玉米秸秆水浸液对商麦5226的化感作用研究

华智锐，李小玲

(商洛学院 生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000)

玉米秸秆水浸液对商麦5226的化感作用研究

华智锐，李小玲

(商洛学院 生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000)

以商麦5226为材料，使用玉米秸秆水浸液进行处理，对小麦发芽率以及幼苗相关生理指标进行测定分析，研究不同浓度玉米秸秆水浸处理对商麦5226的化感作用。结果表明：玉米秸秆水浸液对商麦5226的生长具有明显的化感作用，在玉米秸秆水浸液浓度为0.04、0.07、0.10 g/mL时综合化感效应表现为全抑制作用(M=-1.023、-0.554、-1.268)；在玉米秸秆水浸液浓度为0.01 g/mL时表现为促进作用(M=0.517)，对小麦的生长发育有促进作用；0.10 mg/mL的玉米秸秆水浸液对商麦5226生长发育的化感抑制作用最大。玉米秸秆水浸液对商麦5226幼苗体内的丙二醛、可溶性糖、游离脯氨酸含量的综合化感效应强弱依次为：0.10>0.04>0.07>0.01 g/mL。

水浸液；小麦；幼苗；化感作用

商洛地区主要种植的小麦品种是商麦5226[1]。由于商洛地处中国北方，耕作方式为小麦、玉米一年两熟耕作制，生产过程中会产生大量的农作物秸秆。传统的秸秆处理方式为焚烧处理，不但存在极大的安全隐患同时也带来了严重的环境污染。现在，秸秆还田是国家现在大力推广的农业技术，旨在代替传统处理方式。秸秆还田能够改善土壤结构和理化性状，提高土壤保水保肥能力，同时可以优化农田生态环境，是一项重要的生物养地增产增收措施[2-4]。但是秸秆还田在实际应用中常遇到后茬农作物减产的现象[5-6]，有研究表明这是由于秸秆的化感作用。农作物还田的部分主要为秸秆，而秸秆经水分浸泡后水浸液会进入土壤，化感成分非常有可能通过这种方式对后茬作物的正常生命活动造成影响。孔垂华指出化感物质是植物向环境中释放并对周围植物(包括微生物)产生有害或有利影响的化学物质, 是一些次生代谢物质或转化物, 通过醋酸代谢的一个或几个方面而影响生长发育例如种子的萌发、幼苗的生长，以及开花结果等[9]。

朱强等[10]研究证明玉米各部位对小麦均有化感影响。杨思存等[11]研究表明，玉米秸秆对小麦幼苗具有强烈的相克作用，使生物产量减少。吴会芹等[12]认为，玉米秸秆水浸液对黄瓜幼苗表现为低浓度促进、高浓度抑制。李逢雨等[13]研究认为水稻秸秆水浸液对小麦生理影响表现为低促、高抑。张承胤等[14]通过室内模拟研究了还田玉米秸秆对小麦根部病害的化感作用，结果表明玉米秸秆腐解液对小麦种子萌发、根干重均具有抑制作用。

本研究以玉米后茬作物商麦5226为材料，研究玉米秸秆水浸液对商麦5226的化感作用。通过测定小麦的发芽势和发芽率，以及小麦幼苗相关生理指标，通过分析比较，找出水浸液浓度对小麦生长影响的规律，为商麦5226的大田种植和增产增收，以及作物秸秆还田的合理应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供体：成熟风干的玉米秸秆(去除根及叶)，从商洛学院玉米试验田获取。受体：小麦种子(商麦5226)，由商洛学院秦岭良种植物繁育中心提供。

1.2 实验方法

1.2.1 水浸液的制备和实验处理 将自然成熟的玉米秸秆清洗干净，自然风干，粉碎。称取玉米秸秆50 g放入1000 mL的烧杯中，添加500 mL蒸馏水，封口并摇匀，室温浸提48 h，过滤得到0.10 g/mL母液，于4 ℃低温保存备用。

采用实验室中培养皿培养法进行本次试验。选取均一无害的小麦种子，使用0.1%的氯化汞溶液消毒15 min，用蒸馏水冲洗干净，置于垫有双层滤纸的培养皿(直径为9 cm)中。每个培养皿中30粒，摆放均匀，总共15皿。

将玉米秸秆水浸液分别稀释为0.01、0.04、0.07、0.01 g/mL。在培养皿中分别加入8 mL各玉米秸秆水浸液(之后视情况分别加入等量、对应浓度的水浸液)，以蒸馏水作为对照，重复3次。25 ℃暗培养，分别在第3天和第7天统计小麦的发芽数。7 d之后光照培养，当小麦幼苗生长到2叶1心期时，测小麦幼苗的丙二醛含量、可溶性糖含量[15]、脯氨酸含量[16]。

1.2.2 小麦种子的发芽率和发芽势

(1)

