黃淮海地區(qū)不同小麥品種對雀麥的化感作用

李 琦，趙 寧，張樂樂，馬 爽，王金信

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，山東泰安 271018)

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黃淮海地區(qū)不同小麥品種對雀麥的化感作用

李 琦，趙 寧，張樂樂，馬 爽，王金信

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，山東泰安 271018)

為明確不同小麥品種對黃淮海冬小麥田常見雜草雀麥(Bromusjaponicus)化感作用的差異，采用培養(yǎng)皿瓊脂共培法，研究了該地區(qū)42個主栽小麥品種對雀麥根長、芽長、根干重及芽干重的影響，并篩選出化感抑制作用較強(qiáng)的小麥品種，為小麥化感種質(zhì)材料的選擇提供依據(jù)，以達(dá)到生態(tài)防控雀麥的目的。結(jié)果表明，不同小麥品種對雀麥根長、芽長、根干重的化感作用存在顯著差異，對芽干重的化感作用不顯著；小麥對雀麥根的化感作用大于對其芽的化感作用。利用RI值作為化感作用指標(biāo)，并結(jié)合聚類分析,可將42個小麥品種按化感能力的強(qiáng)弱分為強(qiáng)、中、弱3類，其中泰農(nóng)19、鄭麥379、鄭麥9023、周麥22、汶農(nóng)17、郯麥98為化感抑制雀麥較強(qiáng)的品種。

黃淮海地區(qū)；小麥；雀麥；化感作用；RI值

同一個生態(tài)系統(tǒng)中，共同生長的植物除了對水分、光照、養(yǎng)分等因素競爭外，還可以通過根系、莖葉等途徑向周圍環(huán)境釋放某些化學(xué)物質(zhì)，進(jìn)而影響自身或其他植株的生長發(fā)育，這種現(xiàn)象稱為植物化感作用(Allelopathy)[1]。

小麥?zhǔn)俏覈匾募Z食作物之一，在糧食種植中占有重要地位。國內(nèi)外研究表明,小麥具有一定的化感潛力[2-5]。20 世紀(jì)60年代，研究發(fā)現(xiàn)小麥殘體的水提取液具有植物毒性[3]；80年代中期人們對小麥化感作用展開系統(tǒng)研究[6]。目前國內(nèi)有關(guān)不同小麥品種化感作用的報道較少。

雀麥(Bromusjaponicus)是一年生禾本科雀麥屬植物，其繁殖力強(qiáng)，傳播速度快，可與小麥爭奪水分、光照、養(yǎng)分和生存空間，嚴(yán)重影響小麥的生長發(fā)育，降低其品質(zhì)和產(chǎn)量[7]。近幾年隨著氣候變暖、耕作制度的改變與除草劑的長期使用，導(dǎo)致麥田雜草群落間演替加速[8]。由于雀麥適應(yīng)性強(qiáng)、莖根發(fā)達(dá)、分蘗結(jié)籽多，對作物有很強(qiáng)的競爭力，在我國多個省份發(fā)生嚴(yán)重，成為麥田難以根除的惡性雜草之一[8-10]。

化學(xué)防除是目前最主要的雜草控制手段，但是長期大量施用除草劑對農(nóng)田土壤及水體造成污染，降低農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。為了保護(hù)環(huán)境并促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，各國學(xué)者正致力于尋求適用于可持續(xù)發(fā)展的雜草防治措施[11-13]。其中利用小麥化感作用控制麥田雜草是一個新途徑，由于該措施主要是利用小麥的自身防御能力，對環(huán)境無污染，因此是一種具有經(jīng)濟(jì)、社會與環(huán)境效益的可持續(xù)農(nóng)業(yè)技術(shù)。

本研究以黃淮海冬小麥種植區(qū)42 個主要種植小麥品種為試材，分析不同小麥品種對雀麥的化感作用，并以小麥對雀麥化感特性的強(qiáng)弱為標(biāo)準(zhǔn)，對這些小麥品種進(jìn)行歸類，篩選出化感抑制潛力大的小麥品種，為小麥化感種質(zhì)材料的選擇提供依據(jù)，以達(dá)到生態(tài)防控雀麥的目的。

