间甲酚对草地早熟禾和高羊茅的化感作用研究
2018-06-13谭照麒王晓英
田 凯，谭照麒，王晓英
（1. 唐山市丰润区行政审批局 投资项目科，河北 唐山 064000；2. 河北农业大学 园艺学院，河北 保定 071001；3. 唐山师范学院 生命科学系，河北 唐山 063000）
化感作用是指所有类型植物（含微生物）之间生物化学物质的相互作用[1]。现在有人把化感作用称之为植物的相生相克作用[2]。化感作用中起作用的物质是化感物质，它是生物体内产生的非营养性物质，能够影响其他植物生长、健康、行为或群体关系，主要是植物质[1]。也有人认为化感物质应指植物所产生的，影响其他生物生长、行为和种群生物学的化学物质[3]。
前期研究结果表明紫花地丁对常见的禾本科草坪草—草地早熟禾（Poa annua L.）和高羊茅（Festuca arundinacea Schreb.）存在化感抑制效应，并在其水浸提液中鉴定出间甲酚[4]。间甲酚已被证实对小麦和蚕豆具有化感作用[5,6]。本文目的在于通过间甲酚处理对草地早熟禾和高羊茅种子发芽、幼苗生长及生理指标的影响，来证明间甲酚对草地早熟禾和高羊茅起化感作用。
1 材料与方法
1.1 试验材料
高羊茅种子为“猎狗 5号”，草地早熟禾种子为“午夜2号”，购自克劳沃公司。
1.2 试验设计
试验设置4个浓度梯度，分别为1 µL·L-1，10 µL·L-1，100 µL·L-1，1000 µL·L-1，用蒸馏水做对照。
草地早熟禾和高羊茅种子用0.3% KMnO4溶液消毒10 min，蒸馏水冲洗2-3次，40 ℃恒温水浴催芽30 min，晾干备用。
将待测种子50粒放入铺有滤纸的培养皿中，加入3 mL不同浓度的间甲酚溶液，用蒸馏水处理做对照，每个处理设置3次重复，每天适当添加处理液，保持滤纸湿润。
1.3 指标测定
1.3.1 草地早熟禾和高羊茅种子发芽指标测定方法和计算
从种子露白开始每隔 24 h记录萌发的种子数，连续记录7 d，然后计算发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数。IR＜0表示抑制，IR＞0表示促进。
隶属函数值计算公式：
式中Xi为测定的指标值，Xmin、Xmax为所有参试材料某一指标的最小值和最大值。
1.3.2 草地早熟禾和高羊茅幼苗生长参数测定方法
种子发芽7 d后，挑选10株健壮苗，吸干植株表面水分，直尺测定幼苗根长和苗高，电子天平称量整株鲜重。
1.3.3 草地早熟禾和高羊茅幼苗生理指标测定方法
采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛（MDA）含量。参照王霄的方法测定可溶性蛋白含量[7]。参照植物生理学实验指导（第四版）测定可溶性糖含量[8]。
1.4 数据处理
用Excel2007进行数据处理，SPSS19.0进行多重比较分析，文中数据均以“均值±标准误差”表示。
2 结果与分析
2.1 间甲酚对高羊茅种子萌发、幼苗生长及生理指标的影响
2.1.1 间甲酚对高羊茅种子萌发和幼苗生长的影响
表1 不同浓度间甲酚对高羊茅种子萌发的影响
从表1可以看出，10.0 µL·L-1间甲酚处理对高羊茅种子萌发指标促进作用不显著，1.0 µL·L-1和100.0 µL·L-1间甲酚处理对高羊茅种子萌发指标抑制作用不显著，浓度达到1000.0 µL·L-1的间甲酚处理组的种子发芽率为0。这说明，高羊茅种子萌发对间甲酚处理反应迟钝。
从表 2可以看出，间甲酚处理对高羊茅根长和单株鲜重表现出“低促高抑”的作用；对苗高表现出抑制作用。各浓度间甲酚处理下，仅100 µL·L-1和 1000 µL·L-1处理组的幼苗高和单株鲜重与对照组相比，显著降低（P＜0.05），其余浓度下各指标与对照差异不显著。
表2 不同浓度间甲酚对高羊茅幼苗根长、苗高和单株鲜重的影响
2.1.2 间甲酚对高羊茅幼苗生理指标的影响
从表3可以看出，间甲酚处理使得高羊茅幼苗体内MDA含量升高，但与对照组差异不显著。低浓度间甲酚处理对高羊茅幼苗可溶性蛋白含量表现出抑制作用，高浓度（100 µL·L-1）处理则表现出促进作用。间甲酚处理对高羊茅幼苗可溶性糖含量表现出抑制作用。
表3 不同浓度间甲酚对高羊茅幼苗生理指标的影响
2.2 间甲酚对草地早熟禾种子萌发，幼苗生长及生理指标的影响
