玉米不同部位水浸提液對絞股藍種子的化感作用研究

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(重慶旅游職業(yè)學(xué)院， 重慶 黔江 409000)

絞股藍(Gynostemmapentaphyllum(Thunb.) Makino)又名七葉膽，有三葉、五葉、七葉和九葉之分，是葫蘆科絞股藍屬多年生蔓生草本[1-2]。研究表明，絞股藍具降血脂、降血壓、抗癌、抗衰老等多種功效[3-5]。恩七葉甜絞股藍是湖北民族學(xué)院選育的絞股藍新品種，在恩施州、渝東南等武陵山區(qū)的海拔800～1 100 m山地生長較好[6-7]。

化感作用是植物通過根、莖、葉等器官向環(huán)境中釋放次生代謝產(chǎn)物并對周圍其他植物或者自身產(chǎn)生抑制或促進的作用[8-9]。研究表明，玉米根、莖、葉等對蔬菜[10]、小麥[11]、莖瘤芥[12]等植物都存在抑制或促進的化感作用。絞股藍是近年來武陵山連片貧困地區(qū)助力脫貧攻堅推廣的主要經(jīng)濟作物之一，由于種植簡單、管理方便、收益良好，故栽培面積在該地區(qū)逐年增加。在生產(chǎn)中，恩七葉甜絞股藍種子常套種在玉米地里，以適應(yīng)絞股藍喜陰濕的生長特點，但是實際套種中絞股藍種子經(jīng)常出現(xiàn)萌發(fā)率低、根系發(fā)育不良、幼苗苗小甚至枯萎等現(xiàn)象。此前關(guān)于絞股藍種子萌發(fā)的研究，主要集中在破除休眠[13]、溫度[14]、光照[15]等方面，而關(guān)于玉米對絞股藍種子萌發(fā)的化感作用研究還鮮見報道。

本試驗選取適合武陵山區(qū)海拔700 m以上生長的西大211玉米為供體，恩七葉甜絞股藍種子為受體，研究玉米根、秸稈、果穗水浸提液對絞股藍種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，探討玉米對絞股藍種子的化感作用，以期為提高絞股藍種子萌發(fā)率和減緩套種障礙提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

供體為黔江當(dāng)?shù)胤N植的玉米(西大211)，受體為絞股藍(恩七葉甜)的種子，購于咸豐縣武陵生物科技有限公司。

1.2 方 法

1.2.1 玉米根系、秸稈、果穗水浸提液的制備

將健康玉米根、秸稈、果穗洗凈，分別自然晾干、粉碎。各取50 g粉末分別加入到1 000 mL錐形瓶中，并加入500 mL蒸餾水，于室溫下密封震蕩提取48 h。離心后制得3種質(zhì)量濃度為0.1 g/mL的水浸提母液，將3種待用母液用蒸餾水分別稀釋成0.01，0.05，0.1 g/mL，于4 ℃冷藏備用。

1.2.2 種子發(fā)芽試驗

絞股藍種子預(yù)處理：挑選顆粒飽滿、色澤油亮、大小一致的絞股藍種子用多菌靈消毒5 min，室溫下純凈水浸種8 h，用濾紙吸干表面水分，用濕布蓋住并置于冰箱冷藏24 h，最后室溫陰干備用。

絞股藍種子發(fā)芽試驗：利用濾紙培養(yǎng)皿法，把100粒種子放入墊有2層濾紙的培養(yǎng)皿，加入不同濃度不同部位玉米水浸提液2 mL，每個處理重復(fù)3次，上蓋封口置于25 ℃智能恒溫恒濕培養(yǎng)箱培養(yǎng)，無菌蒸餾水為對照。依據(jù)濾紙濕度每天補充相同水浸提液，以濾紙周圍無水膜為佳，每天計數(shù)發(fā)芽數(shù)。發(fā)芽勢和發(fā)芽率測定參照國家農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程和國際標準的有關(guān)規(guī)定，于25 ℃恒溫箱中萌發(fā)7 d時計算發(fā)芽勢；14 d統(tǒng)計最終發(fā)芽率。

發(fā)芽勢(%)=7 d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽率(%)=14 d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)(式中：Gt為t天內(nèi)絞股藍發(fā)芽的總數(shù)，Dt為相對萌發(fā)天數(shù))；

