雀麥對(duì)黃淮海地區(qū)不同小麥品種的化感作用

李琦 王樹偉 于金萍 劉亦學(xué)

摘? ? 要：以黃淮海冬小麥種植區(qū)42個(gè)主栽小麥（Triticum aestivum）品種為受體，采用培養(yǎng)皿瓊脂共培法，研究了雀麥（Bromus japonicus）對(duì)不同品種小麥根長(zhǎng)、根干質(zhì)量、芽長(zhǎng)及芽干質(zhì)量的影響，明確雀麥對(duì)不同小麥品種化感作用的差異，進(jìn)而篩選出抗雀麥化感抑制能力強(qiáng)的小麥品種，為生態(tài)防控雀麥提供依據(jù)。結(jié)果表明，雀麥對(duì)不同小麥品種的根長(zhǎng)、根干質(zhì)量、芽長(zhǎng)及芽干質(zhì)量均有不同程度的化感作用，并且對(duì)不同品種小麥生長(zhǎng)的影響具有明顯的差異性。在小麥的生長(zhǎng)過(guò)程中，其根部所受影響要大于芽。利用化感效應(yīng)指數(shù)作為指標(biāo)，采用聚類分析的方法，可將42個(gè)小麥品種按抗化感抑制能力的強(qiáng)弱分為強(qiáng)、中、弱3類，其中‘鄭麥379、‘鄭麥9023、‘周麥22、‘郯麥98不僅對(duì)雀麥有較強(qiáng)的化感抑制作用，同時(shí)也具有較強(qiáng)的抗雀麥化感抑制作用能力。

關(guān)鍵詞：黃淮海地區(qū);雀麥;小麥;化感作用;RI值

中圖分類號(hào)：S512; S451? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.04.013

Abstract： Using the equal-compartment agar method， we explored the allelopathy activity of Japanese brome（Bromus japonicus） to 42 main wheat varieties from Huang-Huai-Hai winter wheat growing areas by analyzing the influence on the root length， root dry weight， shoot height and shoot dry weight of test wheat and evaluate their against allelopathy activity to provide evidence for ecological control on Japanese brome. The experimental results showed that the Japanese brome has varying degrees of allelopathic effects on root length， root dry weight， shoot height and shoot dry weight of test wheat. It had different effects on test wheat growth and had greater effects on root than shoot. Using RI values as indicators of allelopathy， and clustering analysis， these varieties could be divided into three groups by the ability of against allelopathy activity. Combining with the previous results， we screened four varieties which not only had stronger allelopathic inhibition on Japanese brome but also could bear Japanese brome's allelopathic inhibition well. They were 'Zhengmai379'， 'Zhengmai9023'， 'Zhoumai22'， 'Tanmai98'.

Key words： Huang-Huai-Hai Plain of China; Japanese brome; wheat; allelopathy; RI values

小麥?zhǔn)俏覈?guó)重要的糧食作物之一，其種植面積占糧食總種植面積的22%左右，產(chǎn)量占糧食總產(chǎn)量的20%以上，在糧食種植中占有重要地位[1]。近年來(lái)，由于全球氣候變暖、原有耕作制度的改變、長(zhǎng)期使用單一作用機(jī)理除草劑等因素，致使雀麥在我國(guó)多個(gè)地區(qū)發(fā)生嚴(yán)重，已成為我國(guó)冬小麥田發(fā)生危害最嚴(yán)重的雜草之一[2-5]。

雀麥?zhǔn)且荒晟瘫究迫耕湆僦参铮鹪从跉W亞地區(qū)，常見(jiàn)于農(nóng)田、濕地及路邊[6]。雀麥平均年結(jié)籽1 885粒，具有很強(qiáng)的繁殖力;其種子輕，易傳播;生育期內(nèi)與小麥爭(zhēng)奪光照、水分、養(yǎng)分、生存空間，降低小麥的品質(zhì)和產(chǎn)量，在發(fā)生嚴(yán)重的區(qū)域，小麥減產(chǎn)率超過(guò)30% [2，7-8]。雀麥具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，對(duì)光照、溫度、pH值、鹽分、水分等環(huán)境因素都不敏感，中國(guó)主要的農(nóng)業(yè)土壤類型都適宜其萌發(fā)[9]。譚金妮等[10]利用MaxEnt預(yù)測(cè)了雀麥在中國(guó)的潛在分布區(qū)域，發(fā)現(xiàn)除東北外的大部分平原地區(qū)都適宜雀麥生長(zhǎng)，并在冬小麥種植區(qū)呈蔓延趨勢(shì)。

