小飛蓬水浸提液對雜草萌發(fā)和生長的抑制效果

高興祥，李 美，房 鋒，李 健

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，山東 濟(jì)南250100;2.山東省植物病毒學(xué)重點實驗室，山東 濟(jì)南250100)

小飛蓬(Conyza canadensis)是一種區(qū)域性惡性雜草，屬菊科(Compositae)白酒草屬［1-2］，又名一枝蒿、加拿大蓬、小白酒草、小蓬草，為一年生草本植物［3］。原產(chǎn)北美洲，1860 年在山東煙臺被發(fā)現(xiàn)。有關(guān)小飛蓬的研究主要集中在醫(yī)藥方面，資料報道小飛蓬全草入藥具有消炎止血、利尿的功效［4］，可用于治療傷口、關(guān)節(jié)炎引起的腫脹和疼痛［5］，也可治療腹瀉、痢疾［6］、癌癥［7］、支氣管炎和膀胱炎等［8］。近幾年來，許多學(xué)者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)小飛蓬可以向環(huán)境中釋放豐富的化感物質(zhì)，通過化感作用抑制其他植物種子萌發(fā)和植株生長來排擠周圍植物，從而形成單種優(yōu)勢群落。如對小飛蓬全株水浸提液及有機(jī)溶劑提取液的化感活性進(jìn)行的研究［9-14］均表明，小飛蓬植株體內(nèi)含有化感活性物質(zhì)，高興祥等［15-18］前期也以高粱(Sorghum vulgare)、黃瓜(Cucumis sativus)、小麥(Triticum aestivum)、油菜(Brassica campestris)等為受體，對小飛蓬的化感活性進(jìn)行過報道。

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感活性物質(zhì)，從而對其他植物或微生物產(chǎn)生直接或間接的、有害或有益的作用［19］。由于植物化感作用在農(nóng)作物耕作制度的合理安排、農(nóng)田雜草控制、作物病蟲害的防治以及減少連作障礙危害等方面起著重要作用，因此近年來受到世界各國科學(xué)家的重視，逐步形成了一個新的研究領(lǐng)域。但之前的研究選取的均為小飛蓬全株，且報道的化感作用均為小飛蓬提取液對受體的抑制作用，究竟是小飛蓬哪一部分的水浸提液對受體種子萌發(fā)和生長產(chǎn)生抑制作用未見詳細(xì)報道。為此，本研究選擇夏季作物田中4 種常見雜草馬唐(Digitaria sanguinalis)、稗草(Echinochloa crusgalli)、苘麻(Abutilon theophrasti)和反枝莧(Amaranthus retroflexus)為受體，研究小飛蓬根、莖、葉、花等不同部位的水浸提液對受體種子萌發(fā)和生長的抑制效果。

1 材料與方法

1.1 材料制備

2013 年9 月在山東省濟(jì)南市郊區(qū)于小飛蓬開花期將包含根、莖、葉、花等部位的小飛蓬全株采回，在陰涼處自然晾干，按不同部位分為根、莖、葉、花和全株4 個處理組，分別剪成2 cm 小段，每一處理稱取20 g 置于棕色玻璃瓶中，加入10 倍量(200 mL)蒸餾水浸泡，期間不定期震蕩，72 h 后超聲波20 min然后抽濾，濾液即為濃度為100 g·L－1的小飛蓬水浸提液，再稀釋成質(zhì)量濃度分別為50、25 g·L－1的浸提液備用。

1.2 測定方法

采用種子萌發(fā)法［20］。

1.2.1 種子萌發(fā) 將蒸餾水設(shè)為對照，在培養(yǎng)皿(直徑為9 cm)中加入6 mL 小飛蓬不同部位浸提液，混合均勻后蓋上兩層濾紙，然后按種子大小放入一定數(shù)量的受體種子(馬唐、稗草為30 粒，反枝莧40 粒，苘麻20 粒)。所有處理均重復(fù)3 次，置于(26 ±1)℃恒溫箱中黑暗培養(yǎng)，每天統(tǒng)計發(fā)芽率，萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)為胚根突破種皮2 mm，統(tǒng)計7 d。

1.2.2 幼苗生長 將蒸餾水設(shè)為對照，在培養(yǎng)皿(直徑為9 cm)中加入6 mL 小飛蓬不同部位浸提液，混合均勻后蓋上兩層濾紙，然后放入已萌發(fā)的受體種子(馬唐、稗草為30 粒，反枝莧40 粒，苘麻20粒)。所有處理均重復(fù)3 次，置于(26 ±1)℃恒溫箱中黑暗培養(yǎng)，8 d 后測量受體種子的幼苗根長和幼苗苗高等數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

