小麥秸稈水浸液對丹參和連翹的化感作用

華智銳， 李小玲

(商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西 商洛 726000)

化感作用由澳大利亞植物生理學(xué)家HANS MLISCH提出，RICE進(jìn)一步將植物化感作用定義為植物(含微生物)釋放到環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)對其他植物或植物本身產(chǎn)生直接或間接的有利或有害作用[1]。植物的自毒作用是指某些植物可以通過植物淋溶、根系分泌物和植株腐解等途徑釋放一些物質(zhì)對正茬或下茬同種或同科植物的生長產(chǎn)生抑制作用[2]?；形镔|(zhì)通過影響植物防御結(jié)構(gòu)根邊緣細(xì)胞的產(chǎn)生和活性，影響細(xì)胞壁、細(xì)胞形態(tài)和膜性細(xì)胞結(jié)構(gòu)，誘導(dǎo)其遺傳毒性和細(xì)胞凋亡，從而影響基因表達(dá)[3]。隨著藥用植物種植面積不斷擴(kuò)大，其連作障礙已逐漸凸顯出來，因此，藥用植物化感作用及其化感物質(zhì)的鑒定與分離倍受關(guān)注[4]。研究發(fā)現(xiàn)，連作障礙是影響藥用植物產(chǎn)量的重要原因之一，而化感作用是導(dǎo)致連作障礙發(fā)生的重要原因之一[5]。當(dāng)歸連作麻口病和根腐病發(fā)生嚴(yán)重，導(dǎo)致產(chǎn)量下降和絕收[6]。目前，對中藥材化感作用的研究大多集中在中藥材對其他生物的化感影響及中藥材栽培的連作障礙問題方面，李建軍等[7-12]分別研究地黃、當(dāng)歸、蒙古黃芪、黃連、半夏及雞屎藤等藥用植物的浸提物或分泌物對自身或其他作物生長的影響。

丹參(SalviamiltiorrhizaBge.)為唇形科植物，以根及根莖入藥，具有祛瘀止痛、活血調(diào)經(jīng)、養(yǎng)心除煩的功效。丹參連作導(dǎo)致病蟲害嚴(yán)重，其質(zhì)量和產(chǎn)量明顯下降[13]。土壤生物環(huán)境惡化是引起作物連作障礙形成的主要機(jī)制之一[14]。低濃度丹參須根腐解物對丹參有效成分的積累具有促進(jìn)作用，高濃度則呈抑制作用[15]。連翹〔Forsythiasuspensa(thunb.) Vahl〕為木犀科連翹屬落葉灌木，對風(fēng)熱感冒、癰腫瘡毒、淋巴結(jié)結(jié)核及尿路感染等具有特殊功效。長期以來，連翹一直以野生資源為主，其有效成分不一致而影響藥用功效，開展人工栽培已成當(dāng)務(wù)之急[16]。

小麥?zhǔn)鞘澜绲谝淮蠹Z食作物，有研究表明，小麥化感作用主要是利用小麥植株或其殘體向周圍環(huán)境釋放次生代謝物質(zhì)，對自身或其他生物產(chǎn)生作用，具有抑制病、蟲害和雜草的潛力，將小麥化感作用有效利用于小麥育種及生產(chǎn)，有望克服除草劑及殺菌劑等化學(xué)農(nóng)藥引起的環(huán)境污染及農(nóng)藥殘留問題，有利于我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[17]。小麥與三七的輪作可以最大程度消減三七的連作障礙效應(yīng)[18]。如何打破連作障礙，利用輪作土壤中的化感物質(zhì)提高藥用植物產(chǎn)量，已成為日前研究的熱點(diǎn)。鑒于此，研究商麥131232、商麥5226及商麥1619水浸液對商洛道地藥材連翹和丹參的化感作用，以期為提高地方特色農(nóng)作物與道地藥材種植效益提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 小麥秸稈商麥131232、商麥5226及商麥1619成熟風(fēng)干的秸稈(去除根及葉)，采自商洛學(xué)院秦嶺植物良種繁育中心小麥試驗田。