張曉珂等[11]采用瓊脂共培法評(píng)價(jià)了東北地區(qū)33個(gè)小麥品種對(duì)黑麥草的化感作用，并篩選出了4個(gè)對(duì)黑麥草化感抑制能力較強(qiáng)的品種。陶俊杰等[12]評(píng)價(jià)了青海省東部區(qū)域8個(gè)小麥品種對(duì)旱雀麥的化感作用，發(fā)現(xiàn)品種‘高原448的化感作用最強(qiáng)。李琦等[13]采用同樣的方法，研究了42個(gè)小麥品種對(duì)雀麥化感作用的差異，并篩選出了化感抑制作用較強(qiáng)的小麥品種：‘泰農(nóng)19、‘鄭麥379、‘鄭麥9023、‘周麥22、‘汶農(nóng)17、‘郯麥98。但關(guān)于雀麥對(duì)小麥化感作用的相關(guān)研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

本研究評(píng)價(jià)了雀麥對(duì)黃淮海冬小麥種植區(qū)42個(gè)主栽小麥品種的化感作用，比較并分析了雀麥對(duì)不同小麥品種化感特性的差異，以雀麥對(duì)小麥化感特性的強(qiáng)弱為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)這些小麥品種進(jìn)行歸類，最終篩選出抗雀麥化感抑制作用最強(qiáng)的小麥品種，為生態(tài)防控雀麥提供了新的依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

42個(gè)供試小麥品種為黃淮海冬小麥種植區(qū)的主栽品種，由山東省農(nóng)科院提供，具有一定的典型性和代表性，具體名稱見(jiàn)表1。供試雜草為雀麥，采于山東省泰安市周邊小麥田。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備? ? 采用瓊脂共培法[14]。用2.5%的次氯酸鈉溶液浸泡雀麥種子與小麥種子，同時(shí)用磁力攪拌器攪拌15 min，然后用無(wú)菌水?dāng)嚢铔_洗5 min，重復(fù)3次，進(jìn)行表面消毒;將消毒過(guò)的雀麥種子與小麥種子放置在25 ℃的光照培養(yǎng)箱中催芽。配制濃度為0.5%的瓊脂溶液，高壓滅菌30 min后倒入直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中（每皿30 mL），冷卻備用。

1.2.2 播種? ? 每個(gè)小麥品種選取12粒大小一致、露出胚根的飽滿種子，在無(wú)菌條件下播種于培養(yǎng)皿中，每皿種3排，每排4粒，使其平均分布;然后將12粒大小一致、露出胚根的雀麥種子以同種方式播種于小麥行間，每皿種3排，每排4粒?？瞻讓?duì)照 （CK） 為僅小麥培養(yǎng)，每皿種3排，每排4粒。每個(gè)培養(yǎng)皿內(nèi)添加5 mL蒸餾水。

1.2.3 培養(yǎng)與測(cè)定? ? 將培養(yǎng)皿置于光照培養(yǎng)箱中，每天光照時(shí)長(zhǎng)為13 h，晝、夜溫度分別為25 ℃和18 ℃，相對(duì)濕度為70%。試驗(yàn)期間不定期向所有培養(yǎng)皿中加入等量蒸餾水，以保持培養(yǎng)皿濕潤(rùn)。共生10 d后，取出小麥、雀麥，將瓊脂沖洗干凈，測(cè)定小麥的根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、根干質(zhì)量和芽干質(zhì)量。每個(gè)品種4次重復(fù)，試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，在培養(yǎng)箱中連續(xù)培養(yǎng)。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算方法? ? 所得數(shù)據(jù)用DPS進(jìn)行方差分析和顯著性測(cè)驗(yàn)，采用SPSS進(jìn)行Q型聚類分析。然后將不同處理?xiàng)l件下小麥的根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、根干質(zhì)量、芽干質(zhì)量值轉(zhuǎn)化為化感效應(yīng)指數(shù)（RI值）后進(jìn)行比較[15]，RI值的計(jì)算公式如下：

