外源蘆丁對3種常見雜草的化感效應(yīng)

呂勇 侯新村 鄭瑞倫 范希峰 李永梅

摘要：為初步探究蘆丁對雜草的化感效應(yīng)，本試驗(yàn)以雜草株高、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、根系活力和SOD活性等指標(biāo)為參數(shù)，研究蘆丁對3種常見雜草生長發(fā)育的作用。結(jié)果表明，高濃度蘆丁對雜草的生長以及各項(xiàng)生理指標(biāo)都起到抑制作用，證明蘆丁對雜草具有化感作用；且蘆丁對不同種類雜草的化感作用強(qiáng)度不同。本研究結(jié)果將為以后利用化感物質(zhì)防治雜草的應(yīng)用提供理論參考。

關(guān)鍵詞：蘆??；雜草；化感作用；酶活性

中圖分類號：S482.4文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2018）07-0138-05

Abstract To preliminarily explore the allelopathic effect of rutin on weeds， the effects of rutin on the growth and development of common weeds were studied in the experiment， such as plant height， net photosynthesis and stomatal conductance， root activity and SOD activity and other physiological indexes. The results showed that high concentration of rutin had a certain inhibitory effect on the growth and various physiological indexes of weeds， which proved that rutin had a allelopathic effect on weeds. And rutin had different effects on different kinds of weeds. The conclusion will provide a theoretical basis for the application of allelochemicals in control of weeds.

Keywords Rutin； Weeds； Allelopathic effect； Enzyme activity

雜草種類繁多，全世界約有5萬種，農(nóng)田雜草8 000多種，主要糧食危害雜草約250種[1]。雜草具有生物量大、抗逆性強(qiáng)、生長迅速的特點(diǎn)[1-3]，大部分雜草兼有有性繁殖和無性繁殖方式，能在短時間內(nèi)完成其生長周期[4]。雜草的種子具有頑強(qiáng)的生命力[5]，種子壽命相當(dāng)長，如，藜（Chenopodium album）種子可存活1 700多年[6]，繁縷（Stellaria media）種子能存活622年[7]。

絕大部分雜草的種子都很小且易于傳播，同時每株雜草的產(chǎn)籽數(shù)量相當(dāng)高，常與栽培植物伴生[1]。雜草對人類生產(chǎn)生活會產(chǎn)生多種危害，具有明顯抑制作物生長發(fā)育的作用，有時還會助長病蟲的發(fā)生和蔓延[1-3]。

化感作用指植物通過特定的方式（淋溶、揮發(fā)、殘體分解和根系分泌等）向環(huán)境釋放化學(xué)物質(zhì)，從而達(dá)到對其周圍其他植物造成直接或間接、有害或有利的效果[8-10]。植物利用這些方式分泌出次生代謝物產(chǎn)生相互作用，從而維護(hù)對自身有利的生態(tài)環(huán)境[11，12]。植物將化感物質(zhì)作為一種化學(xué)武器使其在種群生態(tài)群落中得以立足，這也是植物自我防衛(wèi)與攻擊的重要機(jī)制[13]。近年來有很多運(yùn)用化感效應(yīng)除草的研究，郭怡卿等[14]研究發(fā)現(xiàn)，部分水稻存在化感作用，可以有效防治雜草的生長，通過選用化感水稻可以有效節(jié)約資源、財(cái)力和物力，達(dá)到合理控草。鄔彩霞等[15]研究發(fā)現(xiàn)黃花草木樨（Melilotus officinalis）水浸提液對田間常見雜草有化感抑制作用。

化感作用的主要媒介就是化感物質(zhì)，化感物質(zhì)種類很多，最常見的是含氮化合物、酚類、萜類和其他次生物質(zhì)[16，17]。關(guān)于化感物質(zhì)的研究也有很多，李鵬程[18]研究發(fā)現(xiàn)，刺莧體內(nèi)潛在的化感物質(zhì)蘆丁、齊墩果酸和β-谷甾醇，對水稻、豇豆、白菜等作物種子萌發(fā)及幼苗生長都有不同程度的抑制作用。楊雪芳[19]研究發(fā)現(xiàn)，水稻苯并噻嗪化感物質(zhì)衍生物對稻田雜草尤其是抗除草劑生態(tài)型稗草有抑制作用。

本試驗(yàn)通過向3種常見雜草施用化感物質(zhì)蘆丁，探討其對3種雜草生長及生理指標(biāo)的影響，明確其化感效應(yīng)，以期為篩選高效、環(huán)保、可防治農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中雜草生長的化感物質(zhì)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

牛筋草（Eleusine indica）、反枝莧（Amaranthus retroflexus）、狗尾草（Setaria viridis），于2015年收集自北京市小湯山國家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究示范基地草本能源植物資源圃（以下簡稱“小湯山基地”）。先用1%甲醇溶解蘆丁，然后用黃酮溶液分別配置成濃度為0.1、0.5、1.0、5.0、10.0 mmol·L-1的蘆丁溶液，最后用少量甲醇調(diào)節(jié)各濃度溶液，使甲醇含量達(dá)1%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 試驗(yàn)分組 將試驗(yàn)分為6組，CK為空白對照組，處理組分別為0.1、0.5、1.0、5.0、10.0 mmol·L-1的蘆丁溶液。

