黄淮海地区不同小麦品种对雀麦的化感作用

李 琦，赵 宁，张乐乐，马 爽，王金信

(山东农业大学植物保护学院，山东泰安 271018)



黄淮海地区不同小麦品种对雀麦的化感作用

李 琦，赵 宁，张乐乐，马 爽，王金信

(山东农业大学植物保护学院，山东泰安 271018)

为明确不同小麦品种对黄淮海冬小麦田常见杂草雀麦(Bromusjaponicus)化感作用的差异，采用培养皿琼脂共培法，研究了该地区42个主栽小麦品种对雀麦根长、芽长、根干重及芽干重的影响，并筛选出化感抑制作用较强的小麦品种，为小麦化感种质材料的选择提供依据，以达到生态防控雀麦的目的。结果表明，不同小麦品种对雀麦根长、芽长、根干重的化感作用存在显著差异，对芽干重的化感作用不显著；小麦对雀麦根的化感作用大于对其芽的化感作用。利用RI值作为化感作用指标，并结合聚类分析,可将42个小麦品种按化感能力的强弱分为强、中、弱3类，其中泰农19、郑麦379、郑麦9023、周麦22、汶农17、郯麦98为化感抑制雀麦较强的品种。

黄淮海地区；小麦；雀麦；化感作用；RI值

同一个生态系统中，共同生长的植物除了对水分、光照、养分等因素竞争外，还可以通过根系、茎叶等途径向周围环境释放某些化学物质，进而影响自身或其他植株的生长发育，这种现象称为植物化感作用(Allelopathy)[1]。

小麦是我国重要的粮食作物之一，在粮食种植中占有重要地位。国内外研究表明,小麦具有一定的化感潜力[2-5]。20 世纪60年代，研究发现小麦残体的水提取液具有植物毒性[3]；80年代中期人们对小麦化感作用展开系统研究[6]。目前国内有关不同小麦品种化感作用的报道较少。

雀麦(Bromusjaponicus)是一年生禾本科雀麦属植物，其繁殖力强，传播速度快，可与小麦争夺水分、光照、养分和生存空间，严重影响小麦的生长发育，降低其品质和产量[7]。近几年随着气候变暖、耕作制度的改变与除草剂的长期使用，导致麦田杂草群落间演替加速[8]。由于雀麦适应性强、茎根发达、分蘖结籽多，对作物有很强的竞争力，在我国多个省份发生严重，成为麦田难以根除的恶性杂草之一[8-10]。

化学防除是目前最主要的杂草控制手段，但是长期大量施用除草剂对农田土壤及水体造成污染，降低农产品品质。为了保护环境并促进农业的可持续发展，各国学者正致力于寻求适用于可持续发展的杂草防治措施[11-13]。其中利用小麦化感作用控制麦田杂草是一个新途径，由于该措施主要是利用小麦的自身防御能力，对环境无污染，因此是一种具有经济、社会与环境效益的可持续农业技术。

本研究以黄淮海冬小麦种植区42 个主要种植小麦品种为试材，分析不同小麦品种对雀麦的化感作用，并以小麦对雀麦化感特性的强弱为标准，对这些小麦品种进行归类，筛选出化感抑制潜力大的小麦品种，为小麦化感种质材料的选择提供依据，以达到生态防控雀麦的目的。

1　材料与方法

1.1试验材料

42个供试小麦品种为黄淮海冬小麦种植区的主栽品种，由山东省农科院提供，具有一定的典型性和代表性，具体名称见表1。供试雀麦种子采于山东省泰安市周边小麦田。

表1　黄淮海冬小麦种植区主要栽培小麦品种

1.2试验方法

1.2.1试验准备

本试验采用琼脂共培法[14]。将小麦种子和雀麦种子用2.5% 的次氯酸钠溶液浸泡，同时用磁力搅拌器搅拌15 min；用无菌水搅拌冲洗5 min，重复3次；将小麦种子和雀麦种子放置在25 ℃的恒温箱中催芽。配制0.5%的琼脂溶液，高压灭菌30 min后倒入直径为9 cm的培养皿中(每皿30 mL)，冷却备用。

