小麥秸稈水浸提液對(duì)五種植物化感作用的研究

鄭　曦, 楊茜茜, 李小花

( 江蘇師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院/整合植物研究所, 江蘇 徐州 221116 )

小麥秸稈水浸提液對(duì)五種植物化感作用的研究

鄭曦, 楊茜茜, 李小花

( 江蘇師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院/整合植物研究所, 江蘇 徐州 221116 )

摘要：該文研究了不同濃度的小麥秸稈水浸提液對(duì)徐州地區(qū)2種玉米(鄭單958和農(nóng)大108)和3種常見(jiàn)玉米田間雜草(馬唐、稗草和反枝莧)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明：當(dāng)小麥秸稈浸提液濃度分別大于75、50和25 g·L-1時(shí)，馬唐、稗草和反枝莧種子的萌發(fā)受到顯著的抑制；當(dāng)小麥秸稈浸提液濃度分別大于50和37.5 g·L-1時(shí)，玉米鄭單958和農(nóng)大108種子的萌發(fā)受到顯著的抑制；但當(dāng)小麥秸稈浸提液濃度大于37.5 g·L-1時(shí)，馬唐、稗草和反枝莧幼苗根和芽的生長(zhǎng)均受到明顯的抑制；當(dāng)小麥秸稈浸提液濃度小于75 g·L-1時(shí)，玉米鄭單958和農(nóng)大108幼苗根與芽的生長(zhǎng)受到明顯的促進(jìn)，且鄭單958幼苗葉片中葉綠素的含量以及鄭單958的POD酶活性均得到提高。該研究結(jié)果表明較高濃度的小麥秸稈浸提液(50 g·L-1)會(huì)抑制雜草的生長(zhǎng)，有利于玉米鄭單958的生長(zhǎng)，為小麥秸稈還田和玉米田雜草的生態(tài)防治提供了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：小麥秸稈浸提液， 化感作用， 玉米， 農(nóng)田雜草

化感作用是指植物、微生物，病毒或真菌通過(guò)向環(huán)境中釋放一些特殊的化學(xué)物質(zhì)而對(duì)其它植物或微生物產(chǎn)生直接或間接的、有益或有害的作用(Torres et al，1996)。植物化感作用普遍存在于自然界，是一種重要的生態(tài)機(jī)制。研究表明眾多的植物具有化感潛力(付為國(guó)等，2013； Ian et al，2014； Mudrak et al，2012；王云等，2013；Hao et al，2007)。農(nóng)田雜草是農(nóng)作物產(chǎn)量降低的重要原因之一，雜草通過(guò)在多個(gè)方面與農(nóng)田作物進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，從而影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)。有研究顯示，在巴基斯坦如果田間雜草得到有效控制，全國(guó)的谷物產(chǎn)量將提高37%(Baloch，1993)；日本學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)稗草可使水稻幼苗根和芽的鮮重分別降低76%和78%(Hisashi et al，2013)；雜草危害造成我國(guó)小麥減產(chǎn) 15% 左右，并使小麥品質(zhì)下降(張玉聚等,2003)。人工拔除和化學(xué)除草是目前防除農(nóng)田草害的主要方法，但人工除草代價(jià)昂貴，收效甚微，而化學(xué)合成除草劑的大量使用對(duì)農(nóng)田系統(tǒng)和環(huán)境產(chǎn)生了很大的傷害，同時(shí)化學(xué)除草劑的安全性也有待確定。人們對(duì)利用農(nóng)作物和其他植物的化感作用控制雜草的生長(zhǎng)做了很多的研究(Dube，2012；Ernest et al，2013；Arif et al，2013)。成熟的高粱粉碎后埋入土壤可以抑制40%～50%的雜草生長(zhǎng)，使小麥產(chǎn)量增加15% (Cheema et al，2000)；桑葉作為天然除草劑可控制雜草鴨茅的生長(zhǎng)，并提高小麥的產(chǎn)量(Razia et al，2010)。前茬作物殘?bào)w在控制后茬作物草害發(fā)生的同時(shí)還可提高土壤有機(jī)質(zhì)的含量，增強(qiáng)土壤肥力(Diekow et al，2005； Alvadi et al，2011)。

