿素、磷酸鉀5∶1∶1)，上面再覆上10 cm厚的土。

挑選籽粒飽滿、大小均一的小麥種子，于2012年4月26日播入盆中，每個品種播5盆，共25盆，每盆播25粒。播種后每一品種分別用340 mL不同濃度(N0、N1、N2、N3、N4)問荊水浸液進行澆灌，以后每隔10 d再澆灌一次。每個處理重復5次。最后一次澆灌的時間為7月5日(抽穗期)。培養(yǎng)期間，當土壤含水量低于田間持水量時，適當補水。7月5日測量小麥的株高、葉長和葉面積；7月6日取部分小麥葉片，進行各項生理指標的測量；同時取小麥各部分進行干鮮重的測定。

1.2.3 各指標測定方法

小麥抽穗期株高、葉長直接用皮尺測定；單株葉面積用葉面積儀法測定；干物質重用烘干稱重法測定。丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸法測定；可溶性糖(WSS)含量用蒽酮比色法測定；過氧化物酶(POD)活性用愈創(chuàng)木酚法測定；過氧化氫酶(CAT)活性用紫外分光光度計法測定[9-12]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)的方差分析用SAS9.2軟件進行，采用Duncan氏多重比較，分析同一品種不同處理間的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 問荊水浸液對小麥生長形態(tài)的影響

不同濃度問荊水浸液處理后，小麥各品種株高呈先升高后降低的趨勢。40 mg/mL濃度問荊水浸液處理后，品種‘墾九10’、‘龍輻18’的株高顯著增加(P<0.05)，其他濃度處理后，小麥各品種株高與對照相比沒有顯著差異。

不同濃度問荊水浸液處理后，小麥各品種葉面積呈降低趨勢。但品種‘龍麥33’各濃度處理與對照相比都沒達到顯著水平；低濃度(10、40 mg/mL)問荊水浸液濃度處理后，品種‘墾九10’、‘龍輻18’、‘格來尼’的葉面積顯著降低(P<0.05)，其中品種‘龍輻18’的葉面積隨濃度的增加呈顯著降低趨勢(P<0.05)。

不同濃度問荊水浸液處理后，小麥各品種旗葉長呈降低趨勢。但品種‘龍麥33’各濃度處理與對照相比差異都不顯著；品種‘龍麥26’、‘龍輻18’、‘格來尼’的旗葉長在濃度70 mg/mL處理后開始增加，與對照相比差異顯著(P<0.05)；而品種‘墾九10’各濃度處理與對照相比都達到差異顯著水平(P<0.05)，且隨濃度的增加逐漸升高。

圖1 問荊水浸液處理后小麥株高、葉面積、旗葉長的變化Fig.1 Variation of plant height, leaf area, leaf length of wheat under treatments with aqueous extracts of E.arvense

2.2 問荊水浸液對小麥生理的影響

不同濃度問荊水浸液處理后，小麥各品種穗干鮮重比呈降低趨勢。但品種‘龍麥33’各濃度處理與對照相比都沒達到顯著水平；‘龍輻18’、‘格來尼’的穗干鮮重比在濃度10 mg/mL處理后開始降低，與對照相比差異顯著(P<0.05)，其中‘龍輻18’的穗干鮮重比隨濃度的增加呈顯著降低趨勢；‘龍麥26’、‘墾九10’的穗干鮮重比分別在濃度70.40 mg/mL處理后開始降低，與對照相比差異顯著(P<0.05)。

不同濃度問荊水浸液處理后，小麥各品種根干鮮重比呈降低趨勢。但品種‘墾九10’、‘格來尼’各濃度處理與對照相比都沒達到顯著水平；‘龍麥26’、‘龍麥33’、‘龍輻18’根干鮮重比在濃度40 mg/mL處理后開始降低，與對照相比差異顯著(P<0.05)，其中品種‘龍麥26’、‘龍麥33’隨濃度的增加呈逐漸降低趨勢。

不同濃度問荊水浸液處理后，小麥各品種莖干鮮重比與對照相比均未達到顯著水平。

不同濃度問荊水浸液處理后，小麥各品種葉干鮮重比呈降低趨勢。品種‘龍輻18’的葉干鮮重比在濃度10 mg/mL處理后開始降低，與對照相比差異顯著(P<0.05)；當處理液濃度達到70、100 mg/mL品種‘龍麥26’、‘龍麥33’、‘格來尼’的葉干鮮重比開始降低，與對照相比達到差異顯著水平(P<0.05)。

