小麦秸秆水浸液对丹参和连翘的化感作用

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)

化感作用由澳大利亚植物生理学家HANS MLISCH提出，RICE进一步将植物化感作用定义为植物(含微生物)释放到环境中的化学物质对其他植物或植物本身产生直接或间接的有利或有害作用[1]。植物的自毒作用是指某些植物可以通过植物淋溶、根系分泌物和植株腐解等途径释放一些物质对正茬或下茬同种或同科植物的生长产生抑制作用[2]。化感物质通过影响植物防御结构根边缘细胞的产生和活性，影响细胞壁、细胞形态和膜性细胞结构，诱导其遗传毒性和细胞凋亡，从而影响基因表达[3]。随着药用植物种植面积不断扩大，其连作障碍已逐渐凸显出来，因此，药用植物化感作用及其化感物质的鉴定与分离倍受关注[4]。研究发现，连作障碍是影响药用植物产量的重要原因之一，而化感作用是导致连作障碍发生的重要原因之一[5]。当归连作麻口病和根腐病发生严重，导致产量下降和绝收[6]。目前，对中药材化感作用的研究大多集中在中药材对其他生物的化感影响及中药材栽培的连作障碍问题方面，李建军等[7-12]分别研究地黄、当归、蒙古黄芪、黄连、半夏及鸡屎藤等药用植物的浸提物或分泌物对自身或其他作物生长的影响。

丹参(SalviamiltiorrhizaBge.)为唇形科植物，以根及根茎入药，具有祛瘀止痛、活血调经、养心除烦的功效。丹参连作导致病虫害严重，其质量和产量明显下降[13]。土壤生物环境恶化是引起作物连作障碍形成的主要机制之一[14]。低浓度丹参须根腐解物对丹参有效成分的积累具有促进作用，高浓度则呈抑制作用[15]。连翘〔Forsythiasuspensa(thunb.) Vahl〕为木犀科连翘属落叶灌木，对风热感冒、痈肿疮毒、淋巴结结核及尿路感染等具有特殊功效。长期以来，连翘一直以野生资源为主，其有效成分不一致而影响药用功效，开展人工栽培已成当务之急[16]。

小麦是世界第一大粮食作物，有研究表明，小麦化感作用主要是利用小麦植株或其残体向周围环境释放次生代谢物质，对自身或其他生物产生作用，具有抑制病、虫害和杂草的潜力，将小麦化感作用有效利用于小麦育种及生产，有望克服除草剂及杀菌剂等化学农药引起的环境污染及农药残留问题，有利于我国农业的可持续发展[17]。小麦与三七的轮作可以最大程度消减三七的连作障碍效应[18]。如何打破连作障碍，利用轮作土壤中的化感物质提高药用植物产量，已成为日前研究的热点。鉴于此，研究商麦131232、商麦5226及商麦1619水浸液对商洛道地药材连翘和丹参的化感作用，以期为提高地方特色农作物与道地药材种植效益提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 小麦秸秆商麦131232、商麦5226及商麦1619成熟风干的秸秆(去除根及叶)，采自商洛学院秦岭植物良种繁育中心小麦试验田。

1.1.2 中药材丹参和连翘种子，购自陕西天士力植物药业有限责任公司。

1.1.3 试剂蒽醌、浓硫酸、100 μg/mL蔗糖标准液、100 μg/mL牛血清蛋白、90%乙醇溶液、85%磷酸、0.1%双氧水、1%次氯酸钠溶液及考马斯亮蓝G-250，市购。

1.1.4 仪器与设备UV-1100型紫外可见光分光光度计，FB323型电子分析天平，HH-2型数显恒温水浴锅，HDL-HPG人工智能培养箱。

1.2 试验方法

1.2.1 材料预处理

1) 水浸液的制备。将商麦131232、商麦5226及商麦1619秸秆清洗干净，自然风干，剪成0.5 cm左右长的小段。各称取15 g分别放入250 mL的烧杯中，加入150 mL蒸馏水，封口摇匀，室温浸提48 h，超声提取1 h，过滤得0.1 g/mL原液，于4℃低温保存备用。

