問荊化感作用對大豆生殖后期形態(tài)、生理和產(chǎn)量性狀的影響

隋海霞　岳中輝　郭立波　王慧一　焦浩　劉寶林

摘要：為了探討問荊對大豆生殖后期生長的化感效應(yīng)，采用溫室盆栽法，研究問荊夏枝水浸液對‘北豆42（BD）、‘北交8032（BJ）、‘登科1號（DK1）、‘登科3號（DK3）和‘黑河43（HH）5個品種大豆生殖后期形態(tài)、生理指標及產(chǎn)量性狀的影響。結(jié)果表明，問荊水浸液處理后，各品種大豆的株高、葉面積、葉綠素含量、單株粒數(shù)、單株結(jié)莢數(shù)、有效結(jié)莢數(shù)、結(jié)莢高度都降低；MDA含量、wss含量增加，過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性先升高后降低?！苯?032在0.04k∥L、0.07k∥L問荊水浸液處理后產(chǎn)量性狀的株高顯著降低（P<0.05），‘北豆42在0.07kg/L問荊水浸液處理后節(jié)數(shù)顯著降低（P<0.05），其他品種大豆最終株高、節(jié)數(shù)變化較小。[結(jié)論]說明在低濃度問荊水浸液下大豆有一定的抗性，但是問荊的化感效應(yīng)對大豆生長有很大影響。

關(guān)鍵詞：化感作用；問荊；大豆

中圖分類號：Q945.79 文獻標志碼：A 論文編號：cias15020001

0 引言

問荊（Equisetum arvense L.）為木賊科多年生草本植物，以根莖繁殖為主，蔓延迅速，由于不斷從田邊地頭侵入農(nóng)田，現(xiàn)已成為黑龍江省農(nóng)田主要雜草，主要為害大豆、小麥、玉米、馬鈴薯、油菜等農(nóng)作物。在問荊的生長過程中，問荊與作物競爭生存空間，同時又會向環(huán)境中釋放某些化感物質(zhì)影響對方的生長。植物或微生物通過向環(huán)境中釋放一些特殊的化學物質(zhì)而對其他植物或微生物產(chǎn)生直接或間接的、有益或有害的作用被稱為化感作用，在自然生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。

有研究發(fā)現(xiàn)，問荊具有較強的化感作用：俄羅斯的科學家發(fā)現(xiàn)問荊的水提取物可以抑制30多種雜草種子的萌發(fā)；劉亮等研究發(fā)現(xiàn)問荊地上部的丙酮、氯仿溶劑提取物可以抑制蘿卜、萵苣、馬唐、稗草幼苗的株高和根長的生長；鄭景瑤等研究發(fā)現(xiàn)問荊根莖水浸液可以抑制小麥的種子萌發(fā)和幼苗生長；焦浩等研究發(fā)現(xiàn)問荊根莖水浸液可以抑制小麥的葉面積、葉長、干物質(zhì)積累等?？梢娤嚓P(guān)研究主要集中在問荊對小麥、蘿卜、萵苣等的種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，而問荊對大豆生殖后期的化感作用的研究較少。為此，筆者以盆栽大豆為受體，研究了問荊水浸提液對大豆生殖后期生長、生理生化指標及產(chǎn)量的化感作用，旨在明確問荊對大豆生殖生長及產(chǎn)量的影響，減少因問荊化感作用影響大豆生殖生長所造成的減產(chǎn)的危險，以期為大豆抗草品種選育提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2013年在中儲糧北方農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司科技園區(qū)實驗室內(nèi)進行，以‘北豆42（BD）、‘北交8032（BJ）、‘登科1號（DK1）、‘登科3號（DK3）和‘黑河43（HHl為試驗材料，在盆栽條件下于5月4日播種，9月20日全部收獲，土壤類型為黑土，采自園區(qū)農(nóng)田內(nèi)，過5 mm篩后拌入二銨、尿素、磷酸鉀混合肥，裝入直徑25 cm，深30 cm的聚乙烯盆內(nèi)，在每盆中播種6粒大豆種子，每個品種播100盆，用于對照和4個濃度問荊水浸液處理，各20次重復(fù)，共5個品種500盆。播種后用井水潤濕土壤，每隔5天澆一次水，待大豆苗高5 cm時，間苗后保證每盆1株大豆幼苗，每隔10天澆灌1次不同濃度的問荊水浸液代替水，其余處理同對照組。