2.2.1 间甲酚对草地早熟禾种子萌发和幼苗生长的影响
表4 不同浓度间甲酚对草地早熟禾种子萌发的影响
表5 不同浓度间甲酚对草地早熟禾幼苗根长、苗高和单株鲜重的影响
种子萌发和幼苗生长是化感作用影响的主要方式。表4是不同浓度间甲酚对草地早熟禾种子萌发的影响，表5是不同浓度间甲酚对草地早熟禾幼苗根长、苗高和单株鲜重的影响。
从表4可以看出，不同浓度间甲酚处理对草地早熟禾种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数都表现出抑制作用，且具有浓度效应。
从表5可以看出，不同浓度间甲酚处理对草地早熟禾幼苗根长、苗高和单株鲜重表现出“低促高抑”的作用。间甲酚处理组的幼苗根长与对照组差异均显著（P＜0.05）。
浓度为 10 µL·L-1处理组的幼苗高与对照组差异显著（P＜0.05）。间甲酚浓度为 10 µL·L-1时，处理组的幼苗单株鲜重与对照组差异不显著，1 µL·L-1处理组的幼苗单株鲜重与对照组差异显著（P＜0.05）。
2.2.2 间甲酚对草地早熟禾幼苗生理指标的影响
表6 不同浓度间甲酚对草地早熟禾幼苗生理指标的影响
从表6可以看出，间甲酚处理使得草地早熟禾体内 MDA含量升高，与对照差异显著（P＜0.05）；对草地早熟禾幼苗可溶性蛋白含量和可溶性糖含量表现出抑制作用，且与对照差异性显著（P＜0.05）。
2.3 间甲酚对草地早熟禾和高羊茅影响的综合评价
2.3.1 间甲酚对草地早熟禾和高羊茅影响的综合效应
选取草地早熟禾和高羊茅种子发芽指标和生长指标进行综合效应分析，结果见表7。
从表7可以看出，间甲酚处理对草地早熟禾和高羊茅种子萌发及幼苗生长均有明显抑制作用，且间甲酚对草地早熟禾的抑制作用要大于高羊茅。
表7 间甲酚对草地早熟禾和高羊茅的综合效应
2.3.2 间甲酚对草地早熟禾和高羊茅影响的隶属函数分析
表8 间甲酚作用下草地早熟禾和高羊茅隶属函数值
选取草地早熟禾和高羊茅种子4个发芽指标和3个生长指标进行隶属函数分析，计算隶属函数值，结果列于表8。
从表8可以看出，高羊茅发芽生长等7个指标的隶属函数平均值先增大后减小，说明间甲酚溶液对高羊茅种子萌发和幼苗生长具有“低促高抑”的作用；草地早熟禾发芽、生长等7个指标的隶属函数平均值呈减小趋势，说明不同浓度间甲酚对草地早熟禾种子萌发、幼苗生长具有抑制作用，且具有浓度效应。
3 讨论
化感作用通过化感物质影响种子是否萌发和幼苗是否健壮，进而影响幼苗生长[9]。本文试验结果表明低浓度间甲酚处理对高羊茅种子萌发和幼苗生长具有促进作用，高浓度处理则有抑制作用；间甲酚处理对草地早熟禾具有抑制作用。化感作用对受体植株一般表现为抑制作用或“低促高抑”。本文试验证明间甲酚对草地早熟禾和高羊茅种子萌发、幼苗生长的影响符合化感作用的方式，说明间甲酚是紫花地丁水浸提液中对草地早熟禾和高羊茅起化感作用的主要物质。
在逆境中，植物可溶性蛋白降解为氨基酸，所以可溶性蛋白含量会降低。本文试验结果表明，间甲酚处理下草地早熟禾和高羊茅可溶性蛋白含量降低，原因可能是间甲酚处理下，草地早熟禾和高羊茅幼苗体内水解作用变强，使可溶性蛋白降解为氨基酸，所以可溶性蛋白含量降低。
柴强的研究表明间甲酚对间作作物生物产量的影响表现出低促高抑的趋势，控制好浓度能提高经济产量[5]。与柴强的研究比较，本文试验采用的不是土培法，并且本文试验间甲酚浓度跨度大，所以应在今后的研究中逐渐缩小间甲酚浓度，找出间甲酚促进和抑制的临界浓度。
4 结论
间甲酚处理对草地早熟禾和高羊茅种子发芽率都表现出抑制作用，抑制率分别为-18.88%～-100.00%和-100.00%～2.17%，对幼苗生长指标表现为“低促高抑”的作用。间甲酚对草地早熟禾和高羊茅发芽指标的综合效应抑制率分别为-65.02%和-23.92%，间甲酚对草地早熟禾和高羊茅生长指标的综合效应抑制率分别为-49.00%和-27.40%。间甲酚处理打破了草地早熟禾和高羊茅幼苗体内的保护酶系统平衡，膜脂过氧化程度加剧，幼苗体内MDA含量升高，可溶性蛋白和糖含量降低，幼苗抵抗性下降。隶属函数分析表明间甲酚对草地早熟禾和高羊茅种子萌发、幼苗生长和生理指标的影响符合化感作用的方式，说明紫花地丁水浸提液中的间甲酚对草地早熟禾和高羊茅起化感作用。
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