1.1.2 中藥材丹參和連翹種子，購自陜西天士力植物藥業(yè)有限責(zé)任公司。

1.1.3 試劑蒽醌、濃硫酸、100 μg/mL蔗糖標(biāo)準(zhǔn)液、100 μg/mL牛血清蛋白、90%乙醇溶液、85%磷酸、0.1%雙氧水、1%次氯酸鈉溶液及考馬斯亮藍(lán)G-250，市購。

1.1.4 儀器與設(shè)備UV-1100型紫外可見光分光光度計，F(xiàn)B323型電子分析天平，HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋，HDL-HPG人工智能培養(yǎng)箱。

1.2 試驗方法

1.2.1 材料預(yù)處理

1) 水浸液的制備。將商麥131232、商麥5226及商麥1619秸稈清洗干凈，自然風(fēng)干，剪成0.5 cm左右長的小段。各稱取15 g分別放入250 mL的燒杯中，加入150 mL蒸餾水，封口搖勻，室溫浸提48 h，超聲提取1 h，過濾得0.1 g/mL原液，于4℃低溫保存?zhèn)溆谩?/p>

2) 種子萌發(fā)處理。隨機(jī)選取連翹和丹參種子分別置于500 mL燒杯中，連翹種子用400 mL 0.1%雙氧水室溫浸種12 h，丹參種子用1%次氯酸鈉浸沒種子處理10 min，然后撈出種子用蒸餾水重復(fù)沖洗去除表面的處理液，自然干燥后挑選優(yōu)質(zhì)種子分別置于墊有2層濾紙的培養(yǎng)皿(Φ=9 cm)中，連翹種子每個培養(yǎng)皿放40粒，丹參種子放50粒。

1.2.2 試驗設(shè)計采用雙因素試驗設(shè)計：A，小麥品種，A1～A3依次為商麥5226、商麥1619和商麥131232；B，水浸液濃度(B1～B5)，即將小麥秸稈水浸原液稀釋成濃度為0、0.5%、1%、2.5%和5%(g/mL)的溶液。用針管各取2 mL稀釋水浸液滴入連翹和丹參種子培養(yǎng)皿中，以同等劑量蒸餾水作對照，各處理3次重復(fù)，貼好標(biāo)簽，25℃恒溫、光(8 h) /暗(16 h)交替培養(yǎng)，期間及時補(bǔ)充水浸液和蒸餾水，保持濾紙濕潤。

1.2.3 指標(biāo)測定種子培養(yǎng)48 h后開始統(tǒng)計發(fā)芽情況，以胚根或胚軸突破種皮1～2 mm時視為萌發(fā)。丹參培養(yǎng)第7天時統(tǒng)計發(fā)芽率，連翹培養(yǎng)第10天時統(tǒng)計發(fā)芽率。挑選統(tǒng)計過的萌發(fā)種子接到紗網(wǎng)上生長，7 d后每個培養(yǎng)皿挑選整齊一致的幼苗10株測定根長、苗高和鮮重量，分別計算各處理和對照的發(fā)芽率(GR)和發(fā)芽指數(shù)(GI)及化感效應(yīng)指數(shù)(RI)，種子中可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[19]測定，可溶性糖含量采用蒽醌-硫酸法[20]測定。每個處理3次重復(fù)，數(shù)據(jù)為3次測定值的平均值。

GR=(n/N)×100%

GI=∑(Gt/Dt)

式中，T為處理值，C為對照值。RI絕對值的大小與作用強(qiáng)度呈正比例關(guān)系[21]，當(dāng)RI>0時，表示促進(jìn)作用；當(dāng)RI<0時，表示抑制作用。n為正常萌發(fā)的粒數(shù)，N為供播種子數(shù)；Gt為當(dāng)天萌發(fā)數(shù)，Dt為相應(yīng)萌發(fā)日數(shù)，即第t天。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