抑制率=(對照值－處理值)/對照值×100%。

綜合抑制效應(yīng)(SE)是指同一處理濃度對4 種受體3 個測試項目(萌發(fā)率、根長、苗高)的抑制率的算術(shù)平均數(shù)。

采用SPSS 13.0 軟件對受試植物種子萌發(fā)和幼苗生長參數(shù)進(jìn)行ANOVA 分析，所有數(shù)值均表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤;采用Excel 2003 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 小飛蓬水浸提物對4 種受體種子萌發(fā)的影響

小飛蓬水浸提液對馬唐、反枝莧受體種子的萌發(fā)有很強(qiáng)的抑制作用，濃度越高，對萌發(fā)的抑制率越高，對稗草、苘麻種子的萌發(fā)抑制率明顯低于馬唐和反枝莧(圖1)。對于同一受體馬唐，小飛蓬葉片、花和莖對馬唐萌發(fā)率的抑制作用強(qiáng)，顯著高于根的影響(P≤0.05)，25 g·L－1濃度下小飛蓬葉、花和莖水浸提液對馬唐的萌發(fā)抑制率分別為40. 63%、100.00%和25.00%，而根對馬唐幾乎無抑制率，全株對馬唐的抑制率則為12.60%;與對馬唐的萌發(fā)影響一致，25 g·L－1濃度下小飛蓬葉、花和莖水浸提液對反枝莧的抑制率在63.75% ～80.00%，顯著高于根(50.00%)和全株(56.25%)對反枝莧的抑制率，100 g·L－1濃度下小飛蓬葉、花、莖水浸提液對反枝莧的萌發(fā)抑制率均在97.5%以上，而根和全株的抑制率僅分別為47.50%和85.00%，差異顯著。

小飛蓬水浸提液對稗草、苘麻受體種子的萌發(fā)有一定的抑制作用，但顯著低于對馬唐和反枝莧的(P≤0.05)。小飛蓬不同部位葉片、花、莖、根和全株對稗草的萌發(fā)均有一定的抑制作用，不同部位之間差異不大，3 種濃度下抑制率均在12. 50% ～41.67%(圖1)。小飛蓬葉、花水浸提液對苘麻種子的萌發(fā)影響顯著高于莖、根和全株的影響，50 g·L－1濃度下小飛蓬葉和花水浸提液對苘麻種子萌發(fā)抑制率分別為60.00%和50.00%，而莖、根和全株的抑制率僅分別為10.00%、12.50%和10.00%。

4 種不同雜草受體敏感性以馬唐、反枝莧最高，苘麻和稗草次之。50 g·L－1花水浸提液對馬唐和反枝莧的抑制率分別達(dá)到100.00%和93.75%，而對苘麻和稗草的抑制率則分別僅為50. 00% 和27.08%;100 g·L－1劑量下，小飛蓬葉片水浸提液對馬唐和反枝莧的萌發(fā)抑制率均達(dá)到100.00%，對苘麻、稗草的抑制率則分別為75.00%和16.67%。

2.2 小飛蓬水浸提液對受體生長的影響

小飛蓬水浸提液均能抑制4 種雜草幼苗的生長，且抑制強(qiáng)弱與水浸提液濃度及雜草種類有關(guān)。

小飛蓬花對受體根長生長的影響最大(表1)，試驗所設(shè)最低濃度25 g·L－1對4 種雜草馬唐、稗草、反枝莧和苘麻的根長抑制率均在85%以上;葉對受體根長的影響也較大，在浸提液濃度為50 g·L－1下，馬唐、稗草、反枝莧和苘麻的根長抑制率分別為71.43%、52.38%、66.67%、92.31%;莖的影響略低，對反枝莧的影響較大，但對馬唐、稗草等的影響較小;根的影響最小，在試驗所設(shè)最高濃度100 g·L－1時，對受體馬唐的根長抑制率最高，但也僅達(dá)到71.43%，全株對受體根長的影響與根相近。4 種雜草受體敏感性比較，反枝莧、苘麻和馬唐高于稗草。

圖1 小飛蓬不同部位水浸提液對4 種雜草種子萌發(fā)的影響Fig.1 Effects of aqueous extracts from different parts of C.canadensis on seed germination of four weeds

表1 小飛蓬不同部位水浸提液對4 種受體雜草種子根長的抑制率Table 1 Effects of aqueous extracts from C. canadensis different parts on root lengths of four weeds %

小飛蓬不同部位浸提液對受體幼苗苗高生長的影響研究發(fā)現(xiàn)(表2)，花水浸提液對受體的影響最強(qiáng)，試驗所設(shè)3 種濃度對馬唐、反枝莧和苘麻的抑制率均接近100%，但對稗草的影響小;其次是葉和莖，其中葉對苘麻苗高的抑制作用顯著強(qiáng)于莖，但對稗草、反枝莧的抑制作用弱于莖;抑制效果較小的是根和全株。受體中反枝莧的敏感性最高，苘麻和馬唐次之，稗草最弱。

