立碗蘚水提液對小麥種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

2李甲亮2

(1.濱州學(xué)院生物與環(huán)境工程學(xué)院，山東 濱州 256603;2.山東省黃河三角洲生態(tài)脆弱帶工程技術(shù)研究中心，山東 濱州 256603)

苔蘚植物為高等植物中的最原始類群，也是高等植物中唯一非維管束植物，全世界約有24 000種[1]。苔蘚植物對惡劣環(huán)境的適應(yīng)性遠(yuǎn)高于維管植物，因此幾乎在各種生態(tài)系統(tǒng)中均有分布[2-5]。苔蘚植物結(jié)構(gòu)簡單，其配子體內(nèi)富含各種次級活性成分，可經(jīng)雨水沖刷、浸漬而滲出體外，從而對周邊植物或微生物產(chǎn)生有利或不利的影響，即導(dǎo)致化感現(xiàn)象的發(fā)生[6]。盡管廣泛分布于除海洋外的各種生境，但長期以來苔蘚植物生物學(xué)特性和生態(tài)學(xué)功能仍未得到充分關(guān)注[2,4-5]。

立碗蘚(Physcomitriumsphaericum)為葫蘆蘚科(Funariaceae)立碗蘚屬(Physcomitrium)代表性物種之一，常見于農(nóng)田、林地及綠化帶等處，在我國大部分省區(qū)均有分布[3]。本試驗(yàn)以山東省境內(nèi)廣泛分布的蘚類植物立碗蘚為研究對象，以小麥種子為化感作用生物測定受體材料開展種子萌發(fā)試驗(yàn)，以初步探明立碗蘚水提液對小麥種子萌發(fā)和幼苗生長的影響。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料為立碗蘚配子體，采于山東濱州當(dāng)?shù)亍；凶饔蒙餃y定受體材料為小麥(Triticum aestivum L.)種子，購于濱州市濱城區(qū)種子公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1立碗蘚水提液的制備

將野外采集的立碗蘚配子體除雜洗凈，陰干后置于40 ℃恒溫烘干箱內(nèi)烘干至恒重，研磨成粉末后，用千分之一電子天平稱取4.0 g粉末置于三角瓶中，加入150 mL的蒸餾水，在70 ℃恒溫水浴鍋中浸提24 h。以3 000 r·min-1離心10 min，取上清液于70 ℃恒溫水浴鍋內(nèi)濃縮至100 mL，得到濃度為40 mg·mL-1的苔鮮植物配子體水提液的母液；4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2小麥種子萌發(fā)試驗(yàn)

取一定量40 mg·mL-1立碗蘚配子體浸提液依次稀釋得到5，10，20 mg·mL-1浸提液，采用培養(yǎng)皿濾紙法[7]培養(yǎng)小麥種子。每個(gè)培養(yǎng)皿中各加20粒小麥種子，每個(gè)培養(yǎng)濃度設(shè)3次重復(fù)，分別用4種不同濃度的立碗蘚水提液培養(yǎng)小麥種子(以蒸餾水作對照)。將培養(yǎng)皿置于恒溫培養(yǎng)箱((25±2)℃，光照周期為12 h/12 h)中連續(xù)培養(yǎng)7 d。在培養(yǎng)的過程中，各培養(yǎng)皿中每天添加1 mL相應(yīng)濃度處理液以保持培養(yǎng)環(huán)境濕潤。

1.2.3種子萌發(fā)與幼苗生長指標(biāo)的測定

每天統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽情況(以胚根突出種皮長度達(dá)到種子長度50%為標(biāo)準(zhǔn)[8])，計(jì)測小麥種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率以及小麥種子生根數(shù)；第7天測量小麥幼苗長度、鮮重、干重以及相對活力指數(shù)。

發(fā)芽勢(%)=(4 d內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù))×100%;

發(fā)芽率(%)=(7 d內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù))×100%;

相對活力指數(shù)Ⅰ= (處理組發(fā)芽率/對照組發(fā)芽率)×(處理組幼苗全長/對照組幼苗全長)；

相對活力指數(shù)Ⅱ= (處理組發(fā)芽率/對照組發(fā)芽率)×(處理組幼苗生物量/對照組幼苗生物量)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有數(shù)據(jù)均以Excel 2007軟件匯總整理；應(yīng)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以LSD多重比較及Duncan’s檢驗(yàn)進(jìn)行組間差異顯著性檢驗(yàn)(p<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 立碗蘚水提液對小麥種子萌發(fā)的影響

種子萌發(fā)是開花植物生活史的起始階段，易受自身發(fā)育狀況和外部環(huán)境條件的影響，因此對外界環(huán)境因素尤其脅迫條件十分敏感。從圖1可以看出，立碗蘚水提液處理下的小麥種子，其發(fā)芽勢與對照組間存在一定差異，具體表現(xiàn)為中低濃度(5，10 mg·mL-1)條件下小麥種子發(fā)芽勢高于對照組，其中在水提液濃度為10 mg·mL-1時(shí)明顯高于對照組(p<0.05)，而后小麥種子發(fā)芽勢隨水提液濃度進(jìn)一步升高而降低，在40 mg·mL-1時(shí)達(dá)到最低(55.56%)。