1　材料與方法

1.1試驗材料

42個供試小麥品種為黃淮海冬小麥種植區(qū)的主栽品種，由山東省農(nóng)科院提供，具有一定的典型性和代表性，具體名稱見表1。供試雀麥種子采于山東省泰安市周邊小麥田。

表1　黃淮海冬小麥種植區(qū)主要栽培小麥品種

1.2試驗方法

1.2.1試驗準(zhǔn)備

本試驗采用瓊脂共培法[14]。將小麥種子和雀麥種子用2.5% 的次氯酸鈉溶液浸泡，同時用磁力攪拌器攪拌15 min；用無菌水?dāng)嚢铔_洗5 min，重復(fù)3次；將小麥種子和雀麥種子放置在25 ℃的恒溫箱中催芽。配制0.5%的瓊脂溶液，高壓滅菌30 min后倒入直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中(每皿30 mL)，冷卻備用。

1.2.2播 種

每個小麥品種取12粒大小一致、露出胚根的飽滿種子在無菌條件下播種，每皿種3排，每排4粒，使其均勻分布在培養(yǎng)皿中；將12粒雀麥種子以同樣方式播種于小麥種子行間，每皿種3排，每排4粒。每皿加5 mL蒸餾水，以僅雀麥培養(yǎng)為對照。

1.2.3培養(yǎng)與測定

將培養(yǎng)皿置于光照培養(yǎng)箱中，光/暗比為13 h/11 h，晝、夜溫度分別為25 ℃、18 ℃，相對濕度70%。試驗期間或向所有培養(yǎng)皿中加蒸餾水以保持瓊脂濕潤。共生10 d后，取出雀麥,將瓊脂沖洗干凈，測定雀麥的根長、芽長、根干重和芽干重。試驗采用完全隨機(jī)設(shè)計,每個品種4次重復(fù)。

所得數(shù)據(jù)用DPS進(jìn)行方差分析和顯著性測驗，采用SPSS進(jìn)行Q型聚類分析。然后將不同小麥品種化感作用下雀麥根長、芽長、根干重、芽干重的值轉(zhuǎn)化為 RI值后進(jìn)行比較[15]，RI值的計算公式如下:

式中,C為對照值，T為處理值。RI>0表示促進(jìn)作用，RI<0表示抑制作用，其絕對值的大小與作用強(qiáng)度呈正比例關(guān)系。

2　結(jié)果與分析

2.1不同小麥品種對雀麥生長的影響

由表2可知，不同小麥品種對雀麥根長、芽長、根干重的化感作用的差異可達(dá)到顯著水平，對雀麥芽干重化感作用的差異未達(dá)到顯著水平。部分小麥品種表現(xiàn)出較強(qiáng)的化感抑制作用，如眾麥1號、鑫麥296、泰農(nóng)19、山農(nóng)23、臨麥4號、鄭麥314、濟(jì)麥22、鄭麥379、鄭麥9023、周麥22等，對雀麥的根長、芽長、根干重和芽干重均表現(xiàn)出抑制作用。有些品種對雀麥生長具有一定的化感促進(jìn)作用，如豫農(nóng)4023、汶農(nóng)14、山農(nóng)25對雀麥的根長、根干重、芽干重表現(xiàn)出明顯的促進(jìn)作用；豐德存麥1號對雀麥的芽長、根干重、芽干重表現(xiàn)出明顯的促進(jìn)作用；鄭麥366則對4個被測指標(biāo)均具有促進(jìn)作用。在4個被測指標(biāo)中，不同小麥品種對雀麥根干重的化感作用差異最大，與對照相比，對根干重的抑制率為 -50.01%～56.15%，對根長的抑制率為-14.20%%～53.02%，對芽長的抑制率為 -3.90%～25.04%，對芽干重的抑制率為-39.30%～22.35%。

2.2不同小麥品種的化感特性分類

從圖1中可以看出，42個小麥品種對雀麥根長和根干重的RI值介于-0.562～0.333，芽長和芽干重的RI值介于-0.250～0.282，說明小麥對雀麥地下部分的化感作用大于地上部分。

