木薯对伴生杂草化感作用的初步研究

程汉亭， 沈奕德， 黄乔乔， 李晓霞， 刘丽珍， 范志伟

(中国热带农业科学院环境与植物保护研究所/农业部热带作物有害生物综合治理重点实验室/ 农业部儋州农业环境科学观测实验站/海南省热带农业有害生物监测与控制重点实验室/ 海南省热带作物病虫害生物防治工程技术研究中心，海南海口 571101)

木薯对伴生杂草化感作用的初步研究

程汉亭， 沈奕德， 黄乔乔， 李晓霞， 刘丽珍， 范志伟

(中国热带农业科学院环境与植物保护研究所/农业部热带作物有害生物综合治理重点实验室/ 农业部儋州农业环境科学观测实验站/海南省热带农业有害生物监测与控制重点实验室/ 海南省热带作物病虫害生物防治工程技术研究中心，海南海口 571101)

以白菜和木薯园伴生杂草(假臭草、三叶鬼针草)为受体植物，采用生物测定的方法研究了新鲜木薯叶片4种浸提液的化感作用。结果表明，4种浸提液对受体植物种子萌发率、根长和茎长的生长发育均有不同程度的抑制作用，且浓度越大抑制作用越强；其中乙酸乙酯和水浸提液的抑制作用较强，甲醇和氯仿浸提液的抑制作用相对较弱。研究表明，木薯叶浸提液中含有抑制伴生杂草(假臭草和三叶鬼针草)种子萌发和幼苗生长的化感物质，为进一步开展具有化感潜力木薯品种的研究提供了理论基础。

木薯；化感作用；假臭草；三叶鬼针草；生物测定

木薯(ManihotesculentaCrantz)为大戟科木薯属灌木状多年生作物，其块根富含淀粉，是许多热带地区居民日常食物中的主要热量来源。自19世纪引入我国以来，木薯已在华南地区广泛种植。近年来我国木薯的栽培面积一直维持在40万hm2左右，年产鲜薯800多万t[1]。以木薯块根为原料的淀粉加工和生物能源等产业是我国热区农业经济的重要组成部分。但木薯园杂草危害十分普遍，严重影响了木薯的生长发育，导致木薯减产和品质下降。据调查，杂草可致使木薯减产30%～60%。近几年除草剂的不合理使用和生物入侵步伐的加快，导致木薯地恶杂草种类繁多。根据笔者所在研究组对广东、广西和海南三省木薯地杂草的调查，共发现木薯园杂草39科138属184种，其中恶性杂草10种，包括莎草科、禾本科和阔叶类杂草。

作物化感抑草是指作物利用自身分泌的化感物质防治杂草，具有剂量小、选择性强、无“3R”问题等优点，被认为是21世纪可持续农业的关键生物技术之一[2-4]。开发和利用作物自身抑制杂草的化感功能将有助于实现可持续的杂草防治策略，大大减少除草剂的使用。目前，木薯化感作用的研究还处在起步阶段。胡力飞等对木薯茎和叶挥发油的化学成分及其生物活性的研究发现，木薯茎挥发油具有抗金黄色葡萄球菌活性；木薯叶挥发油具有抗MASA活性[5]。扶蓉等研究发现，木薯鲜叶水浸提液的抑制效果要明显强于木薯枯叶水浸提液[6]。关于木薯对伴生杂草化感作用的研究尚未开展。本研究的调查结果显示，假臭草(Praxelisclematidea)和三叶鬼针草(Bidenspilosa)是木薯园常见的伴生杂草，且发生危害甚为猖獗。这2种杂草在野外的种子萌发率和幼苗成活率高，生境适应性强，全年均能萌发生长，花期长且种子产量大，可以迅速占据木薯园，与木薯竞争水肥资源和生长空间，从而影响木薯的生长和产量[7-8]。因此，开展木薯对伴生杂草(假臭草和三叶鬼针草)化感作用的研究不仅对保护农业自然生态环境免受化学药剂侵害具有积极意义，也为筛选出较好的抗恶性杂草木薯品系提供了科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供体植物：华南9号木薯的新鲜茎秆和叶片于2011年10月20日采自中国热带农业科学院环境与植物保护研究所的实验基地。

受体植物：白菜(达信7号黑白叶)购于海南大学物资公司，假臭草和三叶鬼针草种子采自中国热带农业科学院环境与植物保护研究所的实验基地，其中白菜为标准受体。

1.2 试验方法

浸提液制备：用万分之一天平分别称取4份新鲜木薯的叶片，每份约20 g，剪碎，加80%甲醇(乙酸乙酯、氯仿、蒸馏水)研磨，室温条件下密封浸提24 h，期间振荡5次，使其充分浸提，然后过滤，浸提重复2次，合并滤液，45 ℃减压浓缩至水相，蒸馏水定容至200 mL，即得浓度为100 mg/mL的浸提液。梯度稀释浸提原液，使其浓度为25、50、100 mg/mL。4 ℃冷藏，用于生物测定。

