卵叶青藓水提液对玉米种子萌发和幼苗生长的影响

， ， (滨州学院 .山东省黄河三角洲生态环境重点实验室； .生物工程学院， 山东 滨州 256603)

卵叶青藓水提液对玉米种子萌发和幼苗生长的影响

刘俊华a，李玉玺b，李敏b
(滨州学院 a.山东省黄河三角洲生态环境重点实验室； b.生物工程学院， 山东 滨州 256603)

为了解卵叶青藓可能具有的化感效应及其作用机制，以卵叶青藓配子体水提取液为处理液，以玉米种子为受试对象，通过测定不同浓度梯度卵叶青藓水提液对受试种子萌发及幼苗生长的影响，初步阐明卵叶青藓可能具有的化感潜能。结果表明：卵叶青藓配子体水提液对玉米种子发芽率有较大影响，且总体趋势表现为提取液浓度愈高，对其种子萌发率影响愈大，处理组玉米种子萌发率显著低于对照组(plt;0.05)；卵叶青藓水提液对玉米幼苗生长的影响表现在对苗高与根长的抑制方面。随着水提液浓度的增高，玉米幼苗根长逐渐变短，在80 mg/mL处理下达到最短，且与对照间差异显著(plt;0.05)；对玉米幼苗根部发育状况有较强的影响，即随着水提液浓度的提高，生根数目逐步减少，直至浓度为80 mg/mL时达到最少。实验中，玉米幼苗鲜重及干重均随着提取液浓度的升高而减小，尤其是幼苗干重，在提取液浓度达到40 mg/mL时达到最小。随卵叶青藓提取液浓度不断增高，玉米幼苗叶片总叶绿素含量和叶绿素a含量逐步下降，均在80 mg/mL时达到最低，而叶绿素b在5 mg/mL时反而略高于对照组，在10 mg/mL时达到最低。上述结果表明，卵叶青藓具有一定的化感潜能。

化感作用； 水提液； 种子萌发； 幼苗生长； 卵叶青藓

苔藓植物是由水生向陆生过渡的一大类群，其物种数量仅次于种子植物，为植物界中第二大类群[1-3]。苔藓植物广布于世界各地，几乎分布于所有类型的陆地生态系统中。苔藓植物虽然结构简单，没有真正的根茎叶分化，也缺乏真正的维管组织，但却能在多种环境中生存生长，因此其体内常可产生丰富多样的次生活性成分，如单萜、三萜、倍半萜、黄酮、长链不溶性脂肪酸和甾醇化合物、联苄和二联苄次生代谢产物等[1-5]，常常作为苔藓植物特征成分存在，且多种成分具有抑制肿瘤、微生物、寄生虫、抗氧化等功效。已有研究也表明[3-12]，很多苔藓植物具有不同程度的生物活性和抑菌作用，或调节植物生长的植物生长调节剂类似物。日本学者Asakawa曾研究发现，数种苔鲜植物配子体的粗提物或粗提液，均具有抑制维管植物种子萌发、胚根伸长的作用[5]。

本研究以采自山东省内鹤伴山区常见苔藓植物卵叶青藓为供试对象，以玉米种子为生测材料，比较分析了不同浓度卵叶青藓水提液对玉米种子萌发及幼苗生长的影响，以期初步揭示该藓类物种潜在的化感效应。