不同濃度問荊水浸液處理后，小麥各品種根冠比呈降低趨勢。但品種‘格來尼’各濃度處理與對照相比都沒達到顯著水平；品種‘龍麥26’、‘龍輻18’的根冠比在10 mg/mL問荊水浸液處理后開始降低，與對照相比差異顯著(P<0.05)，其中‘龍麥26’隨濃度的增加呈顯著降低趨勢；‘龍麥33’的根冠比在40 mg/mL問荊水浸液處理后開始降低，與對照相比差異顯著(P<0.05)，‘墾九10’的根冠比在100 mg/mL問荊水浸液處理后開始降低，與對照相比差異顯著(P<0.05)。

2.3 問荊水浸液對小麥葉片MDA含量、WSS含量的影響

不同濃度問荊水浸液處理對小麥葉片MDA含量、WSS含量影響如圖3所示。隨著問荊水浸液濃度的增加，小麥MDA含量均呈升高趨勢，40 mg/mL問荊水浸液濃度處理后，各品種小麥的MDA含量顯著增加(P<0.05)，其中品種‘墾九10’、‘龍麥33’隨處理液濃度的增加逐漸升高，與對照相比差異顯著(P<0.05)。隨著問荊水浸液濃度的增加，小麥WSS含量均呈升高趨勢，品種‘墾九10’WSS含量在10 mg/mL濃度處理后開始升高，與對照相比差異顯著(P<0.05)，且隨濃度的增加呈顯著升高趨勢；其他品種小麥WSS含量在40 mg/mL處理后開始升高，與對照相比差異顯著(P<0.05)，且隨濃度的增加呈顯著升高趨勢。

圖3 問荊水浸液處理小麥葉MDA、WSS含量的變化Fig.3 Variation of MDA and WSS content in wheat leaves under treatment with aqueous extracts of E.arvense

2.4 問荊水浸液對小麥葉片CAT活性、POD活性的影響

不同濃度問荊水浸液處理對小麥葉片CAT活性、POD活性影響如圖4所示。隨著問荊水浸液濃度的增加，小麥葉片CAT活性均呈升高趨勢，品種‘龍麥26’CAT活性在濃度40 mg/mL處理后開始升高，與對照相比差異顯著，且隨濃度的增加呈顯著升高趨勢；當處理液濃度達到70、100 mg/mL，品種‘龍麥33’、‘龍輻18’、‘格來尼’CAT活性與對照相比顯著升高(P<0.05)。隨著問荊水浸液濃度的增加，小麥葉片POD活性均呈升高趨勢，低濃度(10、40 mg/mL)問荊水浸液處理后，品種‘龍麥26’、‘墾九10’、‘龍麥33’POD活性與對照相比顯著升高(P<0.05)，且隨濃度的增加逐漸升高；40mg/mL問荊水浸液處理后，‘龍輻18’POD活性與對照相比顯著升高(P<0.05)；當處理液濃度達到70 mg/mL，‘格來尼’POD活性與對照相比顯著升高(P<0.05)。

圖4 問荊水浸液處理后小麥葉片CAT、POD活性的變化Fig.4 Variation of CAT and POD activity of wheat leaves under treatment with aqueous extracts of E.arvense

3 結論與討論

在自然環(huán)境下，植物產(chǎn)生的水溶性化感物質可以通過雨水淋溶方式進入土壤，當化感物質在土壤中積累超過一定濃度后，就會產(chǎn)生化感作用，從而影響其他植物的生長[13-14]。一般情況下作物在營養(yǎng)生長階段的干物質積累是產(chǎn)量形成的物質基礎，而根冠比是衡量植物生長狀況及環(huán)境因素對植物生長影響的重要指標。本研究發(fā)現(xiàn)，各濃度問荊水浸液處理后，小麥株高變化不顯著；小麥葉面積、葉長、干物質積累及根冠比均隨問荊水浸液濃度的增加逐漸降低。這可能是由于問荊釋放化感物質進入土壤中，當化感物質在土壤中積累超過一定濃度時首先抑制了根的生長，從而降低了小麥根的吸水、吸肥效率，進而阻礙小麥營養(yǎng)體的生長及營養(yǎng)體中干物質的積累，導致小麥植株生長緩慢，最終影響小麥的生長發(fā)育。這與何紅花[7]等報道的豬殃殃能夠釋放化感物質，抑制小麥的生長結果相同。

