香根草地上部分水浸液對幾種植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

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(1.貴州大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，　貴陽 550025；2.貴州大學(xué)山地植物資源保護與種質(zhì)創(chuàng)新省部共建教育部重點實驗室，　貴陽 550025)

香根草(VetiveriazizanioidesL.)是禾本科巖蘭屬多年叢生的草本植物，它具有耐強酸、強堿、重金屬、貧瘠等性能，生長繁殖快，根系發(fā)達，生長年限長，能適應(yīng)各種土壤環(huán)境。有研究表明，香根草對土壤改良、重金屬以及其他污染物的生態(tài)恢復(fù)有顯著作用[1]。香根草根莖葉中含有大量的揮發(fā)性物質(zhì)，其中存在較多萜類物質(zhì)，而萜類物質(zhì)是常見的化感物質(zhì)[2]，常常通過淋溶、分泌、揮發(fā)和植物殘體分解等途徑進入植物生長環(huán)境[3-4]，進而影響周圍的植物生長。也有研究表明，香根草根中含有的“香氣”揮發(fā)性物質(zhì)可能也是化感作用的源頭[5]。由此可見，香根草存在化感作用的潛力。鄭珉姣[6]對香根草化感作用的研究表明，香根草地上部分浸提液中所含的一些化感物質(zhì)會對受體植物的生長造成一定的影響，例如香根草地上部分浸提液所含的水楊酸，會影響鉀離子的吸收，從而影響植物幼苗的生長。但是目前對于香根草的研究大多集中在其對基質(zhì)的改良作用和礦山植被恢復(fù)方面，而對于香根草化感作用的研究相對較少。

本研究選取生長于煤矸石山上的香根草地上部分為供體材料，以一年生黑麥草(LoliummultiflorumL.)、空心菜(IpomoeaaquaticaF.)和白蕓豆(PhaseolusvulgarisL.)為受體材料，研究不同濃度香根草地上部分水浸提液對3種受體植物種子的萌發(fā)和幼苗生長的影響，旨在提高對香根草化感作用的認識，了解其對周圍其他植物生長的影響，為種植香根草改良后的煤矸石山基質(zhì)復(fù)墾提供理論參考。

1　材料與方法

1.1　試驗材料

以2016年3月底采集的香根草地上部分為供體材料，以一年生黑麥草、空心菜和白蕓豆為受體植物。3種受體植物均為貴州草地畜牧業(yè)和循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展的常見種。供試植物種子均購買于市場。試驗前進行過受體植物種子萌發(fā)預(yù)實驗，發(fā)芽率均在80%以上。

1.2　試驗方法

1.2.1香根草地上部分浸提液的制備

將在野外采集的香根草地上部分自然風(fēng)干后，剪成長1～2 cm的小段。稱取剪成段的香根草地上部分75 g，加入1 500 mL蒸餾水浸泡48 h，雙層紗布過濾后即得濃度為50 g/L的香根草地上部分浸提液，放入冰箱中冷藏備用[8]。試驗時取母液用蒸餾水稀釋成相應(yīng)濃度，分別是母液原液(50 g/L)、1∶3(12.5 g/L)、1∶7(6.25 g/L)。

表1香根草地上部分水浸提液對3種植物幼苗生長的影響

作物浸提液濃度(g/L)發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(%)根長(cm)苗高(cm)一年生黑麥草ck96.33±1.53a96.33±1.53a6.59±0.77a12.25±0.49a6.2598.00±2.00a97.33±1.15a6.09±0.45a11.43±0.42b12.599.33±1.15a98.00±2.00a5.91±0.26a11.25±0.30b5097.33±1.15a96.00±2.00a4.68±0.88b11.13±0.40b白蕓豆ck99.33±1.15a99.33±1.15a7.75±0.66b23.25±0.88b6.2599.00±1.73a96.00±1.73ab7.92±0.78b23.54±0.52b12.597.33±2.52a93.33±2.89b9.58±0.83a24.46±0.71b5096.33±1.53a92.67±2.52b10.30±0.67a29.17±0.62a空心菜ck100.00±0.00a100.00±0.00a4.60±0.88a4.04±0.31a6.2595.33±1.15b92.67±3.06b3.08±0.64b4.25±0.82a12.593.33±3.06b91.67±5.86b3.12±0.19b4.79±0.64a5089.33±2.31c88.00±2.00b3.94±0.83ab4.88±0.38a

