山莨菪水提液對4種植物的化感作用

王躍華 石鑫 覃順旺 俸世洪 何佳穎 雷鎰豪

（文章編號：1004－5422（2023）02－0145－05

DOI：10.3969/j.issn.1004-5422.2023.02.006

收稿日期：2022-05-09

基金項(xiàng)目：四川省科技廳重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2021YFQ0033）

作者簡介：王躍華（1963—），女，教授，從事藥用植物生物技術(shù)研究.E-mail：1961689636@qq.com

摘要：研究山莨菪藥材水提液對4種受試植物的種子萌發(fā)、胚根和幼苗生長的化感作用影響.結(jié)果顯示，隨著山莨菪藥材水提液濃度由0.01 g/mL升高至0.04 g/mL，各植物種子的萌發(fā)率都表現(xiàn)為逐漸降低，其中濃度為0.04 g/mL水提液對川蕎2號種子萌發(fā)的抑制作用最強(qiáng)，IR值為-53.85%.對4種受試植物胚根生長影響具體表現(xiàn)為，當(dāng)山莨菪藥材水提液濃度為0.01 g/mL時(shí)，對西蕎2號胚根生長有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，IR值為31.25%，而對川蕎2號表現(xiàn)為明顯抑制作用，IR值為-25.93%；當(dāng)山莨菪藥材水提液濃度升高至0.04 g/mL時(shí)，表現(xiàn)為對4種植物胚根生長都是抑制作用，其中對川蕎1號、川蕎2號和山莨菪的胚根生長的抑制作用都很強(qiáng)，而對西蕎2號的抑制作用相對較弱.對4種受試植物幼苗生長的影響具體表現(xiàn)為，當(dāng)山莨菪藥材水提液濃度為0.01 g/mL時(shí)，對川蕎1號和西蕎2號的幼苗生長是促進(jìn)作用，其中對川蕎1號的促進(jìn)作用最明顯，IR值為96.84%；當(dāng)山莨菪藥材水提液濃度升高至0.02 g/mL時(shí)，對川蕎1號的促進(jìn)作用明顯減弱，IR值降低至11.81%，而對川蕎2號、西蕎2號和山莨菪的幼苗生長均表現(xiàn)為抑制作用；當(dāng)山莨菪藥材水提液濃度進(jìn)一步升高至0.04 g/mL時(shí)，4種植物幼苗生長均表現(xiàn)為明顯的抑制，其中以川蕎2號幼苗生長受到的抑制作用最強(qiáng).

關(guān)鍵詞：山莨菪；化感；種子萌發(fā)；連作

中圖分類號：S567.239

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

化感作用是植物生長過程中所產(chǎn)生的次生代謝物對該植物及其周圍植物產(chǎn)生直接或間接影響的化學(xué)生態(tài)學(xué)現(xiàn)象［1］，在農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域具有重要意義.在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，作物的耕種模式、除草與滅蟲害等都會(huì)受到化感作用的影響［2］，且每年因化感作用造成的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，因此其研究價(jià)值及應(yīng)用前景十分廣闊［3-4］.

山莨菪（Anisodus tanguticu（Maxim.）Pascher.）是茄科山莨菪屬多年生草本植物，多生長于青海、甘肅、西藏（東部）和云南（西北部）等地海拔2 800～4 200 m處的山坡與草坡陽處［5］，有極強(qiáng)的耐寒性.山莨菪植物干燥的根是傳統(tǒng)藏藥山莨菪，具有麻醉、解痙、鎮(zhèn)痛和解磷中毒等多種功效［6-7］.目前的研究主要集中在山莨菪藥材的有效成分莨菪堿、東莨菪堿和山莨菪堿等的提取和藥理作用方面［8-9］，對山莨菪植物栽培過程的化感作用的研究鮮有報(bào)道.

近年來，由于對山莨菪藥材的需求量不斷增加，造成對其過度采挖，從而造成山莨菪植物的栽種環(huán)境遭到破壞［10］.由于山莨菪植物與部分蕎麥植物的生長環(huán)境相近，本文通過研究山莨菪藥材水提液對蕎麥和山莨菪植物生長的影響，為山莨菪植物能否建立連作栽培模式，以及山莨菪植物與蕎麥之間建立套種栽培模式提供理論依據(jù)，更好地為當(dāng)?shù)胤N植戶提高經(jīng)濟(jì)收入.

1材料與方法

1.1材料

供體材料：山莨菪藥材，由成都第一制藥有限公司提供.

受試體植物： 川蕎1號、川蕎2號與西蕎2號種子，均由成都大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雜糧加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供；山莨菪種子，采自青海省西寧市湟中區(qū).

