半夏不同部位浸提液对小麦种子萌发及幼苗生长的化感效应

2016-09-12王一峰王明霞孟彦斌董振生

西北农业学报 2016年8期

关键词：珠芽球茎化感

王一峰，王明霞，孟彦斌，孙　杰，董振生

(1.陇南师范高等专科学校农林技术学院，甘肃成县　742500；2.成县林业局，甘肃成县　742500；3.西北农林科技大学农学院，陕西杨凌　712100)

半夏不同部位浸提液对小麦种子萌发及幼苗生长的化感效应

王一峰1，王明霞2，孟彦斌1，孙杰1，董振生3

(1.陇南师范高等专科学校农林技术学院，甘肃成县742500；2.成县林业局，甘肃成县742500；3.西北农林科技大学农学院，陕西杨凌712100)

采用水提取法提取半夏植株的球茎、珠芽、叶及根系土壤的浸提液，每种浸提液设6个质量浓度(0、20、40、60、80、100 mg/mL)，研究半夏不同部位浸提液在特定质量浓度下对小麦种子萌发及幼苗生长的化感效应。结果表明：半夏不同部位浸提液对小麦种子萌发及幼苗生长的化感效应不同，以半夏珠芽浸提液对小麦种子萌发及幼苗生长的化感效应最强，球茎浸提液、叶浸提液次之，根系土壤浸提液最弱。

半夏；化感效应；小麦

植物在代谢过程中会向环境中分泌某些特殊物质，这些物质具有促进或抑制其他植物生长的作用，称为化感作用[1]，化感作用普遍存在于生态系统中，并通过化感物质对受体产生化感效应[2]。植物中的化感物质可通过茎叶的挥发、淋溶、根系分泌，也可在植物残体腐解时分泌到环境中。

药用植物普遍存在化感作用，且化感物质对药用植物自身往往具有自毒作用，导致药用植物连作障碍[3]。半夏作为中国传统药材，使用频率极高。随着对半夏研究的不断深入，其应用范围在日益扩大，有着广阔的市场前景。中国半夏资源分布广泛，在甘肃有较大的栽培面积，甘肃省西和县2004年被命名为“中国半夏之乡”，该县2010年半夏栽培面积已逾400 hm2，总产值达2亿元[4]。但同大多数药用植物一样，半夏也存在连作障碍，长期连作，会导致严重减产。研究表明，重茬半夏要比新种地减产15.6%，随着重茬年限的增加，产量大幅度下降[5]。

目前，针对半夏化感作用的研究较少，且多以半夏球茎作为供体，化感物质多为植物次生代谢产物，在半夏不同组织中的含量是否存在差异尚未见报道，基于此，本试验以小麦作受体，研究不同质量浓度半夏植株的球茎、珠芽、叶、及半夏根系土壤的水浸提液，在特定质量浓度下对小麦种子萌发及幼苗生长的化感效应，旨在了解半夏不同浸提液对小麦化感效应的差异性，以期为半夏化感作用研究提供理论依据，并为小麦与半夏的轮作倒茬提供理论指导。

1　材料与方法

1.1供试材料

半夏采自甘肃成县重茬半夏地，球茎为多年生(三叶)，珠芽为半夏叶柄上未生根的小珠芽；土样采自甘肃成县重茬地半夏根系土壤；小麦为甘肃成县当地农家品种潘林麦。

1.2半夏不同组织浸提液母液的制备

1.2.1半夏球茎、珠芽、叶浸提液母液的制备采用水浸法将去表皮清洗晾干的半夏球茎、清洗晾干的半夏叶子(有未生根珠芽)叶柄上剪下的珠芽、清洗晾干的半夏叶(带叶柄)，分别称取200 g，各自充分研磨后分别加入1 000 mL蒸馏水，浸泡48 h后，1 000 r/min离心2 min，弃沉淀，重复3次，将上清液定容至1 000 mL，得到200 mg/mL的半夏球茎、珠茎和叶浸提液，置4 ℃冰箱中，备用。

