谷子秸稈水浸提液對(duì)５ 種作物種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的化感效應(yīng)分析

崔紀(jì)菡 魯一薇 夏雪巖 劉猛 劉建軍 趙宇 李順國(guó)

摘要：從化感作用角度篩選適宜與谷子[Ｓｅｔａｒｉａ ｉｔａｌｉｃａ （Ｌ.） Ｂｅａｕｖ.]進(jìn)行間套輪作的農(nóng)作物，為建立合理的谷子間套輪作體系提供參考依據(jù)。 采用水提法制備谷子根、莖、葉浸提液，每種浸提液設(shè)４ 個(gè)濃度梯度（５、２０、４０、１００ ｍｇｍＬ－１ ），以蒸餾水為對(duì)照（ＣＫ），研究谷子植株三部位浸提液對(duì)受體作物綠豆[Ｖｉｇｎａ ｒａｄｉａｔｅ（Ｌ.）Ｗｉｌｃｚｅｋ]、紅豆[Ｖｉｇｎａ ａｎｇｕｌａｒｉｓ （Ｗｉｌｌｄ.） Ｏｈｗｉ ｅｔ Ｏｈａｓｈｉ]、玉米（Ｚｅａ ｍａｙｓ Ｌ.）、小麥（Ｔｒｉｔｉｃｕｍ ａｅｓｔｉｖｕｍ Ｌ.）和谷子種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)的影響。 結(jié)果表明，谷子根、莖、葉浸提液對(duì)受體作物種子發(fā)芽率和幼苗生長(zhǎng)均有抑制作用，葉部浸提液抑制作用最強(qiáng)，根部浸提液的抑制作用最弱。 隨著浸提液濃度增加，其對(duì)受體種子的發(fā)芽率和幼苗鮮重、根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)抑制作用加重。 整體上看，谷子秸稈浸提液對(duì)５ 種作物種子萌發(fā)的抑制作用由小到大排序?yàn)榫G豆<紅豆<小麥<谷子<玉米。 綜合來(lái)看，綠豆更適宜與谷子進(jìn)行間作、套作和輪作。

關(guān)鍵詞：谷子；化感效應(yīng)；種子萌發(fā)；幼苗生長(zhǎng)；秸稈浸提液

中圖分類號(hào)：Ｓ３１４文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：Ａ文章編號(hào)：１００１－４９４２（２０２４）０１－００６６－０８

植物化感作用是指植物通過(guò)根系分泌、莖葉揮發(fā)、雨水淋溶、殘?bào)w分解等途徑釋放化學(xué)物質(zhì)到環(huán)境中，從而抑制或促進(jìn)周圍其他植物（或微生物）生長(zhǎng)發(fā)育的現(xiàn)象，可分為他毒和自毒兩種[１] ?；形镔|(zhì)的收集方法有水蒸氣蒸餾法、溶劑浸提法、培養(yǎng)吸附法和厭氧腐解法等。 種子萌發(fā)是植物生命周期中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[２－３] ，因此，供體對(duì)受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響是研究植物化感作用最重要的測(cè)定方法之一[４－６] 。 化感物質(zhì)對(duì)種子萌發(fā)表現(xiàn)為促進(jìn)還是抑制，與化感物質(zhì)種類、濃度以及供受體種類有很大關(guān)系[７－９] 。

自２０ 世紀(jì)９０ 年代以來(lái)，中國(guó)農(nóng)業(yè)普遍采用秸稈還田的耕作方式，秸稈就地還田成為解決秸稈綜合利用問(wèn)題的最重要手段和途徑[１０] 。 秸稈還田可以有效改善土壤理化和生物性狀，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、培肥土壤地力，既保障了農(nóng)田持續(xù)生產(chǎn)，又減少了環(huán)境污染[１１－１２] 。 但秸稈自身含有多種具有生物活性的化感物質(zhì)，這些物質(zhì)釋放到農(nóng)田中會(huì)對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)產(chǎn)生化感作用[１３] 。 研究表明，利用農(nóng)作物間的化感作用原理合理安排輪作、間套作等栽培模式可以達(dá)到減輕病蟲害、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的效果，是解決連作障礙最簡(jiǎn)單有效的方法之一[１４] 。

