苦瓜秸稈水浸提液對3種雜草的化感作用

范愈新， 顏仕龍， 蔡 波， 朱朝華， 袁 洋, 敖 蘇*

(1.海南大學(xué)熱帶農(nóng)林學(xué)院， 海南 ?？?5702282； 2.海南省農(nóng)墾科學(xué)院， 海南 ?？?571700； 3. 海南省氣象局， 海南 ?？?570203；4.海南省出入境檢驗檢疫局， 海南 ?？?570311； 5.海南省外來有害生物預(yù)警與檢疫防控工程技術(shù)研究中心， 海南 海口 570311)

苦瓜(MomordicacharantiaL.)屬葫蘆科苦瓜屬植物，藥食兩用。海南是我國冬季南菜北調(diào)和出口的主要產(chǎn)地，苦瓜是當(dāng)?shù)囟N瓜菜的主要品種之一，在實際生產(chǎn)中，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶往往采用先噴施除草劑再集中焚燒的方式處理苦瓜秸稈，此方法不僅浪費資源還污染環(huán)境。本項目組前期研究了苦瓜莖葉水浸提液對6種葉菜的化感作用[1]，結(jié)果表明苦瓜莖葉含有化感物質(zhì)，對不同受體均存在一定的化感效應(yīng)，但目前未見苦瓜對田間雜草化感作用的相關(guān)報道。本試驗以苦瓜秸稈為材料，研究其不同部位的水浸體液對3種雜草的化感作用，旨在探索苦瓜秸稈在防治雜草方面的潛力，以期為苦瓜化感作用的合理利用和秸稈變廢為寶提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

苦瓜秸稈采自海南屯昌楓木鎮(zhèn)苦瓜基地，受體植物黑麥草(LoliumperenneL.)和蘇丹草(Sorghumsudanense(Piper) Stapf)種子購于艾通園林有限公司，鬼針草(BidenspilosaL.)種子采自海南永興島。

1.2 浸提液制備

將采收后的苦瓜根莖葉各部位分開，陰干粉碎后分別稱取20 g放入錐形瓶中，加蒸餾水200 mL，置于20±1℃，160 r·min-1的振蕩培養(yǎng)箱中振蕩浸泡48 h，用4層紗布過濾2次后，再用 0.2 μm孔徑的微孔濾膜抽濾1次，即得100 mg·mL-1的母液。用蒸餾水稀釋為2.5，5，10，20和40 mg·mL-15個濃度梯度的浸提液，存于4℃冰箱中備用[2]。

1.3 試驗設(shè)計

種子萌發(fā)試驗：用75%酒精對種子進行消毒處理3 min，選取飽滿度和大小基本一致的種子放入墊有2層滅菌濾紙，直徑為12 cm的培養(yǎng)皿中，每皿30粒，分別加入5個濃度的浸提液各5 mL，加蒸餾水作為對照，每個處理重復(fù)3次。放入白天和黑夜時段分別設(shè)定為溫度25℃、濕度70%、光照4 000 lx(12 h)和溫度15℃、濕度80%、光照0(12 h)的人工氣候箱中培養(yǎng)，每天適當(dāng)補充相應(yīng)濃度的浸提液以保持濾紙濕潤，每天記錄種子萌發(fā)數(shù)，6 d后結(jié)束試驗。

幼苗生長試驗：將消毒后的種子培養(yǎng)至露白，在直徑9 cm 培養(yǎng)皿中加入浸提液10 mL，充分潤濕濾紙，每皿均勻放至20粒種子，重復(fù)3次，培養(yǎng)條件與種子萌發(fā)試驗相同。7 d后移出幼苗進行測量，取20株幼苗的平均值為幼苗根莖長并稱量其鮮重。放入105℃下殺青0.5 h，70℃烘干至恒重[3]后再稱其干重。

各項指標(biāo)計算公式如下：發(fā)芽率=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；發(fā)芽速率=2×[nX1+(n-1)X2+(n-2)X3+…+3X(n-2)+2X(n-1)+Xn)[4]，式中n是種子發(fā)芽的天數(shù)，X為每隔24 h發(fā)芽的種子數(shù)，X1為24 h記錄的發(fā)芽數(shù)，X2為48 h