1.2.2半夏根系土壤浸提液母液的制备采用抖根法采集半夏根系土壤置实验台，自然风干后研细过60目筛，称取土样200 g加入1 000 mL蒸馏水浸泡48 h后1 000 r/min 离心2 min弃沉淀，重复3次，将上清液定容至1 000 mL，得到200 mg/mL的母液，置4 ℃冰箱中，备用。

1.3半夏不同组织浸提液的制备

将上述各母液分别稀释成20、40、60、80、100 mg/mL 5个质量浓度梯度各500 mL，置4 ℃冰箱中，备用。

1.4试验设计

试验采用随机区组设计，各组分别为：半夏球茎浸提液(A)、半夏珠芽浸提液(B)、半夏叶浸提液(C)、半夏根系土壤浸提液(D)，各组设6个质量浓度梯度(0、20、40、60、80、100 mg/mL)，其中0 mg/mL为对照(CK)，各组间共用，共21个处理，每处理重复3次。

挑选籽粒饱满、大小一致的小麦种子6 300粒，用w=5%的次氯酸钠浸泡5 min，用蒸馏水冲洗5次，将消毒后的小麦种子随机分成21组，每组300粒，重复3次，每重复100粒，将100粒小麦种子均匀播种在垫有2层滤纸、直径为9 mm的培养皿中，按试验设计分别加入适量不同组织、不同质量浓度的浸提液，以液体不淹过种子为准。将培养皿置于室温、自然光下进行发芽试验，每天补充适量的浸提液，以保证种子萌发及正常生长需要。

1.5测定指标

以播种当天为第1天，以后每天观察统计，以胚根长度≥1 mm为种子萌发标准，发芽第3天统计发芽势，发芽第7天统计发芽率。发芽第12天从每个培养皿中随机拔取10株小麦幼苗，测定主根长、苗高及整个培养皿中小麦幼苗鲜质量。采用Williamson等[6]的方法用化感指数(RI)表示化感作用强弱。

发芽势=第3天发芽种子数/供试种子总数×100%；发芽率=第7天发芽种子数/供试种子总数×100%；RI=(T/CK-1)×100%。式中，CK为对照值，T为处理值。当RI>0时，表示存在促进效应；当RI<0时表示存在抑制效应。RI绝对值的大小代表化感作用强度。

1.6数据处理

利用SPSS 13.0 软件对不同处理下小麦的萌发及生长指标进行单因素方差分析，不同处理间用LSR法进行多重比较，同时采用双因素方差分析评价半夏浸提液种类与质量浓度的主效应以及它们之间的交互作用；用Excel 2007制作图表。

2　结果与分析

2.1半夏不同浸提液对小麦种子萌发的影响

2.1.1对发芽势的影响由图1可以看出，4种浸提液对小麦种子发芽势的影响不同，其中半夏球茎浸提液和半夏叶浸提液在低质量浓度(40 mg/mL以下)时表现为促进作用，在高质量浓度下表现抑制作用；半夏珠芽浸提液在低质量浓度(20 mg/mL )下表现抑制作用；半夏根系土壤浸提液在80 mg/mL以下表现为促进作用，在80 mg/mL及以上质量浓度表现为抑制作用。随着质量浓度的升高，各浸提液对小麦种子发芽势的促进作用减弱，抑制作用增强。方差分析结果表明(表1)，半夏不同浸提液与不同质量浓度的浸提液对小麦种子发芽势影响的差异均达到极显著水平(P=0.000<0.01)。

图1　半夏不同浸提液对小麦种子发芽势的影响

变异来源Source平方和Sumofsquares自由度Degreeoffreedom均方MeansquareF值F概率值P浸提液间 Extracts1167.163389.0518.84**0.000浓度间 Concentrations2476.5020123.835.10**0.000误差 Error991.334820.65总变异 Total4634.9971

注： **表示在0.01水平上存在显著差异性，表2同。

Notes: ** represents significant difference at 0.01 level,the same as table 2.

