甜高粱浸提液对牧草种子萌发和幼苗的化感作用

蔡观容，陈桂华

（湖南农业大学农学院，长沙410128）

化感作用（Allelopthy）又称为异株克生或相生相克，指在植物体内合成由根系释放到环境中的化学物质引起的相互作用［1，2］，是一种与植物间生存竞争和生长发育密切相关的化学防御机制［3］。在农业生产活动中化感作用的应用是极为广泛的，不管是何种种植方式，都需要考虑化感作用的影响［4］。葛婷婷等的研究表明，高粱（Sorghum bicolor）水浸提液对小麦根长和苗高、CAT/POD/SOD活性均有抑制作用，而对小麦中丙二醛含量有促进作用，影响植株的正常生长，使小麦产量下降［5］。一定浓度的白三叶（Trifolium repens）根系分泌物可以引起高羊茅（Festuca arundinacea）中 CAT/SOD/POD活性升高，以抵御不良环境的侵扰［6］。植物的自毒作用在农业生产中广泛存在，自毒物质的积累致使病害蔓延，从而导致植物连作障碍［7］。有研究表明大豆（Glycine max）存在自毒作用，连作会造成减产［8，9］。紫花苜蓿（Medicago sativa）也存在自毒作用［10］，其水浸提液还能显著抑制多花黑麦草（Lolium multiflorum）的种子萌发和幼苗生长［11］。

甜高粱（Sorghum dochna）又称糖高粱，是普通粒用高粱的一个变种［12］。不仅是优良的饲草作物，其渣可做乙醇发酵的原料［13］，也可作青饲料或青贮饲料［14］，还是我国最具潜力的能源作物之一［15～18］。因此，甜高粱具有“三元作物”的美称。

本试验研究了甜高粱浸提液对白三叶、拉巴豆、甜高粱和籽粒苋这4种牧草种子的发芽及幼苗生长的影响，以为确定甜高粱的最佳间作套种牧草类型，提高牧草的产量和质量提供参考。

1 材料及方法

1.1 试验材料

甜高粱植株于2017年7月采于湖南农业大学耘园基地。

受体植物籽粒苋（Amaranthus hypochondriacus）、白三叶（Trifolium repens）、拉巴豆（Lablab purpureus）、甜高粱的种子购于湖南省佳牛牧业公司。

1.2 不同浓度浸提液的制备

将采集回的甜高粱植株用自来水清洗干净，茎叶（地上部）和根（地下部）分开剪成小段，于室内通风处自然晾干，置于烘箱65℃烘干至恒重，用粉碎机碎粉，分别用蒸馏水浸提24 h，期间用玻璃棒搅拌数次，纱布过滤收集浸提液。量取适量的甜高粱水提取物，用蒸馏水配制成质量分数为40、20、10、5 g/L 4种浓度的浸提液溶液，4℃保存备用。

1.3 幼苗培养及处理

选取种皮完整、粒圆饱满的牧草种子，用清水漂洗，再放入0.3%的高锰酸钾溶液中消毒，然后用蒸馏水冲洗备用。选用直径12 cm×12 cm的发芽盒，内铺两层滤纸，每盒均匀地放入4种牧草种子，其中籽粒苋和白三叶处理每盒中放入100粒、拉巴豆处理每盒中放10粒、甜高粱处理每盒中放30粒种子，分别加入10 mL不同浓度的甜高粱浸提液，对照组加入10 mL蒸馏水，每处理重复3次，置25℃光照培养箱培养。每天观察发芽情况，并及时补充蒸馏水，使滤纸始终保持湿润，定期观察，直至牧草种子发芽数不再变化为止。

1.4 观测指标及方法

发芽率、发芽势、苗高和根长用常规方法测定。

叶绿素含量、POD/SOD/CAT3种酶活性、丙二醛含量的测定均参照文献［19］。采用SPSS数据处理系统对结果进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度甜高粱浸提液对牧草种子发芽势和发芽率的影响

由表1可知，在供试浓度范围内，不同浓度的甜高粱浸提液对白三叶和籽粒苋种子发芽势均有不同程度的抑制效果，且随浓度的增大抑制效果增强。其中地下部40 g/L浸提液处理下白三叶和籽粒苋种子的发芽抑制率分别为51.11%、70.79%；不同浓度的甜高粱地下部浸提液对拉巴豆的发芽势无显著影响，而地上部40 g/L浸提液对拉巴豆种子萌发具有显著抑制作用；不同浓度的甜高粱浸提液对甜高粱种子萌发无显著影响。