使用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，使用Spss 24.0進(jìn)行單因素方差分析和顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥秸稈水浸液對丹參種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

2.1.1 種子發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)由表1可見，隨著小麥秸稈水浸液濃度升高，丹參種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均呈先升后降趨勢。當(dāng)小麥秸稈水浸液濃度為1.0%時，商麥5226、商麥1619和商麥131232處理丹參種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均最高，依次為83.60%和18.89、83.22%和18.72、82.90%和18.68，其化感效應(yīng)指數(shù)分別為0.058、0.050和0.047；該濃度下，商麥5226對丹參種子發(fā)芽的促進(jìn)作用最強(qiáng)，商麥1619次之，商麥131232相對較弱。隨著小麥秸稈水浸液濃度進(jìn)一步增加，商麥5226、商麥1619和商麥131232對丹參種子發(fā)芽率均表現(xiàn)抑制作用，丹參種子最低發(fā)芽率均出現(xiàn)在濃度為5.0%時，其化感效應(yīng)指數(shù)分別為-0.029、-0.043和-0.062。由此判斷，3個品種小麥秸稈水浸液低濃度對丹參種子發(fā)芽率均有一定的促進(jìn)作用，而高濃度則均表現(xiàn)為抑制作用。

表1 小麥秸稈不同濃度水浸液處理丹參種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)

2.1.2 種子的可溶性蛋白和可溶性糖含量由表2可見，隨著商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液濃度升高，丹參種子可溶性蛋白和可溶性糖含量均呈先升后降趨勢。

1) 可溶性蛋白。商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液濃度≤2.5%的處理其丹參種子可溶性蛋白含量均明顯高于對照，濃度為5.0%時各處理丹參種子可溶性蛋白含量均明顯低于對照；濃度為1.0%時丹參種子的可溶性蛋白含量最高，分別較對照提高13.5%、12.3%和12.1%；化感效應(yīng)指數(shù)依次為0.2256、0.2187和0.1909。濃度為5.0%時，其化感效應(yīng)指數(shù)依次為-0.024 3、-0.159 4和-0.162 5。表明，小麥秸稈水浸液低濃度處理可促進(jìn)丹參種子儲藏蛋白的轉(zhuǎn)化。

2) 可溶性糖。可溶性糖的含量可反映植物體內(nèi)碳水化合物的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，對種子萌發(fā)與胚芽生長有著極其重要的作用。商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液低濃度(0.5%～1.0%)處理丹參種子的可溶性糖含量均高于對照；濃度為1.0%時可溶性糖含量達(dá)最大，分別較對照提高2.90%、2.88%和1.73%，化感效應(yīng)指數(shù)依次為0.028 9、0.028 8和0.017 3。說明，小麥秸稈水浸液低濃度能夠促進(jìn)丹參種子萌發(fā)和生長，其作用強(qiáng)弱為商麥5226>商麥1619>商麥131232。

表2小麥秸稈不同濃度水浸液處理丹參種子的可溶性蛋白和可溶性糖含量

Table 2 Soluble protein and soluble sugar contents ofS.miltiorrhizatreated with different concentrations of wheat straw aqueous extracts

處理Treatment可溶性蛋白/(μg/mL) Soluble protein商麥5226商麥1619商麥131232可溶性糖/% Soluble sugar商麥5226商麥1619商麥131232B1(CK)35.27±0.9835.45±0.7935.38±0.6911.41±0.6211.45±0.6611.56±0.18B238.71±1.0138.56±0.4038.23±0.8911.46±0.4611.59±0.8211.55±0.61B340.02±0.7339.79±1.0339.67±0.5211.74±0.5711.78±0.5911.76±0.37B438.75±0.5838.12±0.3837.83±0.2511.23±0.5411.32±0.5511.36±0.54B530.22±0.8829.80±0.7629.63±0.9310.66±0.7310.28±0.4910.27±0.80