記錄的發(fā)芽數(shù)，依次類推[4]；化感效應(yīng)指數(shù)RI=1-C/T(T≥ C)或RI=T/C-1(T 0為促進作用，RI< 0為抑制作用，其絕對值大小反映化感作用的強弱[5]；化感綜合效應(yīng)為各項化感效應(yīng)指數(shù)的算術(shù)平均值[6]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 13.0軟件對試驗結(jié)果進行單因素方差分析，Duncan檢驗各處理間的差異顯著性，用Excel 2003做圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 苦瓜秸稈不同部位水浸提液對3種雜草種子萌發(fā)的影響

由圖1可知，苦瓜各部位所有濃度的浸提液對黑麥草和鬼針草發(fā)芽率都表現(xiàn)出為抑制作用，且隨著浸提液濃度增大抑制作用增強，表現(xiàn)出“劑量效應(yīng)”；10 mg·mL-1的根和莖浸提液以及20 mg·mL-1的葉浸提液對蘇丹草的發(fā)芽率表現(xiàn)出促進作用。

由圖2可知，苦瓜秸稈各部位所有濃度的浸提液對黑麥草和鬼針草的發(fā)芽速率都表現(xiàn)出抑制作用，隨濃度增大抑制作用增強，葉部浸提液的抑制作用整體低于根部和莖部；10 mg·mL-1的根、莖以及20 mg·mL-1葉浸提液對蘇丹草的發(fā)芽速率表現(xiàn)出促進作用。

2.2 苦瓜秸稈不同部位水浸提液對3種雜草幼苗生長的影響

由表1可知，40 mg·mL-1的苦瓜秸稈各部位浸提液對黑麥草、蘇丹草和鬼針草幼苗的根長、莖長和鮮重都表現(xiàn)出了抑制作用，且莖部浸提液的抑制作用是極顯著的；40 mg·mL-1的根部和莖部浸提液對黑麥草幼苗的干重均表現(xiàn)出抑制作用，40 mg·mL-1的苦瓜各部位浸提液對蘇丹草和鬼針草幼苗的干重都表現(xiàn)出促進作用。

圖1 苦瓜秸稈水浸提液對不同受體植物種子發(fā)芽率的影響Fig.1 Effects of aqueous extract of M. charantia on seed germination rate of tested plants注：圖中不同大小寫字母分別表示各處理在0.01和0.05水平上的差異顯著Note: Different capital and lowercase letters indicate significant differences between treatments at the 0.01 and 0.05 level, respectively

圖2 苦瓜秸稈水浸提液對受體植物種子發(fā)芽速率的影響Fig.2 Effects of aqueous extract of M. charantia on germination rate of tested plants

2.3 苦瓜秸稈不同部位水浸提液對3種雜草的化感綜合效應(yīng)

由表2可知，所有濃度的苦瓜根浸提液對鬼針草的化感綜合效應(yīng)為負值，且化感綜合效應(yīng)隨根浸提液濃度增大而減小，即抑制作用不斷增強；10 mg·mL-1濃度下的苦瓜各部位浸提液對蘇丹草的化感綜合效應(yīng)均為正值；40 mg·mL-1濃度下的苦瓜秸稈各部位浸提液對3種雜草的化感綜合效應(yīng)均為負值；苦瓜秸稈各部位浸提液對3種雜草的化感綜合效應(yīng)平均值均為負值，受化感抑制作用由強到弱順序為：鬼針草>黑麥草>蘇丹草。

表1 苦瓜秸稈水浸提液對受體植物幼苗生長的影響Table 1 Effects of aqueous extract of M. charantia on seedling growth of tested plants

注：同列不同大寫字母表示同一物種不同處理濃度間差異極顯著(P<0.01)，不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

Note: Different capital and lowercase letters in the same column indicate significant difference between different concentrations at the 0.01 and 0.05 level, respectively

表2 苦瓜秸稈水浸提液對受體植物化感作用綜合效應(yīng)Table 2 Allelopathic comprehensive effects of aqueous extract of M. charantia on tested plants