由表2可知，在供试浓度范围内，40 g/L的甜高粱地下部浸提液对白三叶种子的发芽率具有明显的抑制作用；40 g/L的地下部和地上部浸提液对籽粒苋种子的发芽率均具有明显的抑制作用；其他浓度的不同部位的甜高粱浸提液对供试4种牧草发芽率无显著影响。

表1 不同浓度甜高粱浸提液处理的4种牧草种子发芽势（%）Table 1 Effects of different concentrations of S.dochna extract on germ ination potential of four kinds of forage seeds

表2 不同浓度甜高粱浸提液处理的4种牧草种子发芽率（%）Table 2 Effects of different concentrations of S.dochna extract on germ ination rate of four kinds of forage seeds

2.2 不同浓度甜高粱浸提液对牧草幼苗根长和苗高的影响

由表3可知，在供试浓度范围内，不同浓度的甜高粱浸提液对白三叶根长有明显的抑制作用。地下部浸提液浓度越高抑制效果越明显，其中地下部40 g/L浸提液处理下白三叶根长为0.69 cm，抑制率为70.00%；40 g/L地上部甜高粱浸提液对甜高粱根长有显著促进作用；地下部40 g/L和20 g/L及地上部40 g/L甜高粱浸提液对籽粒苋根长有明显的促进作用；供试浓度甜高粱浸提液对拉巴豆根长无显著影响。

由表4可知，在供试浓度范围内，不同浓度的甜高粱浸提液对其他3种牧草的苗高均有明显的促进作用，其中40 g/L地上部浸提液处理对白三叶、拉巴豆的苗高促进作用最显著，供试浓度的甜高粱浸提液对甜高粱的苗高无显著影响。

表3 不同浓度甜高粱浸提液处理的4种牧草幼苗根长（cm）Table 3 Effects of different concentrations of S.dochna extract on root length of four kinds of forage seedlings

表4 不同浓度甜高粱浸提液处理的4种牧草幼苗苗高（cm）Table 4 Effects of different concentrations of S.dochna extract on seed ling height of four kinds of forage seed lings

2.3 不同浓度甜高粱浸提液对牧草幼苗中叶绿素含量的影响

由表5可知，在供试浓度范围内，不同浓度的甜高粱浸提液对白三叶叶绿素a含量有显著抑制作用，浓度越高，抑制作用越强，其中地下部40 g/L甜高粱浸提液处理下白三叶叶绿素a含量的抑制作用最强；不同浓度的甜高粱浸提液对拉巴豆和籽粒苋叶绿素a含量有显著促进作用，对拉巴豆的影响随浓度升高而增强，对籽粒苋的影响随浓度升高先增强而后减弱；不同浓度的甜高粱浸提液对甜高粱叶绿素a含量有显著影响，其作用不呈规律性变化。

由表6可知，在供试浓度范围内，不同浓度的甜高粱浸提液对白三叶中叶绿素b含量有显著抑制作用，对拉巴豆中叶绿素b含量有明显的促进作用，浓度越高，促进作用越强；地下部5 g/L和地上部40 g/L甜高粱浸提液对甜高粱叶绿素b含量有明显的促进作用，地下部和地上部10 g/L及20 g/L甜高粱浸提液对籽粒苋中叶绿素b含量有明显的促进作用，其他浓度的甜高粱浸提液对这两种牧草幼苗的叶绿素b含量无明显影响。

表5 不同浓度甜高粱浸提液处理的4种牧草幼苗中叶绿素a含量（%）Table 5 Effects of different concentrations of S.dochna extract on chlorophyll a content in four kinds of forage seed lings

表6 不同浓度甜高粱浸提液处理的4种牧草幼苗中叶绿素b含量（%）Table 6 Effects of different concentrations of S.dochna extract on chlorophyll b content in four kinds of forage seedlings

2.4 不同浓度甜高粱浸提液对牧草幼苗中POD/SOD/CAT活性的影响

由表7可知，地下部5 g/L和地上部20 g/L浓度的甜高粱浸提液对白三叶SOD活性有显著抑制作用；不同浓度的供试甜高粱浸提液对甜高粱SOD活性有明显的抑制作用，且随浓度升高抑制作用增强，其中地下部40 g/L浸提液处理下抑制率达到69.85%；对拉巴豆和籽粒苋幼苗SOD活性无显著影响。