式(1)中，Gt：第7天内正常发芽的种子数；N：供试种子数。

(2)

式(2)中，n3：第3天正常发芽的种子数；N：供试种子数。

1.2.3 小麦幼苗丙二醛(MDA)含量的测定 称取小麦幼苗叶片0.3 g，剪碎，加入10%三氯乙酸2 mL和少量的石英砂，研磨，进一步加入8 mL的TCA充分研磨，转入离心管，以4000 g离心10 min，上清液为样品提取液。吸取2 mL提取液，加入2 mL 0.6% TBA混匀，加塞，沸水浴15 min，迅速冷却，离心。取上清液测定532 nm 和450 nm处的OD值，以水作对照。

按下式计算MDA含量：

c=6.45×10-6×A532-0.56×10-6×A450

(3)

1.2.4 小麦幼苗可溶性糖含量的测定 称取小麦叶子0.5 g，110 ℃烘15 min，然后调至70 ℃过夜。将样品倒入10 mL离心管，加入4 mL 80%的乙醇，置于80 ℃的热水中不断搅拌40 min，收集上清液；将残渣用2 mL 80%乙醇冲洗2次；合并上清液，加入10 mg活性炭脱色处理30 min，用80%乙醇定容至10 mL，过滤备用。

标准曲线的制作：取7支10 mL具塞的试管编号，然后按照表1加入试剂，每管中加入5 mL蒽酮试剂，混匀，盖上玻璃塞子，水浴10 min，冷却至室温，在625 nm处测OD值，用0号试管调零，以 OD值为横坐标，葡萄糖含量为横坐标，绘制标准曲线。

表1 可溶性糖含量测定标准曲线制作

吸取上述提取液样品1 mL，加入5 mL蒽酮试剂混合，用上述的同样方法进行实验处理，在625 nm处测量OD，对照标准曲线，用以下公式计算出可溶性糖含量。

可溶性糖含量=(C×V)/(W×106)×100%

(4)

式(4)中，V：植物样品稀释后的体积(mL)；C：提取液的含糖量(μg/mL)；W：植物组织鲜重(g)。

1.2.5 小麦幼苗脯氨酸含量的测定 称取小麦叶片0.5 g，置入大管中，加入5 mL 3%三磺基水杨酸，沸水浴10 min，冷却后置于干净的试管中，即为脯氨酸提取液。吸取脯氨酸提取液2 mL置于戴塞试管中，加入2 mL的冰醋酸和2 mL酸性茚三酮，沸水浴30 min，冷却后加入4 mL甲苯，震荡20 s，静置片刻，去上层液至10 mL的离心管中，3000 r/min离心5 min。用吸管吸取溶液于比色杯中，甲苯做空白对照，在520 nm测得OD值。

标准曲线的制作：称取25 mg脯氨酸，溶解定容至250 mL，用蒸馏水定容至刻度。取7支具塞试管，编号，按照表2加入试剂，按照小麦叶片中脯氨酸含量的测定步骤，得出数据后求出OD值与脯氨酸浓度的回归方程。

根据回归方程计算出(或从标准曲线上查出)2 mL测定液中脯氨酸的含量(X，μg/2 mL)，然后计算样品中脯氨酸含量的百分数。计算公式如下：

(5)

式(5)中:X为从标准曲线查出的2 mL测定液中脯氨酸的含量(μg/2 mL)；VT为提取液体积(mL)；VS为测定时取用的样品体积(mL)；W为样品质量(g)。

表2 脯氨酸含量测定标准曲线制作

1.3 数据处理

采用化感作用响应指数(response index，RI) 来衡量化感作用的类型和强度[17]。

(6)

式(6)中，C为对照值，T为处理值。RI<0 表现为抑制作用，RI>0 表现为促进作用，绝对值的大小表示化感作用强度的大小。化感综合效应为各项指数算术平均值之和[18]。

每个实验处理重复3次，数据为3次测定值的平均值，使用Spass 16.0软件进行单因素方差分析和显著性检验，用Excel软件进行数据整理和分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度玉米科秸秆水浸液对小麦种子发芽率与发芽势的影响

如图1所示，与对照组(87.6%)相比，当玉米秸秆水浸液浓度为0.01、0.04、0.07、0.10 g/mL时，商麦5226种子的发芽势下降幅度分别为1.0%、5.6%、6.6%、28.9%。与对照组(96.6%)相比，当玉米秸秆水浸液浓度为0.01、0.04、0.07、0.10 g/mL时商麦5226种子发芽率下降幅度分别为3.0%、3.3%、5.6%、13.4%。说明玉米秸秆水浸液对商麦5226种子的萌发具有抑制作用，随着水浸液的浓度增大商麦5226种子的发芽势和发芽率呈现下降趋势，当玉米水浸液浓度为0.10 g/mL时对种子的发芽势和发芽率影响最大，与对照组相比降幅分别达到了28.9%和13.4%。