注：表中同列不同字母之間表示差異性顯著(p<0.05)。

1.2.2植物種子萌發(fā)試驗

種子處理：挑選籽粒飽滿的一年生黑麥草、空心菜和白蕓豆種子，先用30%的H2O2消毒10 min，然后用蒸餾水沖洗3次，放入冰箱備用。

土壤處理：將試驗用土?xí)窀桑心?，用篩子篩去較大的石塊及雜草等，裝入內(nèi)徑為10 cm，高為8.5 cm的塑料盆內(nèi)，用蒸餾水潤濕。

播種處理：將前1 d處理好的種子進行播種，每種受體植物設(shè)置3個濃度梯度，1個空白對照，每個濃度3個重復(fù)，3種受體植物共計36盆，放置于溫室進行培養(yǎng)，平均室溫為25 ℃，培養(yǎng)過程中，每天早晨按不同濃度(50，12.5，6.25 g/L)的處理澆灌浸提液5～10 mL，以蒸餾水澆灌作為空白對照組。

1.2.3測定項目與方法

1) 幼苗形態(tài)指標的測定：每24 h觀察、統(tǒng)計種子發(fā)芽數(shù)，種子發(fā)芽以胚根突破種皮≥1 mm為標準，計算種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢。在相同處理的每盆植株中選擇10棵來測量其根長、苗高作為一個重復(fù)，并計算每個重復(fù)中幼苗的平均根長和平均苗高。

發(fā)芽勢(%)=第7天發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%

發(fā)芽率(%)=第14天發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%

2) 幼苗生理指標的測定：葉綠素和丙二醛(MDA)含量均采用分光光度法測定[9-10]；根系活力采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測定[11]。

1.3　數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理方法

數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析進行顯著性分析，并用Duncan方法進行多重比較。利用Microsoft Excel 2013軟件進行數(shù)據(jù)制圖。

2　結(jié)果與分析

2.1　香根草水浸液對3種受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

香根草地上部分水浸液對受體植物的發(fā)芽及幼苗生長的影響見表1。由表1可知，水浸液對一年生黑麥草的發(fā)芽率和發(fā)芽勢無明顯影響(p>0.05)。隨著水浸液濃度的升高，一年生黑麥草的根長和苗高都呈降低趨勢，表明水浸液對其根長和苗高有抑制作用。在濃度為50 g/L時，根長相較于ck，6.25，12.5 g/L均存在差異顯著(p<0.05)，其余濃度間差異均不顯著(p>0.05)；苗高相較于ck均存在差異顯著(p<0.05)，其余各濃度間差異均不顯著(p>0.05)。

白蕓豆的發(fā)芽率和發(fā)芽勢隨著水浸液濃度的升高呈降低趨勢，但各處理間發(fā)芽率差異不顯著(p>0.05)，發(fā)芽勢在12.5，50 g/L濃度處理下與ck差異顯著(p<0.05)。其根長和苗高隨水浸液濃度的升高，呈現(xiàn)升高趨勢，表明水浸液對白蕓豆的根長和苗高有促進作用，12.5，50 g/L濃度處理下的根長相較于ck和6.25 g/L濃度存在顯著差異(p<0.05)，50 g/L濃度處理下的苗高相較于其余各濃度間存在差異顯著(p<0.05)。

空心菜的發(fā)芽率和發(fā)芽勢隨著水浸液濃度的升高而降低，其在6.25、12.5 g/L濃度處理下的根長相較于ck呈降低趨勢，且差異顯著(p<0.05)，50 g/L濃度與其余各濃度間差異均不顯著(p>0.05)；苗高隨著水浸液濃度的升高有少許增加，但各處理間差異不顯著(p>0.05)。