近年來(lái)，有不少研究人員針對(duì)還田秸稈的化感作用進(jìn)行過(guò)深入研究，主要集中在水稻、小麥和玉米等大宗作物上，對(duì)谷子[Ｓｅｔａｒｉａ ｉｔａｌｉｃａ （Ｌ.）Ｂｅａｕｖ.]的研究相對(duì)較少。 谷子是我國(guó)北方地區(qū)主要的糧食作物之一，栽培歷史悠久，具有耐瘠、抗旱等特性，其籽粒具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對(duì)調(diào)節(jié)構(gòu)建合理的膳食結(jié)構(gòu)和農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)能起到重要作用。 谷子適生區(qū)域狹窄，人工栽培連作障礙現(xiàn)象嚴(yán)重，栽培１～２ 年后需要換地栽培，嚴(yán)重影響了其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。 我國(guó)谷子主要產(chǎn)區(qū)的種植模式包括谷子搭配小麥輪作，搭配玉米、豆類輪作或間套作等。 一些研究表明，谷子秸稈中的化感物質(zhì)對(duì)下茬小麥、玉米、谷子自身以及雜草的生長(zhǎng)均存在著顯著的化感作用[１５－１６] 。以往研究對(duì)于認(rèn)識(shí)和利用谷子秸稈化感效應(yīng)提供了重要參考，但這些研究源自不同研究體系，所以谷子對(duì)小麥、玉米等作物的化感強(qiáng)弱尚不能進(jìn)行比較和排序。 為此，本研究以綠豆[Ｖｉｇｎａ ｒａｄｉａｔｅ（Ｌ.） Ｗｉｌｃｚｅｋ]、紅豆[ Ｖｉｇｎａ ａｎｇｕｌａｒｉｓ （ Ｗｉｌｌｄ.）Ｏｈｗｉ ｅｔ Ｏｈａｓｈｉ]、玉米（Ｚｅａ ｍａｙｓ Ｌ.）、小麥（Ｔｒｉｔｉｃ￣ｕｍ ａｅｓｔｉｖｕｍ Ｌ.）和谷子為受體，研究谷子不同部位浸提液對(duì)這５ 種作物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，以探明谷子化感物質(zhì)主要存在的部位，明確谷子它毒和自毒作用的強(qiáng)弱，從化感作用角度評(píng)價(jià)、篩選與谷子進(jìn)行間套輪作的農(nóng)作物，為合理間套輪作提供理論參考。

１ 材料與方法

１.１ 供試材料

試驗(yàn)于２０２０ 年１０ 月在河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所進(jìn)行。 供試谷子品種為匯華金米（河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所和邢臺(tái)自然農(nóng)莊共同選育），玉米、綠豆和紅豆品種分別為冀玉１８、冀綠９８０２ 和冀紅１７（河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所選育），小麥種子來(lái)源于市場(chǎng)，無(wú)詳細(xì)品種信息。

１.２ 試驗(yàn)方法

１.２.１ 谷子根、莖和葉浸提液的制備 將成熟期健康谷子的根、莖、葉各部位分開(kāi)，陰干粉碎后分別稱?。玻埃?ｇ 放入錐形瓶中，加２ ０００ ｍＬ 蒸餾水后置于（２０±１） ℃、１６０ ｒｍｉｎ－１的振蕩培養(yǎng)箱（型號(hào)：ＨＹ－１０）中振蕩浸泡１ ｈ，再放置在超聲波清洗儀中進(jìn)行超聲震蕩３０ ｍｉｎ，靜置分層后將上層渾濁液過(guò)濾后離心，得到濃度為１００ ｍｇｍＬ－１ 的清澈母液。 用蒸餾水將母液稀釋為５、２０、４０ｍｇｍＬ－１共３ 個(gè)濃度的浸提液，對(duì)照（ＣＫ）為蒸餾水，所有液體保存于４ ℃冰箱中備用。

１.２.２ 種子萌發(fā)與相關(guān)指標(biāo)測(cè)定 將用７５％酒精消毒３ ｍｉｎ 后的種子放入墊有２ 層滅菌濾紙、直徑為１２ ｃｍ 的培養(yǎng)皿中，綠豆、紅豆和玉米每皿放２０ 粒，小麥和谷子每皿放３０ 粒，再分別加入４個(gè)濃度（５、２０、４０、１００ ｍｇｍＬ－１）的浸提液５ ｍＬ，對(duì)照（ＣＫ）加蒸餾水，裹上保鮮膜后放入植物培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。 植物培養(yǎng)箱設(shè)定白天溫度為２５ ℃、濕度７０％、光照強(qiáng)度４ ０００ ｌｘ （１２ ｈ） ，黑夜溫度為２５ ℃、濕度８０％、光照強(qiáng)度０ ｌｘ（１２ ｈ） ，每天適當(dāng)補(bǔ)充相應(yīng)濃度的浸提液以保持濾紙濕潤(rùn)并記錄種子萌發(fā)數(shù)量，６ ｄ 后結(jié)束試驗(yàn)。 每個(gè)處理重復(fù)３次。