1 材料与方法

1.1 实验用材

1.1.1 供试材料

苔藓植物：卵叶青藓(Brachytheciumrutabulum)采自山东省滨州市境内鹤伴山(海拔450 m处)。

作物种子：玉米(ZeamaysL.)购自滨州市滨城区种子专卖公司。

1.1.2 实验器材

仪器设备：摇床、恒温箱、离心机、电子天平。

实验用品：培养皿(90 mm)、量筒、锥形瓶、烧杯、称量纸、镊子、研钵等。

1.2 实验方法

1.2.1 水提液的制备

将采集的新鲜卵叶青藓配子体，清除泥土、凋落物和杂质，先用自来水冲洗干净，再用蒸馏水冲洗3次，自然阴干后置于45 ℃的恒温干燥箱内烘烤12 h，用研钵进行研磨粉碎，取一定量(8 g)的卵叶青藓粉末加入一定体积的蒸馏水于锥形瓶中浸泡，轻微的搅拌摇匀，温度定在30 ℃摇床上，摇床12 h。取出锥形瓶在离心机上离心(3 000 r/min，5 min)，取上清液，残渣淋洗后离心取上清液，如此重复3次，合并3次取得的上清液即为卵叶青藓植物配子体的水提液[6]。卵叶青藓类植物配子体水提液配成5个浓度梯度, 分别为80，40，20，10，5 mg/mL。以蒸馏水做对照。4 ℃冷藏保存，备用。

1.2.2 种子萌发实验

取30个培养皿(90 mm)，于每皿中各放入2 层滤纸，经高压灭菌后实验组分别加入不同浓度卵叶青藓水提取液15 mL，对照组也加入同等体积蒸馏水。挑选饱满、大小均匀的玉米种子300粒，在自来水下冲洗3次后，于清水中浸泡24 h，再用蒸馏水冲洗3次，然后每个培养皿中均匀地放入12 粒玉米种子，每个浓度梯度3个重复，室温条件下(25±3)℃连续培养5 d，每隔24 h补加2 mL提取液用来弥补提取液的损失[16]。在第5天测量胚根和胚芽的总生长量、鲜重、干重。每隔24 h在相同的时间段查看玉米等植物种子的发芽粒数，连续发芽数不再增加视为发芽实验结束。相应的所有实验均设置3次重复，种子萌发实验结束时，用20 cm直尺测出玉米种子的胚芽、胚根的长，用电子天平称胚根、幼苗的鲜重和干重，整理数据并计算发芽率、发芽势[12]。

发芽率(%)=5 d内种子发芽数/供试种子总数×100%。

发芽势(%)=3 d内种子发芽数/供试种子总数×100%。

1.2.3 生理指标的测定

按照《国际种子发芽规程》(ISTA 1996) 每天统计种子的发芽数(胚根突出种皮的长度为种子长度的一半即为发芽的种子)，计算出种子的发芽势和发芽率，并且每24 h测量1次种子胚芽和胚根的生长量，再记下生根数目，第6天测量胚芽和胚根的总生长量、鲜重、干重[8]。

1.2.4 数据的分析与统计

本实验中，所有处理组均设3个重复，数据取平均值(±标准差)；实验数据均在Windows 8.0系统下，以Excel 2007进行整理汇总及初步处理，并运用SPSS 18.0统计软件包进行One-way ANOVA差异性检验和Pearson相关性分析；图表制作利用Excel 2007完成。

2 结果与分析

2.1 卵叶青藓水提液对玉米种子发芽率的影响

从图1可知，卵叶青藓配子体水提液对玉米种子发芽率有较大影响，且总体趋势表现为提取液浓度愈高，对其种子萌发率影响愈大。所有浓度的提取液对玉米种子萌发均有抑制作用，除20 mg/mL条件下对其抑制效应不明显外，其余浓度处理下，玉米种子萌发率显著低于对照组(plt;0.05)，且组间也具有一定的差异性，尤其在10 mg/mL和80 mg/mL浓度处理下对玉米种子萌发抑制作用最强。

如图1所示，卵叶青藓水提液各浓度处理对玉米种子萌发影响(促进或抑制作用)未表现出如通常化感作用所具有的低促高抑规律，而是单一的抑制作用，虽然浓度效应不够明显(0～10 mg/mL为一个作用区间，20～80 mg/mL为另一个作用区间)，但在10 mg/mL时即已对玉米种子萌发表现出强烈的抑制作用，表明卵叶青藓配子体水提液中可能含有能够抑制玉米种子萌发的成分(或成分组合)。