2.1.3 幼苗生長由圖1可知，隨著商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液濃度升高，丹參幼苗根長、苗高和鮮質(zhì)量均呈先升后降趨勢。

1) 根長。商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液低濃度(0.5%～1.0%)處理均對丹參幼苗根長有促進(jìn)作用，濃度為1.0%時其根長最大，分別為3.68 cm、3. 56 cm和3.54 cm，分別較對照提高16.8%、14.8%和13.1%，商麥5226的促進(jìn)作用最強(qiáng)，商麥1619次之，商麥131232最弱；隨著水浸液濃度進(jìn)一步升高，促進(jìn)作用開始減小，甚至轉(zhuǎn)為抑制作用。

2) 苗高。商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液對丹參幼苗苗高的影響與根長的相似，即低濃度促進(jìn)幼苗生長，高濃度抑制幼苗生長。3個品種小麥秸稈水浸液處理濃度為1.0%時丹參幼苗苗高均達(dá)最大，分別為1.427 cm、1.476 cm和1.448 cm，依次較對照提高27.4%、33.2%和33.1%；其抑制作用均始于濃度2.5%，濃度為5.0%時抑制作用最大，丹參幼苗苗高分別較對照下降20.4%、20.8%和27.8%，表明抑制作用商麥131232>商麥1619>商麥5226。

3) 鮮質(zhì)量。商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液低濃度(0.5%～1.0%)處理對丹參幼苗鮮質(zhì)量有促進(jìn)作用，濃度為1.0%時其鮮質(zhì)量均達(dá)最大，分別為0.042 0 g、0.043 6 g和0.041 1 g，依次較對照提高23.9%、21.8%和20.2%。表明，商麥5226的促進(jìn)作用最強(qiáng)，商麥1619次之，商麥131232最弱。隨著水浸液濃度升高，促進(jìn)作用減小，抑制作用增大，濃度為5.0%時抑制作用達(dá)最大，鮮質(zhì)量較對照依次減少15.7%、17.0%和14.9%。

圖1小麥秸稈不同濃度水浸液處理丹參幼苗的根長、苗高和鮮質(zhì)量

Fig.1 Root length，seedling height and fresh weight ofS.miltiorrhizaseedlings treated with different concentrations of wheat straw aqueous extracts

2.2 小麥秸稈水浸液對連翹種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

2.2.1 種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)由表3可見，隨著商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液濃度升高，連翹種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均呈先升后降趨勢。3個品種小麥秸稈水浸液低濃度(0.5%～1.0%)處理均對連翹種子發(fā)芽率有促進(jìn)作用，濃度為1.0%時，連翹種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均達(dá)最大，其化感效應(yīng)指數(shù)依次為0.051、0.095和0.079。相同濃度下，商麥1619的促進(jìn)作用最強(qiáng)，商麥131232次之，商麥5226相對較弱。隨著濃度增加，3個品種小麥秸稈水浸液對連翹種子發(fā)芽率均表現(xiàn)出抑制作用，濃度為5.0%時連翹種子發(fā)芽率均最低，其化感效應(yīng)指數(shù)依次為-0.080、-0.029和-0.065。說明，3個品種小麥秸稈水浸液對連翹種子發(fā)芽均存在低濃度促進(jìn)，高濃度抑制的雙重效應(yīng)。

2.2.2 種子的可溶性蛋白和可溶性糖含量由表4可見，隨著商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液濃度升高，連翹種子可溶性蛋白和可溶性糖含量均呈先升后降趨勢。

表3小麥秸稈不同濃度水浸液處理連翹種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)

Table 3 Seed germination and index ofF.suspensetreated with different concentrations of wheat straw aqueous extracts