2.2 不同浓度玉米秸秆水浸液对小麦幼苗丙二醛含量的影响

由图2可知，丙二醛含量在不同浓度水浸液处理时呈现波动性。与对照组(24.91 μmol/g)相比，丙二醛含量在玉米秸秆水浸液浓度为0.01 g/mL时增长幅度为21%，在0.04 g/mL时下降幅度为16.2%，0.07 g/mL水浸液下增长幅度为21.9%，0.10 g/mL时下降幅度为6.7%，说明0.04 g/mL和0.10 g/mL的水浸液可以缓解膜脂过氧化的程度，降低丙二醛的含量。

图1 不同水浸液浓度对商麦5226种子

图2 不同水浸液浓度对小麦幼苗丙二醛含量的影响

2.3 不同浓度玉米秸秆水浸液对小麦幼苗可溶性糖含量的影响

由图3可知，在不同浓度玉米秸秆水浸液处理下，商麦5226幼苗的可溶性糖浓度呈现出先上升后下降的趋势，与对照组(225.4 μmol/g)相比较，水浸液浓度在0.01 g/mL时可溶性糖浓度达到最高值，为663.54 μmol/g，提高了194.3%。玉米秸秆水浸液浓度为0.04、0.07、0.10 g/mL时商麦5226幼苗可溶性糖含量呈下降趋势，分别为109.74、56.42、3.60 μmol/g。在玉米秸秆水浸液浓度为0.10 g/mL时，可溶性糖含量达到最低点，下降幅度为94%。

2.4 不同浓度玉米秸秆水浸液对小麦幼苗脯氨酸含量的影响

由图4可知，使用玉米秸秆水浸液对商麦5226进行浓度梯度处理时，商麦5226幼苗脯氨酸含量呈现出先下降后上升再下降的趋势。玉米秸秆水浸液在0.01、0.04、0.07、0.10 g/mL时，幼苗中脯氨酸含量分别为42.144、40.296、63.808、45.602 μg/g。与对照组(61.736 μg/g)进行比较，当玉米水浸液浓度为0.04 g/mL时，商麦5226幼苗中脯氨酸含量达到最低值，下降幅度为34.7%；玉米秸秆水浸液浓度为0.07 g/mL时商麦5226幼苗中脯氨酸含量达到最高值，增长幅度达3.35%。

图3 不同水浸液浓度对小麦幼苗可溶性糖含量的影响

图4 不同水浸液浓度对小麦幼苗脯氨酸含量的影响

2.5 不同浓度玉米秸秆水浸液对商麦5226幼苗中丙二醛、可溶性糖、脯氨酸含量的化感效应分析

由表3可知，在玉米秸秆水浸液的化感作用下，商麦5226幼苗中丙二醛含量在0.01 g/mL和0.07 g/mL处理下，与对照相比有所提高并且差异显著(RI>0，P<0.05)；而在0.04 g/mL和0.10 g/mL时与对照相比含量降低并且差异显著(RI<0，P<0.05)。商麦5226幼苗中可溶性糖含量在0.01 g/L处理时，与对照组相比有所上升，并且差异显著(RI>0，P<0.05)；随着玉米秸秆水浸液浓度的上升，可溶性糖含量逐渐降低，在0.04 g/mL和0.07 g/mL处理下与对照相比，可溶性糖降低并且差异显著(RI<0，P<0.05)；0.10 g/mL处理与对照相比，差异极显著(RI<0，P<0.01)。商麦5226中游离脯氨酸含量呈现波动性，在0.07 g/mL处理下与对照相比有所上升，但是无显著差异(RI>0，P>0.05)，0.01、0.04、0.10 g/mL处理下与对照相比较有所下降，差异显著(RI<0，P<0.05)。

小麦植物体内的丙二醛、可溶性糖、游离脯氨酸的综合化感效应在玉米秸秆水浸液浓度为0.01 g/mL时表现为促进作用(M=0.517)，在玉米秸秆水浸液溶度为0.04、0.07、0.10 g/mL时表现为全抑制作用(M=-1.023、-0.554、-1.268)。综合结果表明玉米秸秆水浸液对商麦5226幼苗内的丙二醛、可溶性糖、游离脯氨酸含量化感效应强弱依次为：0.10>0.04>0.07>0.01 g/mL。