1.2.2播 种

每个小麦品种取12粒大小一致、露出胚根的饱满种子在无菌条件下播种，每皿种3排，每排4粒，使其均匀分布在培养皿中；将12粒雀麦种子以同样方式播种于小麦种子行间，每皿种3排，每排4粒。每皿加5 mL蒸馏水，以仅雀麦培养为对照。

1.2.3培养与测定

将培养皿置于光照培养箱中，光/暗比为13 h/11 h，昼、夜温度分别为25 ℃、18 ℃，相对湿度70%。试验期间或向所有培养皿中加蒸馏水以保持琼脂湿润。共生10 d后，取出雀麦,将琼脂冲洗干净，测定雀麦的根长、芽长、根干重和芽干重。试验采用完全随机设计,每个品种4次重复。

所得数据用DPS进行方差分析和显著性测验，采用SPSS进行Q型聚类分析。然后将不同小麦品种化感作用下雀麦根长、芽长、根干重、芽干重的值转化为 RI值后进行比较[15]，RI值的计算公式如下:

式中,C为对照值，T为处理值。RI>0表示促进作用，RI<0表示抑制作用，其绝对值的大小与作用强度呈正比例关系。

2　结果与分析

2.1不同小麦品种对雀麦生长的影响

由表2可知，不同小麦品种对雀麦根长、芽长、根干重的化感作用的差异可达到显著水平，对雀麦芽干重化感作用的差异未达到显著水平。部分小麦品种表现出较强的化感抑制作用，如众麦1号、鑫麦296、泰农19、山农23、临麦4号、郑麦314、济麦22、郑麦379、郑麦9023、周麦22等，对雀麦的根长、芽长、根干重和芽干重均表现出抑制作用。有些品种对雀麦生长具有一定的化感促进作用，如豫农4023、汶农14、山农25对雀麦的根长、根干重、芽干重表现出明显的促进作用；丰德存麦1号对雀麦的芽长、根干重、芽干重表现出明显的促进作用；郑麦366则对4个被测指标均具有促进作用。在4个被测指标中，不同小麦品种对雀麦根干重的化感作用差异最大，与对照相比，对根干重的抑制率为 -50.01%～56.15%，对根长的抑制率为-14.20%%～53.02%，对芽长的抑制率为 -3.90%～25.04%，对芽干重的抑制率为-39.30%～22.35%。

2.2不同小麦品种的化感特性分类

从图1中可以看出，42个小麦品种对雀麦根长和根干重的RI值介于-0.562～0.333，芽长和芽干重的RI值介于-0.250～0.282，说明小麦对雀麦地下部分的化感作用大于地上部分。

表2　42个小麦品种对雀麦的化感作用

(续表2Continued table 2)