CAT、POD是植物體內重要的保護酶系統(tǒng)[15]，可清除活性氧自由基減少活性氧對膜脂的過氧化作用[16]，從而提高植物的抗性。當植物處于逆境脅迫時，往往發(fā)生膜脂過氧化作用，MDA是其產(chǎn)物之一，通常用來表示細胞過氧化程度和植物對逆境條件反應的強弱[17]。張美云[18]等研究發(fā)現(xiàn)植物受到環(huán)境脅迫時會影響有機物的形成、轉化和運輸，使得營養(yǎng)器官內積累較多的WSS，從而調節(jié)體內的滲透勢，以利其在逆境下維持正常生長提高抗逆適應性。本研究表明，隨問荊水浸液濃度的增加，各品種小麥葉片的CAT、POD活性迅速增加并維持在較高水平，其中品種‘墾九10’、‘龍麥33’葉片的CAT、POD活性升高率最高，分別達到46.56%、101.52%和145.82%、130.33%；各品種小麥葉片的WSS含量與對照相比顯著升高；而MDA含量在低濃度問荊水浸液處理后迅速增加，隨著處理液濃度的增加逐漸維持一定水平。這說明問荊水浸液處理后激發(fā)了小麥的抗逆系統(tǒng)，保護酶活性的升高使得活性氧的清除能力增加，小麥的抗逆性加強，從而使得膜脂過氧化程度逐漸減弱。但問荊水浸液對不同品種小麥保護酶系統(tǒng)的影響不同，其中品種‘墾九10’、‘龍麥33’比其他3個品種表現(xiàn)出更強的抗逆性，可進一步利用大田試驗研究其與問荊互作的機理，并監(jiān)測其有效產(chǎn)量，為小麥的合理生產(chǎn)提供依據(jù)。

問荊水溶性化感物質可抑制小麥生長、干物質積累，并影響其體內保護酶活性，但植物的化感作用機制是一個十分復雜的生理過程，化感物質可以通過對植物各種生理生化代謝過程來影響植物的生長發(fā)育，對保護酶系統(tǒng)的影響只是其中一部分，還可通過影響植物的光合呼吸作用，物質代謝等方面最終對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生影響[19]。因而還需要從各種代謝途徑等方面對問荊的化感作用機制進行更加深入的研究。

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AllelopathiceffectsoftheaqueousextractsofEquisetumarvenseonthegrowthofpottedwheat

Jiao Hao1, Yue Zhonghui1, Sui Haixia1, Wang Huiyi1, Guo Libo1, Liu Baolin2

(1.CollegeofLifeScienceandTechnology,HarbinNormalUniversity/KeyLaboratoryofPlantBiology,CollegeofHeilongjiangProvince,Harbin150025,China; 2.SinograinNorthernAgriculturalCompanyLtd.,Nenjiang161400,China)

In order to investigate the allelopathic effects ofEquisetumarvenseLinn. on crops, we studied plant height, leaf length, leaf area, ratio of fresh to dry weight, and the content of malondialdehyde(MDA), water-soluble sugar(WSS), activity of catalase(CAT) and peroxidase(POD) in potted wheat varieties, including ‘LM26’, ‘KJ10’, ‘LM33’, ‘LF18’ and ‘GLN’, at different concentrations of the aqueous extracts fromE.arvenserhizomes by bioassay method. The results showed that the aqueous extracts ofE.arvenserhizomes stimulated the ratio of root to shoot, the content of WSS, and CAT and POD activities in wheat leaves. However, it inhibited the growth of leaf area, leaf length, ratio of fresh to dry weight. The stimulating and inhibitive effects ofE.arvenseincreased with increasing concentration of exudates. It was shown thatE.arvensehad allelopathic effects on wheat.

Equisetumarvense; wheat; allelopathy

2013-12-12

：2014-04-01

黑龍江省高校重點實驗室開放課題(ZK1201203)；黑龍江省高?？萍紕?chuàng)新團隊研究計劃-哈爾濱師范大學科技創(chuàng)新團隊研究計劃(KJTD-2011-2)；哈爾濱師范大學國家級預研項目(12XYG-10)

Q 945,S451.1

：ADOI：10.3969/j.issn.0529-1542.2014.06.009

* 通信作者 E-mail：yuezhonghui@163.com