近年來(lái)，中國(guó)北方旱田通常進(jìn)行夏玉米與冬小麥一年兩熟輪作，農(nóng)田中雜草種類(lèi)較多(曹瑛等,2010；王開(kāi)金等，2002；李茹等，2007)。惡性雜草的發(fā)生面積隨著耕作制度、作物布局的改變和除草劑的大面積使用而迅速擴(kuò)大，對(duì)玉米安全生產(chǎn)構(gòu)成較大威脅。小麥秸稈具有較強(qiáng)的化感作用(Donald et al，1985；李善林等，1996；董立堯等，2005；孫磊等，2006)。若小麥秸稈還田可以抑制玉米田雜草的萌發(fā)，實(shí)行“以草治草”策略，必將對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境產(chǎn)生良好的效益。本研究選擇徐州地區(qū)玉米-小麥輪作時(shí)種植廣泛的兩種玉米種子(鄭單958和農(nóng)大108)以及玉米田常見(jiàn)的馬唐、稗草和反枝莧3種雜草種子為研究對(duì)象，研究小麥秸稈的水浸提液對(duì)其種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，為小麥秸稈還田，實(shí)施玉米田雜草的生態(tài)防治提供理論基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1 材料

2011年秋季采集徐州地區(qū)玉米田常見(jiàn)的雜草種子：馬唐(Digitariasanguinalis)、稗草(Echinochloacrusgalli)和反枝莧(Amaranthusretroflexus)，于陰涼干燥處自然過(guò)冬。玉米種子(鄭單958、農(nóng)大108)購(gòu)自徐州市種子公司。

收集的小麥秸稈，經(jīng)自然風(fēng)干后于陰涼干燥處貯存?zhèn)溆谩?shí)驗(yàn)前用剪刀剪碎稱(chēng)重，放入玻璃器皿中，加入蒸餾水，使其質(zhì)量濃度為 100 g·L-1。放置90 h，每12 h搖動(dòng)10 min，過(guò)濾得到水溶物溶液，以此為母液配制6個(gè)處理組，其質(zhì)量濃度分別為12.5、25、37.5、50、75和100 g·L-1。

1.2 方法

1.2.1 浸提液對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)影響的生物測(cè)定用培養(yǎng)皿濾紙法(曾任森，1999)進(jìn)行小麥秸稈水浸提液處理實(shí)驗(yàn)。每個(gè)培養(yǎng)皿內(nèi)放入20粒同品種大小一致、飽滿的同種受試植物種子，加入20 mL不同質(zhì)量濃度的處理液, 以蒸餾水為對(duì)照, 每組重復(fù)3次。播種24 h后開(kāi)始記錄發(fā)芽率, 每天定時(shí)觀察,直至對(duì)照組種子的發(fā)芽率不再變化為止, 記錄此時(shí)的發(fā)芽率；種子發(fā)芽生長(zhǎng)7 d后, 分別隨機(jī)抽取各處理20株(不足20株的全部測(cè)定)幼苗，測(cè)量其根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)。

1.2.2 浸提液對(duì)玉米幼苗葉綠素含量和過(guò)氧化物酶活性影響的生物測(cè)定采用盆栽法：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、飽滿的玉米種子播于盆內(nèi)，分別于播種后第0、5、10、15天澆灌50 mL不同濃度的小麥秸稈浸提液，以蒸餾水澆灌為對(duì)照，每組重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，常規(guī)管理。于第20天測(cè)定玉米葉片葉綠素含量與過(guò)氧化物酶活性(張志良等，2003)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS17.0軟件統(tǒng)計(jì)，分別進(jìn)行不同處理間種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)特性差異的顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1 小麥秸稈水浸提液對(duì)5種植物種子發(fā)芽率的影響

從圖1可以看出，小麥秸稈浸提液對(duì)5種植物種子的萌發(fā)均有影響。小麥秸稈浸提液分別小于50和75 g·L-1時(shí)， 馬唐和稗草種子的萌發(fā)率比對(duì)照(CK)明顯增加，達(dá)到顯著水平；25和37.5 g·L-1時(shí)，小麥秸稈浸提液處理組對(duì)這馬唐和稗草種子萌發(fā)的促進(jìn)效果最好，相對(duì)于對(duì)照組，其種子的發(fā)芽率分別增加了25.66%～24.5%和28%～29.3%；12.5和25 g·L-1時(shí)，小麥秸稈浸提液處理組對(duì)鄭單958種子萌發(fā)促進(jìn)作用最好，種子的發(fā)芽率分別增加了8%～7 %,與對(duì)照相比達(dá)到顯著水平；低濃度的小麥秸稈浸提液(≤12.5 g·L-1)對(duì)反枝莧種子的萌發(fā)有促進(jìn)作用，相比對(duì)照組增加了10%，與對(duì)照相比達(dá)到顯著水平，而當(dāng)浸提液的濃度≥37.5 g·L-1時(shí)，反枝莧種子的萌發(fā)受到明顯的抑制作用，與對(duì)照相比達(dá)到顯著水平，反枝莧的發(fā)芽率與小麥秸稈浸提液濃度有顯著的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.877 4；低濃度的小麥秸稈浸提液(<50 g·L-1)對(duì)農(nóng)大108種子的萌發(fā)無(wú)影響，而隨著小麥秸稈浸提液濃度的提高，農(nóng)大108種子的發(fā)芽率逐漸降低。除農(nóng)大108外，小麥秸稈浸提液對(duì)其它四種植物種子的萌發(fā)都存在低促高抑的作用，且對(duì)雜草種子萌發(fā)的促進(jìn)作用要強(qiáng)于玉米種子。