注：图中小写字母不同代表组间差异显著。下同。图1 卵叶青藓水提液对玉米种子发芽率的影响

2.2 卵叶青藓水提液对玉米幼苗生长的影响

玉米幼苗生长阶段易受外部环境因素的影响，如水分、营养状况以及土壤理化性质等。从图2可看出，卵叶青藓水提液对玉米幼苗生长有较为明显的影响，突出表现在对苗高与根长的抑制方面。如图2所示，随着水提液浓度的增高，玉米幼苗根长逐渐变小，在80 mg/mL处理下达到最小，且与对照间差异显著(plt;0.05)。不同于根长的变化，玉米幼苗地上部分(苗高)生长虽然也受卵叶青藓水提液的影响，但变化趋势不明显，且仅在10 mg/mL浓度下受到显著抑制，而在其他浓度处理下变化不显著。

从卵叶青藓水提液对玉米幼苗生长的总体情况不难看出，玉米幼苗根部生长对卵叶青藓水提液处理条件比地上部分更加敏感，且表现出的浓度效应也更强。

对如玉米一类的单子叶植物而言，根系发育情况对幼苗生长有重要影响。而在幼苗期，生根数目及主根长度是幼苗活力水平的重要表征之一。由图3可知，卵叶青藓水提液对玉米幼苗根部发育状况有较强的影响，即随着水提液浓度的提高，生根数目逐步减少，直至浓度为80 mg/mL时达到最少。总体而言，在中高浓度处理下，玉米幼苗根数与对照间具有显著差异。

图2 卵叶青藓水提液对玉米幼苗生长的影响

图3 卵叶青藓水提液对玉米幼苗生根情况的影响

2.3 卵叶青藓水提液对玉米幼苗生物量的影响

在玉米幼苗阶段，衡量其生长状况除用高度(长度)指标外，生物量也是常用指标之一。从图4、图5可知，在卵叶青藓水提液处理下，玉米幼苗鲜重及干重均随着提取液浓度的升高而减小，尤其是幼苗干重，在提取液浓度达到40 mg/mL时达到最小。相对于幼苗根部，玉米地上部分生物量变化对卵叶青藓提取液处理条件更为敏感。玉米幼苗鲜重与提取液浓度相关性水平最高，当提取液浓度达到40 mg/mL时，幼苗总鲜重达到最低。

图4 卵叶青藓水提液对玉米幼苗鲜重的影响

图5 卵叶青藓水提液对玉米幼苗干重的影响

2.4 卵叶青藓水提液对玉米幼苗叶片叶绿素含量的影响

光合色素含量高低对植物幼苗叶片的光合能力，以及幼苗生长速率有重要影响。从图6可知，随着卵叶青藓提取液浓度的不断增高，玉米幼苗叶片总叶绿素含量和叶绿素a含量逐步下降，均在80 mg/mL时达到最低，而叶绿素b在5 mg/mL时反而略高于对照组，在10 mg/mL时达到最低。另通过相关性分析，发现玉米幼苗叶片总叶绿素含量和叶绿素a含量对提取液浓度变化更为敏感(图7)。

图6 卵叶青藓水提液对玉米幼苗叶片叶绿素含量的影响

图7 卵叶青藓水提液浓度与叶绿素含量的相关性分析

3 结论与讨论

3.1 结 论

卵叶青藓配子体水提液对玉米种子发芽率有较大影响，且总体趋势表现为提取液浓度愈高，对其种子萌发率影响愈大，处理组玉米种子萌发率显著低于对照组(plt;0.05)，且组间也具有一定的差异性；卵叶青藓水提液各浓度处理对玉米种子萌发影响(促进或抑制作用)未表现出如通常化感作用所具有的低促高抑规律，而是单一的抑制作用。

卵叶青藓水提液对玉米幼苗生长有较为明显的影响，突出表现在对苗高与根长的抑制方面。随着水提液浓度的增高，玉米幼苗根长逐渐变小，在80 mg/mL处理下达到最小，且与对照间差异显著(plt;0.05)；对玉米幼苗根部发育状况有较强的影响，即随着水提液浓度的提高，生根数目逐步减少，直至浓度为80 mg/mL时达到最少。在卵叶青藓水提液处理下，玉米幼苗鲜重及干重均随着提取液浓度的升高而减小，尤其是幼苗干重，在提取液浓度达到40 mg/mL时达到最小。

