黃花蒿對綠豆種子萌發(fā)及幼苗生長的化感效應

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(1.貴州師范大學生命科學學院，　貴陽 550001；2.貴州師范大學貴州省山地環(huán)境信息系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境保護重點實驗室，　貴陽 550001)

黃花蒿(ArtemisiaannuaL.) 又名香蒿、草青蒿、臭青蒿，屬菊科艾屬一年生草本植物。具有清虛熱，除骨蒸，解暑熱，截瘧，退黃等功效，是我國傳統(tǒng)的中草藥，也是治療瘧疾藥物青蒿素的唯一原料來源[1-3]。黃花蒿植物不僅適應性強、分布廣泛、耐貧瘠，還是一種入侵性強的先鋒植物，其在山坡、草地、湖邊、田間、地里、休閑地皆有生長[4-5]，且通過殘體分解、根系分泌、地上部分淋溶和揮發(fā)作用等逐步將化感物質釋放到其周圍環(huán)境，從而抑制周圍植物的生長 (即化感效應)，如對黃瓜(CucumissativusL.)、蘿卜(RaphanussativusL.)、小麥(TriticumAestivumL.) 及燕麥(AvenasativaL.) 種子及幼苗產(chǎn)生綜合抑制效應[6]。將黃花蒿葉片粉碎拌土抑制了紅根藜(AmaranthusretroflexL.)、灰菜(ChenopodiumalbumL.)、大豆(GlycinemaxL.) 及玉米(ZeamaysL.) 的種子萌發(fā)和幼苗生長[7]?？汞懗煞智噍锼厥窃撝参锶~片和花蕾中含量較高的成分，研究表明，該化合物對植物種子發(fā)芽及生長具有選擇性毒害作用[7-9]，如青蒿素的乙醇溶液對豇豆和小白菜種子的萌發(fā)及幼苗生長發(fā)育的抑制作用強于大白菜和菜豆[10]。此外，青蒿素丙酮溶液浸種12 h對綠豆種子的萌發(fā)、幼苗生長發(fā)育有抑制作用[11]。當然，自然條件下，黃花蒿的化感作用是多種物質綜合作用的結果[6]，且多以水為介質。其水浸提液對綠豆的化感作用研究甚少，因此，有必要研究黃花蒿的水提取物對該受體的影響。

綠豆(VignaradiataL.) 可在每年的春季或夏季播種，生長周期為70～110 d[12]，在貴州常種植于田邊、地邊，其生長周期與黃花蒿較為一致。因此，本研究采用室內(nèi)培養(yǎng)，以綠豆為試驗對象，通過測定黃花蒿不同部位水浸提液處理后綠豆種子發(fā)率、幼苗的根長和苗高及葉片的葉綠素含量，研究其對綠豆萌發(fā)及幼苗的化感效應及生理機理，為黃花蒿藥材的大面積種植及綠豆的高產(chǎn)管理提供參考。

1　材料與方法

1.1　材　料

黃花蒿采自貴州省貴陽市周邊地區(qū)。綠豆種子購于當?shù)爻小?/p>

1.2　黃花蒿水浸提液的制備方法

野外采集處于現(xiàn)蕾期黃花蒿完整植株，將根、莖、葉分開，根系經(jīng)沖洗干凈，所有樣品室內(nèi)自然風干，粉碎后過100目篩，分裝備用。將粉碎后的黃花蒿根、莖、葉樣品各稱取 80 g，分別放入3個1 000 mL角瓶中，加蒸餾水500 mL，瓶口經(jīng)密封扎緊后放入振蕩器中浸提48 h (振蕩溫度為 25 ℃，速度為 141 r/min)，按浸液樣品質量與蒸餾水的比例，即得到濃度為160 mg/mL 的水浸提液，二重紗布過濾，取上清液為水浸提母液，濾液置 4 ℃ 的低溫下密封保藏備用[13]。試驗時用蒸餾水將各母液分別稀釋為設計濃度。

1.3　實驗處理及管理

選取飽滿、大小一致的綠豆種子，用10% 的H2O2消毒10 min，用蒸餾水沖洗3～5次[14]。黃花蒿根、莖、葉的水浸提液處理均設0，20，40，80，160 mg/mL共 5個濃度梯度，并以蒸餾水作為對照 (即0 g/mL)，每處理均重復3次[13]。

在直徑為10 cm培養(yǎng)皿中鋪3層定性濾紙，分別將不同處理黃花蒿水浸提液10 mL注入培養(yǎng)皿，將上述處理后的綠豆種子均勻放入，每皿播種 40粒種子。25 ℃的光照培養(yǎng)箱中發(fā)芽，光照均為 10 h/d ，從第 3天起在25 ℃、光照12 h條件下培養(yǎng)。每天定量補充水浸提液5 mL，保持濕潤[13]。

