銀膠菊花對苘麻和稗的化感作用

陳業(yè)兵， 鄧立剛， 李增梅， 董 嶄， 劉偉堂

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所，山東濟(jì)南 250100； 2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，山東泰安 271018)

化感作用是指植物或微生物通過向環(huán)境中釋放一些特殊的化學(xué)物質(zhì)而對其他植物或微生物產(chǎn)生直接或間接的、有益或有害的作用，該作用普遍存在于自然界，是一種重要的生態(tài)機(jī)制?；凶饔玫纳钊胙芯繉φJ(rèn)識植物群落結(jié)構(gòu)及演替、入侵植物的危害性及入侵機(jī)制、生物除草和新型農(nóng)藥的開發(fā)具有重要意義[1-8]。

銀膠菊(PartheniumhysterophorusL.)為菊科銀膠菊屬草本植物，原產(chǎn)于美國及墨西哥北部，因其適應(yīng)能力強(qiáng)、繁殖快、危害大、極難防除，被公認(rèn)為惡性雜草。國內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，銀膠菊導(dǎo)致苔麩[Eragrostistef(Zucc.)Trotter]減產(chǎn)[9]，抑制黃瓜、蘿卜、小麥種子萌發(fā)和幼苗生長[10-12]，還可影響水葫蘆、苘麻的生長[13-14]。目前，國內(nèi)外有關(guān)銀膠菊化感作用潛力的研究較多，但對陸生雜草的化感作用報(bào)道較少，對其化感物質(zhì)研究也不夠深入。實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在銀膠菊生長密集區(qū)域，往往形成單一群落，同時(shí)銀膠菊花期長、花量大且有毒。因此，在前期研究的基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)研究了銀膠菊花水浸提液及其不同極性組分的化感潛力，以期為從銀膠菊中提取除草活性化感物質(zhì)提供有效途徑。

1 材料與方法

1.1 材料

在盛花期采集銀膠菊(PartheniumhysterophorusL.)花，常溫下陰干；受體植物苘麻(AbutilontheophrastiMedic.)和稗[Echinochloacrusgalli(L.) Beauv.]采自山東省濟(jì)南市郊區(qū)。

1.2 水浸提液及其不同極性組分的制備[15-16]

將80 g花放入2.5 L的廣口玻璃瓶中，加入20倍重量的蒸餾水，常溫下浸泡48 h，經(jīng)抽濾后得花水浸提液，濃度記為50 g/L，4 ℃冷藏待用。取300 mL母液，先后分別用乙酸乙酯和正丁醇按體積比V母液∶V溶劑=1 ∶1萃取3次，同一種溶劑的3次萃取液合并，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上濃縮蒸干得2種溶劑萃取物和剩余水相物質(zhì)，所得物質(zhì)用蒸餾水定容至300 mL(等同于50 g/L水提液中所含有的各相物質(zhì)濃度)，于4 ℃冷藏備用。另取700 mL母液，其中200 mL在旋轉(zhuǎn)濃縮蒸發(fā)儀上蒸干，得水浸提物；另500 mL先后用乙酸乙酯和正丁醇按1 ∶1萃取3次，合并萃取液，分別濃縮蒸干，得3種溶劑萃取物。將水浸提物和3種萃取物干物質(zhì)分別用體積比1%丙酮助溶，然后用蒸餾水定容至2 g/L，密封，并于 4 ℃ 冷藏備用。生物活性測定時(shí)均以加入相應(yīng)比例丙酮的蒸餾水為對照。

1.3 生物活性測定[17]

在進(jìn)行種子發(fā)芽試驗(yàn)之前，由于苘麻種子皮較厚，先將種子放入80 ℃的熱水中(自然降溫至恒溫25 ℃)浸泡6 h；稗種子用25 ℃的溫水浸泡6 h，然后用0.5%氯化汞水溶液消毒5 min，再用無菌水沖洗多次。在直徑為9 cm的培養(yǎng)皿里，墊上2層濾紙，以上述配制的待測液為處理液，以蒸餾水為對照，皿中加入苘麻(15粒)、稗(20粒)種子，3次重復(fù)，28 ℃下暗培養(yǎng)，3 d后調(diào)查苘麻發(fā)芽情況，5 d后調(diào)查稗草發(fā)芽情況。在進(jìn)行幼苗生長試驗(yàn)前，對苘麻和稗種子進(jìn)行催芽。在直徑為9 cm的培養(yǎng)皿里，墊上2層濾紙，以上述配制的待測液為處理液，以蒸餾水為對照，3次重復(fù)，選取10粒飽滿均一的剛露白苘麻(稗)種子，均勻放到濾紙上，28 ℃下暗培養(yǎng)，3 d后調(diào)查苘麻和稗草根長、芽長、鮮重情況。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