3 讨论

化感作用(Allelopathy)是自然界普遍存在的现象，它的概念是首先由德国科学家H.Molish在1937年提出的[19]，他将化感作用定义为：所有类型植物(含微生物)之间的化学物质的相互作用。与此同时Molish指出，这种相互作用包含促进和抑制两个方面。在20世纪70年代中期，L.Rice在Molish的研究基础上进行探索，并于1984年在《Allelopathy》第二版中将化感作用较为完整地定义为：植物或微生物的代谢分泌物对环境中其他的植物或微生物有利或不利的影响。化感物质是植物的次生代谢产物，包括酚类物质、萜类物质、生物碱等。通常通过根、茎、叶向环境中释放，能影响其他植物的生长以及发育，在作物增产、病虫害防治等方面有极其重要的应用[20]。本文在玉米秸秆水浸液对商麦5226的化感作用上进行研究，为秸秆还田的合理应用以及作物增产提供理论上的指导。

发芽势是指种子在发芽试验初期，在规定的天数内，正常发芽数占供试种子数的百分比，它是鉴别种子发芽整齐度的主要指标。发芽率是指种子正常萌发数占种子总数的百分比。使用不同浓度的玉米秸秆水浸液对小麦种子进行处理，与对照组相比，发芽势随着水浸液浓度的增大而减小。说明水浸液对商麦5226种子的发芽有抑制作用，并且会随着水浸液浓度的增大而抑制作用增强。

丙二醛(MDA)是膜脂过氧化最重要的产物之一，可通过测定MDA的含量了解膜脂过氧化的程度，以间接测定膜系统受损程度。糖是高等植物的产物之一，可溶性糖是干旱条件胁迫下产生的一种小分子溶质，这些溶质参与植物体的渗透调节，并且在维持植物蛋白质稳定等方面有重要的作用。脯氨酸同样也是植物体内非常重要的渗透调节物质之一，植物在逆境的环境中为了适应环境便会积累脯氨酸来维持植物机体水分平衡，保持植物的正常生命活动。环境的变化会使植物体内的可溶性糖和脯氨酸含量发生明显的变化，所以将植物体内MDA含量、可溶性糖以及游离脯氨酸含量作为植物生理紊乱和损伤的测试指标。

表3 玉米秸秆水浸液对商麦5226幼苗化感效应分析

注：RI和A为同一处理的3次重复的平均值；M3是RI的和。用单因素方差分析进行显著性检验：“**”表示P<0.01，“*”表示P<0.05。

本实验结果表明水浸液对种子的萌发有抑制作用，并且随着浓度的增大，抑制效果会增强，在水浸液为0.10 g/mL时抑制效果最强。综合结果表明小麦植物体内的丙二醛、可溶性糖、游离脯氨酸的综合化感效应在玉米秸秆水浸液浓度为0.04、0.07、0.10 g/mL时表现为全抑制作用(M=-1.023、-0.554、-1.268)，在玉米秸秆水浸液浓度为0.01 g/mL时表现为促进作用(M=0.517)。玉米秸秆水浸液对商麦5226幼苗体内的丙二醛、可溶性糖、游离脯氨酸含量综合化感效应强弱依次为：0.10>0.04>0.07>0.01 g/mL。

目前秸秆还田已经非常普遍，本研究发现玉米秸秆水浸液对小麦有较强的化感作用，这说明秸秆还田存在使后茬作物减产的可能性。本研究虽然在实验室条件下开展了玉米秸秆水浸液对商麦5226的化感作用探讨，但针对大田自然状态下的化感作用和实际应用方面还有待进一步研究。

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(责任编辑：许晶晶)

Allelopathic Effects of Aqueous Extracts from Maize Straw on Shangmai 5226

HUA Zhi-rui, LI Xiao-ling

(College of Biological Pharmacy and Food Engineering, Shangluo University, Shangluo 726000, China)

The seeds of wheat variety Shangmai 5226 were treated with different concentrations of aqueous extracts from maize straw, the seed germination rate and the related physiological indexes of wheat seedlings were measured and analyzed, and the allelopathic effects of the aqueous extracts from maize straw on Shangmai 5226 were studied. The results showed that the aqueous extract from maize straw had an obvious allelopathic effect on the growth of Shangmai 5226. When the concentration of aqueous extract from maize straw was 0.04, 0.07 or 0.10 g/mL, its integrated allelopathic effect on the growth and development of wheat all performed an inhibitory effect (M=-1.023, -0.554 and -1.268). When the concentration of aqueous extract from maize straw was 0.01 g/mL, its integrated allelopathic effect was promoting effect (M=0.517). The 0.10 mg/mL aqueous extract from maize straw had the strongest allelopathic inhibitory effect on the growth and development of Shangmai 5226. The integrated allelopathic effect of different concentrations of maize straw aqueous extracts on the MDA, soluble sugar and free proline content in Shangmai 5226 seedlings showed the following order: 0.10>0.04>0.07>0.01 g/mL.

Aqueous extract; Wheat; Seedling; Allelopathy

2016-11-10

陕西省科技厅项目(2011K01-18)。

华智锐(1980─)，男，湖北黄石人，副教授，主要从事植物抗性生理与植物育种研究。

S512.2

A

1001-8581(2017)03-0028-05