RI=1-C/T（T≥C）

T/C-1（T

式中，T為處理值，C 為對(duì)照值。RI>0表示促進(jìn)作用，RI<0表示抑制作用，其絕對(duì)值的大小與作用強(qiáng)度呈正比例關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 雀麥對(duì)不同小麥品種生長(zhǎng)的影響

由表2可知，雀麥對(duì)不同品種小麥的芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、芽干質(zhì)量、根干質(zhì)量均有不同程度的化感作用。雀麥對(duì)部分小麥品種，如‘汶農(nóng)14、‘豐德存麥1號(hào)、‘濟(jì)麥20、‘鑫289、‘良星99、‘科農(nóng)199等[3]，表現(xiàn)出對(duì)芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、芽干質(zhì)量、根干質(zhì)量較強(qiáng)的化感抑制作用;而對(duì)有些小麥品種的生長(zhǎng)則表現(xiàn)出一定的化感促進(jìn)作用，如‘山農(nóng)25、‘豫農(nóng)35、‘魯源502、‘鄭麥101、‘鄭麥379等[4]品種的4個(gè)指標(biāo)皆表現(xiàn)出促進(jìn)作用，這說(shuō)明雀麥對(duì)不同品種小麥生長(zhǎng)的影響具有明顯的差異。

與對(duì)照相比，雀麥對(duì)小麥根長(zhǎng)抑制率的范圍為-41.29%～20.13%，芽長(zhǎng)抑制率的范圍為 -16.35%～13.27%，根干質(zhì)量抑制率的范圍為-37.22%～29.10%，芽干質(zhì)量抑制率的范圍為-24.73% ～21.56%。由此可見(jiàn)，在小麥的生長(zhǎng)過(guò)程中，根部受雀麥的影響要大于芽。

2.2 雀麥對(duì)不同小麥品種的化感特性分類

雀麥對(duì)不同小麥品種芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、芽干質(zhì)量、根干質(zhì)量的RI值如圖1所示。通過(guò)轉(zhuǎn)換后的RI值，可以排除因試驗(yàn)條件因素造成的測(cè)試值之間的差異，使之在同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行比較分析。從圖1中可以看出，不同小麥品種根長(zhǎng)、根干質(zhì)量RI值的范圍介于-0.291～0.292之間，芽長(zhǎng)、芽干質(zhì)量RI值的范圍介于-0.215 ～0.198之間。說(shuō)明雀麥對(duì)小麥地下部分的化感作用要大于地上部分。

通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，在 42個(gè)小麥品種中，‘汶農(nóng)14、‘豐德存麥1號(hào)、‘濟(jì)麥20、‘鑫289、‘良星99、‘泰農(nóng)18、‘煙5158等[5]15個(gè)品種的 RI值均小于0，表明雀麥對(duì)這些品種的芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、芽干質(zhì)量、根干質(zhì)量皆存在抑制情況，其中對(duì)‘豐德存麥1號(hào)RI值的絕對(duì)值之和大于0.5，而 RI絕對(duì)值的大小與化感作用強(qiáng)度呈正相關(guān)，表明雀麥對(duì)其的抑制作用最強(qiáng);‘山農(nóng)25 、‘豫農(nóng)35、‘魯源502、‘鄭麥101、‘鄭麥379、‘鄭麥9023、‘周麥22、‘郯麥98等[6]27個(gè)品種的 RI值均大于0，雀麥對(duì)這些品種的芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、芽干質(zhì)量、根干質(zhì)量皆存在促進(jìn)情況，表明雀麥對(duì)其抑制作用最弱。