1.2.2 試驗(yàn)處理 分別播種3種雜草，播種前對種子進(jìn)行消毒和催芽處理，以獲得長勢一致的幼苗。當(dāng)幼苗長至4～5片葉時，移植到內(nèi)徑為15 cm的黑色塑料盆中進(jìn)行栽培，每盆一株，盆栽土取自小湯山基地。緩苗一周后挑選出生長一致的幼苗進(jìn)行施藥，盆栽株距40 cm，行距60 cm，圍繞根際約10 cm，將各處理組溶液均勻施入相應(yīng)的盆栽中，每個盆栽100 mL，每組3次重復(fù)。每隔6 d施加一次處理組溶液，30 d后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測定。

1.2.3 指標(biāo)測定 株高和莖粗分別用卷尺和游標(biāo)卡尺測定；光合速率變化采用CIRAS-I型便攜式光合儀（英國PP-system公司）測定[20]；超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）含量、根系活力與葉綠素含量均參照鄒琦、趙世杰等方法測定[21，22]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel、SPSS 16.0.2軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。利用單因素方差分析和最小顯著差數(shù)法（LSD）進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源蘆丁對3種雜草生長的影響

由表1可以看出，外源蘆丁處理對3種雜草生長影響顯著。隨著蘆丁濃度的提高，株高均降低，牛筋草株高比CK降低了24.00%～43.68%；反枝莧株高比CK降低了9.79%～32.17%；狗尾草株高比CK降低了9.02%～24.49%，表明蘆丁濃度越大其抑制作用越明顯。

隨著蘆丁濃度的升高，地上、地下部鮮重均呈逐漸降低趨勢，且與CK差異顯著，牛筋草地上部鮮重比CK降低了35.59%～58.01%，地下部鮮重比CK降低了19.10%～48.88%；反枝莧地上部鮮重比CK降低了16.50%～38.35%，地下部鮮重比CK降低了34.91%～64.15%；狗尾草地上部鮮重比CK降低了13.51%～38.51%，地下部鮮重比CK降低了37.32%～61.82%。

2.2 外源蘆丁對3種雜草葉片光合參數(shù)的影響

如表2所示，隨著蘆丁濃度的提高，3種雜草葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度均呈下降趨勢，胞間二氧化碳濃度呈上升趨勢，除牛筋草蒸騰速率外，高濃度下均與CK差異顯著。

當(dāng)蘆丁濃度為10.0 mmol·L-1時，牛筋草的凈光合速率比CK降低了51.78%，蒸騰速率降低了41.15%，氣孔導(dǎo)度降低了51.48%，胞間二氧化碳濃度上升了32.57%；反枝莧的凈光合速率比CK降低了46.60%，蒸騰速率降低了53.55%，氣孔導(dǎo)度降低了64.51%，胞間二氧化碳濃度上升了24.08%；狗尾草的凈光合速率比CK降低了43.16%，蒸騰速率降低了47.79%，氣孔導(dǎo)度降低了62.19%，胞間二氧化碳濃度上升了23.85%。由此看出高濃度蘆丁會降低葉片的蒸騰速率和氣孔傳導(dǎo)能力，從而降低光能轉(zhuǎn)化率。同時胞間二氧化碳濃度越高光合速率越低，可見氣孔導(dǎo)度并不是限制植株光合作用的唯一決定因素，可能還伴隨著非氣孔限制因素致使光能轉(zhuǎn)化效率降低，吸收和同化物質(zhì)、能量的能力降低，從而導(dǎo)致葉片發(fā)黃，植株生長緩慢。

2.3 外源蘆丁對3種雜草葉片葉綠素和根系活力的影響

由圖1可知高濃度（5.0、10.0 mmol·L-1）的蘆丁處理對3種雜草葉片葉綠素含量均有顯著降低作用，其中狗尾草葉片葉綠素含量出現(xiàn)“低促高抑”現(xiàn)象，當(dāng)蘆丁濃度為0.1 mmol·L-1時，狗尾草葉片葉綠素含量顯著高于CK。隨著蘆丁濃度的升高，牛筋草和反枝莧葉綠素含量持續(xù)降低，牛筋草葉綠素含量比CK降低了17.42%～45.63%；反枝莧葉綠素含量比CK降低了10.51%～60.77%。表明經(jīng)過高濃度蘆丁澆灌后，3種雜草葉片葉綠素含量降低，導(dǎo)致植株生長緩慢、葉片發(fā)黃，生長發(fā)育受阻。

由圖2可知，蘆丁處理對3種雜草根系活力均有明顯抑制作用。隨著蘆丁濃度的提高，牛筋草根系活力比CK降低了49.23%～88.91%；反枝莧根系活力比CK降低了45.45%～70.13%；狗尾草根系活力比CK降低了40.83%～78.66%。經(jīng)過蘆丁澆灌后3種雜草根系活力均受到抑制，且隨著添加濃度的升高，抑制作用增強(qiáng)，根冠吸收養(yǎng)分能力降低，根系生長緩慢，導(dǎo)致雜草無法進(jìn)行正常的生長發(fā)育。

