小花山桃草根水浸出液對(duì)3種作物種子萌發(fā)的影響

叢心怡 高玉嬌 穆新元 孫碩碩 葛秀麗

齊魯工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)部，山東 濟(jì)南 253053

0 引言

生物入侵是21 世紀(jì)世界各國(guó)需要共同面對(duì)的生物難題，目前人們對(duì)許多外來(lái)植物的危害情況和入侵機(jī)制仍然認(rèn)識(shí)不足［1］。通常認(rèn)為，植物成功入侵是環(huán)境因素和外來(lái)物種自身特性共同作用的結(jié)果［2］。化感作用被認(rèn)為是影響外來(lái)植物入侵和傳播的重要因素［3-4］，研究者已通過(guò)種子萌發(fā)試驗(yàn)驗(yàn)證了很多外來(lái)入侵種可以通過(guò)葉、莖、根釋放分泌物影響其他植物種子的萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)［5-6］。

小花山桃草（Gaura parvifloraDougl.）原產(chǎn)于北美，目前已廣泛入侵我國(guó)北方地區(qū)農(nóng)田、濕地［4］。已有研究表明，小花山桃草的根、莖、葉的水浸出液會(huì)影響蘿卜種子、小麥種子和白菜種子的萌發(fā)［7］。但目前對(duì)小花山桃草化感作用影響的研究尚不能覆蓋常見(jiàn)農(nóng)作物，因而防控小花山桃草的實(shí)踐決策尚缺少理論依據(jù)。

筆者研究小花山桃草根水浸出液對(duì)黃瓜、綠豆、青菜3 種作物種子萌發(fā)的影響規(guī)律，探討其影響機(jī)制。研究結(jié)果將豐富小花山桃草入侵機(jī)制理論，為其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、防控管理和資源化利用提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

黃瓜種子、綠豆種子、青菜種子，均為市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)的商品種子；小花山桃草采集自山東省濟(jì)南市野外。

1.2 小花山桃草根水浸出液制備

1.3 試驗(yàn)方法

選擇顆粒飽滿且大小均勻一致的種子，用次氯酸鈉對(duì)種子進(jìn)行消毒［8］，然后吸去水分備用。按50 粒種子為一組，綠豆種子采用紙間發(fā)芽，黃瓜、青菜種子采用紙上發(fā)芽［9］。將小花山桃草根水浸出液共設(shè)置4 個(gè)梯度，分別為0.2、0.4、0.6、1.0 g/mL，以蒸餾水作為空白對(duì)照（CK）。預(yù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，濃度為1.0 g/mL 的小花山桃草根水浸出液有發(fā)霉現(xiàn)象，故在原步驟的基礎(chǔ)上增加一組1.0 g/mL 小花山桃草根水浸出液的消毒處理，即在萌發(fā)過(guò)程中每隔24 h進(jìn)行一次酒精消毒。試驗(yàn)共6 個(gè)處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)。在萌發(fā)盤(pán)中分別加入10 mL 對(duì)應(yīng)的浸出液或蒸餾水，在室溫和自然光條件下培養(yǎng)，每隔8 h觀察一次萌發(fā)盤(pán)，及時(shí)補(bǔ)充水分。

1.4 參數(shù)測(cè)定

種子發(fā)芽24 h 后，每隔24 h 記錄一次各組的發(fā)芽數(shù)，以出芽5.0 mm 作為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)［10］。末次計(jì)數(shù)時(shí)視為萌發(fā)結(jié)束。將3 種作物種子的各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分類整理，按照公式分別計(jì)算萌發(fā)參數(shù)。各類種子發(fā)芽率（Germination Potential，GP）以末次計(jì)數(shù)天數(shù)的發(fā)芽數(shù)為計(jì)算依據(jù)，發(fā)芽勢(shì)（Germination Rate，GR）以初次計(jì)數(shù)天數(shù)的發(fā)芽數(shù)為計(jì)算依據(jù)，不同種子的初、末次計(jì)數(shù)天數(shù)有所不同。其中，青菜種子初次計(jì)數(shù)天數(shù)為3 d，末次計(jì)數(shù)天數(shù)為7 d；綠豆種子初次計(jì)數(shù)天數(shù)為3 d，末次計(jì)數(shù)天數(shù)為7 d；黃瓜種子初次計(jì)數(shù)天數(shù)為3 d，末次計(jì)數(shù)天數(shù)為8 d［9］。

式（1）中：M4為培養(yǎng)4 d 發(fā)芽種子數(shù)，粒；M0為測(cè)試種子總數(shù)，粒。

式（2）中：Mt為最終發(fā)芽種子數(shù)，粒；M0為測(cè)試種子總數(shù)，粒。

發(fā)芽指數(shù)（Germination Index，GI）可反映種子的活力，其計(jì)算公式為

式（3）中：Gt表示在時(shí)間t日的發(fā)芽種子數(shù)，粒；Dt表示相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)，d。