小麦品种编号No.ofwheatvarieties雀麦生长指标 GrowthstatusofJapanesebrome根长Rootlength/cm芽长Shootlength/cm根干重Rootdryweight/mg芽干重Shootdryweight/mg165.77±0.25cdefghij3.70±0.11efghijk9.17±3.13abcdefgh24.78±6.87ab174.93±0.20lmnopq3.84±0.23bcdefghi7.06±3.54defghijkl26.04±11.20ab185.36±0.48ghijklm3.92±0.22abcdefghi5.73±1.81ghijkl22.87±12.35b195.48±0.45efghijkl3.48±0.07hijkl8.56±1.81abcdefghi24.46±6.22ab204.91±0.51lmnopq3.45±0.36ijkl11.53±3.13abcd23.93±7.94b215.49±0.55efghijkl3.99±0.43abcdefg9.60±3.58abcdefgh25.27±8.66ab225.84±0.03bcdefgh3.74±0.25defghijk12.70±0.74ab24.46±4.68ab235.87±0.14bcdefgh3.70±0.09efghijk9.77±2.89abcdefgh25.91±5.09ab245.75±0.38cdefghij3.81±0.13bcdefghi9.06±2.96abcdefgh25.90±4.55ab255.72±0.45defghijk4.01±0.25abcdefg12.61±3.10abc31.51±2.71ab265.87±0.30bcdefgh3.64±0.10fghijk10.62±2.39abcdef25.96±7.32ab276.17±0.64bcdef3.61±0.32fghijk13.23±2.97ab27.53±6.65ab284.58±0.06nopq3.44±0.13ijkl9.35±1.78abcdefgh26.21±6.92ab294.99±0.40lmno3.95±0.28abcdefgh6.38±1.44efghijkl21.83±3.54b304.24±0.40qr3.33±0.28jkl3.95±0.95kl22.22±2.28b313.93±0.46r3.29±0.35kl4.20±1.23jkl21.08±2.07b324.65±0.59bmnopq3.16±0.31l4.05±1.44kl20.52±4.67b334.95±0.42lmnop3.68±0.35efghijk5.42±2.09ghijkl24.50±4.75ab345.03±0.19jklmno3.53±0.14ghijkl6.39±2.37efghijkl23.20±5.01b355.06±0.42ijklmno3.96±0.38abcdefgh6.66±1.51defghijkl22.94±2.60b364.47±0.59nopqr3.30±0.15kl5.21±1.22hijkl22.52±3.63b374.28±0.11pqr3.93±0.15abcdefgh5.84±1.29fghijkl24.28±2.30ab384.63±0.15nopq3.64±0.31fghijk4.51±1.04ijkl23.22±1.72b395.17±0.23hijklmn3.59±0.26fghijkl5.37±1.83hijkl24.85±1.69ab404.92±0.19lmnopq4.15±0.18abcde7.33±0.85cdefghijkl27.14±1.80ab414.43±0.33opqr3.77±0.13cdefghij4.54±1.46ijkl25.33±2.56ab424.61±0.34nopq4.24±0.13abc7.38±1.63cdefghijkl28.45±1.68abP值0.00010.00010.00010.7260

同列数据后不同字母表示品种间差异在0.05水平显著。

Different letters following data in the same column mean significant difference at 0.05 level among different varieties.

通过比较发现，在 42个小麦品种中，众麦1号、鑫麦296、郑麦7698、泰农19、山农23、临麦4号、郑麦314、济麦22、郑麦101、郑麦379、郑麦9023、周麦22、济麦19、良星77、泰农18、汶农17、山农20、郯麦98、石新828和矮抗58对雀麦4个被测指标的RI值均小于0，说明对雀麦的根长、芽长、根干重、芽干重皆存在抑制情况，其中泰农19、郑麦379、郑麦9023、周麦22、汶农17、郯麦98对雀麦4个被测指标的RI值绝对值之和皆大于1，而 RI绝对值的大小与作用强度呈正相关，说明这6个品种具有较强的化感抑制作用。

根据雀麦根长、芽长、根干重、芽干重4个指标的RI值进行聚类分析，按照其化感相似程度，可将42个品种分为 3类，结果见图 2。由图 2可见，第1类为化感抑制能力较强的22个小麦品种，包括众麦1号、鑫麦296、郑麦7698、泰农19、山农23、临麦4号、郑麦314、济麦22、郑麦101、郑麦379、郑麦9023、周麦22、济麦19、良星77、泰农18、汶农17、山农20、郯麦98、石新828、烟5158、矮抗58和黑马一号；第 2类为化感抑制能力中等的1个小麦品种，即良星66；第 3类为不具有化感抑制潜力的19个小麦品种，包括豫农4023、汶农14号、丰德存麦1号、郑麦366、济麦20、山农25、山农8355、北农9549、烟999、鑫289、中麦175、山农21、山农22、豫农35、豫教5号、良星99、鲁源502、观35和科农199，结果与前述分析结果基本吻合。综上所述，42个不同来源的小麦品种中，对雀麦化感抑制能力较强的品种为泰农19、郑麦379、郑麦9023、周麦22、汶农17、郯麦98。