圖 1　不同濃度小麥秸稈浸提液對(duì)5種植物種子萌發(fā)的影響　同一樣品中，相同字母表示0.05水平上差異不顯著，不同字母表示0.05水平上差異顯著。下同。 Fig. 1　Effects of wheat straw aqueous extract on seed germination of five plants　Values with different letters show significant difference (P=0.05) in the same plant. The same below.

圖 2　不同濃度小麥秸稈浸提液對(duì)5種植物幼苗芽長(zhǎng)生長(zhǎng)的影響Fig. 2　Effects of wheat straw aqueous extract on shoot length of five plants

2.2 小麥秸稈水浸提液對(duì)5種植物幼苗芽長(zhǎng)的影響

從圖2可以看出，當(dāng)小麥秸稈浸提液濃度>37.5 g·L-1時(shí)，馬唐和稗草芽的生長(zhǎng)受到明顯抑制，相比對(duì)照達(dá)到顯著差異水平；當(dāng)小麥秸稈浸提液濃度>25 g·L-1時(shí)，反枝莧芽的生長(zhǎng)受到明顯抑制，與對(duì)照相比達(dá)顯著水平。只有當(dāng)小麥秸稈浸提液>75 g·L-1時(shí)，兩種玉米幼苗芽的生長(zhǎng)才較對(duì)照CK顯著下降，而較低濃度的小麥秸稈浸提液(≤50 g·L-1)顯著促進(jìn)玉米鄭單958幼苗芽的生長(zhǎng)，玉米農(nóng)大108幼苗芽的生長(zhǎng)基本不受小麥秸稈浸提液的影響，僅12.5 g·L-1的小麥秸稈浸提液比對(duì)照CK顯著促進(jìn)其芽的生長(zhǎng)。

圖 3　不同濃度小麥秸稈浸提液對(duì)5種植物幼苗芽長(zhǎng)生長(zhǎng)的影響Fig. 3　Effects of wheat straw aqueous extract on root length of five plants

項(xiàng)目Item玉米品種Maizecultivar浸提液濃度Concentrationofaqueousextract(g·L-1)對(duì)照CK12.52537.55075100葉綠素含量Contentofchlorophyll鄭單958ZD9581.702b1.917ab2.257a2.35a2.13a1.68ab0.912c農(nóng)大108ND1081.369c1.446bc1.6b1.79a1.412c1.296c1.023dPOD活性ActivityofPOD鄭單958ZD95847.83b48.33b51.83ab54a50.25ab48.1b35.79c農(nóng)大108ND10868.67a65a55.5b54.83b52.34bc50.01cd47.49d

注： 各行數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平上差異顯著。

Note: Values followed by the different small letters within a line are significantly different at 0.05.

2.3 小麥秸稈水浸提液對(duì)5種植物幼苗根長(zhǎng)的影響

從圖3可以看出，相比對(duì)照，小麥秸稈浸提液對(duì)5種植物種子幼苗根的生長(zhǎng)存在低促高抑的影響。在浸提液濃度為25 g·L-1時(shí)，馬唐與稗草幼苗根長(zhǎng)相比對(duì)照增加最多，分別達(dá)到58%和15.2%，為11 mm和4.45 mm，當(dāng)浸提液濃度大于37.5 g·L-1時(shí)，其根長(zhǎng)生長(zhǎng)受到抑制，與對(duì)照相比達(dá)到顯著水平；當(dāng)小麥秸稈浸提液濃度大于25 g·L-1時(shí)，反枝莧根的生長(zhǎng)受到抑制，與對(duì)照相比達(dá)到顯著水平，而且隨著浸提液濃度的增加抑制作用加強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)為0.902 1；而只有當(dāng)小麥秸稈浸提液濃度大于75 g·L-1時(shí)，鄭單958和農(nóng)大108根的生長(zhǎng)才會(huì)受到明顯的抑制，與對(duì)照相比達(dá)到顯著水平，說(shuō)明較低濃度的小麥秸稈浸提液(≤50 g·L-1)顯著促進(jìn)玉米鄭單958幼苗根的生長(zhǎng)。