注：圖中不同小寫字母表示組間差異顯著(p<0.05)。下同。圖1 立碗蘚水提液對小麥種子發(fā)芽勢的影響

就小麥種子最終發(fā)芽率而言(圖2)，各處理與對照組間發(fā)芽率也表現(xiàn)出一定差異性，且與小麥種子發(fā)芽勢變化規(guī)律一致，即低濃度的立碗蘚水提液對小麥種子的萌發(fā)率有一定促進(jìn)作用，但與對照組相比未表現(xiàn)出顯著差異(p>0.05)；隨著處理液濃度增高，小麥種子發(fā)芽率隨之降低，直至立碗蘚水提液濃度為40 mg·mL-1時(shí)達(dá)到最低(67.78%)，但仍與對照間差異不顯著(p>0.05)。由此可知，立碗蘚水提液對本研究受試小麥種子萌發(fā)表現(xiàn)出較為典型的低濃度促進(jìn)而高濃度抑制的化感效應(yīng)。

圖2 立碗蘚水提液對小麥種子發(fā)芽率的影響

2.2 立碗蘚水提液對小麥幼苗生物量的影響

生物量大小通常被看作表征植物幼苗長勢和活力水平的重要指標(biāo)。由圖3可以看出，立碗蘚水提液對小麥幼苗生物量的影響不同于對其種子萌發(fā)的影響，雖然也呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢，但無論幼苗芽生物量還是根生物量，所有處理濃度下均高于對照組，小麥幼苗干重方面表現(xiàn)得尤為明顯：所有處理組的干重指標(biāo)均顯著高于對照組(p<0.05)。在小麥幼苗鮮重方面(圖4)，立碗蘚水提液對幼苗上部和根部的影響有差異：高濃度(40 mg·mL-1)處理下小麥幼苗芽鮮重仍遠(yuǎn)高于對照組(p<0.01)，而根鮮重則與對照組間差異不顯著(p>0.05)。

圖3 立碗蘚水提液對小麥幼苗干重的影響

2.3 立碗蘚水提液對小麥幼苗生長的影響

幼苗階段是植物早期生活史的關(guān)鍵時(shí)期，其生長狀況對植物能夠完成后續(xù)生長發(fā)育過程具有重要影響。從圖5、圖6可以看出，立碗蘚水提液處理的小麥幼苗芽長、根長明顯大于對照組，且均以10 mg·mL-1濃度時(shí)促進(jìn)作用最強(qiáng)，而后則隨濃度的升高而減弱。同時(shí)，研究表明，立碗蘚水提液能促進(jìn)小麥的生根，濃度為10 mg·mL-1時(shí)的生根數(shù)目最多，且所有水提液處理組的小麥幼苗生根數(shù)目均顯著大于對照(p<0.05)。

圖4 立碗蘚水提液對小麥幼苗鮮重的影響

圖6 立碗蘚水提液對小麥幼苗生根數(shù)目的影響

3 結(jié) 論

植物化感是自然界中植物物種間以及植物與微生物間特殊的相互作用類型，廣泛存在于各種生態(tài)系統(tǒng)，近20年來受到植物生態(tài)學(xué)界越來越多的關(guān)注[5-7,9-13]。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，化感現(xiàn)象雖然很早就被人們所認(rèn)識和利用[9]，但由于基礎(chǔ)研究不足，目前對其具體作用機(jī)理機(jī)制尚不明晰。又因任何植物都不止合成一種化感物質(zhì)，且不同活性成分還存在活性上的差異，所以就此而言，自然界中植物化感作用往往是多種成分共同作用的結(jié)果。

本研究中，小麥種子萌發(fā)和幼苗生長受到立碗蘚水提液較為顯著的影響，發(fā)芽勢、發(fā)芽率以及幼苗長度、生物量以及相對活力指數(shù)等指標(biāo)均呈現(xiàn)出隨立碗蘚水提液濃度增大表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，符合植物化感作用所具有的低濃度促進(jìn)而高濃度抑制的一般規(guī)律，在小麥幼苗活力水平方面表現(xiàn)尤為典型(圖7)，2組幼苗相對活力指數(shù)變化趨勢表現(xiàn)出高度一致性。

我國苔蘚植物資源豐富，且有許多種類被證明含有類似植物生長調(diào)節(jié)劑的次生活性物質(zhì)[5,8,12-13]。本研究表明，立碗蘚可作為開發(fā)新型植物生長調(diào)節(jié)劑的潛在資源，但其化感作用相關(guān)機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

圖5 立碗蘚水提液對小麥幼苗長度的影響

圖7 立碗蘚水提液對小麥幼苗活力的影響