另將培養(yǎng)至露白的種子放在直徑１２ ｃｍ 的培養(yǎng)皿中，加入浸提液１０ ｍＬ，充分潤(rùn)濕濾紙，綠豆、紅豆和玉米每皿放２０ 粒，小麥和谷子每皿放３０粒，重復(fù)３ 次，培養(yǎng)條件同前，７ ｄ 后移出幼苗測(cè)量各項(xiàng)指標(biāo)。 利用根系掃描系統(tǒng)（型號(hào)：ＷｉｎＲＨＩ￣ＺＯ ＴＲＯＮ ２０１２）獲取全部萌發(fā)幼苗的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)，獲得總根長(zhǎng)、總芽長(zhǎng)，總根長(zhǎng)和總芽長(zhǎng)除以相應(yīng)的株數(shù)獲得單株根長(zhǎng)和單株芽長(zhǎng)。

１.２.３ 指標(biāo)計(jì)算公式 發(fā)芽率（％）＝ 發(fā)芽種子數(shù)/ 供試種子數(shù)×１００；變化率或抑制率（％）＝ （１－浸提液處理的指標(biāo)數(shù)值/ ＣＫ 指標(biāo)數(shù)值）×１００ 。

１.３ 數(shù)據(jù)處理與分析

采用ＤＰＳ 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)種子發(fā)芽率和幼苗根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、鮮重等指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和多因素（品種、浸提部位、濃度）方差分析。

２ 結(jié)果與分析

２.１ 谷子不同部位浸提液對(duì)受體種子萌發(fā)的影響

由表１ 可知，谷子根、莖、葉浸提液對(duì)受體種子的發(fā)芽率均有抑制作用，３ 個(gè)部位中，莖浸提液對(duì)玉米的抑制作用最強(qiáng)，葉浸提液對(duì)谷子自身的抑制作用最強(qiáng)，根浸提液對(duì)玉米的抑制作用最強(qiáng)?？偟膩?lái)說(shuō)，莖、葉浸提液的抑制作用高于根浸提液。

浸提液的濃度對(duì)受體種子的發(fā)芽率存在抑制差異。 低濃度的浸提液對(duì)綠豆和紅豆的發(fā)芽率無(wú)顯著影響，高濃度的浸提液顯著或極顯著抑制綠豆和紅豆的萌發(fā)；低濃度的浸提液對(duì)玉米、谷子、小麥的發(fā)芽抑制有顯著影響，高濃度的浸提液抑制作用更明顯，多為極顯著影響。 所有浸提液處理中，５ 種作物種子皆在１００ ｍｇｍＬ－１浸提液濃度下發(fā)芽率最低。 浸提液對(duì)受體種子萌發(fā)的影響不都是負(fù)面或者無(wú)影響，較低濃度浸提液提高發(fā)芽率的現(xiàn)象也有出現(xiàn)，如５、２０ ｍｇｍＬ－１濃度的根浸提液相比ＣＫ 分別提高小麥和玉米種子的發(fā)芽率，即出現(xiàn)“低濃度促進(jìn)高濃度抑制” 的雙重效應(yīng)。

浸提液對(duì)種子萌發(fā)的影響還與種子本身的種類有關(guān)。 以發(fā)芽率為考量，浸提液對(duì)綠豆和紅豆萌發(fā)的抑制作用遠(yuǎn)低于玉米、小麥和谷子，不同部位浸提液（１００ ｍｇｍＬ－１ ）作用下綠豆、紅豆的發(fā)芽率分別為７３.３％～９５.０％、５１.７％～９０.０％，玉米、小麥和谷子的發(fā)芽率僅為１８.３％ ～ ２６.７％、１７.８％ ～４７.８％和１.１％～５６.７％。 本研究中，谷子根浸提液對(duì)５ 種作物種子萌發(fā)的抑制作用排序?yàn)榧t豆<綠豆<谷子<小麥<玉米，谷子莖浸提液對(duì)５ 種作物種子萌發(fā)的抑制作用排序?yàn)榫G豆<紅豆<谷子<玉米<小麥，谷子葉浸提液對(duì)５ 種作物種子萌發(fā)的抑制作用排序?yàn)榫G豆<紅豆<小麥<谷子<玉米。 由上可知，谷子浸提液對(duì)豆科作物種子萌發(fā)的抑制作用小，對(duì)谷子自身的抑制主要來(lái)源于葉部，對(duì)玉米、小麥種子萌發(fā)具有明顯的抑制作用。

２.２ 谷子不同部位浸提液對(duì)受體作物幼苗生長(zhǎng)的影響

由表２ 可知，與對(duì)照相比，隨著莖浸提液濃度的增大（５～１００ ｍｇｍＬ－１），其對(duì)紅豆、綠豆、玉米、谷子和小麥幼苗鮮重的抑制作用呈波動(dòng)式增強(qiáng)；莖浸提液對(duì)綠豆、紅豆、小麥和玉米幼苗鮮重皆為抑制效應(yīng)，對(duì)小麥幼苗鮮重具有較強(qiáng)的抑制效應(yīng)；