根據(jù)小麥的芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、芽干質(zhì)量、根干質(zhì)量4個(gè)指標(biāo)，進(jìn)一步采用Q型聚類分析方法，按照指標(biāo)相似程度，將特征相似的品種聚集在一起，可將42個(gè)小麥品種分為 3類，結(jié)果見(jiàn)樹狀圖 （圖2）：第1類為受雀麥抑制作用強(qiáng)的小麥品種，包括‘煙999、‘山農(nóng)22、‘黑馬一號(hào)、‘鑫289、‘良星77、‘汶農(nóng)17、‘良星66、‘山農(nóng)23、‘鄭麥314、‘山農(nóng)8355、‘豫教5號(hào)、‘豫農(nóng)4023、‘鄭麥7698、‘臨麥4號(hào)、‘中麥175、‘良星99、‘科農(nóng)199、‘泰農(nóng)18、‘煙5158、‘濟(jì)麥20、‘汶農(nóng)14號(hào)、‘豐德存麥1號(hào)、‘泰農(nóng)19;第2類為受雀麥抑制作用弱的小麥品種，包括‘北農(nóng)9549、‘石新828;第3類為受雀麥抑制作用不明顯的小麥品種，包括‘山農(nóng)21、‘矮抗58、‘山農(nóng)25、‘鄭麥9023、‘濟(jì)麥22、‘郯麥98、‘鄭麥366、‘鑫麥296、‘周麥22、‘鄭麥379、‘眾麥1號(hào)、‘豫農(nóng)35、‘衡觀35、‘濟(jì)麥19、‘魯源502、‘山農(nóng)20、‘鄭麥101，這一分類結(jié)果與上述的分析是基本吻合的。綜上所述，可以從42個(gè)小麥品種中篩選出8抗雀麥化感抑制作用最強(qiáng)的品種，即‘山農(nóng)25、‘豫農(nóng)35、‘魯源502、‘鄭麥101、‘鄭麥379、‘鄭麥9023、‘周麥22、‘郯麥98。

3 結(jié)論與討論

本研究所采用的培養(yǎng)皿瓊脂共培法，可以有效地減少雀麥與小麥之間對(duì)空間、養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)干擾，并降低外界環(huán)境因素對(duì)試驗(yàn)的誤差影響，更加客觀地反映出雀麥對(duì)小麥的化感作用。化感效應(yīng)指數(shù)（RI值）在評(píng)價(jià)雀麥對(duì)不同小麥品種的化感能力過(guò)程中具有關(guān)鍵作用，這一指數(shù)也同樣適用于評(píng)價(jià)其他作物的化感能力[11-13，16]。采用聚類分析的方法，根據(jù)RI值，將小麥品種按照抗雀麥化感抑制能力的強(qiáng)弱進(jìn)行分類，可提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確度，并使之更具有說(shuō)服性。

研究表明，植物分泌的化感物質(zhì)主要包括三類： 異羥肟酸類、酚酸類物質(zhì)和短鏈脂肪酸[17-18]。而化感物質(zhì)的釋放途徑主要有以下4種：（1）從植物表面淋溶;（2）植物向體外揮發(fā)釋放;（3）植物凋落物或殘?bào)w分解釋放;（4）植物根系分泌。其中，雀麥根系分泌的化感物質(zhì)是其對(duì)小麥產(chǎn)生抑制效果的主要原因，它可直接作用于小麥根部，也可通過(guò)改變土壤微生物的特性而影響小麥[19]。在對(duì)小麥根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、根干質(zhì)量、芽干質(zhì)量4個(gè)指標(biāo)的分析中發(fā)現(xiàn)，小麥根部所受的影響也要大于芽所受的影響。在培養(yǎng)皿瓊脂共培法中，由于植株根部最先受到化感植物的影響，所以受到的影響程度最大，而根部是植株吸收水分與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要部位，其生長(zhǎng)發(fā)育受阻往往又會(huì)影響其他部位。

李琦等[13]采用培養(yǎng)皿瓊脂共培法，研究了與本試驗(yàn)相同的小麥品種對(duì)雀麥化感作用的差異，并篩選出了對(duì)雀麥化感抑制作用較強(qiáng)的小麥品種：‘泰農(nóng)19、‘鄭麥379、‘鄭麥9023、‘周麥22、‘汶農(nóng)17、‘郯麥98。與本研究的試驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合，從而可以篩選出‘鄭麥379、‘鄭麥9023、‘周麥22、‘郯麥984個(gè)品種，不僅對(duì)雀麥有較強(qiáng)的化感抑制作用，同時(shí)也具有較強(qiáng)的抗雀麥化感抑制作用能力。由于試驗(yàn)所選取的樣本較小，不排除還有其他表現(xiàn)更好的小麥品種，因此在未來(lái)的工作中，仍需擴(kuò)大小麥品種的篩選范圍。此外，由于室內(nèi)生測(cè)試驗(yàn)與田間實(shí)際情況存在較大差異，還需將初步篩選出的4個(gè)小麥品種與雀麥進(jìn)行盆栽及田間共同種植試驗(yàn)，篩選出在田間條件下同樣具有較強(qiáng)抑草能力與抗抑制能力的小麥品種。

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