玉米秸稈水浸提液對3種小麥種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

鄭曦　錢力　李小花

摘要：為了探討玉米秸稈還田的可能性，研究不同濃度的玉米秸稈水浸提物對3種小麥（周麥16、煙輻188、冀麥38）種子萌發(fā)和幼苗生長的影響。結果表明：玉米秸稈浸提液對周麥16、煙輻188、冀麥38種子的發(fā)芽率、幼苗根長、芽長的生長，以及幼苗葉片的葉綠素含量、過氧化物酶活性均有一定的抑制作用，且隨著玉米秸稈浸提液濃度的增大，抑制作用加強；此外還發(fā)現，玉米秸稈還田對下茬輪種作物小麥的生長會產生不利影響。 關鍵詞：小麥；玉米秸稈浸提液；化感作用；葉綠素含量；過氧化物酶 中圖分類號： Q945.3；S512.104.3 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）07-0093-03化感作用是指植物、微生物、病毒或真菌通過向環(huán)境中釋放一些特殊的化學物質而對其他植物或微生物產生直接或間接的、有益或有害的作用[1]。植物化感作用普遍存在于自然界，是一種重要的生態(tài)機制，研究表明，眾多植物具有化感潛力[2-6]。自20世紀80年代以來，在農業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的影響下，農作物秸稈直接還田的耕作方式替代了傳統(tǒng)的焚燒方式，在國內得到了廣泛的推廣和運用[7-8]。我國每年農作物秸稈產量高達9億t，其中玉米秸稈占到60%～70%，而被利用的20%～30%中大部分秸稈的利用途徑是作為肥料還田，通過提高土壤養(yǎng)分而增加作物產量的。秸稈還田在改善土壤理化性質的同時，其殘體可以向環(huán)境中釋放一些次生代謝產物，從而對后茬作物產生影響。有學者認為，秸稈還田導致秸稈還田地塊小麥根部病害加重[9]；而有學者卻發(fā)現，禾本科作物秸稈可以減輕土傳病害的發(fā)生[10]；還有研究發(fā)現，玉米秸稈整株還田可以有效促進土壤理化性狀的改善，使后茬小麥增產10%[11]；但也有研究發(fā)現，秸稈還田量過高導致接茬作物產量的下降[12]，玉米秸稈腐解液對小麥種子萌發(fā)、根干質量均具有抑制作用[9]；一定比例的轉Bt基因的玉米秸稈還田對后茬作物的萌發(fā)沒有不利影響[13]，這與小麥品種及玉米秸稈的使用量有關。徐州地區(qū)通常進行夏玉米與冬小麥1年2熟輪作，玉米秸稈極多，本試驗以徐州地區(qū)廣泛種植的3種小麥（周麥16、煙輻188、冀麥38）為研究對象，研究玉米秸稈的水浸提液對其種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，以期為玉米秸稈的綜合利用提供理論基礎。1 材料與方法1.1 試驗材料小麥種子（周麥16、煙輻188、冀麥38）購買于江蘇省徐州市種子公司。2012年10月收集玉米秸稈，自然風干后于陰涼干燥處貯存?zhèn)溆?。試驗前用剪刀剪碎并稱質量，放入玻璃器皿中，以1 ∶10的比例加入蒸餾水，使其質量濃度為10%。放置90 h，每12 h搖動10 min，過濾得到水溶物溶液，以此為母液配制4個處理組，使其質量濃度分別為5、10、20、40 g/L；以蒸餾水為對照。1.2 試驗方法1.2.1 浸提液對3種小麥種子萌發(fā)和幼苗生長影響的生物測定 用培養(yǎng)皿濾紙法[14]進行玉米秸稈水浸提液處理試驗。每個培養(yǎng)皿內放入20粒同一品種且已露白、大小一致、飽滿的小麥種子，加入20 mL不同質量濃度的處理液，以蒸餾水為對照，每組重復3次。小麥種子播種24 h后開始記錄發(fā)芽率，每天定時觀察，直至對照組種子的發(fā)芽率不再變化為止，記錄此時的發(fā)芽率。小麥種子發(fā)芽生長7 d后，各處理分別隨機抽取20株（不足20株的全部測定），測量其根長、芽長。1.2.2 浸提液對3種小麥幼苗葉綠素含量、過氧化物酶活性影響的生物測定 采用盆栽測定，選用直徑為20 cm的塑料盆，每盆裝土550 g，挑選30粒已露白、大小一致、飽滿的小麥種子播于盆內，分別于播種后0、5、10、15 d澆灌50 mL不同濃度的浸提液，以蒸餾水澆灌為對照，每組重復3次，隨機區(qū)組排列，常規(guī)管理。于播后20 d測定小麥葉片葉綠素含量與過氧化物酶活性[15]。1.3 數據處理采用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件分別進行不同處理間小麥種子萌發(fā)和幼苗生長特性差異的顯著性分析。2 結果與分析2.1 玉米秸稈浸提液對小麥種子萌發(fā)的影響由圖1可知，玉米秸稈浸提液對周麥16、煙輻188、冀麥38種子的萌發(fā)均有顯著的抑制作用，且小麥種子的發(fā)芽率與玉米秸稈浸提液的濃度呈顯著的負相關關系，3個品種的r2分別為 0.973 6、0.935 6、0.979 1；當浸提液濃度為40 g/L時，煙輻188小麥種子已不再萌發(fā)。