苔蘚水提液對玉米和小麥種子萌發(fā)的化感效應(yīng)

朱亞利，饒本強*，余亞軍，謝陽陽，劉 冰，薛 慧，趙潘玉

(1.信陽師范學(xué)院a.生命科學(xué)學(xué)院; b.大別山農(nóng)業(yè)生物資源保護與利用研究院，河南 信陽 464000；2.信陽市林業(yè)工作站，河南 信陽 464000)

0 引言

苔蘚植物屬于低等的高等植物，無花，無種子，以孢子繁殖.全世界約有23 000種，能作為監(jiān)測空氣污染程度的指示植物.在植物界的演化進程中，苔蘚植物代表著從水生逐漸過渡到陸生的類型.多種苔蘚植物能產(chǎn)生特別豐富的次生代謝產(chǎn)物，從苔蘚植物中已經(jīng)分離到的次生代謝產(chǎn)物主要有萜類、甾醇、芳香族化合物及脂類等.而在其他的高等植物中廣泛存在的生物堿，苔蘚植物幾乎完全缺乏[1].苔蘚植物體中不同的次生代謝產(chǎn)物有著不同的生理活性，但是其水提液對植物種子的作用鮮有報道.Haneck和Meinwnger[2]報道了81種苔蘚植物水提液對獨行菜(Lepidiumsalivum)種子的影響，實驗結(jié)果證實了81種苔蘚水提液對獨行菜種子具有不同的作用，有些種類能促進獨行菜莖的生長，如葉蘚(Distichiumcapillaceaum)、地錢(Marchantiapolymorpha).有些種類促進獨行菜根的生長，如灰蘚(Hypnumcupressiforme)，蛇苔(Conocephalumconicum).而有些種類卻抑制獨行菜根和莖的生長，如大咢苔(Cephaloziabicuspidata).鄧云峰[3]等發(fā)現(xiàn)美灰蘚(Eurohypnumleptothallum)不同濃度的提取液對玉米種子萌發(fā)無明顯影響，對小麥種子有一定的促進作用，而真蘚(Bryumargenteum)則是對玉米有抑制作用，對小麥種子無明顯作用.本實驗以玉米和小麥種子作為被試材料，測試小金發(fā)蘚(Pogonatumaloides)和仙鶴蘚(Atrichumundulatum)不同濃度提取液對其種子萌發(fā)的化感作用.

1 材料與方法

1.1 材料

小金發(fā)蘚和仙鶴蘚均采自信陽南灣湖風(fēng)景區(qū)背陰面的山坡上.玉米種子為緯玉5號，來自于河南嘉禾種子有限公司.小麥種子為豫農(nóng)98，來自于河南省南海種子有限公司.

1.2 實驗方法

將野外采集的新鮮苔蘚配子體用自來水沖洗干凈，除去夾雜在中間的雜蘚及雜質(zhì)，再用蒸餾水清洗3遍.放入烘干箱于40 ℃烘干，取出研磨成粉末.稱取5 g干燥的苔蘚材料，并將其置于加有200 mL的雙蒸水的500 mL的容量瓶中，用封口膜封口，70 ℃恒溫水浴浸提6 h，用壓力泵抽濾，過濾，制成最終質(zhì)量濃度為25 g/L的原水提液.將兩種苔蘚植物的原水提液稀釋為質(zhì)量濃度25、15、10、5 g/L等4種苔蘚提取液.

1.2.1 種子預(yù)處理

挑選籽粒飽滿，大小均勻的玉米和小麥種子各720粒，先用流水沖洗30 min，再用蒸餾水洗3次，用蒸餾水浸泡12 h，最后用體積分數(shù)為0.1%的HgCl2消毒7 min，用無菌水沖洗3～4次，每次1 min.

1.2.2 種子萌發(fā)

在每個培養(yǎng)皿(15 cm)內(nèi)放入2層濾紙，121 ℃高壓滅菌20 min后加入10 mL不同質(zhì)量濃度的苔蘚提取液，以雙蒸水作為對照，每個濃度3個重復(fù)，每個培養(yǎng)皿中，放入20粒種子，加入10 mL提取液，為了防止提取液的揮發(fā)和被污染，用封口膜將培養(yǎng)皿封口.培養(yǎng)條件為22 ℃，光照周期為14 h光照，10 h黑暗.每天固定時間段統(tǒng)計玉米和小麥種子的發(fā)芽粒數(shù)，以胚根長大于等于種子的直徑視為已發(fā)芽種子，以連續(xù)2 d種子的發(fā)芽數(shù)不再增加視為萌發(fā)結(jié)束.萌發(fā)實驗結(jié)束后，隨機取10粒已萌發(fā)的種子，稱量玉米和小麥種子芽根鮮質(zhì)理與干質(zhì)量，測量胚根長、胚芽長、不定根根數(shù).

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel2016對實驗圖表進行處理，用Spass17.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理與分析，同時采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和LSD多重比較檢驗各處理組間的差異顯著水平.