抑制率=(1-處理/對照)×100%；化感效應(yīng)指數(shù)(RI)=1-C/T(當(dāng)T≥C時(shí))或RI=T/C-1(當(dāng)T0表示促進(jìn)作用，RI<0表示抑制作用，絕對值的大小與作用強(qiáng)度一致[18]。所有數(shù)據(jù)用SPSS 16.0軟件進(jìn)行單因素方差分析檢驗(yàn)差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 定性測定

2.1.1 對受體發(fā)芽率的影響 銀膠菊花水浸提液及其不同極性組分均抑制受體種子萌發(fā)，但3種不同極性組分抑制受體種子萌發(fā)強(qiáng)度卻小于水浸提液。在50 g/L濃度下，水浸提液完全抑制苘麻和稗種子萌發(fā)；在3種不同極性組分中，正丁醇相和剩余水相抑制苘麻種子萌發(fā)的強(qiáng)度高于乙酸乙酯相，抑制稗種子萌發(fā)的強(qiáng)度差異不顯著(圖1)。

2.1.2 對受體幼苗生長的影響 在50 g/L處理濃度下，銀膠菊花水浸提液抑制苘麻和稗幼苗生長的化感強(qiáng)度高于其3種不同極性組分，對苘麻和稗根長、芽長、鮮質(zhì)量的抑制率分別為82.6%、89.1%、84.3%和91.7%、55.8%、39.1%。3種不同極性組分中，正丁醇相抑制苘麻幼苗生長的強(qiáng)度最高，且不同極性組分處理間差異達(dá)到顯著水平；乙酸乙酯相抑制稗幼苗生長的強(qiáng)度最高，剩余水相對稗幼苗生長呈現(xiàn)促進(jìn)作用(表1)。

表1 水浸提液及其3種不同極性組分對苘麻和稗幼苗生長的定性測定影響

2.2 定量測定

2.2.1 對受體發(fā)芽率的影響 銀膠菊花水浸提液及其不同極性組分均抑制受體種子萌發(fā)，乙酸乙酯相抑制強(qiáng)度最高，且與水浸提液和其他處理相間差異顯著，在1 g/L濃度處理下，乙酸乙酯相處理的苘麻和稗種子發(fā)芽率分別為13.3%和33.3%(圖2)。

2.2.2 對受體幼苗生長的影響 在1 g/L處理濃度下，乙酸乙酯相對受體幼苗生長的抑制強(qiáng)度最高，與其他處理相比較，處理間差異達(dá)到顯著水平，對苘麻和稗根長、芽長、鮮質(zhì)量的抑制率分別為63.1%、80.0%、58.3%和51.3%、26.7%、23.3%(表2)。

3 結(jié)論與討論

眾所周知，化感物質(zhì)必須是經(jīng)自然途徑進(jìn)入環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)，而在自然狀態(tài)下，除水以外，不可能有其他溶劑將植物葉片中的化學(xué)物質(zhì)淋溶出來[19]，因而本試驗(yàn)以水浸提。雖經(jīng)不同溶劑萃取，但萃取成分均來源于水浸提液中的化感物質(zhì)，所以本試驗(yàn)中抑制受體萌發(fā)和生長均是化感物質(zhì)所致。本試驗(yàn)利用定性測定方法，測定了水浸提液及其3種不同極性組分的化感作用，同時(shí)為了明確水浸提物及其極性組分間的生物活性，采用了同等濃度處理的定量測定方法，這與已知研究化感的方法有所不同。

定性測定結(jié)果顯示，水浸提液及其3種不同極性組分對苘麻均有抑制作用，對稗則呈現(xiàn)抑制和促進(jìn)2種不同的化感效應(yīng)，水浸提液對苘麻和稗的化感抑制強(qiáng)度高于3種不同極性組分，當(dāng)水浸提液經(jīng)過萃取、分離，被分成3種不同極性組分時(shí)，正丁醇相抑制苘麻種子萌發(fā)和幼苗生長的強(qiáng)度最高，乙酸乙酯相抑制稗種子萌發(fā)和幼苗生長的強(qiáng)度最高。定量測定結(jié)果顯示，抑制受體萌發(fā)與生長最強(qiáng)的是乙酸乙酯相。綜合分析表明，同一組分化感物質(zhì)在2種測定方式中所表現(xiàn)出的化感抑制強(qiáng)度不一致，如乙酸乙酯相，在定量測定中雖具有最強(qiáng)的化感抑制強(qiáng)度，但定性測定結(jié)果卻表明，抑制苘麻幼苗生長最強(qiáng)的是正丁醇相。出現(xiàn)這一差異的原因主要在于3種不同極性組分在水浸提液中的物質(zhì)含量不同。定性測定中，乙酸乙酯相的物質(zhì)含量最低，而正丁醇相的物質(zhì)含量較高，此時(shí)極性組分的化感抑制強(qiáng)度主要取決于它本身的生物活性及其物質(zhì)濃度；而在定量測定中，不同極性組分間則消除了物質(zhì)含量不等這一差異，此時(shí)極性組分的化感抑制強(qiáng)度主要取決于它本身的生物活性，而與物質(zhì)含量無關(guān)。