化感效應(yīng)指數(shù)(RI)=1-C/T(T≥C)或RI=1-C/T(T

當(dāng)RI≥0時，為促進作用；當(dāng)RI<0時，為抑制作用，RI絕對值的大小表示化感作用強度[16]。

1.2.3 生理指標測定

絞股藍出苗12 d后測定相關(guān)生理指標。超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用氮藍四唑光還原法；過氧化物酶(POD)活性測定采用愈創(chuàng)木酚顯色法；丙二醛(MAD)質(zhì)量摩爾濃度測定采用硫代巴比妥酸比色法；可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)測定參照考馬斯亮藍G-250 染色法[17]。

1.2.4 幼苗生長情況測定

14 d種子萌發(fā)試驗結(jié)束后，隨機選取10株統(tǒng)計幼苗的苗長和根長。

數(shù)據(jù)采用Excel軟件統(tǒng)計，利用SPSS 20.0軟件進行單因素方差分析和差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米不同部位水浸提液對絞股藍種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率的影響

由表1可知，玉米不同部位水浸提液對絞股藍種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)存在不同化感作用且差異顯著。根系水浸提液對絞股藍種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率表現(xiàn)出“低促高抑”的雙重效應(yīng)，水浸提液濃度在0.01 g/mL時表現(xiàn)出促進作用，發(fā)芽率為84.42%，與對照比較差異顯著，而發(fā)芽勢差異不顯著，根系水浸提液濃度為0.05，0.1 g/mL時，則表現(xiàn)出抑制作用，且隨著濃度增大抑制作用增強；而玉米秸稈、果穗水浸提液對絞股藍種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率存在明顯抑制作用，隨玉米秸稈、果穗水浸提液質(zhì)量濃度的增加，抑制作用逐漸增強。水浸提液濃度在0.1 g/mL時，玉米不同部位抑制作用都達到最強，抑制作用依次為秸稈>根系>果穗，玉米秸稈、根系、果穗的發(fā)芽率分別為41.45%、48.35%、60.36%。

表1 玉米不同部位水浸提液對絞股藍發(fā)芽勢、發(fā)芽率的影響

部位濃度(g/mL)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽率(%)發(fā)芽指數(shù)(%)無菌蒸餾水(ck)053.43±1.24a81.56±2.46a13.64±0.08a0.0153.58±1.05a84.42±1.54a14.41±0.35a根系0.0536.52±2.43b62.33±2.25b9.24±0.48b0.126.76±1.86c48.35±1.24c7.56±0.13c0.0147.31±0.93a66.52±1.13a10.32±0.05a秸稈0.0536.34±0.66b56.37±2.70b8.03±0.43b0.115.08±1.32c41.45±2.04c6.84±0.24c0.0152.34±1.55a76.52±2.23a11.53±0.65a果穗0.0547.45±1.43b70.47±2.57b11.04±0.73ab0.125.64±1.07c60.36±2.23c8.27±0.35b

注：同列小寫字母表示在0.05水平上的差異顯著。下同。

2.2 玉米不同部位水浸提液對絞股藍幼苗生長的影響

由表2可知，不同濃度的玉米根系、秸稈、果穗的水浸提液對絞股藍幼苗生長指標影響程度不同。玉米根系、秸稈、果穗對絞股藍根的生長都表現(xiàn)出低濃度促進效應(yīng)，水浸提液濃度為0.01 g/mL時，玉米根系、秸稈、果穗水浸提液比對照組根長分別增加了25.28%、7.87%、14.04%；但是高濃度(0.05，0.1g/mL)顯著抑制絞股藍根長生長。水浸提液濃度為0.1 g/mL時，玉米根系、秸稈、果穗水浸提液比對照組根長分別減少了19.67%、35.39%、29.21%。玉米根系水浸提液對絞股藍的苗長無顯著影響。秸稈與果穗在低濃度(0.01g/mL)苗長無顯著影響，但是高濃度(0.05，0.1 g/mL)顯著抑制苗長的生長。當(dāng)濃度達到0.1 g/mL時，秸稈和果穗水浸提液對絞股藍的苗長抑制率分別為38.58%、25.98%。

2.3 玉米不同部位水浸提液對絞股藍幼苗生理活性的影響

2.3.1 玉米不同部位水浸提液對絞股藍幼苗SOD、POD酶活性的影響

由表3可知，玉米不同部位水浸提液對絞股藍種子SOD、POD酶活性表現(xiàn)出低質(zhì)量濃度促進，高質(zhì)量濃度抑制。根系、秸稈、果穗水浸提液在0.01 g/mL時，對絞股藍種子的SOD、POD酶活性促進作用顯著，POD酶活性分別比對照組提高了15.51%、13.80%、13.36%，SOD酶活性分別比對照組提高了13.05%、13.46%、10.54%；而隨著水浸提液質(zhì)量濃度的增大，開始顯現(xiàn)出抑制作用，在0.05 g/mL時，POD、SOD酶活性顯著降低，在0.1 g/mL時達到最大抑制作用，根系、秸稈、果穗水浸提液處理的絞股藍幼苗的POD酶活性分別降低了47.58%、54.57%、50.74%，SOD酶活性分別降低了60.90%、65.59%、56.97%。以上表明，玉米不同部位水浸提液在低質(zhì)量濃度能促進絞股藍幼苗根系酶活性，高質(zhì)量濃度會降低根系酶活性。