問荊水浸液的制備：稱取新鮮的問荊夏枝1.0 kg，用剪刀剪成5mm的小段，加水10L，充分攪動，室溫下浸泡12 h，浸泡期間多次攪動，過濾。將濾液分別配制成0.01、0.02、0.04、0.07 kg/L的水浸液。

1.2 大豆各指標的測定

在大豆生長的生殖后期用游標卡尺測定大豆的株高，用葉面積儀測定大豆的葉面積。

葉綠素含量、丙二醛（MDA）含量、可溶性糖（WSS）含量、過氧化物酶（POD）活性、過氧化氫酶（CAT）活性的測定參照張志良等的方法。

大豆生長發(fā)育期間，記載生育進程。大豆成熟后每品種每濃度隨機連續(xù)取樣10株，自然風干后進行室內(nèi)考種，調(diào)查單株性狀（單株粒數(shù)、單株結(jié)莢數(shù)、有效結(jié)莢數(shù)、株高、結(jié)莢高度、節(jié)數(shù)）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用Duncan氏多重差異顯著性檢驗進行同一指標不同處理間差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 問荊水浸液對大豆生殖后期形態(tài)的影響

問荊水浸液處理后（表1），大豆株高都呈下降趨勢。品種BD、BJ、DK1和DK3的株高在0.07 kg/L濃度處理后與對照相比都顯著降低（P<0.05），在其余濃度處理后與對照相比差異不顯著。但品種HH的株高在各濃度處理后與對照相比差異都不顯著。

問荊水浸液處理后（表1），大豆葉面積都有減小的趨勢。品種BD、DK3和HH的株高在0.02、0.04、0.07 kg/L濃度處理后與對照相比都顯著降低（P<0.05），品種BJ在0.04、0.07 kg/L濃度處理后與對照相比都顯著降低（P<0.05），在其余濃度處理后與對照相比差異不顯著。但品種DKI的株高在各濃度處理后與對照相比差異都不顯著。

2.2 問荊水浸液對大豆生殖后期生理的影響

2.2.1 問荊水浸液對大豆生殖后期葉片葉綠素含量的影響問荊水浸液處理后（圖1），生殖后期各品種大豆的葉綠素含量都呈逐漸降低趨勢。品種BD、BJ、DK1的葉綠素含量在各濃度處理后與對照相比均顯著減少（P<0.05）。品種DK3的葉綠素含量在0.02、0.04、0.07 kg/L濃度處理后與對照相比顯著減少（P<0.05），品種HH的葉綠素含量在0.07 kg/L濃度處理后與對照相比顯著減少（P<0.05），其余濃度處理后與對照相比差異不顯著。

2.2.2 問荊水浸液對大豆生殖后期丙二醛（MDA）含量的影響問荊水浸液處理后（圖2），生殖后期各品種大豆的丙二醛含量都呈增加趨勢。品種DK1和HH的丙二醛含量在0.07 kg/L濃度處理后與對照相比顯著增加（P<0.05），在其余濃度處理后與對照相比差異不顯著。而品種BD在各濃度處理后與對照相比都沒有達到差異顯著水平。

2.2.3 問荊水浸液對大豆生殖后期期可溶性糖（WSS）含量的影響問荊水浸液處理后（圖3），生殖后期各品種大豆的可溶性糖含量都呈增加趨勢。品種BJ的可溶性糖含量在各濃度處理后與對照相比顯著增加（P<0.05）。品種DK1的可溶性糖含量在高濃度（0.04、0.07 kg/L）處理后與對照相比顯著增加（P<0.05），品種DK3的可溶性糖含量在0.02、0.07 kg/L濃度處理后與對照相比顯著增加（P<0.05），品種HH的可溶性糖含量在0.07 kg/L濃度處理后與對照相比顯著增加（P<0.05），在其余濃度處理后與對照相比差異不顯著。而品種BD在各濃度處理后與對照相比都沒有達到差異顯著水平。