2.2　香根草水浸液對3種受體植物幼苗生理指標的影響

2.2.1香根草水浸液對3種受體植物幼苗葉綠素含量的影響

從圖1可看出，3種受體植物幼苗的葉綠素含量均隨水浸液濃度的增加而降低(p<0.05)，50 g/L濃度處理下的葉綠素含量顯著低于ck(p<0.05)。白蕓豆和空心菜的幼苗中葉綠素含量在12.5 g/L濃度處理下較6.5 g/L和50 g/L有小幅度的增加，但僅空心菜12.5 g/L濃度處理和50 g/L濃度處理差異顯著(p<0.05)。

圖1　香根草地上部分水浸提液對3種植物幼苗葉綠素含量的影響

2.2.2香根草水浸液對3種受體植物幼苗丙二醛(MDA)含量的影響

由圖2可知，一年生黑麥草的MDA含量在ck和12.5 g/L濃度處理與水浸液濃度為6.25 g/L和50 g/L處理間差異顯著(p<0.05)。水浸液對白蕓豆的MDA含量影響差異不顯著(p>0.05)，但與ck組相比均有所增加?？招牟说腗DA含量除ck外，各濃度間呈上升趨勢，其中6.25 g/L濃度與ck，12.5，50 g/L濃度處理間均存在顯著差異(p<0.05)，水浸液濃度為50 g/L時，MDA含量最高，說明空心菜在此濃度細胞受損程度最大。

圖2　香根草地上部分水浸提液對3種植物幼苗丙二醛含量的影響

2.2.3香根草水浸液對3種受體植物幼苗根系活力的影響

由圖3可知，一年生黑麥草的根系活力隨著水浸液濃度的升高而降低，在濃度6.25，12.5，50 g/L處理下與ck均存在顯著性差異(p<0.05)，但3個濃度間差異不顯著(p>0.05)。白蕓豆的根系活力隨著水浸液濃度的升高而升高， 50 g/L濃度處理與ck，6.2，12.5 g/L處理均存在顯著性差異(p<0.05)。在水浸液濃度為6.25 g/L時，空心菜的根系活力最低，但與ck差異不顯著(p>0.05)。隨著水浸液濃度的升高，空心菜的根系活力也逐漸升高。

圖3　香根草地上部分水浸提液對3種植物幼苗根系活力的影

3　討　論

3.1　香根草水浸液對3種植物幼苗生長的影響

香根草因根莖葉中含有常見的化感物質(zhì)，如萜類等，這些化感物質(zhì)在自然條件下會通過淋溶、揮發(fā)等方式進入土壤，當(dāng)這些化感物質(zhì)積累到一定的程度，就會影響周圍的植物生長，促進或抑制某種植物的生長[12-13]。本試驗中，香根草地上部分水浸液濃度對一年生黑麥草的發(fā)芽率及發(fā)芽勢、白蕓豆的發(fā)芽率無明顯影響，但對空心菜的發(fā)芽率和發(fā)芽勢有顯著抑制作用，其原因可能是不同受體植物種子在萌發(fā)過程中對水浸液中的化感物質(zhì)的敏感程度或耐受性不同，從而產(chǎn)生不同的化感效應(yīng)，對受體植物的萌發(fā)產(chǎn)生不同的影響。李惠敏等對紫莖澤蘭化感作用的研究結(jié)果表明，豆科與葫蘆科植物對紫莖澤蘭化感作用的敏感程度有差異[14]，這與本試驗結(jié)果相似。

植物幼苗生長常常被認為是衡量化感效應(yīng)最靈敏的指標之一[15]。高濃度水浸液對一年生黑麥草的根長及苗高、空心菜的根長顯示有一定的抑制作用，但對白蕓豆的根長和苗高呈顯著的促進作用，其原因可能是一年生黑麥草和空心菜的根長對水浸液中的化感物質(zhì)較為敏感，耐受性低，白蕓豆的根長對其耐受性高，其根的生長未受到水浸液中化感物質(zhì)的脅迫，從而提高了根系的吸水吸肥能力[16]，進而促進了植物幼苗的生長。張琪等在2種坡地綠化植物化感作用的生物測定研究中發(fā)現(xiàn)，香根草葉片浸提液對大豆和小麥的生長有抑制作用[17]，但董沁方對百合植株水浸液化感作用的研究則表明具有一定的促進作用[18]。