表2　42個小麥品種對雀麥的化感作用

(續(xù)表2Continued table 2)

小麥品種編號No.ofwheatvarieties雀麥生長指標(biāo) GrowthstatusofJapanesebrome根長Rootlength/cm芽長Shootlength/cm根干重Rootdryweight/mg芽干重Shootdryweight/mg165.77±0.25cdefghij3.70±0.11efghijk9.17±3.13abcdefgh24.78±6.87ab174.93±0.20lmnopq3.84±0.23bcdefghi7.06±3.54defghijkl26.04±11.20ab185.36±0.48ghijklm3.92±0.22abcdefghi5.73±1.81ghijkl22.87±12.35b195.48±0.45efghijkl3.48±0.07hijkl8.56±1.81abcdefghi24.46±6.22ab204.91±0.51lmnopq3.45±0.36ijkl11.53±3.13abcd23.93±7.94b215.49±0.55efghijkl3.99±0.43abcdefg9.60±3.58abcdefgh25.27±8.66ab225.84±0.03bcdefgh3.74±0.25defghijk12.70±0.74ab24.46±4.68ab235.87±0.14bcdefgh3.70±0.09efghijk9.77±2.89abcdefgh25.91±5.09ab245.75±0.38cdefghij3.81±0.13bcdefghi9.06±2.96abcdefgh25.90±4.55ab255.72±0.45defghijk4.01±0.25abcdefg12.61±3.10abc31.51±2.71ab265.87±0.30bcdefgh3.64±0.10fghijk10.62±2.39abcdef25.96±7.32ab276.17±0.64bcdef3.61±0.32fghijk13.23±2.97ab27.53±6.65ab284.58±0.06nopq3.44±0.13ijkl9.35±1.78abcdefgh26.21±6.92ab294.99±0.40lmno3.95±0.28abcdefgh6.38±1.44efghijkl21.83±3.54b304.24±0.40qr3.33±0.28jkl3.95±0.95kl22.22±2.28b313.93±0.46r3.29±0.35kl4.20±1.23jkl21.08±2.07b324.65±0.59bmnopq3.16±0.31l4.05±1.44kl20.52±4.67b334.95±0.42lmnop3.68±0.35efghijk5.42±2.09ghijkl24.50±4.75ab345.03±0.19jklmno3.53±0.14ghijkl6.39±2.37efghijkl23.20±5.01b355.06±0.42ijklmno3.96±0.38abcdefgh6.66±1.51defghijkl22.94±2.60b364.47±0.59nopqr3.30±0.15kl5.21±1.22hijkl22.52±3.63b374.28±0.11pqr3.93±0.15abcdefgh5.84±1.29fghijkl24.28±2.30ab384.63±0.15nopq3.64±0.31fghijk4.51±1.04ijkl23.22±1.72b395.17±0.23hijklmn3.59±0.26fghijkl5.37±1.83hijkl24.85±1.69ab404.92±0.19lmnopq4.15±0.18abcde7.33±0.85cdefghijkl27.14±1.80ab414.43±0.33opqr3.77±0.13cdefghij4.54±1.46ijkl25.33±2.56ab424.61±0.34nopq4.24±0.13abc7.38±1.63cdefghijkl28.45±1.68abP值0.00010.00010.00010.7260

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示品種間差異在0.05水平顯著。

Different letters following data in the same column mean significant difference at 0.05 level among different varieties.