低濃度莖浸提液（５、２０、４０ ｍｇｍＬ－１ ）對(duì)受體谷子幼苗鮮重具有更為明顯的促生效果。 高濃度葉浸提液（１００ ｍｇｍＬ－１）對(duì)綠豆和谷子幼苗的抑制效果最強(qiáng)， 分別低于對(duì)照７０. ６８％ 和７１. ８８％。５ ｍｇｍＬ－１低濃度根浸提液處理較對(duì)照提高小麥幼苗鮮重２３.８７％。

對(duì)比表２ 和表３ 數(shù)據(jù)可以看出，谷子莖浸提液對(duì)幼苗根長(zhǎng)的抑制效應(yīng)強(qiáng)于對(duì)幼苗鮮重的抑制效應(yīng)。 由表３ 可知，整體上看，葉浸提液對(duì)５ 種受體作物幼苗根長(zhǎng)的影響強(qiáng)于根、莖浸提液。 與對(duì)照相比，濃度為１００ ｍｇｍＬ－１時(shí)，葉浸提液和莖浸提液對(duì)５ 種作物幼苗根長(zhǎng)的抑制效應(yīng)達(dá)到９７.１７％～１００％，根浸提液對(duì)紅豆、綠豆、玉米和谷子幼苗根長(zhǎng)的抑制效應(yīng)達(dá)到５５.５６％～６１.６３％，對(duì)小麥幼苗根長(zhǎng)的抑制效果較低，僅為２.７５％。 低濃度莖浸提液對(duì)玉米（５ ｍｇｍＬ－１ ）、小麥（５、２０、４０ ｍｇｍＬ－１）幼苗根長(zhǎng)均有促生效應(yīng)，對(duì)綠豆和紅豆皆為抑制效應(yīng)。

對(duì)比表２～表４ 數(shù)據(jù)可知，谷子根、莖、葉浸提液對(duì)幼苗芽長(zhǎng)的抑制效應(yīng)輕于對(duì)鮮重和根長(zhǎng)的抑制。 從表４ 中可知， 與對(duì)照相比， 濃度為１００ｍｇｍＬ－１時(shí)，葉浸提液和莖浸提液對(duì)受體作物紅豆、綠豆幼苗芽長(zhǎng)的抑制效應(yīng)達(dá)到９１. ３０％ ～１００％，對(duì)玉米、谷子和小麥幼苗芽長(zhǎng)的抑制效果較弱；根浸提液對(duì)紅豆、綠豆和谷子幼苗芽長(zhǎng)有促進(jìn)作用，對(duì)玉米、小麥幼苗芽長(zhǎng)表現(xiàn)為抑制。 低濃度莖浸提液（５、２０ ｍｇｍＬ－１ ）對(duì)５ 種受體作物幼苗芽長(zhǎng)有促進(jìn)或輕微抑制效應(yīng)，５ ｍｇｍＬ－１ 根、葉浸提液對(duì)紅豆、玉米和谷子幼苗芽長(zhǎng)有促進(jìn)效果。

２.３ 作物種類、浸提部位和浸提液濃度對(duì)作物萌發(fā)生長(zhǎng)的影響

作物種類、浸提部位和浸提液濃度三因素對(duì)各個(gè)指標(biāo)均值的影響及差異分析結(jié)果見(jiàn)表５。 可知，作物種類影響自身的萌發(fā)生長(zhǎng)，不同作物的發(fā)芽率、鮮重、根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)差異極顯著。 不同浸提部位對(duì)作物萌發(fā)生長(zhǎng)的影響不同，與其他部位相比，葉部浸提液對(duì)所有指標(biāo)的抑制作用最大，根部浸提液對(duì)除芽長(zhǎng)外的所有指標(biāo)的抑制作用最小。 隨著浸提液濃度增加，種子發(fā)芽率和幼苗鮮重隨之下降，其中ＣＫ 發(fā)芽率和幼苗鮮重最高，１００ ｍｇｍＬ－１浸提液濃度下兩者值最低；隨著浸提液濃度增加，根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)值呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，５ ｍｇｍＬ－１浸提液濃度下根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)值最大，１００ ｍｇｍＬ－１ 浸提液濃度下最小。

２.４ 影響作物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的多因素方差分析

對(duì)作物種類、浸提部位和浸提液濃度三因素下的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表６。 就獨(dú)立影響而言，作物種類、浸提液部位和浸提液濃度各自顯著或極顯著影響種子發(fā)芽率和幼苗鮮重、根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)。 就交互影響而言，作物種類、浸提部位和浸提液濃度的交互作用也顯著或極顯著影響種子發(fā)芽率和幼苗鮮重、根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)。 各因素中，