1.2方法

1.2.1山莨菪藥材水提液的制備

將山莨菪藥材粉碎后，精密稱取20.0g，置燒杯中，加入500 mL蒸餾水在室溫下浸泡2 h后，再煎煮15 min，得到濾液為供試母液，濃度記為0.04 g/mL.并用蒸餾水將供試母液依次稀釋為0.01、0.02和0.04 g/mL 3個(gè)濃度梯度，置于4 ℃冰箱中備用.

1.2.2材料預(yù)處理

挑選大小均勻、飽滿健康的川蕎1號、川蕎2號、西蕎2號和山莨菪種子作為受試體.先將各受試體種子進(jìn)行種子預(yù)處理，具體方法是將各種子與50%濃度的次氯酸鈉溶液混合浸泡10 min消毒后，用蒸餾水沖洗10 min，濾干水分后用800 ppm赤霉素溶液浸泡24 h，再用蒸餾水沖洗8 min后，超聲5 min.

1.2.3數(shù)據(jù)處理方法

化感作用抑制率的IR值計(jì)算公式［11］為，

IR=（Ti－To）/To×100%

Ti為實(shí)驗(yàn)值，To為對照值.IR≥0表示具有促進(jìn)作用，IR＜0表示具有抑制作用.IR絕對值越大，其化感作用潛力（促進(jìn)或抑制作用）越大，對其受試體植物的影響（有益或有害）就越強(qiáng)［12］.

2結(jié)果與分析

2.1山莨菪藥材水提液對種子萌發(fā)的影響選取預(yù)處理后受試體植物種子各200粒，依次擺放種子于萌發(fā)盤中，加入山莨菪藥材水提液（實(shí)驗(yàn)組）和蒸餾水（對照組），在25 ℃恒溫箱中培養(yǎng)，每天觀察并記錄，在培養(yǎng)第8 d統(tǒng)計(jì)種子的萌發(fā)率，結(jié)果見表1.

由表1可知，不同濃度的山莨菪藥材水提液對4種植物種子的萌發(fā)均表現(xiàn)為抑制作用，且抑制效果都隨著濃度的升高而逐漸增強(qiáng).具體觀察川蕎1號種子萌發(fā)可見，在水提液濃度為0.01 g/mL時(shí)，種子萌發(fā)IR值為-9.09%，表現(xiàn)為較弱的抑制作用；但當(dāng)處理濃度增高到0.04 g/mL時(shí)，IR值為-52.27%，顯示出較強(qiáng)的抑制作用.川蕎2號種子在不同濃度山莨菪藥材水提液處理情況下，其種子萌發(fā)率都是最低的，說明山莨菪藥材水提液對川蕎2號種子的萌發(fā)表現(xiàn)為很強(qiáng)的抑制作用.

研究發(fā)現(xiàn)，濃度大于0.000 1 mg/mL的山莨菪堿水溶液對小麥種子萌發(fā)有抑制作用［12-13］，這與本研究結(jié)果相似.主要是因?yàn)樯捷馆袎A能有效減弱種子萌發(fā)過程中過氧化物酶和淀粉水解酶的催化能力，從而不能產(chǎn)生大量種子萌發(fā)所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，最終影響種子的萌發(fā)［12-14］.

2.2山莨菪水提液對胚根生長的影響

將4種受試體植物種子放在萌發(fā)盤中培養(yǎng)生長12 d后，統(tǒng)計(jì)出各植物胚根的生長情況，結(jié)果見表2.

由表2可知，不同濃度的山莨菪藥材水提液對4種植物胚根生長的影響不同.由川蕎1號和西蕎2號實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，山莨菪藥材水提液對2種植物胚根生長的影響都表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)和高濃度抑制的作用.當(dāng)山莨菪藥材水提液濃度為0.01 g/mL時(shí)，川蕎1號的IR值為10.81%，表現(xiàn)為較弱的促進(jìn)作用，而西蕎2號的IR值最高為31.25%，表現(xiàn)為較強(qiáng)的促進(jìn)作用；當(dāng)山莨菪藥材水提液濃度為0.02 g/mL時(shí)，川蕎1號的IR值為-37.84%，胚根生長由促進(jìn)轉(zhuǎn)為抑制，而該濃度下西蕎2號胚根生長仍為促進(jìn)作用，但I(xiàn)R值為6.25%，促進(jìn)作用表現(xiàn)很弱；當(dāng)山莨菪藥材水提液濃度進(jìn)一步升高至0.04 g/mL時(shí)，川蕎1號和西蕎2號胚根的生長與川蕎2號和山莨菪種子一樣，都表現(xiàn)為抑制作用，其中川蕎2號因IR值為-62.96%，表現(xiàn)為最強(qiáng)的抑制作用.