表7 不同浓度甜高粱浸提液处理的4种牧草幼苗中SOD活性（U/g·FW）Table 7 Effects of different concentrations of S.dochna extract on SOD activity in four kinds of forage seedlings

由表8可知，在供试浓度范围内，不同浓度的甜高粱浸提液对白三叶POD活性有明显抑制作用。地上部5、10 g/L和地下部5 g/L浓度的甜高粱浸提液对拉巴豆POD活性有显著影响；不同浓度的甜高粱浸提液对甜高粱POD活性有明显抑制作用，浓度越高抑制作用越强；不同浓度甜高粱浸提液对籽粒苋POD活性呈现低促高抑的现象。

表8 不同浓度甜高粱浸提液处理的4种牧草幼苗中POD活性（U/g·m in）Table 8 Effects of different concentrations of S.dochna extract on POD activity of in four kinds of forage Seed ling

表9 不同浓度甜高粱浸提液处理的4种牧草幼苗中CAT活性（U/g·m in）Table 9 Effects of different concentrations of S.dochna extract on the activity of CAT in four kinds of forage seedlings

由表9可知，地上部20 g/L甜高粱浸提液对白三叶CAT活性有显著抑制作用，地上部40 g/L甜高粱浸提液对拉巴豆CAT活性有显著促进作用，其他不同部位的不同浓度浸提液对这两种牧草CAT活性无明显影响；地下部10 g/L、地上部10、20、40 g/L这4种浓度的甜高粱浸提液对甜高粱CAT有显著抑制作用，其他供试浓度浸提液对甜高粱CAT活性无明显作用；在供试浓度范围内，不同浓度的不同部位的甜高粱浸提液对籽粒苋CAT活性无显著影响。

2.5 不同浓度甜高粱浸提液对牧草幼苗中丙二醛含量的影响

由表10可知，供试不同浓度的甜高粱浸提液对拉巴豆幼苗中丙二醛含量升高有显著促进作用，且随浓度升高促进效果越强；地下部10 g/L甜高粱浸提液对白三叶中丙二醛含量有明显抑制作用；供试不同部位不同浓度甜高粱浸提液对甜高粱和籽粒苋幼苗中丙二醛含量无显著影响。

表10 不同浓度甜高粱浸提液处理的4种牧草幼苗中丙二醛含量（mol/g·FW）Table 10 Effects of different concentrations of S.dochna extract on malondialdehyde content in four kinds of forage seed lings

3 结论

本研究结果表明，甜高粱浸提液对4种牧草幼苗的根长和苗高有显著影响：在供试浓度范围内，甜高粱浸提液对白三叶、籽粒苋和拉巴豆的苗高有显著促进作用，对自身苗高无显著影响，而对白三叶根长有显著抑制作用，对自身和籽粒苋的根长有显著促进作用。甜高粱浸提液对白三叶中叶绿素有显著抑制作用，对拉巴豆中叶绿素有显著促进作用，均随浓度升高而增强；对籽粒苋中叶绿素含量有明显的促进作用，甜高粱浸提液对自身叶绿素b含量有显著促进影响。甜高粱浸提液处理可降低白三叶和甜高粱幼苗中的酶活性，低浓度甜高粱浸提液对拉巴豆POD活性有显著影响，地上部40 g/L浓度的甜高粱浸提液对拉巴豆CAT活性有显著促进作用；低浓度甜高粱浸提液对籽粒苋幼苗中POD活性呈现低促高抑的现象。甜高粱浸提液处理的拉巴豆幼苗中丙二醛含量升高，地下部10 g/L浓度甜高粱浸提液处理的白三叶幼苗中丙二醛含量降低，对自身和籽粒苋则无显著影响。

综上所述，甜高粱地上部和地下部浸提液对拉巴豆和籽粒苋有明显的化感促进作用，因此可与这两种牧草间套种或轮作来提高牧草的产量；甜高粱地上部和地下部浸提液对白三叶表现明显的抑制作用，因此不宜与白三叶套种或混播；甜高粱地上部和地下部浸提液对自身有一定的自毒作用，因而不宜连作。