2 結(jié)果和分析

2.1 苔蘚提取液對玉米種子萌發(fā)率的影響

圖1為小金發(fā)鮮和仙鶴蘚不同質(zhì)量濃度提取液處理玉米種子的萌發(fā)率.5 g/L的小金發(fā)蘚提取液對玉米種子的萌發(fā)有促進作用，其他濃度均有一定的抑制作用，與對照組相比，差異并不顯著(p>0.05),說明該苔蘚提取液不同濃度處理對玉米種子萌發(fā)不會產(chǎn)生明顯的影響.仙鶴蘚提取液不同濃度處理對玉米種子的萌發(fā)均有促進作用，其中10 g/L和5 g/L對玉米種子的萌發(fā)作用最強.

圖1 小金發(fā)鮮和仙鶴蘚不同濃度提取液處理玉米種子的萌發(fā)率Fig. 1 The germination rate of maize seeds treatedwith different water extract from the Pogonatum aloidesand the Atrichum undulatum.

2.2 苔蘚提取液對玉米種子幼苗生長指標(biāo)的影響

表1為小金發(fā)蘚提取液對玉米種子各生長指標(biāo)的影響.不同質(zhì)量濃度小金發(fā)蘚提取液處理間玉米幼苗根長和不定根數(shù)等指標(biāo)存在顯著性差異(p<0.05).而對其他生長指標(biāo)的作用不顯著(p>0.05).除濃度為5 g/L外，其他各處理對玉米幼苗的根長具有明顯的抑制作用，當(dāng)提取液質(zhì)量濃度為15 g/L時，對玉米幼苗根長的抑制作用最強，且與對照組相比都存在顯著性差異；各濃度處理對玉米幼苗不定根數(shù)的增加均有促進作用，分別為對照組的1.39、2.91、1.58和1.04倍，其中，提取液質(zhì)量濃度為15 g/L時，對玉米幼苗不定根數(shù)增加促進作用最強，且與對照組相比存在顯著性差異.

表2為仙鶴蘚提取液對玉米種子各生長指標(biāo)的影響.不同質(zhì)量濃度仙鶴蘚提取液對根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量、根長、芽長的作用存在顯著性差異(p<0.05)；而對玉米幼苗生長的其他各項指標(biāo)不存在顯著性差異(p>0.05).濃度為5 g/L時，對玉米幼苗各項生長指標(biāo)均有促進作用.濃度為15 g/L時，對玉米幼苗芽長有顯著的促進作用，為對照組的1.47倍，且與對照組相比存在顯著性差異.

表1 小金發(fā)蘚對玉米種子各生長指標(biāo)的影響Tab. 1 The effect of the Pogonatum aloides on the growth indexes of maize seeds

表2 仙鶴蘚對玉米種子各生長指標(biāo)的影響Tab. 2 The effect of the Atrichum undulatum on the growth indexes of maize seeds

2.3 苔蘚提取液對小麥種子萌發(fā)率的影響

圖2為小金發(fā)鮮和仙鶴蘚不同質(zhì)量濃度提取液處理小麥種子的萌發(fā)率.質(zhì)量濃度為25 g/L和10 g/L小金發(fā)蘚提取液對小麥種子萌發(fā)有抑制作用，且濃度為25 g/L時對小麥種子萌發(fā)抑制作用最明顯；質(zhì)量濃度為5 g/L時對小麥種子萌發(fā)有促進作用，為對照組的1.21倍.仙鶴蘚水提液不同質(zhì)量濃度對小麥種子萌發(fā)的作用與對照組相比差異不顯著(p<0.05)，然而，濃度為15 g/L時與濃度為5 g/L時相比差異顯著(p>0.05)，且濃度為5 g/L時是濃度為15g/L時的1.2倍.

圖2 小金發(fā)鮮和仙鶴蘚不同濃度提取液處理小麥種子的萌發(fā)率Fig. 2 The germination rate of wheat seeds treated withdifferent water extract from the Pogonatum aloidesandthe Atrichum undulatum.

2.4 苔蘚提取液對小麥種子幼苗生長指標(biāo)的影響

不同質(zhì)量濃度小金發(fā)蘚對小麥幼苗的各項生長指標(biāo)都具有顯著的促進或抑制作用(p<0.05)，對小麥幼苗不定根數(shù)的增加均有促進作用，特別是質(zhì)量濃度為25 g/L時作用效果最強，與對照組存在顯著性差異(p<0.05)，為對照組的1.36倍；然而對小麥根長均有抑制作用，濃度為25 g/L時抑制作用最強；質(zhì)量濃度為15 g/L時，對小麥的根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量、芽鮮質(zhì)量、根長和芽長都有明顯的抑制作用.

