苜蓿不同器官水浸提液对中间锦鸡儿种子萌发的影响
2014-09-21翟德苹杨新国宋乃平
翟德苹, 陈 林, 杨新国, 宋乃平, 蒋 齐
(1.宁夏大学 西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室 西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地 西部生态与生物资源开发联合研究中心, 银川 750021; 2.宁夏农林科学院 荒漠化治理研究所, 银川 750002)
苜蓿不同器官水浸提液对中间锦鸡儿种子萌发的影响
翟德苹1, 陈 林1, 杨新国1, 宋乃平1, 蒋 齐2
(1.宁夏大学 西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室 西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地 西部生态与生物资源开发联合研究中心, 银川 750021; 2.宁夏农林科学院 荒漠化治理研究所, 银川 750002)
为了探讨苜蓿不同器官水浸提液对中间锦鸡儿种子萌发的化感影响，采用生物测定法，研究了苜蓿根、茎叶不同浓度水浸提液(0.5，1.0，5.0，10.0，25.0 mg/ml)对中间锦鸡儿种子萌发及幼苗生长的化感作用。结果表明，苜蓿不同器官水浸提液对中间锦鸡儿种子萌发有明显的抑制作用，随着苜蓿各器官水浸提液浓度的增加，抑制作用增强。相同浓度下根水浸提液对中间锦鸡儿种子萌发的抑制作用大于茎叶水浸提液。当苜蓿各器官水浸提液为1.0 mg/ml浓度时，中间锦鸡儿幼苗的胚根长、胚轴长、苗高均高于对照；而在25.0 mg/ml浓度时，各器官水浸提液对幼苗则表现出显著的抑制作用(P<0.05)。本文通过研究苜蓿和中间锦鸡儿的化感作用，以期为人工建置灌草间作提供理论基础。
苜蓿; 中间锦鸡儿; 化感作用; 种子萌发
化感作用是指植物(或微生物)在生长过程中产生的一些次生代谢物通过根系分泌、茎叶挥发、雨水淋溶或残体分解等途径进入环境，对自身或周围其他植物或微生物产生影响[1-3]。化感现象普遍存在于自然生态系统和人工生态系统，并且越来越引起国内外相关学者的高度重视。国内对化感作用的研究主要集中于杂草防除、作物自毒、森林混交等方面[4-5]，而在植物间作方面对化感作用的研究相对较少。
苜蓿是豆科高蛋白质饲料牧草，具有良好的经济价值和生态功能[6]，在我国北方得到极大的推广。同时苜蓿具有明显的他感作用和较强的自毒性[7]，其合理的搭配种植方式逐渐成为人们关注的焦点。目前为止，常与苜蓿搭配种植的植物有玉米、水稻、芥菜、枣树、小麦及燕麦等[8-11]。在宁夏退耕还林(草)工程中，人们为了取得生态与经济双重效益，将锦鸡儿与苜蓿进行复合种植。而对于在锦鸡儿林带间种植苜蓿，目前尚未有相关研究。因此，本试验选用苜蓿不同器官水浸提液处理中间锦鸡儿(CaraganaintermediaKuang et H.C.Fu )种子，研究苜蓿不同器官水浸提液对中间锦鸡儿种子萌发和幼苗生长的影响，探讨不同浓度苜蓿水浸提液与中间锦鸡儿生长的关系，为初步解释锦鸡儿—苜蓿间作灌草的种间化感作用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供体植物紫花苜蓿(Medicagosative)在2013年8月初第二茬苜蓿的盛花期采集于宁夏盐池县皖记沟行政村封育草地。封育草地于2003年建植。受体中间锦鸡儿种子购买于宁夏盐池县金林草业有限公司。
1.2 方 法
1.2.1 苜蓿根、茎叶水浸提液的制备 将采集的盛花期苜蓿的根与茎叶洗净，阴干，剪成小段，用粉碎机粉碎，过60目筛。分别称取苜蓿不同部位粉末各10 g，加100 ml蒸馏水室温下浸提。浸提时间为48 h，将各提取液先用3层纱布过滤，再用滤纸过滤，得到质量浓度为100 mg/ml的浸提液母液[12]，再将母液稀释成0.5，1.0，10.0，25.0 mg/ml的浸提液。4℃冰箱保存，备用。