平均發(fā)芽時(shí)間（Mean Germination Time，MGT）指供測(cè)種子發(fā)芽所需的平均時(shí)間，計(jì)算公式為

1.2 病例排除標(biāo)準(zhǔn) ⑴前次古典式剖宮產(chǎn) （倒“T”型或“J”型）；⑵有子宮破裂史；⑶前次大的子宮手術(shù)史或子宮肌瘤剝除史術(shù)中穿透子宮內(nèi)膜者；⑷有陰道分娩禁忌證者；⑸前次剖宮產(chǎn)手術(shù)指針再次出現(xiàn)；⑹距上一次剖宮產(chǎn)的時(shí)間＜1.5年；⑺有2次及以上的剖宮產(chǎn)史；⑻超聲檢查示子宮下段壁薄(＜1.5MM)；⑼子宮下段有壓痛。

式（4）中：Tn表示發(fā)芽日數(shù)，d；Gn表示與發(fā)芽日數(shù)相對(duì)應(yīng)的發(fā)芽種子數(shù)，粒。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用單因素方差分析揭示小花山桃草根水浸出液濃度對(duì)種子萌發(fā)指標(biāo)的影響，并比較3 種作物種子的響應(yīng)差異。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 小花山桃草根水浸出液對(duì)3種作物種子萌發(fā)特征的影響

2.1.1 對(duì)不同作物種子發(fā)芽率的影響

由表1可知，3種作物種子的發(fā)芽率隨小花山桃草根水浸出液濃度變化差異不顯著（P＞0.05），不同濃度處理下3種作物種子的發(fā)芽率均在90%以上。

表1 不同濃度小花山桃草根水浸出液處理下3種作物種子的發(fā)芽率

2.1.2 對(duì)不同作物種子發(fā)芽勢(shì)的影響

由表2可知，小花山桃草根水浸出液濃度為1.0 g/mL（定期酒精消毒）的條件下，黃瓜種子和青菜種子的發(fā)芽勢(shì)低于低濃度處理組。各濃度小花山桃草根水浸出液處理下綠豆種子發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照組發(fā)芽勢(shì)均無(wú)顯著差異（P＞0.05）。整體來(lái)看（除0.2 g/mL），青菜種子發(fā)芽勢(shì)隨著小花山桃草根水浸出液濃度增大而降低。水浸出液濃度為1.0 g/mL（定期酒精消毒）處理下黃瓜種子的發(fā)芽勢(shì)與其他處理存在顯著差異（P＜0.05）。

表2 不同濃度小花山桃草根水浸出液處理下3種作物種子的發(fā)芽勢(shì)

2.1.3 對(duì)不同作物種子發(fā)芽指數(shù)的影響

由表3 可知，黃瓜種子和青菜種子的發(fā)芽指數(shù)隨小花山桃草根水浸出液濃度的升高而明顯降低。綠豆種子在各濃度小花山桃草根水浸出液處理下與空白對(duì)照組相比發(fā)芽指數(shù)無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

表3 不同濃度小花山桃草根水浸出液處理下3種作物種子的發(fā)芽指數(shù)

2.1.4 對(duì)不同作物種子平均發(fā)芽時(shí)間的影響

由表4可知，整體來(lái)看（除0.2 g/mL），黃瓜種子和青菜種子的平均發(fā)芽時(shí)間隨小花山桃草根水浸出液濃度增大而延長(zhǎng)。水浸出液濃度為1.0 g/mL（定期酒精消毒）處理下黃瓜種子的發(fā)芽時(shí)間與其他處理存在顯著差異。

表4 不同濃度小花山桃草根水浸出液處理下3種作物種子的平均發(fā)芽時(shí)間

2.2 不同物種種子萌發(fā)特征對(duì)小花山桃草化感作用的響應(yīng)差異

通過(guò)比較3種作物種子的萌發(fā)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，3種作物種子在不同濃度小花山桃草根水浸出液處理下的發(fā)芽率沒(méi)有顯著差異。黃瓜種子和青菜種子在最高浸出液濃度1.0 g/mL（定期酒精消毒）處理下，發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)最低，平均發(fā)芽時(shí)間最長(zhǎng)。小花山桃草根水浸出液濃度為0.6 g/mL 處理下，綠豆種子的發(fā)芽勢(shì)最低。整體來(lái)看，綠豆種子萌發(fā)參數(shù)變化較小，變化規(guī)律也與黃瓜種子、青菜種子不同，有低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的規(guī)律趨勢(shì)。3 種作物種子對(duì)比而言，青菜種子對(duì)不同濃度浸出液的響應(yīng)最明顯，其在不同濃度浸出液處理下種子的發(fā)芽勢(shì)均有顯著差異，而低濃度浸出液（0.2、0.4 g/mL）處理下綠豆種子的發(fā)芽指數(shù)顯著高于0.6 g/mL 處理，但與空白對(duì)照組和小花山桃草根水浸出液1.0 g/mL處理組沒(méi)有顯著差異（P＞0.05）。