2.2 玉米秸稈浸提液對小麥幼苗芽長生長的影響由圖2可知，一定濃度范圍的玉米秸稈浸提液對周麥16、煙輻188、冀麥38幼苗芽的生長均有顯著的抑制作用，且芽長與玉米秸稈浸提液的濃度呈顯著的負相關關系，3個品種的r2分別為0.903 6、0.982 3、0.889 5。2.3 玉米秸稈浸提液對小麥幼苗根長生長的影響由圖3可知，玉米秸稈浸提液對周麥、煙輻188、冀麥38幼苗根的生長均有顯著的抑制作用，且根長與玉米秸稈浸提液的濃度呈顯著的負相關關系，3個品種的r2分別為0.916 8、0904、0845 6。2.4 玉米秸稈浸提液對小麥葉綠素含量的影響葉綠素是綠色植物進行光合作用的基礎物質，其含量決定葉片的光合速率，進而影響葉片的光合作用能力和干物質的積累，可以在一定程度上反映葉片的衰老程度[16]，測定小麥葉片葉綠素含量可為挖掘不同品種小麥生理特性和生產潛力提供科學依據。從圖4-a可見，玉米秸稈浸提液對周麥16葉片葉綠素含量的影響極為明顯，添加少量的玉米秸稈浸提液（5 g/L）后，周麥16葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b的含量與對照相比分別下降36.1%、25.9%、32.7%；而當玉米秸稈浸提液濃度為 40 g/L 時，葉片葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b的含量與對照相比大幅下降，比對照分別下降593%、91.5%、68.7%。 由圖4-b可見，在一定濃度范圍內，玉米秸稈浸提液顯著降低了煙輻188幼苗葉片中的葉綠素含量，且煙輻188幼苗葉片中葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b的含量隨著玉米秸稈浸提液濃度的增加而降低，呈明顯的負相關關系，r2分別為0.976 6、0.939 9、0.972 6。當玉米秸稈浸提液濃度為40 g/L時，煙輻188已無葉片長出。由圖4-c可見，玉米秸稈浸提液對冀麥38葉片葉綠素含量的影響也很明顯，但與周麥16、煙輻188相比，其受到的影響相對最小。較低濃度的玉米秸稈浸提液（≤10 g/L）后，冀麥38葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b的含量沒有受到明顯的影響；在玉米秸稈浸提液濃度為20 g/L時，冀麥38葉片中葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b的含量與對照相比分別只下降28.2%、14.3%、23.8%?？傮w看出，玉米秸稈浸提液對3種小麥幼苗葉片葉綠素含量有一定的抑制作用，浸提液濃度越大，抑制作用越強，浸提液對冀麥38葉綠素含量的抑制作用相對于其他2個品種要弱。2.5 玉米秸稈浸提液對小麥過氧化物酶活性的影響過氧化物酶是植物體內膜脂過氧化過程中重要的保護酶之一，是植物體內消除過氧化物、降低活性氧傷害的一種關鍵酶，對保護膜結構的穩(wěn)定性至關重要[17]。 從圖5可以看出，玉米秸稈浸提液明顯降低了周麥16葉片POD酶的活性，且POD酶活性隨著浸提液濃度的增加而減弱，玉米秸稈浸提液濃度為40 g/L時小麥葉片POD酶活性大幅減弱，與對照相比減弱79.1%。 由圖5還可見，較低濃度的玉米秸稈浸提液（≤10 g/L）對煙輻188葉片中POD的活性無明顯的影響，而當玉米秸稈浸提液濃度為20、40 g/L時，葉片中POD的酶活性顯著大幅減弱，與對照相比分別減弱38.9%、76.7%。5 g/L玉米秸稈浸提液對冀麥38葉片POD的酶活性無明顯的影響，但隨著浸提液濃度的升高，冀麥38葉片POD的酶活性逐漸減弱（圖5），呈明顯的負相關關系，r2為0865 9。 經過玉米秸稈浸提液處理的周麥16、煙輻188、冀麥38中的過氧化物酶活性隨著浸提液濃度的增大而逐漸減弱。過氧化物酶是植物在逆境條件下酶促防御系統(tǒng)的關鍵酶之一，它與超氧化物歧化酶、過氧化氫酶相互協(xié)調配合，能夠清除過剩的自由基，提高植物的抗逆性。本試驗結果表明，經過玉米秸稈浸提液的處理，3種小麥幼苗的POD酶活性減弱，清除自由基的能力受到抑制，生長受到影響，對幼苗的進一步生長不利。3 結論將適量的前茬作物的殘茬留在田里或以殘體覆蓋地表，可以提高土壤有機質的含量，增強土壤肥力。有研究表明，農田作物覆蓋可提高土壤有機碳含量，從而提高作物產量[18-20]。然而本研究結果卻表明，玉米秸稈水浸提液對小麥品種周麥16、煙輻188、冀麥38種子的萌發(fā)率、根長、芽長、小麥幼苗葉片的葉綠素含量、過氧化物酶活性均有一定的抑制作用，玉米秸稈還田須要進一步的探討。