不同質(zhì)量濃度仙鶴蘚對小麥幼苗根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量、不定根數(shù)等指標(biāo)存在顯著性差異(p<0.05)；而對其他各項指標(biāo)的作用差異不顯著(p>0.05).對小麥幼苗不定根數(shù)均有促進作用，其中15 g/L是促進作用最強，為對照組的1.26倍，且與對照組相比存在顯著性差異.而濃度為15 g/L時，除對不定根數(shù)有促進作用外，對小麥幼苗其他各生長指標(biāo)也均有明顯的促進作用；濃度為25 g/L和10 g/L時，對根鮮質(zhì)量有較強的抑制作用，且與對照組相比均存在顯著性差異.

表3 小金發(fā)蘚對小麥種子各生長指標(biāo)的影響Tab. 3 The effect of the Pogonatum aloides on the growth indexes of wheat seeds

表4 仙鶴蘚對小麥種子各生長指標(biāo)的影響Tab. 4 The effect of the Atrichum undulatum on the growth indexes of wheat seeds

3 討論

植物化感作用(Allelopathy),同時又被叫作植物他感作用(也有人稱為植物克生作用)，一般來說是指(供體)植物通過產(chǎn)生特種成分的化合物釋放到周圍環(huán)境中，并通過一定的化學(xué)作用表現(xiàn)出對周邊的其他受體植物,和自身的生長發(fā)育產(chǎn)生特定影響的現(xiàn)象[4]，這種影響作用既有促進又有抑制.化感作用在自然生態(tài)系統(tǒng)中廣泛存在，而且吸引了越來越多的專家學(xué)者的目光.在此背景之下，展開了大量植物-植物間相互作用的研究[5].

不同質(zhì)量濃度小金發(fā)蘚水提液對玉米種子和小麥種子的萌發(fā)和胚根的生長均出現(xiàn)了低濃度促進高濃度抑制的現(xiàn)象，和陳圓圓[6]用綠豆、油菜、蘿卜種子為材料，測定了大金發(fā)蘚和小蛇苔三種不同濃度提取液對這三種種子的作用及張莉娜等[7]實驗疏網(wǎng)美喙蘚(Eurhynchiumlaxirete)、薄壁卷柏蘚(Racopilumcuspidigerum)、毛枝雀尾蘚(Hypopterygiumtrichocladon)和海島花葉蘚(Calymperestaitense)的配子體提取液的不同濃度處理對黃瓜種子萌發(fā)的“低促高抑”現(xiàn)象相同，這可能因為蘚類植物的某些化感物質(zhì)影響了受試植物體內(nèi)激素自身或參與代謝平衡，也可能因為蘚類植物體內(nèi)可能含有某種內(nèi)源激素釋放到提取液中從而起到生長調(diào)節(jié)作用；而且實驗發(fā)現(xiàn)隨著小金發(fā)蘚的濃度的不斷增高不定根數(shù)也不斷增加，這可能由于主胚根濃度明顯減小，從而在一定程度上促進了不定根數(shù)量的增加.不同濃度仙鶴蘚水提液對玉米種子萌發(fā)及根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量、根長、芽長等指標(biāo)均表現(xiàn)出促進作用，對小麥種子萌發(fā)濃度為15 g/L時具有抑制作用，而對于根蘚重、根干重、不定根數(shù)15 g/L濃度時促進作用最強，出現(xiàn)這種結(jié)果可能是蘚類植物體內(nèi)含有某種激素釋放到提取液中從而起到生長調(diào)節(jié)作用，而且小麥對該激素與玉米相比比較敏感15g/L時即達到其最適濃度.而且，某些植物種子萌發(fā)率不高的一個重要原因可能是由于自身含有脫落酸、脫水醋酸、香豆素,或生物堿在內(nèi)的萌發(fā)抑制物質(zhì).此外，因為苔蘚植物次生代謝物質(zhì)種類和含量還與植物體雌雄株有關(guān)，本文中的仙鶴蘚屬于雌雄同株，而小金發(fā)蘚則是雌雄異株，這可能是兩種蘚對玉米及小麥的影響不同的原因之一[8].

我國苔蘚植物資源豐富，同時，多種種類都能產(chǎn)生豐富的次生代謝物質(zhì)，且常具有較強的生物活性.苔蘚提取液用于抗真菌的商品已經(jīng)在市場上銷售，用于動物真菌感染.而且在我國民間許多藥用苔蘚早已用于治療人類疾病，在云南和四川等地一些苔蘚仍作為中草藥在民間使用.我國對苔蘚次生代謝物鮮有研究，其潛在應(yīng)用價值應(yīng)引起藥物化學(xué)、植物化學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者的充分重視，加速這類資源的應(yīng)用.玉米和小麥?zhǔn)侵饕募Z食作物，研究多集中在種質(zhì)資源遺傳育種、基因組學(xué)研究等方面[9].不同國家小麥種質(zhì)資源遺傳多樣性研究.而苔蘚水提液對種子萌發(fā)作用的研究較少，而且其作用機理有待進一步研究.