表3 玉米不同部位水浸提液對絞股藍幼苗生理活性的影響

部位濃度(g/mL)過氧化物氧化酶活性[μg/(g·min)]超氧化物歧化酶活性(μg/(g·min)]MAD含量(mol/g)可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)(mg/g)無菌蒸餾水(ck)0143.57±2.45a388.62±1.25a0.0121±0.002a15.85±0.25a0.01145.84±3.34a396.74±2.36a0.0128±0.001c12.33±0.14a根系0.0594.63±2.58b378.41±3.73b0.0152±0.001b10.45±0.32b0.145.26±3.42c334.12±2.52c0.0206±0.002a8.57±0.36c0.01143.38±1.55a418.24±3.11a0.0134±0.001c11.81±0.53a秸稈0.05104.27±2.58b385.53±2.65b0.0163±0.001b9.35±0.22b0.165.23±3. 43c336.86±2.42c0.0236±0.001a7.13±0.31c0.01143.75±2.84a407.48±3.15a0.0133±0.001c12.46±0.33a果穗0.0596.45±2.31b365.62±2.33b0.0155±0.001b9.56±0.47b0.150.72±2.56c328.62±2.44c0.0194±0.001a7.26±0.54c

表2 玉米不同部位水浸提液對絞股藍苗長、根長的影響

部位濃度(g/mL)苗長(cm)根長(cm)無菌蒸餾水(ck)01.27±0.36a1.78±0.25a0.011.28±0.05a2.23±0.12a根系0.051.30±0.24a1.54±0.23b0.11.26±0.35a1.43±0.14c0.011.27±0.04a1.92±0.03a秸稈0.051.07±0.16b1.37±0.41b0.10.78±0. 13c1.15±0.04c0.011.28±0.27a2.03±0.13a果穗0.051.05±0.33ab1.47±0.27b0.10.94±0.21b1.26±0.14c

2.3.2 玉米不同部位水浸提液對絞股藍幼苗MAD含量的影響

由表3可知，玉米不同部位水浸提液對絞股藍幼苗MAD含量的影響表現(xiàn)出不同的促進作用。隨著根系、秸稈、果穗水浸提液濃度的增加，MAD在幼苗中含量也增加，且與對照組呈現(xiàn)顯著差異，這表明隨著玉米水浸提液質(zhì)量濃度的增加，對幼苗的細胞膜損傷程度也逐漸增加。在0.1 g/mL時玉米根系、秸稈、果穗處理的絞股藍MAD含量均達到最大，比對照組MAD含量分別增加了70.25%、95.04%、60.33%，其中玉米秸稈水浸提液使絞股藍幼苗中MAD含量增加最多，對幼苗影響最大。

2.3.3 玉米不同部位水浸提液對絞股藍幼苗可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)的影響

由表3可知，絞股藍幼苗可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)隨玉米不同部位水浸提液濃度增大而持續(xù)降低，且與對照組相比差異顯著，這表明隨著玉米水浸提液質(zhì)量濃度的增加，幼苗對環(huán)境的適應(yīng)性、抗性逐漸降低。在0.1 g/mL時，玉米根系、秸稈、果穗處理的絞股藍可溶性蛋白含量均最少，比對照組可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)分別降低了45.93%、55.02%、54.20%。

2.4 玉米不同部位水浸提液對絞股藍化感效應(yīng)的綜合影響

由表4可知，玉米不同部位對絞股藍同一指標的化感作用不同，同一部位水浸提液對絞股藍不同指標的化感作用也不同。玉米根系水浸提液濃度在0.01 g/mL時，對種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、苗長、根長、POD活性、SOD活性、MAD含量化感效應(yīng)指數(shù)均為正數(shù)，表現(xiàn)為化感促進作用；在濃度為0.05，0.1 g/mL時，對發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、根長、POD活性、SOD活性化感效應(yīng)指數(shù)均為負數(shù)，表現(xiàn)為化感抑制作用。玉米秸稈、果穗水浸提液濃度為0.01 g/mL時，對根長、POD活性、SOD活性、MAD含量化感效應(yīng)表現(xiàn)為促進作用；在濃度0.05 g/mL、0.1 g/mL時，對發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、苗長、根長、POD活性、SOD活性化感效應(yīng)表現(xiàn)為化感抑制作用。