總體來說，小飛蓬同一部位在同一濃度下對同一受體根長的抑制率基本高于對苗高的抑制率。

綜合比較以上3 個指標(biāo)，在同一濃度下，小飛蓬花、葉和莖水浸提液對受體植物的影響最大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于根和全株的影響，且差異顯著(P≤0.05)，其中花的影響略高于葉和莖(圖2)。25 g·L－1濃度下，小飛蓬花、葉和莖的綜合抑制效應(yīng)分別為78. 01%、48.38%和44.54%，顯著高于根(14.79%)和全株(19.70%)的綜合抑制效應(yīng)(P≤0.05);50 g·L－1濃度下，小飛蓬花、葉和莖的綜合抑制效應(yīng)分別為80.99%、66. 10% 和59. 71%，顯 著 高 于 根(32.36%)和全株(39.23%)的綜合抑制效應(yīng);100 g·L－1濃度下，小飛蓬花、葉、莖的綜合抑制效應(yīng)分別為87.64%、80.65% 和72. 19%，顯 著 高 于 根(48.24%)和全株(64.08%)的綜合抑制效應(yīng)。

圖2 小飛蓬不同部位水浸提液對雜草的綜合效應(yīng)Fig.2 Synthetic effect of aqueous extract of C. Canadensis on four weeds

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，小飛蓬的單一組織花、葉、莖均對4 種受體植物的種子萌發(fā)和幼苗生長產(chǎn)生明顯的抑制作用，其中花、葉和莖水浸提液對受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長的化感作用較其他部位顯著，根和全株對受體的影響很小，說明起主要抑制作用的部位是花、葉和莖等地上部分，推斷小飛蓬可能與紫莖澤蘭(Ageratina adenophora)［21］一樣，在自然群落中花、葉和莖等地上部分通過雨、露、霧的沖洗將化感活性物質(zhì)釋放到土壤中，抑制周圍植物的萌發(fā)及生長。已有的研究結(jié)果［22］也顯示，不同的植物釋放化感活性物質(zhì)是通過不同的途徑實現(xiàn)的，所有植物不同部位的化感潛勢及其強(qiáng)度存在一定的差異，植物的化感作用一般會集中表現(xiàn)于植株的某一部位，如三裂葉豚草(Ambrosia trifida)的化感活性物質(zhì)主要集中于莖和葉［23］、落葉松(Larix laricina)則集中于莖［24］、黑芥(B. nigra)集中于葉和花［25］，銀膠菊(Parthenium hysterophorus)集中于葉片和果實［17］。

小飛蓬不同部位浸提液對受體植物的抑制效果比較得出，起抑制作用的主要部位是小飛蓬的花、葉和莖等地上部分，但本結(jié)論與以前報道［17］的根系分泌是小飛蓬向外界釋放物質(zhì)影響其他植物的主要途徑(其次是莖葉淋溶和殘株分解)存在差異，根系分泌這一釋放途徑涉及到土壤和微生物的共同作用，而起抑制作用的物質(zhì)是從植物直接而來還是經(jīng)微生物或土壤的作用間接而來，這本身是一個很復(fù)雜的問題，有待進(jìn)一步考證。另一個原因也可能是自然界中根系分泌物起到的抑制作用是緩慢的，而在實驗室條件下，其作用無法表達(dá)，或者某些化感物質(zhì)進(jìn)入土壤后經(jīng)土壤動物和微生物作用，性質(zhì)和化感強(qiáng)度會發(fā)生變化，影響化感物質(zhì)的遷移并減弱其化感潛能［26］。本研究結(jié)果對認(rèn)識小飛蓬不同部位抑制效果的差異性和全面深入研究小飛蓬的入侵特性具有積極意義。

本研究中小飛蓬水浸提液對4 種受體雜草馬唐、稗草、反枝莧和苘麻種子萌發(fā)和幼苗生長均表現(xiàn)為抑制作用，其中對馬唐和反枝莧的抑制作用較強(qiáng)，這應(yīng)該也是小飛蓬能夠在自然系統(tǒng)中成功入侵并且很快形成單一群落的原因之一。另外，小飛蓬水浸提液對馬唐、反枝莧的抑制作用明顯強(qiáng)于對稗草和苘麻的作用，這說明小飛蓬化感活性物質(zhì)與已經(jīng)報道的化感物質(zhì)［24］一樣，具有選擇性和專一性。

本試驗對4 種雜草進(jìn)行了室內(nèi)生物測定，初步斷定小飛蓬對受體產(chǎn)生抑制效果的主要部位是花、葉和莖，但全面了解小飛蓬并利用其的抑制活性物質(zhì)，還需對其主要成分進(jìn)行分離、純化和分析鑒定并做進(jìn)一步研究。

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