通過比較發(fā)現(xiàn)，在 42個小麥品種中，眾麥1號、鑫麥296、鄭麥7698、泰農(nóng)19、山農(nóng)23、臨麥4號、鄭麥314、濟(jì)麥22、鄭麥101、鄭麥379、鄭麥9023、周麥22、濟(jì)麥19、良星77、泰農(nóng)18、汶農(nóng)17、山農(nóng)20、郯麥98、石新828和矮抗58對雀麥4個被測指標(biāo)的RI值均小于0，說明對雀麥的根長、芽長、根干重、芽干重皆存在抑制情況，其中泰農(nóng)19、鄭麥379、鄭麥9023、周麥22、汶農(nóng)17、郯麥98對雀麥4個被測指標(biāo)的RI值絕對值之和皆大于1，而 RI絕對值的大小與作用強(qiáng)度呈正相關(guān)，說明這6個品種具有較強(qiáng)的化感抑制作用。

根據(jù)雀麥根長、芽長、根干重、芽干重4個指標(biāo)的RI值進(jìn)行聚類分析，按照其化感相似程度，可將42個品種分為 3類，結(jié)果見圖 2。由圖 2可見，第1類為化感抑制能力較強(qiáng)的22個小麥品種，包括眾麥1號、鑫麥296、鄭麥7698、泰農(nóng)19、山農(nóng)23、臨麥4號、鄭麥314、濟(jì)麥22、鄭麥101、鄭麥379、鄭麥9023、周麥22、濟(jì)麥19、良星77、泰農(nóng)18、汶農(nóng)17、山農(nóng)20、郯麥98、石新828、煙5158、矮抗58和黑馬一號；第 2類為化感抑制能力中等的1個小麥品種，即良星66；第 3類為不具有化感抑制潛力的19個小麥品種，包括豫農(nóng)4023、汶農(nóng)14號、豐德存麥1號、鄭麥366、濟(jì)麥20、山農(nóng)25、山農(nóng)8355、北農(nóng)9549、煙999、鑫289、中麥175、山農(nóng)21、山農(nóng)22、豫農(nóng)35、豫教5號、良星99、魯源502、觀35和科農(nóng)199，結(jié)果與前述分析結(jié)果基本吻合。綜上所述，42個不同來源的小麥品種中，對雀麥化感抑制能力較強(qiáng)的品種為泰農(nóng)19、鄭麥379、鄭麥9023、周麥22、汶農(nóng)17、郯麥98。

圖1　不同小麥品種影響下雀麥根長(A)、芽長(B)、根干重(C)及芽干重(D)的RI值

3　討 論

本試驗從黃淮海冬麥種植區(qū)42個主要栽培小麥品種中篩選出了6個對雀麥具有較強(qiáng)化感抑制作用的小麥品種(泰農(nóng)19、鄭麥379、鄭麥9023、周麥22、汶農(nóng)17、郯麥98)，因所選取的總樣本有限，不排除還有其他化感抑制作用更強(qiáng)的品種,因此在未來的工作中，仍需進(jìn)一步擴(kuò)大篩選范圍。

在對雀麥根長、芽長、根干重、芽干重4個指標(biāo)的分析中發(fā)現(xiàn)，小麥對雀麥根的化感作用大于對其芽的化感作用。小麥根系分泌的化感物質(zhì)是其產(chǎn)生抑草效果的主要原因，可直接作用于雀麥根部,也可通過改變土壤微生物的特性進(jìn)而影響雀麥生長[16]；由于根部最先接觸化感物質(zhì)，所以受到的影響也最大，而植物根部是吸收水分與營養(yǎng)物質(zhì)的主要部位,其生長發(fā)育受阻往往又會影響植物的其他部位。RI值在評價不同小麥品種化感能力及其化感品種篩選的過程中具有關(guān)鍵的作用，這一指數(shù)也同樣適用于其他作物化感能力的評價[12,17-20]。采用聚類分析方法分析不同小麥品種的化感潛力,可提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確度,并使之更具有可信度。

圖2　42個小麥品種的RI值聚類分析樹狀圖

本研究所采用的培養(yǎng)皿瓊脂共培法，降低了小麥與雀麥之間對養(yǎng)分、空間等的競爭干擾,可較客觀體現(xiàn)小麥的化感效應(yīng)。目前對小麥化感的研究表明，小麥化感物質(zhì)主要包括3類：異羥肟酸類、酚酸類物質(zhì)和短鏈脂肪酸[13,21]。因此，今后研究的重點(diǎn)應(yīng)以這3類物質(zhì)為標(biāo)記物,應(yīng)用一些標(biāo)記方法，進(jìn)一步探討化感抑制能力強(qiáng)的小麥品種產(chǎn)生強(qiáng)烈化感抑制作用的內(nèi)在機(jī)制。此外，由于室內(nèi)生測試驗與田間實際情況存在較大差異，還需進(jìn)行不同小麥品種與雀麥的盆栽及田間試驗，篩選出在田間條件下具有較強(qiáng)抑制伴生雜草能力的小麥品種。