1.2.2 中间锦鸡儿种子发芽试验 将中间锦鸡儿种子用1 g/L的KMnO4溶液消毒15 min后，取出用蒸馏水反复冲洗5～6次，至高锰酸钾完全清除[13]。在消毒并烘干、直径为9 cm的培养皿中铺2层滤纸，分别取苜蓿不同部位不同浓度的水浸提液各7 ml注入培养皿，选取消毒后籽粒饱满、大小均一(千粒重55 g)的中间锦鸡儿种子于培养皿，每皿放30粒[14]。以蒸馏水处理为对照组，每处理重复3次。在生化培养箱(LRH-250，上海齐欣科技有限公司)恒温25℃光照12 h培养[15]，每天记录各处理的发芽种子数(以胚根冲破种皮1～2 mm为发芽标准)，每天适量补充蒸馏水或浸提液保湿，直到种子不再萌发时结束。
1.2.3 中间锦鸡儿幼苗生长的测定 试验结束后，同一浓度处理下每皿随机选取3株正常苗，用电子数显游标卡尺(SF2000，广陆数字测控股份有限公司)测定胚根长、胚轴长、胚轴直径及幼苗的高度，用电子天平(EL204，梅特勒—托利多仪器(上海)有限公司)称幼苗鲜重及干重。各取其平均值。
1.2.4 数据统计分析 发芽试验结束后计算发芽率和发芽指数。计算公式为：
发芽率=发芽种子数/供试种子数×100%
(1)
发芽指数(Gi)=∑(Gt/Dt)
(2)
式中：Gt——第t天的发芽数；Dt——相应的发芽天数。
采用化感作用响应指数(response index，RI)度量化感作用的类型和强度[16]，计算公式为；当T≥C，RI=1-C/T；当T
文中数据均采用Ecxcel 2003和SPSS 17.0软件进行分析。采用单因素方差分析(one-way ANOVA)和最小显著差异法(LSD)比较处理组间的差异，显著性水平设定为α=0.05。
2 结果与分析
2.1不同浓度苜蓿水浸提液对中间锦鸡儿种子萌发的影响
图1为不同水浸提液处理中间锦鸡儿种子的发芽率和发芽指数，可知，苜蓿不同器官水浸提液处理的中间锦鸡儿种子平均发芽率分别为：茎叶(39.56%)>根(32.45%)，苜蓿不同器官水浸提液各浓度处理的中间锦鸡儿种子，发芽率和发芽指数均低于对照，且随水浸提液浓度的升高，发芽率和发芽指数呈减小趋势。
表1为不同水浸提液对中间锦鸡儿种子萌发的化感效应指数，由表可见，苜蓿根水浸提液对中间锦鸡儿种子萌发的抑制能力高于茎叶水浸体液。苜蓿不同器官水浸提液随浓度增加，抑制作增强。均在浓度≥10.0 mg/ml时，各器官水浸提液对种子萌发的抑制作用达到显著水平(P<0.05)。苜蓿各器官水浸提液对中间锦鸡儿种子的萌发存在明显的化感抑制作用。
图1 不同水浸提液处理中间锦鸡儿种子的发芽率和发芽指数表1 不同水浸提液对中间锦鸡儿种子萌发的化感效应指数
水浸提液项目浸提液浓度/(mg·ml-1)0(CK)0.51.05.010.025.0根发芽率0-0.19-0.31-0.38-0.62-0.69发芽指数0-0.51-0.51-0.56-0.75-0.86茎叶发芽率0-0.15-0.19-0.23-0.35-0.65发芽指数0-0.06-0.22-0.21-0.35-0.65
2.2不同浓度苜蓿水浸提液对中间锦鸡儿种子胚根、胚轴的影响
表2为不同水浸提液对中间锦鸡儿种子胚根、胚轴生长的化感效应。由表可见，低中浓度(C≤5.0 mg/ml)苜蓿根水浸提液处理中间锦鸡儿种子的胚根长高于对照，且促进作用随水浸提液浓度升高而减弱，但未达到显著水平(P>0.05)。高浓度(C≥10.0 mg/ml)的苜蓿根水浸提液抑制胚根的生长，且随浓度的增大抑制作用增强，10.0，25.0 mg/ml浓度处理分别比对照降低11%和69%(P<0.05)。低浓度的苜蓿茎叶水浸提液促进胚根的生长，且在1.0 mg/ml浓度时促进作用达到显著水平(P<0.05)；高浓度则抑制其生长，且随浓度增大，抑制作用增强，在25.0 mg/ml浓度时抑制作用最强，达到显著水平(P<0.05)。
低浓度苜蓿根、茎叶水浸提液处理的中间锦鸡儿种子胚轴长高于对照，高浓度水浸提液处理则抑制中间锦鸡儿种子胚轴的生长，随水浸提液浓度升高，抑制作用有增强的趋势。低浓度根水浸提液处理的中间锦鸡儿种子胚轴直径低于对照，随浸提液处理浓度的增大，胚轴直径逐渐高于对照。茎叶水浸提液处理的中间锦鸡儿种子胚轴直径均高于对照。与对照相比，各器官水浸提液对胚轴直径的影响差异均不显著(P>0.05)。
注：同列数据后不同字母表示相同器官水浸提液处理间差异显著(P<0.05)。
2.3不同浓度苜蓿水浸提液对中间锦鸡儿幼苗生长的影响