2.1.2对发芽率的影响由图2可以看出，CK组的发芽率均为100%，半夏的所有浸提液对小麦的发芽率均表现为抑制作用，其中以半夏珠芽浸提液对小麦发芽率的抑制作用最强，半夏叶浸提液、球茎浸提液次之，半夏根系土壤浸提液最弱；随着质量浓度的升高，各浸提液对小麦发芽率的抑制作用增强。方差分析结果表明(表2)，半夏不同浸提液与不同质量浓度的浸提液对小麦种子发芽率影响的差异均达到极显著水平(P=0.000<0.01)。

2.1.3对小麦种子发芽的化感指数化感指数是衡量化感作用强弱的指标，本试验中化感指数是由发芽率计算所得。由图3可以看出，半夏不同部位的浸提液对小麦种子发芽的化感作用强弱不同，其中以半夏珠芽浸提液的化感作用最强，其次是半夏球茎、叶浸提液，半夏根系土壤浸提液最弱。

图2　半夏不同浸提液对小麦种子发芽率的影响

表2　不同处理下小麦发芽率的方差分析

2.2半夏不同浸提液对小麦幼苗生长的影响

由表3可以看出，半夏球茎浸提液在低质量浓度时对小麦主根生长具有一定的促进作用，在20 mg/mL和40 mg/mL时与CK差异显著，随着浸提液质量浓度的升高，促进作用减弱，当浸提液质量浓度达到100 mg/mL时表现抑制作用，但抑制作用与CK差异不显著；不同质量浓度的球茎浸提液处理下小麦苗高、苗鲜质量与CK差异不显著。不同质量浓度半夏珠芽浸提液对小麦主根长、苗高及苗鲜质量均表现抑制作用，且随着浸提液质量浓度的升高，抑制作用增强，其中对主根长的影响最大，在20 mg/mL时与CK差异显著，在80 mg/mL与100 mg/mL时与CK差异极显著；对苗高的影响在40mg/mL以上时与CK差异显著，在80 mg/mL以上时与CK差异极显著；对苗鲜质量的影响在80 mg/mL以下时与CK差异不显著，在80 mg/mL以上时与CK差异显著。不同质量浓度半夏叶浸提液对小麦主根长的影响与CK差异均不显著；对苗高和苗鲜质量的影响在100 mg/mL时与CK差异显著。不同质量浓度的半夏根系土壤浸提液对小麦主根生长均具有明显促进作用，且与CK差异极显著，但对小麦苗高和苗鲜质量的影响均与CK差异不显著。

图3　半夏不同浸提液对小麦发芽率的化感指数

处理Treatment质量浓度/(mg/mL)Massconcentration主根长/cmMainrootlength苗高/cmSeedlingheight苗鲜质量/gSeedlingfreshmassA010.51±2.07bcBC14.74±2.39aA7.11±0.21aA2012.69±3.27aA14.68±2.42aA6.81±1.11aA4012.48±2.33aA14.59±2.45aA7.74±0.84aA6011.84±2.93abAB14.66±2.43aA7.91±0.03aA8010.84±2.84bcABC14.63±2.20aA6.80±0.35aA1009.56±2.63cC14.68±2.31aA7.50±0.55aAB010.51±2.07aA14.74±2.39aA7.11±0.21aA209.53±2.48bA14.23±3.18abA6.79±0.88aA409.52±1.47bA12.80±3.87bAB6.59±0.47abA609.44±1.74bA12.73±2.56bAB5.98±0.63abA807.40±0.99cB11.21±2.12cB5.49±0.65bA1006.65±1.31cB10.93±2.74cB5.56±0.51bAC010.51±2.07abA14.74±2.39aA7.11±0.21aAB2010.75±1.99aA14.99±2.37aA7.98±0.33aA4010.01±1.71abA14.44±2.53abA7.43±0.47aA6010.48±1.67abA14.21±3.00abA7.14±0.59aAB809.87±1.26abA13.91±3.24abA7.94±0.15aA1009.61±1.53bA13.06±2.35bA6.18±0.67bBD010.51±2.07dC14.74±2.39abA7.11±0.21aA2012.37±2.84cB14.85±2.89abA6.99±0.24aA4013.85±2.05bB13.56±2.10bA7.43±0.34aA6013.61±2.02bcB15.03±2.25aA6.96±0.43aA8013.41±2.39bcB14.86±2.25abA7.38±0.85aA10016.37±2.73aA15.10±2.61aA7.47±0.68aA

注：同列不同小写字母表示处理间在0.05水平存在显著性差异，不同大写字母表示处理间在0.01水平存在显著性差异。

Notes：The different lowercase letters within the same column indicate significant difference at 0.05 level,and uppercase letters indicate significant difference at 0.01 level.