參考文獻：[1]Torres A，Oliva R M，Castellano D，et al. Proceedings of the first world congress on allelopathy-A science for the future[C].Spain：International Allelopathy Society，1996：278.[2]付為國，田遠飛，湯涓涓，等. 蘆葦浸提液對虉草種子萌發(fā)及幼苗生長生理特性的影響[J]. 廣西植物，2013，33（2）：154-158.[3]Renne I J，Sinn B T，Shook G W，et al. Eavesdropping in plants：delayed germination via biochemical recognition[J]. Journal of Ecology，2014，102（1）：86-94.[4]Mudrák O，Frouz J. Allelopathic effect of Salix caprea litter on late successional plants at different substrates of post-mining sites：pot experiment studies[J]. Botany，2012，90（4）：311-318.[5]Mahmood A，Cheema Z A，Farooq M N M M，et al. Maize-sorghum intercropping systems for purple nutsedge management[J]. Archives of Agronomy and Soil Science，2013，59（9）：1279-1288.[6]王 云，符 亮，龍鳳玲，等. 2種婆婆納屬植株水浸提液對6種受體植物的化感作用[J]. 西北農林科技大學學報：自然科學版，2013，41（4）：178-190.[7]韓魯佳，閆巧娟，劉向陽，等. 中國農作物秸稈資源及其利用現狀[J]. 農業(yè)工程學報，2002，18（3）：87-91.[8]劉 芳，張長生，陳愛武，等. 秸稈還田技術研究及應用進展[J]. 作物雜志，2012（2）：18-23.[9]張承胤，代 麗，甄文超.玉米秸稈還田對小麥根部病害化感作用的模擬研究[J]. 中國農學通報，2007，23（5）：298-301.[10]袁 飛，張春蘭，沈其榮.酚酸物質減輕黃瓜枯萎病的效果及其原因分析[J]. 中國農業(yè)科學，2004，37（4）：545-551.[11]馬永良，師宏奎，張書奎，等. 玉米秸稈整株全量還田土壤理化性狀的變化及其對后茬小麥生長的影響[J]. 中國農業(yè)大學學報，2003，8（增刊）：42-46.[12]高茂盛，廖允成，吳清麗，等. 麥秸翻壓還田對隔茬冬小麥旗葉抗性的生理效應[J]. 生態(tài)學報，2007，27（10）：4197-4202.[13]陳小文，祁 鑫，王海永，等. 轉Bt基因玉米秸稈浸提液對小麥種子萌發(fā)的影響[J]. 中國農業(yè)大學學報，2011，16（6）：20-24.[14]曾任森. 化感作用研究中的生物測定方法綜述[J]. 應用生態(tài)學報，1999，10（1）：123-126.[15]張志良，瞿偉菁. 植物生理實驗指導[M]. 北京：高等教育出版社，2003：69-70.[16]王法宏，任德昌，王旭清，等. 施肥對小麥根系活性、延緩旗葉衰老及產量的效應[J]. 麥類作物學報，2001，21（3）：51-54.[17]王法宏，王旭清，李松堅，等. 小麥根系擴展深度對旗葉衰老及光合產物分配的影響[J]. 麥類作物學報，2003，23（1）：53-57.[18]Diekow J，Mielniczuk J，Knicker H，et al. Soil C and N stocks as affected by cropping systems and nitrogen fertilisation in a southern Brazil Acrisol managed under no-tillage for 17 years[J]. Soil and Tillage Research，2005，81（1）：87-95.[19]Balbinot A A Jr，da Veiga M，de Moraes A，et al. Winter pasture and cover crops and their effects on soil and summer grain crops[J]. Pesquisa Agropecuária Brasileira，2011，46（10）：1357-1363.[20]江永紅，宇振榮，馬永良. 秸稈還田對農田生態(tài)系統(tǒng)及作物生長的影響[J]. 土壤通報，2001，32（5）：209-213.endprint