苔藓水提液对玉米和小麦种子萌发的化感效应

朱亚利，饶本强*，余亚军，谢阳阳，刘 冰，薛 慧，赵潘玉

(1.信阳师范学院a.生命科学学院; b.大别山农业生物资源保护与利用研究院，河南 信阳 464000；2.信阳市林业工作站，河南 信阳 464000)

0 引言

苔藓植物属于低等的高等植物，无花，无种子，以孢子繁殖.全世界约有23 000种，能作为监测空气污染程度的指示植物.在植物界的演化进程中，苔藓植物代表着从水生逐渐过渡到陆生的类型.多种苔藓植物能产生特别丰富的次生代谢产物，从苔藓植物中已经分离到的次生代谢产物主要有萜类、甾醇、芳香族化合物及脂类等.而在其他的高等植物中广泛存在的生物碱，苔藓植物几乎完全缺乏[1].苔藓植物体中不同的次生代谢产物有着不同的生理活性，但是其水提液对植物种子的作用鲜有报道.Haneck和Meinwnger[2]报道了81种苔藓植物水提液对独行菜(Lepidiumsalivum)种子的影响，实验结果证实了81种苔藓水提液对独行菜种子具有不同的作用，有些种类能促进独行菜茎的生长，如叶藓(Distichiumcapillaceaum)、地钱(Marchantiapolymorpha).有些种类促进独行菜根的生长，如灰藓(Hypnumcupressiforme)，蛇苔(Conocephalumconicum).而有些种类却抑制独行菜根和茎的生长，如大咢苔(Cephaloziabicuspidata).邓云峰[3]等发现美灰藓(Eurohypnumleptothallum)不同浓度的提取液对玉米种子萌发无明显影响，对小麦种子有一定的促进作用，而真藓(Bryumargenteum)则是对玉米有抑制作用，对小麦种子无明显作用.本实验以玉米和小麦种子作为被试材料，测试小金发藓(Pogonatumaloides)和仙鹤藓(Atrichumundulatum)不同浓度提取液对其种子萌发的化感作用.

1 材料与方法

1.1 材料

小金发藓和仙鹤藓均采自信阳南湾湖风景区背阴面的山坡上.玉米种子为纬玉5号，来自于河南嘉禾种子有限公司.小麦种子为豫农98，来自于河南省南海种子有限公司.

1.2 实验方法

将野外采集的新鲜苔藓配子体用自来水冲洗干净，除去夹杂在中间的杂藓及杂质，再用蒸馏水清洗3遍.放入烘干箱于40 ℃烘干，取出研磨成粉末.称取5 g干燥的苔藓材料，并将其置于加有200 mL的双蒸水的500 mL的容量瓶中，用封口膜封口，70 ℃恒温水浴浸提6 h，用压力泵抽滤，过滤，制成最终质量浓度为25 g/L的原水提液.将两种苔藓植物的原水提液稀释为质量浓度25、15、10、5 g/L等4种苔藓提取液.

1.2.1 种子预处理

挑选籽粒饱满，大小均匀的玉米和小麦种子各720粒，先用流水冲洗30 min，再用蒸馏水洗3次，用蒸馏水浸泡12 h，最后用体积分数为0.1%的HgCl2消毒7 min，用无菌水冲洗3～4次，每次1 min.

1.2.2 种子萌发

在每个培养皿(15 cm)内放入2层滤纸，121 ℃高压灭菌20 min后加入10 mL不同质量浓度的苔藓提取液，以双蒸水作为对照，每个浓度3个重复，每个培养皿中，放入20粒种子，加入10 mL提取液，为了防止提取液的挥发和被污染，用封口膜将培养皿封口.培养条件为22 ℃，光照周期为14 h光照，10 h黑暗.每天固定时间段统计玉米和小麦种子的发芽粒数，以胚根长大于等于种子的直径视为已发芽种子，以连续2 d种子的发芽数不再增加视为萌发结束.萌发实验结束后，随机取10粒已萌发的种子，称量玉米和小麦种子芽根鲜质理与干质量，测量胚根长、胚芽长、不定根根数.