3 討論

本試驗結(jié)果顯示，苦瓜秸稈不同部位的水浸提液對3種雜草均有一定的化感效應(yīng)，同一浸提液濃度對不同受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長階段的化感綜合效應(yīng)不同，有促進作用、抑制作用和促進/抑制雙重作用等多種形式，這與王云[7]等研究發(fā)現(xiàn)直立婆婆納和波斯婆婆納不同部位水浸提液對7種受體的化感抑制作用強弱不同的現(xiàn)象研究結(jié)果一致。郭金春等[8]用95%乙醇浸提苦瓜莖葉，以1 g·mL-1的粗提物處理黑麥草幼苗，發(fā)現(xiàn)對其幼根和幼芽生長有強烈的抑制作用，抑制率分別達到99.5%和99.1%。本研究用水浸提苦瓜秸稈的根、莖和葉部，以不同濃度的水浸提液處理黑麥草幼苗后發(fā)現(xiàn)40 mg·mL-1的苦瓜秸稈各部位水浸提液對黑麥草幼苗的根長抑制作用極顯著，40 mg·mL-1的苦瓜莖部和葉部水浸提液對其幼苗的莖長抑制作用極顯著，而根部對其抑制作用低于莖部和葉部，這是由植物供體不同器官產(chǎn)生的化感物質(zhì)不同、釋放途徑有差異，以及濃度的高低所導(dǎo)致的[9]。除了對黑麥草幼苗有影響外，本研究還發(fā)現(xiàn)苦瓜各部位浸提液對黑麥草種子的發(fā)芽率和發(fā)芽速率均表現(xiàn)為抑制作用，且濃度越高抑制作用越強。為了模擬自然環(huán)境，本研究采用了水浸提法，后期為了進一步開展化感物質(zhì)分離鑒定的相關(guān)研究，可采用有機溶劑浸提法以便更快更多地提取化感物質(zhì)。另外，苦瓜秸稈在田間分解的過程中會向環(huán)境釋放化感物質(zhì)，并在一定程度上改變微生境條件，本試驗僅為室內(nèi)研究結(jié)果，在復(fù)雜的自然環(huán)境，特別是在土壤微生物的影響下能否產(chǎn)生相同作用尚待進一步研究。

“秸稈”廣義概念是指收獲作物主產(chǎn)品之后在田間剩余的副產(chǎn)物，稱之為“田間秸稈”，按照作物種類對秸稈進行分類主要包括大田作物秸稈(Field crop residue)和園藝作物秸稈(Horticultural crop residue)[10]。作物秸稈資源豐富，占作物生物總量的50%左右，是一類極其豐富的最能直接利用的可再生有機資源[11-12]，是培肥土壤很好的有機肥源[13]，長期秸稈還田不僅能增加土壤中養(yǎng)分、改善土壤結(jié)構(gòu)、增加作物產(chǎn)量，具有良好的環(huán)境與生態(tài)效應(yīng)[14]，而且因為利用了植物體在生態(tài)系統(tǒng)中的化學(xué)物質(zhì)，不會導(dǎo)致農(nóng)藥殘留等環(huán)境問題[15]，現(xiàn)有研究也主要集中在小麥[16-19]和水稻等[20-23]大田作物秸稈上。目前我國秸稈未利用資源量高達2.15億噸，秸稈資源如果利用或處理不當(dāng)，會造成一系列的環(huán)境問題[24]，今后應(yīng)加大秸稈特別是園藝作物秸稈在化感應(yīng)用方面的研究力度，將其化害為利，變廢為寶。

4 結(jié)論

在種子萌發(fā)階段，苦瓜秸稈各部位所有濃度的浸提液對黑麥草和鬼針草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽速率都表現(xiàn)出抑制作用，40 mg·mL-1苦瓜秸稈各部位的浸提液對蘇丹草的發(fā)芽率和發(fā)芽速率表現(xiàn)出極顯著的抑制作用。在幼苗生長階段，40 mg·mL-1的各部位浸提液對黑麥草、鬼針草和蘇丹草幼苗的根長、莖長和鮮重都表現(xiàn)出了抑制作用，對其幼苗干重均表現(xiàn)出促進作用。為避免用單一指標(biāo)來反映化感作用的大小所導(dǎo)致的片面性，本研究在所涉及的6項指標(biāo)基礎(chǔ)上，采用化感綜合效應(yīng)從整體上更為客觀地反映供體或受體的化感敏感性，結(jié)果表明：苦瓜秸稈不同部位對3種雜草均表現(xiàn)出抑制作用，對鬼針草化感抑制作用最明顯，其次為黑麥草和蘇丹草，苦瓜秸稈的除草活性值得進一步關(guān)注。