處理Treatment發(fā)芽率/% Germination rate商麥5226商麥1619商麥131232發(fā)芽指數(shù) Germination index商麥5226商麥1619商麥131232B1(CK)57.33±0.7057.03±0.2557.74±0.0315.52±0.6615.47±0.2515.60±0.48B258.74±0.3259.60±0.1559.02±0.6215.65±0.3515.85±0.7715.69±0.28B360.25±1.1262.45±0.7662.30±0.5515.97±0.7316.39±0.3716.13±0.19B457.86±0.8059.12±0.5058.08±0.3615.58±0.2815.74±0.2815.62±0.44B552.69±0.8555.40±0.7454.00±0.8814.96±0.4915.06±0.5115.01±0.37

1) 可溶性蛋白。商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液濃度≤2.5%的處理其連翹種子可溶性蛋白含量均明顯高于對照；當(dāng)濃度為1.0%時，連翹種子可溶性蛋白含量分別較對照提高7.54%、9.82%和9.03%，化感效應(yīng)指數(shù)依次為0.075 4、0.098 3和0.090 3。濃度為5.0%時，連翹種子的可溶性蛋白含量均低于對照，其化感效應(yīng)指數(shù)依次為-0.033 0、-0.020 3和-0.023 2。表明，小麥秸稈水浸液低濃度處理可促進(jìn)連翹種子儲藏蛋白的轉(zhuǎn)化。

2) 可溶性糖。商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液濃度為0.5%～1.0%處理連翹種子的可溶性糖含量均高于對照；濃度為1.0%時均達(dá)最大，分別較對照提高5.89%、7.10%和6.19%，化感效應(yīng)指數(shù)依次為0.058 8、0.071 0和0.061 9。說明，低濃度小麥秸稈水浸液能夠促進(jìn)連翹種子萌發(fā)和生長，其作用強(qiáng)弱為商麥1619>商麥131232>商麥5226。

表4小麥秸稈不同濃度水浸液處理連翹種子的可溶性蛋白和可溶性糖含量的影響

Table 4 Soluble protein and soluble sugar contents ofF.suspensaseeds treated with different concentrations of wheat straw aqueous extracts

處理Treatment可溶性蛋白/(μg/mL) Soluble protein商麥5226商麥1619商麥131232可溶性糖/% Soluble sugar商麥5226商麥1619商麥131232B1(CK)20.30±0.5020.25±0.7520.27±0.194.08±0.124.09±0.504.04±0.74B221.17±0.2421.52±0.4221.39±0.274.12±0.284.17±0.224.14±0.56B321.83±0.7322.24±0.3422.10±0.444.32±0.434.38±0.394.29±0.24B421.25±0.5421.46±0.4821.31±0.703.96±0.314.03±0.394.02±0.40B519.63±0.3519.84±0.6319.80±0.643.66±0.163.78±0.173.68±0.36

2.2.3 幼苗生長由圖2可知，隨著商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液濃度升高，連翹幼苗的根長、苗高和鮮質(zhì)量均呈先升后降趨勢。

1) 根長。商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液低濃度(0.5%～1.0%)處理均對連翹幼苗根長有促進(jìn)作用，濃度為1.0%時根長最大，分別為3.48 cm、3.65 cm和3.61 cm，依次較對照提高17.2%、25.0%和22.0%；商麥1619的促進(jìn)作用最強(qiáng)，商麥131232次之，商麥5226最弱。隨著水浸液濃度進(jìn)一步升高，促進(jìn)作用逐漸減小直至轉(zhuǎn)變?yōu)橐种谱饔谩?/p>

2) 苗高。商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液對連翹幼苗苗高的影響與根長的相似，即低濃度促進(jìn)幼苗生長，高濃度抑制幼苗生長。3個品種小麥秸稈水浸液處理濃度為1.0%時，連翹幼苗苗高均達(dá)最大，分別為2.578 cm、2.626 cm和2.63 cm，依次較對照提高13.6%、17.6%和17.5%；其抑制作用均始于濃度2.5%，濃度為5.0%時抑制作用最大，連翹幼苗苗高分別較對照下降12.7%、9.7%和10.5%。表明，抑制作用商麥5226>商麥131232>商麥1619。