2.4 小麥秸稈浸提液對(duì)玉米幼苗葉綠素含量和POD酶活性的影響

從表1可以看出，小麥秸稈浸提液(<75 g·L-1)提高了玉米鄭單958幼苗葉片中葉綠素的含量，與對(duì)照CK相比達(dá)到顯著水平，從而提高了其葉的光合作用能力，有利于光合產(chǎn)物的合成，對(duì)玉米鄭單958幼苗的進(jìn)一步生長(zhǎng)有利；對(duì)于玉米農(nóng)大108，25 g·L-1和37.5g·L-1的小麥浸提液促進(jìn)了其葉綠素的合成，與對(duì)照CK相比達(dá)到顯著水平，而當(dāng)浸提液濃度大于75g·L-1時(shí)，葉綠素含量降低，與對(duì)照CK相比達(dá)到顯著水平，其余處理組對(duì)其葉綠素含量無(wú)影響。

從表1可以看出，當(dāng)小麥秸稈浸提液的濃度>75 g·L-1時(shí)，玉米鄭單958POD酶的活性相比對(duì)照CK顯著下降，表明在該濃度小麥秸稈浸提液的影響下，鄭單958 POD的酶活性降低，體內(nèi)因脅迫產(chǎn)生的自由基無(wú)法被有效清除， 幼苗生長(zhǎng)將受到嚴(yán)重影響，而當(dāng)小麥秸稈浸提液的濃度≤75 g·L-1時(shí)，鄭單958的POD酶活性均不低于對(duì)照，表明在此濃度范圍內(nèi)的小麥秸稈浸提液的影響下，鄭單958依靠自身POD酶 的作用來(lái)降低小麥秸稈浸提液對(duì)其生長(zhǎng)產(chǎn)生的不利影響，玉米幼苗的生長(zhǎng)基本不受影響；隨著小麥浸提液濃度的增加，農(nóng)大108的POD酶活性隨之降低，相關(guān)系數(shù)R2為0.916 2?？梢?jiàn)小麥秸稈浸提液對(duì)農(nóng)大108的生長(zhǎng)存在抑制作用，而只有當(dāng)浸提液濃度過(guò)高(>75 g·L-1)時(shí)，才會(huì)對(duì)鄭單958的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。

3討論與結(jié)論

小麥秸稈浸提液不僅對(duì)雜草種子萌發(fā)有一定影響，且對(duì)種子萌發(fā)后幼苗的生長(zhǎng)也有很大影響。小麥秸稈還田在中國(guó)北方小麥、玉米一年兩熟的耕作制度下，對(duì)農(nóng)田系統(tǒng)產(chǎn)生了很大的影響(Shilling，1985；王海燕，2002)。本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小麥秸稈浸提液濃度分別大于75、50和25 g·L-1時(shí)，馬唐、稗草和反枝莧種子的萌發(fā)相比對(duì)照受到顯著抑制作用，當(dāng)小麥秸稈浸提液濃度分別大于50和37.5 g·L-1時(shí)，玉米鄭單958和農(nóng)大108種子的萌發(fā)相比對(duì)照受到顯著抑制作用；當(dāng)小麥秸稈浸提液大于37.5 g·L-1時(shí)，馬唐、稗草和反枝莧幼苗根和芽的生長(zhǎng)均明顯受到抑制，且抑制作用隨著浸提液濃度增加而加強(qiáng)，只有當(dāng)小麥秸稈浸提液濃度大于75 g·L-1時(shí)，玉米鄭單958和農(nóng)大108幼苗根與芽的生長(zhǎng)相比對(duì)照才會(huì)受到顯著的抑制。