2) 种子萌发处理。随机选取连翘和丹参种子分别置于500 mL烧杯中，连翘种子用400 mL 0.1%双氧水室温浸种12 h，丹参种子用1%次氯酸钠浸没种子处理10 min，然后捞出种子用蒸馏水重复冲洗去除表面的处理液，自然干燥后挑选优质种子分别置于垫有2层滤纸的培养皿(Φ=9 cm)中，连翘种子每个培养皿放40粒，丹参种子放50粒。

1.2.2 试验设计采用双因素试验设计：A，小麦品种，A1～A3依次为商麦5226、商麦1619和商麦131232；B，水浸液浓度(B1～B5)，即将小麦秸秆水浸原液稀释成浓度为0、0.5%、1%、2.5%和5%(g/mL)的溶液。用针管各取2 mL稀释水浸液滴入连翘和丹参种子培养皿中，以同等剂量蒸馏水作对照，各处理3次重复，贴好标签，25℃恒温、光(8 h) /暗(16 h)交替培养，期间及时补充水浸液和蒸馏水，保持滤纸湿润。

1.2.3 指标测定种子培养48 h后开始统计发芽情况，以胚根或胚轴突破种皮1～2 mm时视为萌发。丹参培养第7天时统计发芽率，连翘培养第10天时统计发芽率。挑选统计过的萌发种子接到纱网上生长，7 d后每个培养皿挑选整齐一致的幼苗10株测定根长、苗高和鲜重量，分别计算各处理和对照的发芽率(GR)和发芽指数(GI)及化感效应指数(RI)，种子中可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法[19]测定，可溶性糖含量采用蒽醌-硫酸法[20]测定。每个处理3次重复，数据为3次测定值的平均值。

GR=(n/N)×100%

GI=∑(Gt/Dt)

式中，T为处理值，C为对照值。RI绝对值的大小与作用强度呈正比例关系[21]，当RI>0时，表示促进作用；当RI<0时，表示抑制作用。n为正常萌发的粒数，N为供播种子数；Gt为当天萌发数，Dt为相应萌发日数，即第t天。

1.3 数据统计与分析

使用Excel 2007进行数据整理，使用Spss 24.0进行单因素方差分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 小麦秸秆水浸液对丹参种子萌发和幼苗生长的影响

2.1.1 种子发芽率与发芽指数由表1可见，随着小麦秸秆水浸液浓度升高，丹参种子发芽率和发芽指数均呈先升后降趋势。当小麦秸秆水浸液浓度为1.0%时，商麦5226、商麦1619和商麦131232处理丹参种子的发芽率和发芽指数均最高，依次为83.60%和18.89、83.22%和18.72、82.90%和18.68，其化感效应指数分别为0.058、0.050和0.047；该浓度下，商麦5226对丹参种子发芽的促进作用最强，商麦1619次之，商麦131232相对较弱。随着小麦秸秆水浸液浓度进一步增加，商麦5226、商麦1619和商麦131232对丹参种子发芽率均表现抑制作用，丹参种子最低发芽率均出现在浓度为5.0%时，其化感效应指数分别为-0.029、-0.043和-0.062。由此判断，3个品种小麦秸秆水浸液低浓度对丹参种子发芽率均有一定的促进作用，而高浓度则均表现为抑制作用。

表1 小麦秸秆不同浓度水浸液处理丹参种子的发芽率和发芽指数

2.1.2 种子的可溶性蛋白和可溶性糖含量由表2可见，随着商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液浓度升高，丹参种子可溶性蛋白和可溶性糖含量均呈先升后降趋势。

1) 可溶性蛋白。商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液浓度≤2.5%的处理其丹参种子可溶性蛋白含量均明显高于对照，浓度为5.0%时各处理丹参种子可溶性蛋白含量均明显低于对照；浓度为1.0%时丹参种子的可溶性蛋白含量最高，分别较对照提高13.5%、12.3%和12.1%；化感效应指数依次为0.2256、0.2187和0.1909。浓度为5.0%时，其化感效应指数依次为-0.024 3、-0.159 4和-0.162 5。表明，小麦秸秆水浸液低浓度处理可促进丹参种子储藏蛋白的转化。