表4 玉米不同部位水浸提液對絞股藍化感效應(yīng)的綜合影響

從絞股藍發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)來看，玉米秸稈、果穗水浸提液都存在抑制作用，且秸稈的作用最強，而根系低濃度(0.01 g/mL)可以促進絞股藍種子的萌發(fā)，高濃度(0.05，0.1 g/mL)同樣存在抑制作用；從苗長、根長來看玉米根系、秸稈、果穗水浸提液在低濃度(0.01 g/mL)都可促進幼苗的發(fā)育，高濃度(0.05，0.1 g/mL)存在抑制作用，且秸稈的抑制作用最強；從幼苗的生理活性指標看，低濃度(0.01 g/mL)都可促進幼苗細胞POD、SOD的活性，高濃度(0.05，0.1 g/mL)存在抑制作用，MAD含量都隨玉米水浸提液濃度升高而升高，可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)都隨玉米水浸提液濃度升高而降低，化感抑制作用隨玉米水浸提液濃度升高而增強；從化感綜合效應(yīng)看，低濃度(0.01 g/mL)的玉米根系、果穗水浸提液可以促進絞股藍種子及幼苗生長，且根系此時的綜合化感效應(yīng)為0.38，促進作用最強。在高濃度(0.05，0.1 g/mL)時玉米各部位都表現(xiàn)為化感抑制作用，相同濃度下抑制綜合效應(yīng)依次為秸稈>果穗>根系。

3 討 論

武陵山地區(qū)，玉米常和大豆、馬鈴薯等耐陰作物間作套種，這樣既可以充分利用光照，又可以充分利用土地資源。近年來，為了助力武陵山區(qū)攻堅脫貧，已將馴化的當(dāng)?shù)叵碴幠蜐裰参锝g股藍與玉米進行間作套種。而前人研究發(fā)現(xiàn)，玉米土壤中含有大量異羥肟酸物質(zhì)、香豆素類等抗性物質(zhì)，對小麥、大豆等其他植物的發(fā)芽及幼苗生長有抑制或毒害作用[18-19]。本研究發(fā)現(xiàn)，低濃度的玉米根系水浸提液能促進絞股藍種子的萌發(fā)，高濃度的玉米不同部位的水浸提液都抑制絞股藍種子萌發(fā)。原因可能是玉米根系分泌的化感物質(zhì)在低濃度能活化絞股藍種子的酶系統(tǒng)，打破種子的休眠，促進營養(yǎng)物質(zhì)分解和胚芽生長，提高發(fā)芽率。隨著玉米水浸提液濃度的增加，可能抑制絞股藍種子酶系統(tǒng)反應(yīng)，抑制胚芽生長，進而抑制了幼苗的生長發(fā)育，這表明玉米不同部位不同濃度的水浸提液對絞股藍種子的萌發(fā)影響差別較大。

絞股藍幼苗生長受到抑制時，植株內(nèi)部一些酶的活性會發(fā)生變化。POD、SOD等抗氧化酶可保護幼苗免受過量自由基傷害，其活性的高低在一定程度上反映逆境脅迫對植株的傷害大小。研究表明，玉米長期種植會積累的大量酚酸類物質(zhì)促使抗氧化酶活性降低，進而導(dǎo)致自由基過量積累，對根系造成傷害[20]。本試驗結(jié)果顯示，玉米不同部位高濃度(0.05，0.1 g/mL)水浸提液對幼苗根系保護性酶活性均顯著低于對照組，可能是由于玉米水浸提液中酚酸類物質(zhì)的大量積累，破壞了幼苗細胞內(nèi)SOD、POD酶的功能，對根系造成脅迫作用，使絞股藍幼苗的生長發(fā)育受到抑制。

目前，本試驗只在室內(nèi)分析了玉米不同部位水浸提液對絞股藍種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，得出低濃度(0.01 g/mL)的根系水浸提液會促進絞股藍種子的萌發(fā)，而絞股藍在套種時，其化感作用會受到玉米生長時期、光照、土壤等影響，后期將模擬田間種植，進一步研究和分析玉米不同生長期化感物質(zhì)進入土壤環(huán)境后對絞股藍種子萌發(fā)的影響。