葉綠素是綠色植物進(jìn)行光合作用的基礎(chǔ)物質(zhì),葉綠素含量的高低決定了葉片光合速率的大小,其含量高低在一定程度上反映了葉片衰老的快慢(王法宏等，2001)。小麥秸稈浸提液(<75 g·L-1)相比對(duì)照顯著提高了玉米鄭單958幼苗葉片中葉綠素的含量，提高其葉片的光合作用能力，同時(shí)鄭單958體內(nèi)POD酶可以有效地清除因施用小麥秸稈浸提液(≤75 g·L-1)而產(chǎn)生的自由基，對(duì)幼苗的進(jìn)一步生長(zhǎng)有利；而玉米農(nóng)大108僅在小麥浸提液濃度為25 g·L-1和37.5 g·L-1時(shí)，其葉綠素含量與對(duì)照CK相比顯著增加，其余處理組(<75 g·L-1)對(duì)其葉綠素含量無(wú)影響。

過(guò)氧化物酶是植物體內(nèi)膜脂過(guò)氧化過(guò)程中重要的保護(hù)酶之一,是植物體內(nèi)消除過(guò)氧化物、降低活性氧傷害的一種關(guān)鍵酶,對(duì)保護(hù)膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性至關(guān)重要(王法宏等，2003)。隨著小麥浸提液濃度的增加，玉米農(nóng)大108的POD酶活性隨之降低，清除自由基的能力下降，對(duì)其幼苗進(jìn)一步生長(zhǎng)不利。

從上述可知，濃度為50 g·L-1的小麥秸稈浸提液雖然會(huì)促進(jìn)馬唐和稗草種子的萌發(fā)，但會(huì)對(duì)其幼苗根和芽的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，不利于雜草的進(jìn)一步生長(zhǎng)；其對(duì)玉米鄭單958種子萌發(fā)雖無(wú)顯著的促進(jìn)作用，但卻會(huì)促進(jìn)玉米鄭單958幼苗根與芽的生長(zhǎng)，提高其葉片葉綠素的含量和POD的酶活性，有利于玉米幼苗的進(jìn)一步生長(zhǎng)?？梢?jiàn)，選擇適量的小麥秸稈還田既可以抑制玉米田常見(jiàn)雜草的生長(zhǎng)，又不會(huì)對(duì)下茬作物玉米的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利的影響。本研究在徐州地區(qū)小麥-玉米輪種過(guò)程中，若實(shí)施小麥秸稈還田，推薦優(yōu)先選擇玉米品種鄭單958，且小麥秸稈的還田量要通過(guò)實(shí)踐來(lái)進(jìn)一步的確定。

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Allelopathy of wheat straw aqueous extract on five kinds of plants

ZHENG Xi, YANG Xi-Xi, LI Xiao-Hua

(SchoolofLifeSciences/InstituteofIntegratedPlant,JiangsuNormalUniversity, Xuzhou 221116, China )

Abstract:An experiment was carried out to explore effects of wheat straw aqueous extract on the seed germination and seedling growth of two kinds of maize (Zhengdan 958 and Nongda 108), large crabgrass (Digitaria sanguinalis), barnyard grass (Echinochloa crusgalli) and redroot amaranth (Amaranthus retroflexus). The results showed that when the concentration of wheat straw aqueous extract was respective over 75, 50 and 37.5 g·L-1, the seed germination rates of large crabgrass, barnyard grass and redroot amaranth were inhabited, while the concentration was over 50 and 37.5 g·L-1, the seed germination rates of Zhengdan 958 and Nongda 108 were inhabited; but the root and shoot length of large crabgrass, barnyard grass and redroot amaranth decreased obviously when the extract concentration was over 37.5 g·L-1; while the concentration of wheat straw aqueous extract was under 75 g·L-1, the root and shoot length of these two kinds of maize were improved obviously, meanwhile the content of chlorophyll and the POD enzyme activity of maize ZD958 were enhanced, and the higher concentration of wheat straw aqueous extract (50 g·L-1) had an adverse impact on weeds growth, but it was good for the growth of maize Zhengdan 958.

Key words:wheat straw aqueous extract, allelopathy, maize, weeds

DOI:10.11931/guihaia.gxzw201404019

收稿日期:2014-11-24修回日期： 2015-06-24

基金項(xiàng)目：江蘇師范大學(xué)博士學(xué)位教師科研支持項(xiàng)目(11XLR24)；江蘇省自然科學(xué)基金(BK2008121)[Supported by the Project for Teachers with Doctor’s Degrees in Jiangsu Normal University(11XLR24); the Natural Science Foundation of Jiangsu Province(BK2008121)]。

作者簡(jiǎn)介：鄭曦( 1971-),女,江蘇睢寧人，博士,副教授,主要從事植物生態(tài)學(xué)及環(huán)境科學(xué)研究，(E-mail)zhengxi824@163.com。

中圖分類(lèi)號(hào)：Q945.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-3142(2016)03-0329-06

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