表3为不同水浸提液对中间锦鸡儿幼苗生长的化感效应指数。由表可见，低浓度苜蓿各器官水浸提液对中间锦鸡儿苗高起促进作用，且根、茎叶水浸提液均在1.0 mg/ml浓度时，促进作用表现为最大，苗高分别比对照提高了23% 和12% 。高浓度苜蓿水浸提液对中间锦鸡儿苗高表现为抑制作用，随浸提液浓度增大，抑制作用逐渐增强。
低浓度的苜蓿根水浸提液促进中间锦鸡儿幼苗干物质的积累，但与对照相比，仅在1.0 mg/ml浓度时促进作用显著(P<0.05)。高浓度的苜蓿根水浸提液对其干物质的积累起抑制作用，在25.0 mg/ml浓度时，抑制作用最大，干重比对照减小31%(P<0.05)。苜蓿茎叶水浸提液对中间锦鸡儿幼苗干重表现为抑制作用，以25.0 mg/ml浓度处理抑制作用为最大，干重比对照减小23%(P<0.05)(图2)。
表3 不同水浸提液对中间锦鸡儿幼苗生长的化感效应指数
图2 不同水浸提液处理的苗高和干重
3 结论与讨论
同一浓度不同器官的水浸提液对中间锦鸡儿的影响程度不同[17]，可能与器官中化感物质的含量有关。相同浓度水浸提液对种子萌发与幼苗生长的抑制强度为：根>茎叶；而寇建村等研究表明：大部分苜蓿品种各器官浸提液的抑制作用强弱为叶>茎>根[18]，这可能是因为所采集的供体植株生长环境不同所致。苜蓿不同部位水浸提液对中间锦鸡儿种子萌发的抑制作用随水浸提液浓度的增加而增强。这与贾鲜艳等对蒙古冰草、新麦草、红豆草的研究结果相一致[19]。本研究中浸提液对种子萌发的影响并未出现低促现象，原因可能是“低浓度”是相对的，苜蓿对中间锦鸡儿种子萌发产生低促现象的浓度范围可能在0.5 mg/ml以下，这有待进一步的试验验证。浸提液对种子萌发产生抑制作用可能是因为化感物质影响细胞分裂分化过程中一系列生理活动[20]，降低了种子萌发过程中所需关键酶的活性[21]。
诸多研究表明相同器官不同浓度的水浸液化感作用效果不同[21-23]。本试验结果显示低浓度(C≤1.0 mg/ml)苜蓿各器官水浸提液对中间锦鸡儿的胚根、胚轴、苗高起促进作用，高浓度(C≥10.0 mg/ml)则产生较强的抑制作用，与李雪枫、王冬梅等[22,24]的研究结果相似。低浓度的促进作用可能是因为适量的化感物质提高了酶活性，利于植物的代谢[21]。另有研究表明[7,25]，苜蓿中的主要化感物质皂苷，尤其是苜蓿根部位皂苷含量最为丰富。这与上述苜蓿根水浸提液对锦鸡儿的抑制作用强于茎叶水浸提液相一致。皂苷会破坏植物的膜结构，所以当化感物质积累到一定浓度时，就会对植物的生长产生抑制作用。化感物质对胚根生长的抑制，导致受体植物根系变小，吸收水肥的能力降低。对胚轴生长的抑制导致受体植株矮小、瘦弱，影响其对光的竞争，这些均会影响受体植株将来的生长发育及其在群落中的地位和作用。
综合比较苜蓿各器官不同浓度的浸提液，结果表明，当各器官浸提液为1.0 mg/ml浓度时，中间锦鸡儿幼苗的生长状况相对较好，幼苗的胚根长、胚轴长、苗高均高于对照。在25.0 mg/ml浓度时，浸提液对幼苗各项指标的抑制作用达到显著水平(P<0.05)。然而，苜蓿水浸提液的化感效应还与浸提时间、浸提温度等条件以及苜蓿的株龄、品种等相关[26]，当环境条件改变后，或选取不同年限、不同品种的供体时，浸提液各浓度的作用效果也可能发生相应变化。
综上所述，苜蓿不同器官水浸提液对中间锦鸡儿种子萌发存在明显的化感作用，在笔者之前的研究中已证实：中间锦鸡儿水浸提液对于苜蓿种子的萌发也具有化感作用。因此，在进行苜蓿-锦鸡儿间作时，应考虑化感效应。有关苜蓿水浸液中化感物质的分离鉴定、各化感物质的作用机制有待于进一步研究[27]。
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AllelopathicEffectsofAqueousExtractsfromAlfalfaonCaraganaintermediaSeedGermination
ZHAI De-ping1, CHEN Lin1, YANG Xin-guo1, SONG Nai-ping1, JIANG Qi2