2.2.4 問荊水浸液對大豆生殖后期期過氧化物酶（POD）活性的影響問荊水浸液處理后（圖4），生殖后期各品種大豆的過氧化物酶活性都呈先升高后降低趨勢。品種BD、BJ的過氧化物酶活性在0.02 kg/L濃度處理后與對照相比顯著升高（P<0.05），DK1的過氧化物酶活性在0.01、0.02 kg/L濃度處理后與對照相比顯著升高（P<0.05），在其余濃度處理后與對照相比差異不顯著。品種DK3的過氧化物酶活性在0.07 kg/L濃度處理后與對照相比顯著降低（P<0.05），在其余濃度處理后與對照相比差異不顯著。品種HH的過氧化物酶活性在0.01、0.02 kg/L濃度處理后與對照相比顯著升高（P<0.05），在0.07 kg/L濃度處理后與對照相比顯著降低（P<0.05），在其余濃度處理后與對照相比差異不顯著。

2.2.5 問荊水浸液對大豆生殖期過氧化氫酶（CAT）活性的影響問荊水浸液處理后（圖5），生殖后期各品種大豆的過氧化氫酶活性都呈先升高后降低趨勢。品種BD的過氧化氫酶活性在0.02 kg/L濃度處理后與對照相比顯著升高（P<0.05），在其余濃度處理后與對照相比差異不顯著。品種DK3的過氧化氫酶活性在0.07 kg/L濃度處理后與對照相比顯著降低（P<0.05），在其余濃度處理后與對照相比差異不顯著。品種BJ、DKI和HH的過氧化氫酶活性在各濃度處理后與對照相比均差異不顯著。

2.3 問荊水浸液對大豆產(chǎn)量性狀的影響

2.3.1 問荊水浸液對大豆單株粒數(shù)的影響問荊水浸液處理后，大豆單株粒數(shù)都呈減少趨勢（表2）。但品種BD和BJ的單株粒數(shù)在各濃度處理后與對照相比差異都不顯著。品種DKl和HH的單株粒數(shù)在0.02、0.04、0.07 kg/L濃度處理后與對照相比都顯著降低（P<0.05），在其余濃度處理后與對照相比差異不顯著。品種DK3的株高隨濃度升高而逐漸降低，與對照相比都顯著降低（P<0.05）。

2.3.2 問荊水浸液對大豆單株結(jié)英數(shù)的影響問荊水浸液處理后，大豆單株結(jié)莢數(shù)都呈減少趨勢（表2）。但品種BD、BJ和HH的單株結(jié)莢數(shù)在各濃度處理后與對照相比差異都不顯著。品種DKl的單株結(jié)莢數(shù)在0.07 kg/L濃度處理后與對照相比都顯著降低（P<0.05），DK3的單株結(jié)莢數(shù)在0.04、0.07 kg/L濃度處理后與對照相比都顯著降低（P<0.05），在其余濃度處理后與對照相比差異不顯著。

2.3.3 問荊水浸液對大豆有效結(jié)英數(shù)的影響問荊水浸液處理后，大豆有效結(jié)莢數(shù)都呈減少趨勢（表2）。但品種BD、BJ和HH的有效結(jié)莢數(shù)在各濃度處理后與對照相比差異都不顯著。品種DKl和DK3的有效結(jié)莢數(shù)在0.07 kg/L濃度處理后與對照相比都顯著降低（P<0.05），在其余濃度處理后與對照相比差異不顯著。

2.3.4 問荊水浸液對大豆株高的影響問荊水浸液處理后，大豆株高都呈降低趨勢（表2）。但品種BD、DK1、DK3和HH的株高在各濃度處理后與對照相比差異都不顯著。品種BJ的株高在0.04、0.07 kg/L濃度處理后與對照相比都顯著降低（P<0.05），在其余濃度處理后與對照相比差異不顯著。