进一步双因素方差分析表明，浸提液质量浓度效应对小麦主根长、苗高有极显著影响，对苗鲜质量影响不显著，浸提液效应及质量浓度与浸提液交互效应对小麦主根长、苗高和苗鲜质量均有极显著影响(表4)，说明半夏不同部位浸提液间的化感效应存在作用强度的差异。另外，从不同浸提液间化感综合效应(表5)可以看出，半夏珠芽浸提液的综合效应最强，其次是半夏球茎浸提液和半夏根系土壤浸提液，半夏叶浸提液的综合效应最弱。

表4　质量浓度、浸提液、质量浓度与浸提液交互作用对小麦幼苗生长指标的影响

表5　半夏不同浸提液对小麦幼苗生长的化感指数

3　讨论与结论

植物释放的化感物质主要是通过乙酸、莽草酸或2种途径结合产生的一些次生代谢产物，这些物质结构简单，多数可溶于水[7]，水溶性化感物质可通过淋溶从植物表面转移到土壤中被植物直接吸收，当化感物质积累到一定浓度后就会对周围植物产生化感作用[8]。因此，可利用水浸法制备不同浓度的植物组织水浸液来研究供体植物对受体的化感作用。

半夏已被证实存在化感作用，肖崇厚[9]认为，半夏中含有多种生物碱，其中水溶性麻黄胆碱、鸟苷的存在使半夏水浸液表现出化感作用，主要通过抑制植物对水分的吸收、影响植物光合作用、根系生长和对矿质营养的吸收等影响其他植物的生长。张亮等[10]通过半夏块茎对十字花科蔬菜的化感效应研究发现，低浓度的半夏块茎浸提液对植物种子发芽率、发芽指数、活力指数和种子膜透性无显著影响，但随着浸提液浓度的升高，种子的膜透性增加，萌发受到抑制，同时发现幼苗叶绿素合成也会受到抑制。汪之波等[11]研究半夏对3种杂草的化感效应发现，不同浓度的半夏块茎浸提液对巴天酸模、反枝苋、灰绿藜的发芽率、干质量和根长化感达到显著水平。王宏霞等[12]研究半夏对小麦的化感作用，发现半夏球茎浸提液对小麦具有化感作用，并且证实半夏球茎浸提液在低浓度时能促进小麦种子萌发，高浓度时则抑制种子萌发及幼苗生长。

本试验通过半夏不同部位、不同质量浓度的水浸液对小麦种子萌发及幼苗生长的影响研究发现，半夏不同部位浸提液均对小麦种子萌发及幼苗生长存在化感作用，且不同部位的浸提液对小麦种子萌发及幼苗生长的化感强度不同，表明化感物质在半夏不同组织中的含量不同。半夏珠芽浸提液在低质量浓度(20 mg/mL)时对小麦萌发及幼苗生长表现出抑制作用，且综合化感效应最强，说明化感物质在珠芽中含量较多，可能是由于发育的珠芽是半夏在生长季节同化有机物的一个重要代谢库，是有机物分配和贮藏中心[13]，化感物质作为植物次生代谢物质在珠芽中贮藏较多。半夏球茎和半夏叶浸提液在低质量浓度时对小麦萌发具有促进作用，高浓度时则起抑制作用，对小麦主根长、苗高、苗鲜质量也表现一定抑制作用，但抑制作用与对照差异不显著，这可能是由于本试验进行的时间过早(4月份)，半夏有机物的积累不多造成的。半夏根系土壤浸提液对小麦种子萌发具有一定的抑制作用，说明半夏根系土壤中确实存在抑制小麦萌发的化感物质，但本试验中半夏根系土壤浸提液对小麦幼苗的生长总体表现为促进作用，这可能是由于试验田半夏连作年限较短，加之试验时间为半夏生长早期，含有大量化感物质的珠芽数量也相对较少，土壤中化感物质积累的总量较少，而田间施有大量的化肥，因而与对照相比表现出对小麦幼苗生长的促进作用。小麦萌发阶段不需要营养，只需吸收水分，正好说明土壤中的化感物质抑制了小麦种子对水分的吸收，从而导致发芽率下降，而幼苗的生长需要养分，土壤浸提液中养分相对较多，因此表现出促进作用。