3.2　香根草水浸液對3種植物幼苗生理活性的影響

葉綠素是能夠直接反應(yīng)光合作用效率和植物同化能力大小的色素，它是植物光合作用中的關(guān)鍵色素，同時也是影響光合作用的主要因素[19]。葉綠素含量的高低決定了植物利用光能制造有機物的能力[20]。有些化感物質(zhì)可以降低植物葉片中的葉綠素含量，從而降低光合作用效率[21]。本試驗中，香根草水浸液對3種受體植物葉綠素含量的影響均比較明顯，隨著水浸液濃度的升高，3種受體植物的葉綠素含量整體呈減少趨勢，基本低于ck，可推測受體植物幼苗體內(nèi)葉綠素合成受阻，進而表明香根草水浸液會降低其葉綠素含量，抑制光合效率，降低其植物同化能力，影響植株正常生長[22-23]。這與劉成等[24]的研究結(jié)果相似，其研究結(jié)果表明，葉綠素含量隨著蘆葦葉片水浸液濃度的升高而降低。

MDA是在植物受到脅迫或者衰老時體內(nèi)產(chǎn)生的膜脂過氧化物，它會破壞細胞膜的結(jié)構(gòu)從而造成細胞損傷，其含量的高低在一定程度上能表示組織細胞受損程度，還能表示植物在逆境條件下的反應(yīng)強弱[25]。MDA含量常用來反映植物細胞受損的嚴重程度[26-27]。本試驗中，香根草地上部分水浸液對白蕓豆的MDA含量無明顯影響，可能是其對香根草化感物質(zhì)耐受性較大或是因為水浸液中所含的化感物質(zhì)的量太少，不至對其造成傷害。一年生黑麥草的MDA含量隨著水浸液濃度的升高而降低，其原因可能是水浸液對一年生黑麥草的膜質(zhì)過氧化受到了一定的抑制，水浸液未對一年生黑麥草幼苗細胞造成損傷，這與張敏等[28]對紫莖澤蘭葉片化感作用的研究結(jié)果相似?？招牟说腗DA含量隨著水浸液濃度的升高呈先減少后增加的趨勢，說明水浸液中的化感物質(zhì)破壞了空心菜體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生和清除的動態(tài)平衡，積累的活性氧加大了其細胞膜脂過氧化程度[29]，對其細胞損傷程度較大，從而影響其正常生長。歐俊[30]在空心蓮子草不同部位水浸液對黃瓜種子萌發(fā)及根系細胞膜透性的影響的研究中表明，空心蓮子草水浸液使受體植物根系的丙二醛含量增加，這與本實驗的研究結(jié)果相似。

根系是植物從土壤中吸收營養(yǎng)物質(zhì)及水分的器官，根系活力就是根系生長的活力水平以及它的生長狀況，它能夠反映植物根系生長情況和地上部分的營養(yǎng)狀況[31]。一年生黑麥草的根系活力隨著水浸液濃度的升高整體呈下降趨勢，表明香根草地上部分水浸液對其根系活力具有抑制作用，這可能是因為水浸液對其根系活力的化感脅迫作用較強，傷害了植株根系，減少了植株對養(yǎng)分和水分的吸收，進而影響其幼苗的正常生長[32]，這與張汝民等[33]的研究結(jié)果相似。但白蕓豆和空心菜的根系活力則隨著水浸液濃度的升高整體呈上升趨勢，說明香根草地上部分水浸液可能對白蕓豆和空心菜的根系活力具有一定促進作用，其原因可能是水浸液中的化感物質(zhì)能夠促進其根系的生長，從而促進根系更好的對外界的養(yǎng)分和水分的汲取，這與楊平[34]對小麥根系浸提液化感作用研究的結(jié)果相似。

4　結(jié)　論

1) 香根草地上部分水浸液對3種受體植物均有一定程度的化感作用，因其受體植物種類不同，產(chǎn)生不同的化感效應(yīng)。其中水浸液對一年生黑麥草的生長表現(xiàn)出了較明顯的抑制作用，而對白蕓豆和空心菜的生長卻有一定的促進作用。

2) 白蕓豆和空心菜對香根草地上部分水浸液中化感物質(zhì)的耐受性較高，有利于在利用香根草改良后的基質(zhì)上生長，在今后的復(fù)墾選種過程中可優(yōu)先考慮。