1.4　各項指標測定

種子處理后第2天開始記錄種子發(fā)芽個數(shù)，種子發(fā)芽均以芽長大于1 mm 為標準，以后每24 h 調查其發(fā)芽種子數(shù)。處理后第12天，測量各處理幼苗的根長、苗長[15]，并測定葉綠素含量。葉綠素a和葉綠素b含量的測定，每處理分別取0.5 g葉片剪碎研磨，采用分光光度法[16]。

1.5　數(shù)據(jù)統(tǒng)計

萌發(fā)率(%)=規(guī)定時間內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。

化感效應數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法參照 Williamson G B.(1988) 的方法[17]。即：RI=1-C/T，式中，C為對照值，T為處理值。RI為化感效應指數(shù)。RI>0為促進作用，RI<0為抑制作用，負值絕對值的大小與化感強度一致，負值越小或負值的絕對值越大，化感效應越強。通過此公式，可以計算出黃花蒿水浸提液對種子萌發(fā)和幼苗生長的RI。

用Excel 進行基礎數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和作圖，SPSS軟件做多重比較和顯著性分析。

2　結果與分析

2.1　黃花蒿水浸提液對綠豆種子萌發(fā)率的影響

由圖1可知，不同濃度黃花蒿水浸提液處理后，對綠豆萌發(fā)率有不同程度抑制作用，均表現(xiàn)為隨黃花蒿水浸提液濃度增加，萌發(fā)率逐漸降低的趨勢。各部位水浸提液處理后，綠豆萌發(fā)率也有差異，對綠豆萌發(fā)率抑制強弱順為：葉>莖>根。

表1黃花蒿各部位水浸提液對綠豆幼苗生長的化感效應

黃花蒿水浸提液(mg/mL)　　　　　綠豆幼苗根長RI　　　　　　　　　　綠豆幼苗苗高RI　　　　　根莖葉根莖葉200．019Bd0．006Bd-0．152Ac-0．091Bd0．007Cc-0．133Ad40-0．077Cc-0．280Ac-0．137Bc-0．139Bc-0．244Ab-0．226Ac80-0．678Ab-0．776Ab-0．513Bb-0．368Ab-0．248Bb-0．355Ab160-1．546Aa-1．172Ba-0．886Ca-0．874Ba-0．401Ca-1．296Aa

注：表中綠豆幼苗根長和苗高RI分別表示黃花蒿水浸提液對綠豆幼苗的根系長度和幼苗高度的化感效應指數(shù)；表中的根、莖、葉表示黃花蒿各部位的水浸提液；RI數(shù)值越小或負值的絕對值越大，表明黃花蒿水浸提液對綠豆幼苗生長的化感作用越強；小寫字母不同者表示同列不同數(shù)值之間的差異顯著， 大寫字母不同者表示黃花蒿各部位的同一濃度水浸提液對同一幼苗生長指標之間的RI差異顯著 (p<0.05)。

由圖2可看出，黃花蒿不同部位、不同濃度水浸提液，除20 mg/mL根水浸提液濃度對綠豆種子萌發(fā)具有促進作用外，其他各處理均有不同程度的抑制作用，并且隨處理濃度增加，RI為負值越小，說明對綠豆種子萌發(fā)的化感效應增強。各部位處理濃度，除莖水浸提液濃度為80 mg/mL和160 mg/mL不顯著以外，其余各濃度之間差異均顯著 (p<0.05)。但是黃花蒿不同部位水浸提液對綠豆化感效應的響應不同，表現(xiàn)為根水浸提液化感作用較小，其次是莖水浸提液，受葉水浸提液的影響最大。

注：圖中的根、莖、葉表示黃花蒿各部位的水浸提液。下同。圖1　黃花蒿不同濃度水浸提液對綠豆種子萌發(fā)率的影響

注：不同大寫字母表示不同部位同一濃度之間差異顯著(p<0.05)；不同小寫字母表示同一部位不同濃度之間差異顯著(p<0.05)。數(shù)值越小或負值的絕對值越大， 表明黃花蒿水浸提液對綠豆種子的化感作用越強。圖2　黃花蒿不同部位不同濃度水浸提液對綠豆種子的化感效應

2.2　黃花蒿水浸提液對綠豆幼苗生長的影響

由圖3可看出，綠豆幼苗的平均根長，除了根和莖的20 mg/mL水浸提液處理下比對照略有增加以外，其余各處理均隨濃度升高，根長有不同程度的減少，可見根和莖的水浸提液表現(xiàn)為對根系生長的低促高抑作用，但葉水浸提液處理的根系明顯受到抑制，且隨處理濃度增加，抑制作用增強。圖3 B顯示，綠豆幼苗的平均苗高，除20 mg/mL莖水浸提液比對照略有提高外，其余各處理都表現(xiàn)為抑制作用，且隨處理濃度升高，抑制作用增強，與對照相比，根、莖、葉160 mg/mL水浸提液處理的綠豆苗高分別降低了46.29%，47.67%和 56.48%。