托品烷生物堿是山莨菪藥材的有效成分，而N-甲基-腐胺轉(zhuǎn)移酶（PMT）是托品烷生物堿的重要前體.當(dāng)濃度在0.01～0.02 g/mL范圍時(shí)，山莨菪藥材水提液中的托品烷生物堿含量較少，由于負(fù)反饋抑制作用，此時(shí)PMT的活性較低，未被催化的腐胺進(jìn)行積累，使得其含量相對偏高［15］，而腐胺可被進(jìn)一步催化為精胺和亞精胺，腐胺、精胺和亞精胺三者統(tǒng)稱為多胺，多胺類物質(zhì)可以抵抗植物生長環(huán)境的脅迫.另外，西蕎2號所含有的與黃酮類物質(zhì)緊密結(jié)合的抗性淀粉含量較少［16-18］，有利于水解酶進(jìn)行淀粉水解，提供大量營養(yǎng)物質(zhì)從而促進(jìn)胚根生長.劉路［19］研究發(fā)現(xiàn)，山莨菪藥材中含有的莨菪堿對植物細(xì)胞的有絲分裂具有明顯的抑制作用，所以當(dāng)山莨菪藥材水提液濃度升高至0.04 g/mL時(shí)，由于溶液中的莨菪堿濃度較高，對4種植物細(xì)胞有絲分裂的抑制作用明顯增強(qiáng)，最終導(dǎo)致4種植物胚根因有絲分裂受阻導(dǎo)致胚根生長受到抑制.

山莨菪和川蕎2號在不同濃度的山莨菪藥材水提液處理下其胚根生長都表現(xiàn)為抑制作用，且抑制效果隨著水提液濃度的增加而增強(qiáng).山莨菪植物較其他3種蕎麥植物含有更多莨菪堿物質(zhì)，對細(xì)胞有絲分裂的抑制作用更強(qiáng)，而川蕎2號因?yàn)楹休^多與黃酮類物質(zhì)結(jié)合的抗性淀粉，從而導(dǎo)致水解酶不能完全水解淀粉，因而造成胚根生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)不足而抑制胚根生長.

2.3山莨菪藥材水提液對幼苗生長的影響

4種受試體植物種子在培養(yǎng)生長15 d后，統(tǒng)計(jì)出各幼苗生長情況，結(jié)果見表3.

由表3可知，不同濃度的山莨菪藥材水提液對4種受試體植物幼苗生長的影響情況差別較大.川蕎1號幼苗在不同濃度山莨菪藥材水提液處理下幼苗的生長表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)和高濃度抑制，當(dāng)山莨菪藥材水提液濃度為0.01 g/mL時(shí)，對種苗的生長有明顯的促進(jìn)作用，IR值最高為96.84%；但當(dāng)處理濃度升高至0.02 g/mL時(shí)，對種苗促進(jìn)生長作用明顯減弱，IR值降到11.81%；當(dāng)山莨菪水提液濃度再進(jìn)一步升高至0.04 g/mL時(shí)，種苗生長表現(xiàn)出明顯的抑制作用，此時(shí)IR值為-45.71%.川蕎2號和山莨菪植物一樣，在不同濃度的山莨菪藥材水提液處理?xiàng)l件下均表現(xiàn)為抑制其生長的作用.西蕎2號在山莨菪藥材水提液濃度為0.01 g/mL時(shí)，IR值為28.53%，對種苗生長有一定的促進(jìn)作用；但當(dāng)山莨菪藥材水提液濃度升高至0.04 g/mL時(shí)，IR值為-54.33%，對種苗生長表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制作用.

進(jìn)一步比較相同濃度山莨菪藥材水提液處理對不同植物苗的生長的影響可知，0.01 g/mL濃度山莨菪藥材水提液對川蕎1號和西蕎2號幼苗的生長都有促進(jìn)生長作用，其中對川蕎1號的促進(jìn)生長作用最強(qiáng)；對川蕎2號和山莨菪幼苗的生長都表現(xiàn)為抑制作用；隨著濃度升高至0.02 g/mL，對川蕎1號仍有促進(jìn)作用，但強(qiáng)度大大降低，而對川蕎2號、西蕎2號和山莨菪幼苗的生長都表現(xiàn)出明顯的抑制作用；當(dāng)山莨菪藥材水提液濃度進(jìn)一步升高至0.04 g/mL時(shí)，4種植物幼苗生長都表現(xiàn)出明顯的抑制作用.