总之，半夏不同组织的浸提液对小麦种子萌发及幼苗生长均存在化感作用，且随着浸提液质量浓度的升高，化感作用加强，随着半夏种植年限的延长，大量的半夏根系分泌物及半夏残体腐解都会向土壤中释放大量的化感物质，从而抑制作物的生长，可能会导致后季作物严重减产，因此不断倒茬或采用套、间作等种植模式可能会降低半夏生产中的损失。另外本试验研究发现半夏珠芽的化感作用较强，且顾德兴等[14]研究发现，半夏珠芽的繁殖力很高，平均每个母块茎在1 a的生育期内形成的珠芽数多达30多个，珠芽的生物量可占到收获的块茎和珠芽总生物量的60%以上，但珠芽的平均质量仅为0.1～0.5 g，使其难以成为商业产品[15]。因此，半夏珠芽的发育既是半夏繁殖的重要方式，也是其优质高产栽培的一个不利因素，在生产中适当控制珠芽的产生，在半夏收获后尽量将残茬中的珠芽除去，可能会减轻对后茬作物的影响，也可能延长半夏的连作年限，有利于半夏的集约化生产。

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Corresponding authorDONG Zhensheng,male, research fellow,master supervisor.Research area:genetics and breeding inBrassicanapus.E-mail:dzs05319@163.com

(责任编辑：史亚歌Responsible editor:SHI Yage)

Allelopathic Effects of Aqueous Extracts from Different Parts ofPinelliaternataon Seed Germination and Seedling Growth of Wheat

WANG Yifeng1，WANG Mingxia2，MENG Yanbin1，SUN Jie1and DONG Zhensheng3

(1.College of Agriculture and Forestry Technology，Longnan Teachers College，Chengxian Gansu742500，China；2.Chengxian Forestry Bureau, Chengxian Gansu742500，China； 3.College of Agronomy，Northwest A&F University,Yangling Shaanxi712100，China)

Aqueous extracts of bulbs, bulbils, leaves, and root soil ofPinelliaternatawere obtained through water extraction method. Six concentrations of 0, 20, 40, 60, 80, and 100 mg/mL were used to study the allelopathic effects on germination and seedling growth of wheat seeds. The results showed that different extracts had different allelopathic effects on germination and seedling growth of wheat seeds. The aqueous extract ofP.ternatabulbils had the strongest allelopathic effects on wheat seed germination and seedling growth, followed by the aqueous extracts of bulbs and leaves. The aqueous extracts of root soil had the weakest affect on the germination and seedling growth of wheat seeds.

Pinelliaternata；Allelopathic effects；Wheat

2015-06-06Returned2015-07-20

Key Scientific Project of Longnan Teachers College(No.2014LSZK01002).

WANG Yifeng,male,master,lecturer.Research area:plant eco-physiology.E-mail:wangyifeng0305@163.com

2015-06-06

2015-07-20

陇南师专校级重点项目(2014LSZK01002)。

王一峰，男，硕士，讲师，研究方向为植物生态生理。E-mail：wangyifeng0305@163.com

董振生，男，研究员，硕士生导师，主要从事油菜遗传育种研究。E-mail：dzs05319@163.com

Q945

1004-1389(2016)08-1173-07

网络出版日期：2016-07-14