2.4 外源蘆丁對3種雜草葉片超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量的影響

圖3所示，蘆丁處理對牛筋草和反枝莧葉片SOD活性表現(xiàn)出“低促高抑”現(xiàn)象，當(dāng)濃度為0.1、0.5 mmol·L-1時兩者的SOD活性顯著高于CK；當(dāng)蘆丁濃度達(dá)到1.0 mmol·L-1，對牛筋草葉片SOD活性表現(xiàn)出明顯的抑制作用，且隨著濃度的升高抑制作用持續(xù)加強(qiáng)；而對反枝莧葉片SOD活性依舊表現(xiàn)出促進(jìn)作用，直至蘆丁濃度達(dá)到10.0 mmol·L-1時，才對反枝莧葉片SOD活性表現(xiàn)顯著的抑制作用。蘆丁處理下對狗尾草葉片SOD活性始終起抑制作用，且隨著濃度升高抑制作用增強(qiáng)，SOD活性比CK降低了14.86%～42.18%。說明澆灌高濃度的蘆丁會降低3種雜草葉片的SOD活性，使植株體內(nèi)超氧自由基累積，加大對細(xì)胞的損害，導(dǎo)致葉片提前衰老。

由圖4可知，蘆丁處理使牛筋草和狗尾草葉片MDA含量表現(xiàn)出上升趨勢，隨著蘆丁濃度的提高，牛筋草葉片MDA含量比CK升高了84.97%～466.69%，狗尾草葉片MDA含量比CK升高了55.61%～246.77%；而對反枝莧，低濃度時MDA含量有所降低，直到蘆丁濃度為10 mmol·L-1時才顯著升高，為對照的37.97%。可以看出，經(jīng)過蘆丁處理的牛筋草葉片MDA含量上升速度最快，其次是狗尾草，反枝莧上升速度最慢，說明蘆丁對牛筋草葉片細(xì)胞膜脂過氧化程度的影響較大，對反枝莧葉片的影響較小。

3 討論與結(jié)論

雜草對農(nóng)作物生長發(fā)育有著嚴(yán)重危害，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的大敵[23]，除草劑的施用雖然在短時間內(nèi)可以控制雜草的生長，但與此同時也帶來了許多副作用，不僅污染環(huán)境而且會導(dǎo)致部分雜草產(chǎn)生抗藥性[24]。在可持續(xù)發(fā)展觀念不斷增強(qiáng)的今天，通過培育化感作用植物，達(dá)到生態(tài)安全條件下雜草的有效控制，運(yùn)用生物農(nóng)藥達(dá)到綠色除草的目的，已經(jīng)成為人們迫切的需求。

本試驗(yàn)對3種雜草使用化感物質(zhì)蘆丁，研究蘆丁對雜草生長發(fā)育的作用，結(jié)果表明，隨著蘆丁濃度的提高，3種雜草株高、地上地下部鮮重不斷降低；葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、根系活力和葉片葉綠素含量均呈下降趨勢，胞間二氧化碳濃度呈上升趨勢。說明添加蘆丁后對3種雜草的生長發(fā)育起到了明顯的抑制作用，隨著濃度升高抑制作用加強(qiáng)。

SOD是植物體天然的超氧自由基消除劑[25，26]，高濃度蘆丁處理后SOD活性被抑制，植物體內(nèi)活性氧迅速積累，造成膜結(jié)構(gòu)破壞，膜脂過度氧化，影響細(xì)胞正常代謝[27]，從而加劇細(xì)胞衰老[28，39]。蘆丁處理對牛筋草和反枝莧葉片SOD活性表現(xiàn)出“低促高抑”的現(xiàn)象，說明低濃度蘆丁溶液會導(dǎo)致一定程度的活性氧累積，誘導(dǎo)了SOD活性的提高；隨著蘆丁濃度持續(xù)升高，活性氧大量積累，膜脂過氧化加劇，膜結(jié)構(gòu)破壞，細(xì)胞代謝受阻，酶活性降低；對狗尾草葉片SOD活性始終起到抑制作用，說明狗尾草葉片抗逆性差。MDA是膜脂過氧化的產(chǎn)物，在蘆丁處理下，牛筋草和狗尾草的MDA含量快速積累，而反枝莧積累較慢，積累量較低，說明蘆丁處理對反枝莧生長發(fā)育的抑制作用低于其余兩種雜草。

綜上所述，蘆丁處理對3種雜草的生長、生理指標(biāo)都起到了化感作用，且高濃度效果更加明顯。這為今后更好地研究化感物質(zhì)提供了一定的試驗(yàn)基礎(chǔ)，也為新型環(huán)保生物除草劑的使用奠定了基礎(chǔ)。但是本試驗(yàn)均在試驗(yàn)田中進(jìn)行，擴(kuò)展到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中是否可行還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

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