[1]閻 飛,楊振明,韓麗梅.植物化感作用(Allelopathy)及其作用物的研究方法[J].生態(tài)學(xué)報,2000,20(4):692-696.

YAN F,YANG Z M,HAN L M.Review on research methods for allelopathy and allelochemicals in plants [J].ActaEcologicaSinica,2000,20(4):692-696.

[2]ALSAADAWI I S.Allelopathic influence of decomposing wheat residues in agroecosystems [J].JournalofCropProduction,2001,4(2):185-196.

[3]BLUM U,GERIG T M,WORSHAM A D,etal.Allelopathic activity in wheat-conventional and wheat-no-till soils:Development of soil extract bioassays [J].JournalofChemicalEcology,1992,18(12):2191-2221.

[4]CAST K G,MCPHERSON J K,POLLARD A J,etal.Allelochemicals in soil from no-tillage versus conventional-tillage wheat(Triticumaestivum) fields [J].JournalofChemicalEcology,1990,16(7):2277-2289.

[5]OUESLATI O.Allelopathy in two durum wheat(TriticumdurumL.) varieries [J].Agriculture,Ecosystems&Environment,2003,96:161-163.

[6]CRUTCHFIELD D A,WICKS G A,BURNSIDE O C.Effect of winter wheat(Triticumaestivum) straw mulch level on weed control [J].WeedScience,1985,34:110-114.

[7]馬建輝.莊浪縣麥田雀麥發(fā)生特點(diǎn)及防治[J].甘肅農(nóng)業(yè)科技,2010(12):49-50.

MA J H.The occurrence characteristics and controlling of Japanese brome in the wheat of Zhuanglang country [J].GansuAgriculturalScienceandTechnology,2010(12):49-50.

[8]江彥軍.石家莊市麥田雀麥和節(jié)節(jié)麥的發(fā)生特點(diǎn)及防治措施[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,14(8):106,147.

JIANG Y J.Occurrence characteristics and control measures ofBromusjaponicusandAegilopstauschiiin wheat field in Shijiazhuang [J].JournalofHebeiAgriculturalSciences,2010,14(8):106,147.

[9] 魏 敏.莊浪縣麥田雀麥生物學(xué)特性觀察[J].甘肅農(nóng)業(yè)科技,2010(8):30-31.

WEI M.Biological characteristics of Japanese brome observed in the wheat of Zhuanglang country [J].GansuAgriculturalScienceandTechnology,2010(8):30-31.

[10]李秉華,王貴啟,蘇立軍,等.防除雀麥除草劑的篩選及其對冬小麥安全性評價[J].雜草科學(xué),2008(2):58-59.

LI B H,WANG G Q,SU L J,etal.Screening the herbicide controlling Japanese brome and evaluation of its safety on winter wheat [J].WeedScience,2008(2):58-59.

[11]陳冬梅,陳祥旭,孫紅艷,等.麥類作物化感作用種質(zhì)資源篩選與評價[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,37(1):13-17.

CHEN D M,CHEN X X,SUN H Y,etal.Screening and evaluation of allelopathic potential in triticeae crops germplasms [J].JournalofFujianAgricultureandForestryUniversity(NaturalScienceEdition),2008,37(1):13-17.

[12]張曉坷，梁文舉，姜 勇.東北地區(qū)不同小麥品種對黑麥草的化感作用[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2006,17(7):1191-1195.

ZHANG X K,LIANG W J,JIANG Y. A llelopathic potentials of different wheat varieties in Northeast China against ryegrass [J].ChineseJournalofAppliedEcology,2006,17(7):1191-1195.