對(duì)3 種作物種子的萌發(fā)指標(biāo)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在0.4 g/mL 和0.6 g/mL 處理下，青菜種子的發(fā)芽率低于黃瓜種子和綠豆種子；在0.4 g/mL處理下，黃瓜種子的發(fā)芽率低于綠豆種子。在浸出液濃度相同的情況下，青菜種子的發(fā)芽指數(shù)均低于黃瓜種子和綠豆種子；而在0.2 g/mL 和1.0 g/mL 處理下，黃瓜種子的發(fā)芽勢(shì)低于綠豆種子。在浸出液濃度為1.0 g/mL 處理下，黃瓜種子的發(fā)芽指數(shù)低于綠豆種子。不同處理下青菜種子的發(fā)芽時(shí)間長(zhǎng)于黃瓜種子和綠豆種子；在1.0 g/mL 處理下，黃瓜種子的發(fā)芽時(shí)間長(zhǎng)于綠豆種子。

3 討論

此次研究表明小花山桃草根水浸出液會(huì)抑制黃瓜種子、青菜種子的萌發(fā)活力，且抑制程度隨水浸出液濃度的增大而加重，但對(duì)發(fā)芽率影響不顯著。這與袁志良等［7］對(duì)小花山桃草水浸出液對(duì)蘿卜、小麥、白菜種子萌發(fā)的影響研究結(jié)果一致。對(duì)發(fā)芽勢(shì)的抑制作用說(shuō)明小花山桃草根分泌的化感物質(zhì)主要作用時(shí)期為3 種作物種子萌發(fā)的前期，這有利于小花山桃草在其他植物萌發(fā)遲緩的機(jī)會(huì)下通過(guò)生長(zhǎng)迅速的優(yōu)勢(shì)搶占生存資源，這可能是小花山桃草成功入侵的機(jī)制之一［10］。

化感物質(zhì)的種類繁多，大部分是抑制型的，也有一部分是促進(jìn)型的［11］。此次研究結(jié)果表明，3 種作物種子在同一濃度小花山桃草根水浸出液處理下萌發(fā)狀況有差異，對(duì)小花山桃草根水浸出液響應(yīng)存在差異，說(shuō)明化感物質(zhì)作用存在選擇性［12］。究其原因，可能是不同作物種子細(xì)胞分裂和植物激素釋放對(duì)化感物質(zhì)成分的敏感性不同。因此，研究分析小花山桃草的化感物質(zhì)成分及作用途徑，有望闡明其化感作用機(jī)制。

此次研究結(jié)果表明，小花山桃草根水浸出液處理下3 種作物種子萌發(fā)特征的變化規(guī)律存在明顯差異，綠豆種子能較好地適應(yīng)小花山桃草根水浸出液，而黃瓜種子和青菜種子在萌發(fā)過(guò)程受到了小花山桃草根水浸出液的抑制作用，說(shuō)明黃瓜和青菜對(duì)小花山桃草的化感作用較為敏感，在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)避免小花山桃草入侵這些敏感物種的種植區(qū)。

此次研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜種子對(duì)酒精處理較敏感，萌發(fā)參數(shù)明顯降低，但相同處理的青菜種子與綠豆種子則不敏感。這說(shuō)明酒精防霉處理不適用于研究黃瓜種子的發(fā)芽特性，但酒精處理對(duì)黃瓜種子萌發(fā)過(guò)程的干擾機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論與建議

此次研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①小花山桃草根水浸出液主要抑制種子前期的萌發(fā)，對(duì)最終發(fā)芽率影響不明顯。②小花山桃草化感作用對(duì)不同作物種子的萌發(fā)影響有所不同。其中，青菜種子在小花山桃草根水浸出液濃度為0.6 g/mL 和1.0 g/mL 時(shí)，其發(fā)芽勢(shì)受到抑制，平均發(fā)芽時(shí)間更長(zhǎng)，而青菜種子的發(fā)芽指數(shù)自水浸出液濃度為0.2 g/mL 時(shí)開(kāi)始受到抑制，且抑制程度隨浸出液濃度的增大而加重；黃瓜種子在水浸出液濃度為0.6 g/mL 和1.0 g/mL 時(shí)，其發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽速率受到抑制。

根據(jù)研究結(jié)果，筆者建議在小花山桃草入侵區(qū)盡量避免種植青菜、黃瓜等敏感作物，或及早鏟除入侵的小花山桃草，控制小花山桃草的繁殖，以降低農(nóng)作物減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，在大規(guī)模種植作物前應(yīng)預(yù)先進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，檢測(cè)小花山桃草化感作用是否會(huì)抑制作物的萌發(fā)和生長(zhǎng)，優(yōu)先選用不受小花山桃草化感作用抑制的作物或在低濃度小花山桃草根水浸出液處理?xiàng)l件下能夠促進(jìn)種子萌發(fā)的作物。