吳冬青等［20］研究發(fā)現(xiàn)，高濃度的山莨菪堿能抑制α-淀粉酶、過氧化物酶與超氧化物歧化酶的活性，從而降低種苗的代謝活性，最終抑制幼苗的生長，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果也進(jìn)一步證明了該研究結(jié)果.

3討論

本研究表明，不同濃度的山莨菪藥材水提液對4種受試體種子的萌發(fā)均呈現(xiàn)不同程度的抑制作用，且抑制效果隨著濃度的升高而增強(qiáng)；對川蕎1號和西蕎2號的胚根和幼苗生長呈現(xiàn)低濃度促進(jìn)和高濃度抑制的作用；對川蕎2號和山莨菪種子的萌發(fā)、胚根和幼苗的生長均表現(xiàn)為抑制作用，抑制作用隨山莨菪藥材水提液濃度升高而增強(qiáng).

Rimando等［21］開發(fā)了一種生物活性引導(dǎo)的分離方法來分離水稻中的化感物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)化感物質(zhì)中有活性作用的成分大多為酚酸類物質(zhì)，且化感抑制作用是由包括酚酸類物質(zhì)與其他成分相互作用所引起的［22-23］；而張雨等［24］通過對山莨菪基因組高通量測序分析得到山莨菪藥用活性成分的代謝通路，證明山莨菪中含有酚酸類物質(zhì).本研究中，山莨菪種子在不同濃度的山莨菪藥材水提液處理?xiàng)l件下，種子的萌發(fā)率都受到抑制作用，說明山莨菪作物不適合進(jìn)行連作生產(chǎn)，這也與顧艷等［25］研究的藥用植物連作后，土壤環(huán)境逐漸變得不適宜作物生長，植株長勢變?nèi)跻谆疾?，生長發(fā)育受到抑制，導(dǎo)致藥材產(chǎn)量下降甚至出現(xiàn)絕收的現(xiàn)象相符合.不同濃度的山莨菪藥材水提液對3種苦蕎種子的生長態(tài)勢并不相同，但總體表現(xiàn)為抑制作用，也說明了在山莨菪種植區(qū)亦不適合與蕎麥進(jìn)行間種.

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Allelopathy of Anisodus tanguticus ?Aqueous Extract on Four Plants

WANG Yuehua1，SHI Xin1，QIN Shunwang2，F(xiàn)ENG Shihong2，HE Jiaying 3，LEI Yihao3

（1.School of Food and Biological Engineering，Chengdu University，Chengdu ?610106，China；

2.Chengdu First Pharmaceutical Limited Company，Pengzhou 610930，China;

3.Chengdu Liewu Middle School，Chengdu 610056，China）

Abstract：

The allelopathic effects of water extract of Anisodus tanguticus on seed germination，radicle and seedling growth of four tested plants were studied.The results showed that with the increase of the concentration of the extract from 0.01g/mL to 0.04 g/mL，the germination rate of each plant seed decreased gradually，among which the concentration of 0.04 g/mL extract had the strongest inhibitory effect on the germination of Chuanqiao No.2，and the IR was -53.85%.The specific effects on the radicle growth of four tested plants were as follows：when the concentration of water extract was 0.01 g/mL，it had a strong promoting effect on the radicle growth of Xiqiao No.2，with an IR of 31.25%，while it had a significant inhibitory effect on Chuanqiao No.2，with an IR of -25.93%;when the concentration of water extract was increased to 0.04 g/mL，the radicle growth of four plant species was inhibited，among which the inhibition on the radicle growth of Chuanqiao No.1，Chuanqiao No.2 and Anisodus tanguticus was very strong，while the inhibition on Xiqiao No.2 was relatively weak.The specific effect on the seedling growth of four tested plants was that when the concentration was 0.01g/mL it promoted the seedling growth of Chuanqiao No.1 and Xiqiao No.2，among which Chuanqiao No.1 was the most obvious with an IR of 96.84%;when the concentration of water extract increased to 0.02 g/mL，the promoting effect on Chuanqiao No.1 was significantly weakened，and the ?IR ?value decreased by 11.81%，while it inhibited the seedling growth of Chuanqiao No.2，Xiqiao No.2 and Anisodus tanguticus;when the concentration of water extract further increased to 0.04 g/mL，the seedling growth of the four plants showed obvious inhibition，among which the seedling growth of Chuanqiao No.2 suffered the strongest inhibition.

Key words：

Anisodus tanguticus;allelopathy;seed germination;succession cropping