[13]MA Y Q.Allelopathic studies of common wheat(TriticumaestivumL.) [J].WeedBiologyandManagement,2005,5(3):93-104.

[14]WU H,HAIG T,PRATLEY J,etal.Distribution and exudation of allelochemicals in wheatTriticumaestivum[J].JournalofChemicalEcology,2000,26(9):2141-2154.

[15]WILLIAMSON G,RICHARDSON D.Bioassay for allelopathy:Measuring treatment response with independent controls [J].JournalofChemicalEcology,1988,14(1):181-188.

[16]NAIR M G,WHITENECK C J,PUTNAM A R.2,2′-OXO-1,1′-azobenzene a microbially transformed allelochemical from 2,3-benzoxazolinone:I [J].JournalofChemicalEcology,1990,16(2):353-364.

[17]何紅花.關(guān)中麥區(qū)主要小麥栽培品種抗雜草潛力評價[D].楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2008:17-18.

HE H H.Weed-resistance potential assessment of main cultivated wheat varieties in Guanzhong Plain [D].Yangling:Northwest A&F University,2008:17-18.

[18]鄧蘭桂,孔垂華,駱世明.木麻黃小枝提取物的分離鑒定及其對幼苗的化感作用[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,1996,7(2):145-149.

DENG L G,KONG C H,LUO S M.Isolation and identification of extract fromCasuarnaequisetifoliabranchlet and its allelopathy on seedling growth [J].ChineseJournalofAppliedEcology,1996,7(2):145-149.

[19]朱紅蓮,孔垂華,胡 飛,等.水稻種質(zhì)資源的化感潛力評價方法[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2003,36(7):788-792.

ZHU H L,KONG C H,HU F,etal.Evaluation methods for allelopathic potentials of rice germplasms [J].ScientiaAgriculturaSinica,2003,36(7):788-792.

[20]陶俊杰,李 瑋,魏有海,等.青藏高原干旱地區(qū)8種主栽小麥品種對旱雀麥的化感作用評價[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究.2015,33(1):258-261,267.

TAO J J,LI W,WEI Y H,etal.Evaluations on allelopathy of eight main cultivated wheat varieties toBromustectorumin Qinghai-Tibet plateau arid zone [J].AgriculturalResearchintheAridAreas,2015,33(1):258-261,267.

[21]WU H,HAIG T,PRATLEY J,etal.Allelochemicals in wheat(TriticumaestivumL.):Variation of phenolic acids in shoot tissues [J].JournalofChemicalEcology,2001,27(1):125-135.

Allelopathic Potentials of Different Wheat Varieties in Huang-huai-hai Plain of China against Japanese Brome

LI Qi,ZHAO Ning,ZHANG Lele,MA Shuang,WANG Jinxin

(College of Plant Protection,Shandong Agricultural University,Tai’an,Shandong 271018,China)

In order to verify the allelopathic potentials of different wheat varieties against Japanese brome(Bromusjaponicas) in Huang-huai-hai region,the effects of 42 wheat varieties on the root length,shoot length,root dry weight and shoot dry weight of tested Japanese brome were explored,with the equal-compartment agar method. The wheat varieties with better allelopathy activity were screened to provide evidence for the selection of wheat allelopathic germplasm materials for ecological control Japanese brome. The experimental results show that the different wheat varieties have significantly different allelopathic effects on root length,shoot length and root dry weight,but no significant difference was found on shoot dry weight.It is suggested that the allelopathy activity has greater effect on root rather than shoot. Using RI value as indicators of allelopathy,and combining with clustering analysis,all varieties could be divided into three groups and Tainong 19,Zhengmai 379,Zhengmai 9023,Zhoumai 22,Wennong 17 and Tanmai 98 performed greater allelopathy activity.

Huang-huai-hai plain of China;Wheat;Japanese brome;Allelopathy;RI value

2016-03-06

2016-04-05

國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201303022)

E-mail：liqi0309@hotmail.com

王金信(E-mail：wangjx@sdau.edu.cn)

S512.1；S312

A

1009-1041(2016)08-1106-07

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016-08-01

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160801.1123.028.html