1.2.3 数据统计与分析

采用Excel2016对实验图表进行处理，用Spass17.0统计软件进行数据处理与分析，同时采用单因素方差分析(one-way ANOVA)和LSD多重比较检验各处理组间的差异显著水平.

2 结果和分析

2.1 苔藓提取液对玉米种子萌发率的影响

图1为小金发鲜和仙鹤藓不同质量浓度提取液处理玉米种子的萌发率.5 g/L的小金发藓提取液对玉米种子的萌发有促进作用，其他浓度均有一定的抑制作用，与对照组相比，差异并不显著(p>0.05),说明该苔藓提取液不同浓度处理对玉米种子萌发不会产生明显的影响.仙鹤藓提取液不同浓度处理对玉米种子的萌发均有促进作用，其中10 g/L和5 g/L对玉米种子的萌发作用最强.

图1 小金发鲜和仙鹤藓不同浓度提取液处理玉米种子的萌发率Fig. 1 The germination rate of maize seeds treatedwith different water extract from the Pogonatum aloidesand the Atrichum undulatum.

2.2 苔藓提取液对玉米种子幼苗生长指标的影响

表1为小金发藓提取液对玉米种子各生长指标的影响.不同质量浓度小金发藓提取液处理间玉米幼苗根长和不定根数等指标存在显著性差异(p<0.05).而对其他生长指标的作用不显著(p>0.05).除浓度为5 g/L外，其他各处理对玉米幼苗的根长具有明显的抑制作用，当提取液质量浓度为15 g/L时，对玉米幼苗根长的抑制作用最强，且与对照组相比都存在显著性差异；各浓度处理对玉米幼苗不定根数的增加均有促进作用，分别为对照组的1.39、2.91、1.58和1.04倍，其中，提取液质量浓度为15 g/L时，对玉米幼苗不定根数增加促进作用最强，且与对照组相比存在显著性差异.

表2为仙鹤藓提取液对玉米种子各生长指标的影响.不同质量浓度仙鹤藓提取液对根鲜质量、根干质量、根长、芽长的作用存在显著性差异(p<0.05)；而对玉米幼苗生长的其他各项指标不存在显著性差异(p>0.05).浓度为5 g/L时，对玉米幼苗各项生长指标均有促进作用.浓度为15 g/L时，对玉米幼苗芽长有显著的促进作用，为对照组的1.47倍，且与对照组相比存在显著性差异.

表1 小金发藓对玉米种子各生长指标的影响Tab. 1 The effect of the Pogonatum aloides on the growth indexes of maize seeds

表2 仙鹤藓对玉米种子各生长指标的影响Tab. 2 The effect of the Atrichum undulatum on the growth indexes of maize seeds

2.3 苔藓提取液对小麦种子萌发率的影响

图2为小金发鲜和仙鹤藓不同质量浓度提取液处理小麦种子的萌发率.质量浓度为25 g/L和10 g/L小金发藓提取液对小麦种子萌发有抑制作用，且浓度为25 g/L时对小麦种子萌发抑制作用最明显；质量浓度为5 g/L时对小麦种子萌发有促进作用，为对照组的1.21倍.仙鹤藓水提液不同质量浓度对小麦种子萌发的作用与对照组相比差异不显著(p<0.05)，然而，浓度为15 g/L时与浓度为5 g/L时相比差异显著(p>0.05)，且浓度为5 g/L时是浓度为15g/L时的1.2倍.

图2 小金发鲜和仙鹤藓不同浓度提取液处理小麦种子的萌发率Fig. 2 The germination rate of wheat seeds treated withdifferent water extract from the Pogonatum aloidesandthe Atrichum undulatum.

2.4 苔藓提取液对小麦种子幼苗生长指标的影响

不同质量浓度小金发藓对小麦幼苗的各项生长指标都具有显著的促进或抑制作用(p<0.05)，对小麦幼苗不定根数的增加均有促进作用，特别是质量浓度为25 g/L时作用效果最强，与对照组存在显著性差异(p<0.05)，为对照组的1.36倍；然而对小麦根长均有抑制作用，浓度为25 g/L时抑制作用最强；质量浓度为15 g/L时，对小麦的根鲜质量、根干质量、芽鲜质量、根长和芽长都有明显的抑制作用.