生物测定：试验设25、50、100 mg/mL等3个浓度和对照(蒸馏水)，3次重复，即4种溶剂浸提液×4个浓度×3个重复×3种靶标植物。在直径 9 cm 的培养皿中放2层定性滤纸，加入5 mL浸提液，再放入50粒大小均匀、饱满的种子，摆放均匀，盖上培养皿。将其放入人工气候箱中萌发，光照14 h(28 ℃)/黑暗10 h(23 ℃)，湿度75%(模拟海南气候)。种子出现萌芽(胚根长度≥1 mm)后开始记录每天种子的萌发个数，7 d后统计萌发率(GR)、根长和茎长。

萌发率GR=(发芽种子数/供试种子总数)×100%

1.3 数据分析

采用DPS软件对试验数据进行处理和分析，利用one-way ANOVA结合Duncan’s对各指标进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 木薯叶浸提液对受体植物萌发率的影响

不同溶剂木薯叶浸提液对3种受体植物萌发率的影响结果见表1。3种受体植物的萌发率均受到不同程度的抑制，其中，乙酸乙酯和水浸提液对3种受体植物的抑制作用相对较强。在25 mg/mL浓度下，乙酸乙酯浸提液对假臭草和三叶鬼针草的抑制率就达到了100%，对白菜的抑制率达到了68%，与对照相比抑制作用极显著；水浸提液对白菜和假臭草的抑制率也分别达到了89%和100%，但是对三叶鬼针草的萌发抑制率较低，仅为16%。在100 mg/mL浓度下，乙酸乙酯浸提液对3种受体植物的萌发抑制率均达到了100%；水浸提液对白菜和假臭草的萌发抑制率达到100%，对三叶鬼针草抑制率达到了58%，与对照相比均达到极显著水平。甲醇和氯仿浸提液对3种受体植物萌发抑制率相对较弱，对白菜、假臭草和三叶鬼针草的最大抑制率分别为35%、74%、55%。表明木薯叶浸提液中应该含有抑制2种伴生杂草种子萌发的物质，具有一定的化感作用，尤其是乙酸乙酯和水浸提液的化感作用相对较强。

2.2 木薯叶浸提液对受体植物根长的影响

不同溶剂浸提液对3种受体植物根长的影响结果见表2。乙酸乙酯浸提液对3种受体植物幼苗根长抑制最强，当浸提液浓度达到50 mg/mL时极显著抑制根长的生长发育，抑制率均达到了100%；其次是水浸提液，浸提液浓度≥50 mg/mL时，对白菜和假臭草根长的生长抑制率达100%，对三叶鬼针草根长的抑制率最大达到50%以上；甲醇和氯仿浸提液对白菜、假臭草和三叶鬼针草根长抑制率最低，最大抑制率分别为57%、93%、56%。结果进一步说明木薯叶中存在抑制伴生杂草早期生长发育的物质。

表1 木薯叶浸提液对3种受体植物萌发率的影响Table1 The effect of extracts of cassava fresh leaves on the seedgermination of 3 receptor plants

注：不同大、小写字母表示相同溶剂相同受体不同浓度间差异极显著(P<0.01)、显著(P<0.05)。表2、表3同。

表2 木薯叶浸提液对3种受体植物幼苗根长的影响Table 2 The effect of extracts of cassava fresh leaves on the rootlength of 3 receptor plants

2.3 木薯叶浸提液对受体植物茎长的影响

由表3可以看出，4种浸提液对受体植物幼苗茎长的生长发育均有不同程度的抑制作用，且作用效果与对根长的抑制效果相似，即乙酸乙酯浸提液对茎长生长的抑制作用最强，其次是水浸提液，甲醇和氯仿浸提液的抑制作用最差。试验结果进一步说明了木薯叶浸提液对伴生杂草早期生长具有抑制作用，且作用强度因不同溶剂浸提液获得的浸提物质不同而有所差异。

表3 木薯叶浸提液对3种受体植物幼苗茎长的影响Table 3 The effect of extracts of cassava fresh leaves on thestem length of 3 receptor plants