本实验中，随卵叶青藓提取液浓度不断增高，玉米幼苗叶片总叶绿素含量和叶绿素a含量逐步下降，均在80 mg/mL时达到最低，而叶绿素b在5 mg/mL时反而略高于对照组，在10 mg/mL时达到最低。另外，通过对水提液浓度与叶绿素含量间进行相关性分析，结果表明，玉米幼苗叶片总叶绿素含量和叶绿素a含量对提取液浓度变化更为敏感。

3.2 讨 论

植物化感作用(Allelopathy)，又称为植物他感作用(也称作植物克生作用)，通常指(供体)植物通过产生特定的化学物质释放到外界环境中，并通过一定的化学作用表现出对邻近的其他植物(受体)，以及自身的生长产生特定影响的现象[13-15]，这种影响作用包括促进和抑制2个方面。化感作用广泛存在于自然生态系统中，并且受到越来越多的关注。基于化感效应原理所开展的针对植物-植物间相互作用的研究，也日益受到国内外学者的重视。本研究所用供体材料为黄河三角洲地区广泛分布的苔藓物种——卵叶青藓，该物种在我国中医药典籍中无药用记载，但作为青藓科青藓属代表物种之一，可作为研究材料用以阐明苔藓植物化感潜能及其作用机制。

作为高等植物中的最原始类群, 苔藓植物广泛分布于世界各地, 因其具有特殊的生物学和生态学特性，使苔藓植物对外界环境尤其是不良环境的适应性远强于维管植物。国内有关苔藓植物化感作用的研究，相较于国外而言仍处于起步阶段，还需广大科学工作者共同努力开展系统深入地研究，才有望在此领域实现较大突破。

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Research on the Effects of the Extraction ofBrachytheciumrutabulumon Maize Seed Germination and Seedling Growth

LIUJunhuaa,LIYuxib,LIMinb
(a.Shandong Provincial Key Laboratory of Eco-Environmental Science for Yellow River Delta;b.School of Bioengineering,Binzhou University,Binzhou Shandong 256603,China)

In order to investigate the allelopathic effects and action mechanism of the moss speciesBrachytheciumrutabulum,the effects ofB.rutabulumgametophyte aqueous extracts on seeds germination,seedlings growth of Mayze were studied.The results showed that the aqueous extracts ofB.rutabulumhad strongly effects on the germination of Mayze seeds,and the inhibitory levels increased with the concentrations increasing of aqueous extract.There was significant differences in germination rates of Mayze seeds among the treatment groups and controled group (plt;0.05),and the inhibition effects were obvious both on seedling hight and on root length of Maize.The roots length had been inhibited by the aqueous extract ofB.rutabulum,and roots length reached the least level at the concentration of 80 mg/mL,and the same changing trends had been also found at the aspect of inhibited effects on root numbers of Mayze.Further more,the seedlings biomass of Mayze,including fresh weight and dry weight,decreasing with the aqueous extract concentration increased,and had been inhibited strongly at the extracts concentration of 40 mg/mL and 80 mg/mL.The chlorophyll content of Maize leaves decreased gradually with the increasing of aqueous extract concentration,and the contents of chlorophyll a and chlorophyll b reached the least level seperately at the concentration of 80 mg/mL and 10 mg/mL.Based on above analysises,the aqueous extract of B. rutabulum had certainly allelopathic potential effects on other vascular plants.

Allelopathy; Aqueous extract; Seed germination; Seedling growth;Brachytheciumrutabulum

2016-12-28

滨州市科技发展计划项目(2014 ZC 0309)；山东省高等学校科技计划项目(J 08 LD 51)；滨州学院科研基金项目(BZXYL 1503)；滨州学院国家级大学生创新训练计划项目(201610449053)资助。

刘俊华(1980—)，男，山东高唐人；硕士，讲师，主要从事植物生态学研究；E-mail:iujh1980@126.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.05.015

Q 948.12； S 513

A

1001-4705(2017)05-0015-05