不同质量浓度仙鹤藓对小麦幼苗根鲜质量、根干质量、不定根数等指标存在显著性差异(p<0.05)；而对其他各项指标的作用差异不显著(p>0.05).对小麦幼苗不定根数均有促进作用，其中15 g/L是促进作用最强，为对照组的1.26倍，且与对照组相比存在显著性差异.而浓度为15 g/L时，除对不定根数有促进作用外，对小麦幼苗其他各生长指标也均有明显的促进作用；浓度为25 g/L和10 g/L时，对根鲜质量有较强的抑制作用，且与对照组相比均存在显著性差异.

表3 小金发藓对小麦种子各生长指标的影响Tab. 3 The effect of the Pogonatum aloides on the growth indexes of wheat seeds

表4 仙鹤藓对小麦种子各生长指标的影响Tab. 4 The effect of the Atrichum undulatum on the growth indexes of wheat seeds

3 讨论

植物化感作用(Allelopathy),同时又被叫作植物他感作用(也有人称为植物克生作用)，一般来说是指(供体)植物通过产生特种成分的化合物释放到周围环境中，并通过一定的化学作用表现出对周边的其他受体植物,和自身的生长发育产生特定影响的现象[4]，这种影响作用既有促进又有抑制.化感作用在自然生态系统中广泛存在，而且吸引了越来越多的专家学者的目光.在此背景之下，展开了大量植物-植物间相互作用的研究[5].

不同质量浓度小金发藓水提液对玉米种子和小麦种子的萌发和胚根的生长均出现了低浓度促进高浓度抑制的现象，和陈圆圆[6]用绿豆、油菜、萝卜种子为材料，测定了大金发藓和小蛇苔三种不同浓度提取液对这三种种子的作用及张莉娜等[7]实验疏网美喙藓(Eurhynchiumlaxirete)、薄壁卷柏藓(Racopilumcuspidigerum)、毛枝雀尾藓(Hypopterygiumtrichocladon)和海岛花叶藓(Calymperestaitense)的配子体提取液的不同浓度处理对黄瓜种子萌发的“低促高抑”现象相同，这可能因为藓类植物的某些化感物质影响了受试植物体内激素自身或参与代谢平衡，也可能因为藓类植物体内可能含有某种内源激素释放到提取液中从而起到生长调节作用；而且实验发现随着小金发藓的浓度的不断增高不定根数也不断增加，这可能由于主胚根浓度明显减小，从而在一定程度上促进了不定根数量的增加.不同浓度仙鹤藓水提液对玉米种子萌发及根鲜质量、根干质量、根长、芽长等指标均表现出促进作用，对小麦种子萌发浓度为15 g/L时具有抑制作用，而对于根藓重、根干重、不定根数15 g/L浓度时促进作用最强，出现这种结果可能是藓类植物体内含有某种激素释放到提取液中从而起到生长调节作用，而且小麦对该激素与玉米相比比较敏感15g/L时即达到其最适浓度.而且，某些植物种子萌发率不高的一个重要原因可能是由于自身含有脱落酸、脱水醋酸、香豆素,或生物碱在内的萌发抑制物质.此外，因为苔藓植物次生代谢物质种类和含量还与植物体雌雄株有关，本文中的仙鹤藓属于雌雄同株，而小金发藓则是雌雄异株，这可能是两种藓对玉米及小麦的影响不同的原因之一[8].

我国苔藓植物资源丰富，同时，多种种类都能产生丰富的次生代谢物质，且常具有较强的生物活性.苔藓提取液用于抗真菌的商品已经在市场上销售，用于动物真菌感染.而且在我国民间许多药用苔藓早已用于治疗人类疾病，在云南和四川等地一些苔藓仍作为中草药在民间使用.我国对苔藓次生代谢物鲜有研究，其潜在应用价值应引起药物化学、植物化学等相关领域学者的充分重视，加速这类资源的应用.玉米和小麦是主要的粮食作物，研究多集中在种质资源遗传育种、基因组学研究等方面[9].不同国家小麦种质资源遗传多样性研究.而苔藓水提液对种子萌发作用的研究较少，而且其作用机理有待进一步研究.