2.3.5 問荊水浸液對大豆結(jié)莢高度的影響問荊水浸液處理后，大豆結(jié)莢高度都呈降低趨勢（表2）。但品種DK3和HH的結(jié)莢高度在各濃度處理后與對照相比差異都不顯著。品種BD的結(jié)莢高度在0.07 kg/L濃度處理后與對照相比都顯著降低（P<0.05），BJ的結(jié)莢高度在0.04、0.07 kg/L濃度處理后與對照相比都顯著降低（P<0.05），在其余濃度處理后與對照相比差異不顯著。品種DKl的結(jié)莢高度隨濃度升高而逐漸降低，與對照相比都顯著降低（P<0.05）。

2.3.6 問荊水浸液對大豆節(jié)數(shù)的影響問荊水浸液處理后，大豆節(jié)數(shù)都呈減少趨勢（表2）。但品種BJ、DK1、DK3和HH的節(jié)數(shù)在各濃度處理后與對照相比差異都不顯著。品種BD的節(jié)數(shù)在0.07 kg/L濃度處理后與對照相比都顯著降低（P<0.05），在其余濃度處理后與對照相比差異不顯著。

3 結(jié)論與討論

生殖生長時期是大豆產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時期，本試驗通過對盆栽大豆進行問荊水浸液處理，初步研究了問荊水浸液對大豆生殖后期生長、生理生化指標和大豆產(chǎn)量性狀的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，問荊夏枝水浸液對各品種大豆的生殖后期株高有一定的抑制作用，這與紫穗槐莖葉水浸液對大豆株高具有抑制作用的研究結(jié)果一致，說明問荊夏枝能夠釋放一定的化感物質(zhì)進入土壤，影響大豆植株的生長，但是最終產(chǎn)量性狀中株高的影響較小，這是本研究中的一個矛盾結(jié)果，其原因有待進一步探討。邵慶勤等研究發(fā)現(xiàn)酚酸類物質(zhì)處理后野燕麥幼苗的葉綠素含量降低，本研究也得到相似結(jié)果，問荊水浸液處理后，大豆葉綠素含量呈逐漸降低的趨勢，葉面積減小。

CAT和POD是植物抗氧化酶系中的關(guān)鍵酶，它能保護細胞免受H₂O₂的毒害。問荊水浸液處理后，低濃度時大豆體內(nèi)的CAT和POD可通過增加活性來抵抗問荊水浸提液的傷害，高濃度時CAT和POD活性下降，這可能是問荊水浸提液的脅迫程度超出大豆保護酶的可調(diào)節(jié)范圍。盡管隨著水浸提液濃度的增加，大豆可溶性糖含量增加，卻還是導致大豆對問荊水浸提液的抗性降低，大豆清除體內(nèi)活性氧的能力降低，最終導致MDA含量升高。

產(chǎn)量性狀分析發(fā)現(xiàn)，問荊水浸液處理后，單株粒數(shù)減少、全株結(jié)莢數(shù)減少、有效結(jié)莢數(shù)減少、結(jié)莢高度降低，株高和節(jié)數(shù)變化較??；產(chǎn)量分析發(fā)現(xiàn)單株粒重隨水浸液濃度升高逐漸降低（另有文章闡述）。這可能是問荊水浸液抑制大豆葉片葉綠素含量、促進MDA含量，影響生殖后期株高和葉面積生長，最終表現(xiàn)在了大豆產(chǎn)量性狀和產(chǎn)量的變化上。在問荊蔓延的豆田中，建議種植‘北豆42以避免對產(chǎn)量的影響。由問荊對大豆生殖后期生長、生理特性及產(chǎn)量性狀的影響可以看出，問荊化感作用機制是一個比較復(fù)雜的生理生化過程，在今后的研究中還需從基因表達等多方面進行更加深入的研究。