(1.BreedingBaseforStateKeyLaboratoryofLandDegradationandEcologicalRestorationofNorthwesternChina,KeyLaboratoryforRestorationandReconstructionofDegradedEcosysteminNorthwestChina,MinistryofEducation,UnionResearchCenterforEcologyandExploitationofBiologicalResourcesinWesternChina,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China; 2.InstituteofDesertificationControl,NingxiaAcademyofAgricultureandForestrySciences,Yinchuan750002,China)
In order to investigate allelopathic effects of aqueous extracts from different organs of alfalfa on seed germination ofCaraganaintermedia, the allelopathic effects of aqueous extracts with a range of concentrations of 0.5, 1.0, 10.0 and 25.0 mg/ml from root, stem and leaf of alfalfa on seed germination and seeding growth ofCaraganaintermediawere studied by method of bioassay. The results showed that aqueous extracts from different organs of alfalfa had inhibition effect on seed germination ofCaraganaintermedia, the inhibition effect increased with the concentration increase of aqueous extracts. The inhibitory potency of aqueous extracts from root was stronger than those form stem and leaf at the same concentration level. When all aqueous extracts of alfalfa were the concentration of 1.0 mg/ml, the radicle length, hypocotyl length and height ofCaraganaintermediaseeding were stronger than those of control; while the aqueous extracts of alfalfa were the concentration of 25.0 mg/ml, aqueous extracts from different organs had obvious inhibition effect on the seeding (P<0.05). This study could offer theoretical basis for establishing artificial shrub-grass intercrop system through researching the allelopathic effects between alfalfa andCaraganaintermedia.
Caraganaintermedia; alfalfa; allelopathy; seed germination
2014-01-14
：2014-02-25
宁夏高校科学研究项目“人工林草带状复合系统中化感作用研究”(NGY2013027)
翟德苹(1989—),女,山东泰安人,在读硕士生,研究方向为植物生态学。E-mail:czhai0320hello@163.com
宋乃平(1963—),男,陕西省扶风县人,教授,博士生导师,主要从事土地利用变化与生态过程研究。E-mail:songnp@163.com
S181；S146+.1
：A
：1005-3409(2014)04-0059-05