图1　不同小麦品种影响下雀麦根长(A)、芽长(B)、根干重(C)及芽干重(D)的RI值

3　讨 论

本试验从黄淮海冬麦种植区42个主要栽培小麦品种中筛选出了6个对雀麦具有较强化感抑制作用的小麦品种(泰农19、郑麦379、郑麦9023、周麦22、汶农17、郯麦98)，因所选取的总样本有限，不排除还有其他化感抑制作用更强的品种,因此在未来的工作中，仍需进一步扩大筛选范围。

在对雀麦根长、芽长、根干重、芽干重4个指标的分析中发现，小麦对雀麦根的化感作用大于对其芽的化感作用。小麦根系分泌的化感物质是其产生抑草效果的主要原因，可直接作用于雀麦根部,也可通过改变土壤微生物的特性进而影响雀麦生长[16]；由于根部最先接触化感物质，所以受到的影响也最大，而植物根部是吸收水分与营养物质的主要部位,其生长发育受阻往往又会影响植物的其他部位。RI值在评价不同小麦品种化感能力及其化感品种筛选的过程中具有关键的作用，这一指数也同样适用于其他作物化感能力的评价[12,17-20]。采用聚类分析方法分析不同小麦品种的化感潜力,可提高分析结果的准确度,并使之更具有可信度。

图2　42个小麦品种的RI值聚类分析树状图

本研究所采用的培养皿琼脂共培法，降低了小麦与雀麦之间对养分、空间等的竞争干扰,可较客观体现小麦的化感效应。目前对小麦化感的研究表明，小麦化感物质主要包括3类：异羟肟酸类、酚酸类物质和短链脂肪酸[13,21]。因此，今后研究的重点应以这3类物质为标记物,应用一些标记方法，进一步探讨化感抑制能力强的小麦品种产生强烈化感抑制作用的内在机制。此外，由于室内生测试验与田间实际情况存在较大差异，还需进行不同小麦品种与雀麦的盆栽及田间试验，筛选出在田间条件下具有较强抑制伴生杂草能力的小麦品种。

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Allelopathic Potentials of Different Wheat Varieties in Huang-huai-hai Plain of China against Japanese Brome

LI Qi,ZHAO Ning,ZHANG Lele,MA Shuang,WANG Jinxin

(College of Plant Protection,Shandong Agricultural University,Tai’an,Shandong 271018,China)

In order to verify the allelopathic potentials of different wheat varieties against Japanese brome(Bromusjaponicas) in Huang-huai-hai region,the effects of 42 wheat varieties on the root length,shoot length,root dry weight and shoot dry weight of tested Japanese brome were explored,with the equal-compartment agar method. The wheat varieties with better allelopathy activity were screened to provide evidence for the selection of wheat allelopathic germplasm materials for ecological control Japanese brome. The experimental results show that the different wheat varieties have significantly different allelopathic effects on root length,shoot length and root dry weight,but no significant difference was found on shoot dry weight.It is suggested that the allelopathy activity has greater effect on root rather than shoot. Using RI value as indicators of allelopathy,and combining with clustering analysis,all varieties could be divided into three groups and Tainong 19,Zhengmai 379,Zhengmai 9023,Zhoumai 22,Wennong 17 and Tanmai 98 performed greater allelopathy activity.

Huang-huai-hai plain of China;Wheat;Japanese brome;Allelopathy;RI value

2016-03-06

2016-04-05

国家公益性行业(农业)科研专项(201303022)

E-mail：liqi0309@hotmail.com

王金信(E-mail：wangjx@sdau.edu.cn)

S512.1；S312

A

1009-1041(2016)08-1106-07

网络出版时间：2016-08-01

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160801.1123.028.html