3) 鮮質(zhì)量。商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液低濃度(0.5%～1.0%)處理對連翹幼苗鮮質(zhì)量有促進(jìn)作用，濃度為1%時其鮮質(zhì)量最大，分別為0.0414 g、0.0457 g和0.0432 g，依次較對照提高26.2%、37.7%和32.9%。表明，商麥1619的促進(jìn)作用最強(qiáng)，商麥131232次之，商麥5226最弱。隨著水浸液濃度升高，促進(jìn)作用逐漸減小而抑制作用逐漸增大，濃度為5.0%抑制作用達(dá)最大，鮮質(zhì)量較對照分別減少15.5%、14.5%和13.5%。

圖2小麥秸稈不同濃度水浸液處理連翹幼苗的根長、苗高和鮮質(zhì)量

Fig.2 Root length，seedling height and fresh weight ofF.suspensaseedlings treated with different concentrations of wheat straw aqueous extracts

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液釋放的化感物質(zhì)對丹參和連翹的種子萌發(fā)(發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù))及幼苗生長(根長、苗高、鮮質(zhì)量)基本呈低濃度促進(jìn)，高濃度抑制的雙重效應(yīng)。3個品種小麥秸稈水浸液均以濃度1.0%時對丹參和連翹的種子萌發(fā)及幼苗生長的促進(jìn)作用最大，丹參對商麥5226秸稈水浸液更敏感，其化感效應(yīng)指數(shù)為0.058，而連翹對商麥1619秸稈水浸液更敏感，其化感效應(yīng)指數(shù)為0.095。3個品種小麥秸稈水浸液對丹參和連翹幼苗根的影響更為敏感，其對根生長的抑制不僅表現(xiàn)在根長上，且受到抑制的根呈卷曲、顏色變深暗，與對照舒展、潔白的根形成鮮明對比。

可溶性糖不僅可參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透作用，而且可促進(jìn)植物體內(nèi)碳水化合物的運(yùn)轉(zhuǎn)，對種子萌發(fā)與胚芽的生長具有極其重要的作用。低濃度(0.5%～1.0%)的商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液處理丹參、連翹種子其可溶性蛋白含量和可溶性糖含量均高于對照。經(jīng)低濃度小麥秸稈水浸液處理，丹參和連翹的可溶性蛋白含量得到提高，表明，在化感物質(zhì)作用下，丹參和連翹可能會產(chǎn)生特定的蛋白抵抗外界影響；同時也證實，逆境條件下植物的一些蛋白表達(dá)量發(fā)生變化，還有一些特異蛋白被誘導(dǎo)產(chǎn)生。

研究結(jié)果表明，低濃度的商麥5226對丹參種子萌發(fā)及幼苗生長最有利，低濃度的商麥1619對連翹種子萌發(fā)及幼苗生長的促進(jìn)作用最強(qiáng)。有研究表明，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性與土傳病害、連作障礙有密切關(guān)系[22]，栽培丹參后土壤微生物群落自然恢復(fù)間隔至少為2年[23]。張文靜等[24]探討丹參對桔梗的化感作用發(fā)現(xiàn)，丹參不宜與桔梗輪作。因此，在間作套種系統(tǒng)中，選擇有益的伴生作物，不但能相互促進(jìn)生長，而且可以改善土壤微生物環(huán)境，恢復(fù)正常的微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性。該研究是在實驗室條件下探討商麥5226、商麥1619和商麥131232秸稈水浸液對商洛道地藥材丹參和連翹的化感作用，針對大田自然狀態(tài)下的化感研究和實際應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。