圖3　黃花蒿不同濃度水浸提液對綠豆幼苗生長發(fā)育的影響

從表1可以看出，黃花蒿水浸提液對綠豆幼苗根長的RI值，除了20 mg/mL根、莖水浸提液處理綠豆幼苗根長的RI為正數(shù)外 (即為促進作用)，其余均為負數(shù)，且隨處理濃度增加，RI的絕對值增加。黃花蒿水浸提液對于綠豆幼苗高度的RI，除了20 mg/mL莖水浸提液對幼苗苗高的RI為正數(shù)，其余為負值，表現(xiàn)與根長的RI相似。表明低濃度處理下對綠豆幼苗生長有促進作用，但隨濃度升高化感效應逐步增強。

2.3　黃花蒿水浸提液對綠豆幼苗葉綠素含量的影響

圖4顯示了黃花蒿水浸提液對綠豆幼苗葉綠素 a 含量的影響。不同濃度黃花蒿水浸提液處理后，綠豆幼苗葉綠素 a 含量都降低，且表現(xiàn)為：隨著黃花蒿水浸提液濃度的增加，葉綠素 a 含量逐漸降低的趨勢。莖和葉水浸提液對葉綠素a含量的影響比根水浸提液大，與對照相比，在160 mg/mL根、莖、葉水浸提液處理的綠豆苗葉綠素 a 含量降幅分別為：0.76，0.91 mg/g和1.08 mg/g。與對葉綠素 a 含量的變化相似，也隨處理濃度增加，黃花蒿水浸提液對綠豆幼苗葉綠素 b 含量的影響程度增大，與對照相比，根、莖、葉水浸提液 80 mg/mL處理的葉綠素 b 含量分別降低了25.29%、19.27%、11.93%，160 mg/mL處理的葉綠素 b 含量分別降低了34.86%，30.28%、18.35%。不同的是，除了20 mg/mL莖水浸提液處理外，對綠豆幼苗葉綠素b含量的影響程度表現(xiàn)為：根>莖>葉。

圖4　黃花蒿不同部位水浸提液對綠豆幼苗葉綠素含量的影響

3　結果與討論

化感效應是自然界中普遍存在的現(xiàn)象。許多植物通過向環(huán)境中釋放化感物質，抑制周圍植物的生長，使自己的生存處于優(yōu)勢地位[18-19]?？招纳徸硬?Alternantheraphiloxeroide)水浸提液高于0.04 g/mL對生菜和蘿卜種子萌發(fā)有明顯的抑制作用，并影響植物葉片的酶活性[13]。黃頂菊(Flaveriabidentis)水浸提液對油菜和油麥的種子發(fā)芽和幼苗生長有抑制作用[20]。甚至番茄根系的分泌物抑制自身生長[21]。黃花蒿通過多種途徑向其周圍環(huán)境釋放化感物質，控制周圍植物生長[2,5]。本研究表明，黃花蒿水浸提液對綠豆種子萌發(fā)均有不同程度的影響，并且隨處理濃度增加化感效應增強，但各部位水浸提液對種子萌發(fā)的化感效應有明顯差異，強弱趨勢為：葉>莖>根。因此，建議在生產(chǎn)中，要將黃花蒿的殘體徹底清除，以減輕黃花蒿經(jīng)雨水淋溶或腐解對下茬作物造成的化感抑制作用。同時黃花蒿水浸提液對綠豆幼苗的根系和幼苗生長，除低濃度莖、根水浸提液 (20 mg/mL)外，均表現(xiàn)為抑制作用，且隨濃度增加化感效應增強，此結果與前人的研究有相似之處[13,21]。與對照相比，根、莖、葉160 mg/mL水浸提液處理下，綠豆幼苗平均根長縮短了60.51%、53.78%、46.76%，平均苗高最大降幅為46.29%、47.67% 和 56.48%?？梢娫诰G豆種植過程中需加強周邊環(huán)境管理，清除野生黃花蒿的生長，以確保綠豆植物茂盛生長，利于其產(chǎn)量提高。

入侵植物的化感效應還表現(xiàn)在：使受體植物葉綠素含量降低，光合作用減弱，最終消亡。沈慧敏的研究表明黃花蒿通過釋放化感物質，使燕麥的葉綠素a和葉綠素b含量降低，光合作用受到阻礙[6]。本研究黃花蒿各部位不同濃度水浸提液處理后的綠豆幼苗葉綠素a和葉綠素b含量均降低，且隨處理濃度增加，抑制作用增強。與對照相比，根、莖、葉160 mg/mL水浸提液處理的綠豆幼苗葉綠素a含量最高降幅分別為17.84%、21.36%、25.35%；葉綠素b含量最高降幅分別為34.86%、30.28%、18.35%?？梢婞S花蒿可通過抑制受體植物葉綠素的合成，從而使其生長發(fā)育受到抑制。

本研究對綠豆的生產(chǎn)管理提供了一定的理論依據(jù)，但只是簡單的室內(nèi)試驗，而在自然條件下，其化感作用是極其復雜的，光照、土壤、水分等都會對其產(chǎn)生影響[19]。因此，還需盆栽和田間試驗進一步論證其影響程度。

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