3 讨论与结论

本研究用4种溶剂木薯叶浸提液对3种受体植物(白菜、假臭草和三叶鬼针草)进行室内生物测定，结果发现，木薯叶浸提液对3种受体植物种子萌发、根长和茎长的生长发育均有不同程度的抑制作用，特别是乙酸乙酯和水浸提液的抑制作用强烈，使木薯种子根本不能萌发，即使可以萌发，木薯根和茎的生长发育也受到了严重的抑制，抑制率达100%。可以证明木薯叶浸提液中含有抑制伴生杂草(假臭草和三叶鬼针草)萌发和幼苗期生长发育的化学物质。因此在实际生产中，我们可以合理利用木薯对杂草的化感作用，适时、适量地将木薯园前茬作物的残茬留在田里或用木薯叶及木薯收获后的农业废弃物覆盖地表，可以有效地控制木薯园草害的发生，不仅可以降低成本、提高作物产量，而且可以提高土壤有机质的含量，增强土壤肥力。

作物自身的化感作用已经成为当今研究的热点之一，在未来的研究中重点开展木薯化感品种筛选，可进一步应用木薯强化感品种自身的防御能力来控制杂草，既具有经济效益又具有社会效益和环境效益。

[1]李开绵，林 雄，黄 洁. 国内外木薯科研发展概况[J]. 热带农业科学，2001，89(1)：56-60.

[2]Bertholdsson N O. Early vigor and allelopathy-two useful traits for enhanced barley and wheat competitiveness with weeds[J]. Weed Research，2005，45：94-102.

[3]Khanh T D，Chung M I，Xuan T D，et al. The exploitation of crop allelopathy in sustainable agricultural production[J]. Journal of Agronomy and Crop Science，2005，191：172-184.

[4]Mao J，Yang L，Shi Y，et al. Crude extract of Astragalus mongholicus root inhibits crop seed germination and soil nitrifying activity[J]. Soil Biology and Biochemistry，2006，38(2)：182-184.

[5]胡力飞，梅文莉，吴 娇，等. 海南产木薯茎和叶挥发油的化学成分及其生物活性(英文)[J]. 热带作物学报，2010，31(1)：126-130.

[6]扶 蓉，黄京华，谭钜发，等. 木薯化感作用研究初报[J]. 广西农业科学，2009，40(6)：633-638.

[7]程汉亭，范志伟，沈奕德，等. 外来入侵植物假臭草的研究进展[J]. 杂草科学，2010(3)：1-4.

[8]洪 岚，沈 浩，杨期和，等. 外来入侵植物三叶鬼针草种子萌发与贮藏特性研究[J]. 武汉植物学研究，2004，22(5)：433-437.

AllelopathicEffectofCassavaonCompanionWeeds

CHENG Han-ting， SHEN Yi-de， HUANG Qiao-qiao， LI Xiao-xia， LIU Li-zhen， FAN Zhi-we

(Environment and Plant Protection Institute，Chinese Academy of Topical Agricultural Sciences/Key Laboratory of Integrated Pest Management on Tropical Crops，Ministry of Agriculture/ Danzhou Scientific Observing and Experimental Station of Agro-Environment，Ministry of Agriculture/ Hainan Key Laboratory for Monitoring and Control of Tropical Agricultural Pests/Hainan Engineering Research Center for Biological Control of Tropical Crops Diseases and Insect Pests，Haikou 571737，China)

UsingBrassicapekinensisand companion weeds (PraxelisclematideaandBidenspilosa) in cassava plantations as target plants，the allelopathic effects of four extracts of cassava fresh leaves were investigated using bioassays. The extracts differentially inhibited germination and seedling growth (root and stem length) in a dose related manner. Ethyl-acetate and water extracts were more inhibitory than methanol and chloroform extracts. Cassava-leaf extracts contain allelochemicals that inhibit germination and growth ofP.sclematideaandB.pilosa. This provides a theoretical basis to study the allelopathic potential of cassava varieties.

cassava；allelopathy；Praxelisclematidea；Bidenspilosa；bioassay

S451.1

A

1003-935X(2013)02-0031-03

程汉亭，沈奕德，黄乔乔，等. 木薯对伴生杂草化感作用的初步研究[J]. 杂草科学，2013，31(2)：31-33，38.

2013-03-13

现代农业产业体系项目子课题(编号：nycytx-17-3)；国家自然科学基金(编号：31071699)；国家公益性行业(农业)科研专项(编号：201303031)；科技部国际合作项目(编号：2011DFB30040)。

程汉亭(1983—)，男，助理研究员，主要从事农田杂草和入侵植物生理生态研究。E-mail：chenghanting@163.com。

范志伟，男，博士，研究员，研究方向杂草生态与综合治理。E-mail：fanweed@163.com。