表2 水浸提液及其3種不同極性組分對苘麻和稗幼苗生長的定量測定影響

自然界中化感作用是多種物質(zhì)綜合作用的結(jié)果[20]，本試驗(yàn)采用定性、定量2種不同生測方式也證明了這一點(diǎn)。從本試驗(yàn)結(jié)果可看出，不同極性組分提取物生物活性差異較大，乙酸乙酯相抑草活性較高，表明該相中應(yīng)含有抑草活性化感物質(zhì)，但要明確其化學(xué)成分，還需進(jìn)一步對乙酸乙酯相進(jìn)行分離、鑒定研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁曉華，李 璐，王 波，等. 腫柄菊水浸液對5種植物的化感作用[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41(1)：99-103.

[2]劉迎湖，謝 利，駱世明，等. 入侵雜草化感作用的細(xì)胞自動機(jī)模擬研究[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，17(2)：229-232.

[3]廖小鋒，孫運(yùn)剮，劉濟(jì)明，等. 2種本地植物對紫莖澤蘭的化感效應(yīng)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40(5)：83-86.

[4]盧艷敏，李會芬. 白三葉草水浸液對黑麥草種子的化感作用[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40(5)：367-369.

[5]孔垂華. 植物與其他有機(jī)體的化學(xué)作用——潛在的有害生物控制途徑[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40(4)：712-720.

[6]周新偉，沈明星，吳進(jìn)興，等. 水葫蘆水浸提液及壓榨液對幾種蔬菜幼苗的化感作用[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40(2)：123-124.

[7]石旭旭，王紅春，高 婷，等. 化感作用及其在雜草防除中的應(yīng)用[J]. 雜草科學(xué)，2013，31(2)：6-9.

[8]李光義，劉 強(qiáng)，李勤奮. 化感作用與資源競爭對假臭草入侵的影響[J]. 雜草科學(xué)，2012，30(2)：20-23.

[9]Tefera T. Allelopathic effects ofPartheniumhysterophorusextracts on seed germination and seedling growth ofEragrostistef[J]. Journal of Agronomy and Crop Science，2002，188(5)：306-310.

[10]陳業(yè)兵，王金信，張 猛，等. 銀膠菊不同組織部位對黃瓜化感作用初步研究[J]. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，39(4)：541-543.

[11]Batish D R，Singh H P，Pandher J K，et al. Phytotoxic effect of Parthenium residues on the selected soil properties and growth of chickpea and radish[J]. Weed Biology and Management，2002，2(2)：73-78.

[12]陳業(yè)兵，王金信，吳小虎，等. 銀膠菊的花對小麥的化感作用機(jī)制[J]. 植物保護(hù)學(xué)報(bào)，2010，37(6)：552-556.

[13]Pandey D K，Kauraw L P，Bhan V M. Inhibitory effect of parthenium(PartheniumhysterophorusL.)residue on growth of water hyacinth(EichhorniacrassipesMart Solms).Ⅱ.Relative effect of flower，leaf，stem，and root residue[J]. Journal of Chemical Ecology，1993，19(11)：2663-2670.

[14]陳業(yè)兵，劉偉堂，李增梅，等. 銀膠菊對苘麻化感作用初步研究[J]. 雜草科學(xué)，2013，31(2)：42-44.

[15]顏桂軍，朱朝華，駱焱平，等. 胡椒、芒果和黃皮的化感作用潛力[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，17(9)：1633-1636.

[16]陳業(yè)兵，王金信，彭學(xué)崗，等. 銀膠菊葉對苘麻和稗的化感作用[J]. 植物保護(hù)學(xué)報(bào)，2009，36(1)：77-81.

[17]Bagavathy S，Xavier G A. Effects of aqueous extract ofEucalyptusglobuleson germination and seedling growth of sorghum[J]. Allelopathy Journal，2007，20(2)：395-402.

[18]Bruce W G，Richardson D. Bioassays for allelopathy：measuring treatment responses with independent controls[J]. Journal of Chemical Ecology，1988，14(1)：181-187.

[19]孔垂華. 植物化感作用研究中應(yīng)注意的問題[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1998，9(3)：109-113.

[20]張學(xué)文，劉亦學(xué)，劉萬學(xué)，等. 植物化感物質(zhì)及其釋放途徑[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23(7)：295-297.