2) 可溶性糖。可溶性糖的含量可反映植物体内碳水化合物的运转情况，对种子萌发与胚芽生长有着极其重要的作用。商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液低浓度(0.5%～1.0%)处理丹参种子的可溶性糖含量均高于对照；浓度为1.0%时可溶性糖含量达最大，分别较对照提高2.90%、2.88%和1.73%，化感效应指数依次为0.028 9、0.028 8和0.017 3。说明，小麦秸秆水浸液低浓度能够促进丹参种子萌发和生长，其作用强弱为商麦5226>商麦1619>商麦131232。

表2小麦秸秆不同浓度水浸液处理丹参种子的可溶性蛋白和可溶性糖含量

Table 2 Soluble protein and soluble sugar contents ofS.miltiorrhizatreated with different concentrations of wheat straw aqueous extracts

处理Treatment可溶性蛋白/(μg/mL) Soluble protein商麦5226商麦1619商麦131232可溶性糖/% Soluble sugar商麦5226商麦1619商麦131232B1(CK)35.27±0.9835.45±0.7935.38±0.6911.41±0.6211.45±0.6611.56±0.18B238.71±1.0138.56±0.4038.23±0.8911.46±0.4611.59±0.8211.55±0.61B340.02±0.7339.79±1.0339.67±0.5211.74±0.5711.78±0.5911.76±0.37B438.75±0.5838.12±0.3837.83±0.2511.23±0.5411.32±0.5511.36±0.54B530.22±0.8829.80±0.7629.63±0.9310.66±0.7310.28±0.4910.27±0.80

2.1.3 幼苗生长由图1可知，随着商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液浓度升高，丹参幼苗根长、苗高和鲜质量均呈先升后降趋势。

1) 根长。商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液低浓度(0.5%～1.0%)处理均对丹参幼苗根长有促进作用，浓度为1.0%时其根长最大，分别为3.68 cm、3. 56 cm和3.54 cm，分别较对照提高16.8%、14.8%和13.1%，商麦5226的促进作用最强，商麦1619次之，商麦131232最弱；随着水浸液浓度进一步升高，促进作用开始减小，甚至转为抑制作用。

2) 苗高。商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液对丹参幼苗苗高的影响与根长的相似，即低浓度促进幼苗生长，高浓度抑制幼苗生长。3个品种小麦秸秆水浸液处理浓度为1.0%时丹参幼苗苗高均达最大，分别为1.427 cm、1.476 cm和1.448 cm，依次较对照提高27.4%、33.2%和33.1%；其抑制作用均始于浓度2.5%，浓度为5.0%时抑制作用最大，丹参幼苗苗高分别较对照下降20.4%、20.8%和27.8%，表明抑制作用商麦131232>商麦1619>商麦5226。

3) 鲜质量。商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液低浓度(0.5%～1.0%)处理对丹参幼苗鲜质量有促进作用，浓度为1.0%时其鲜质量均达最大，分别为0.042 0 g、0.043 6 g和0.041 1 g，依次较对照提高23.9%、21.8%和20.2%。表明，商麦5226的促进作用最强，商麦1619次之，商麦131232最弱。随着水浸液浓度升高，促进作用减小，抑制作用增大，浓度为5.0%时抑制作用达最大，鲜质量较对照依次减少15.7%、17.0%和14.9%。

图1小麦秸秆不同浓度水浸液处理丹参幼苗的根长、苗高和鲜质量

Fig.1 Root length，seedling height and fresh weight ofS.miltiorrhizaseedlings treated with different concentrations of wheat straw aqueous extracts

2.2 小麦秸秆水浸液对连翘种子萌发和幼苗生长的影响

2.2.1 种子发芽率和发芽指数由表3可见，随着商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液浓度升高，连翘种子发芽率和发芽指数均呈先升后降趋势。3个品种小麦秸秆水浸液低浓度(0.5%～1.0%)处理均对连翘种子发芽率有促进作用，浓度为1.0%时，连翘种子的发芽率和发芽指数均达最大，其化感效应指数依次为0.051、0.095和0.079。相同浓度下，商麦1619的促进作用最强，商麦131232次之，商麦5226相对较弱。随着浓度增加，3个品种小麦秸秆水浸液对连翘种子发芽率均表现出抑制作用，浓度为5.0%时连翘种子发芽率均最低，其化感效应指数依次为-0.080、-0.029和-0.065。说明，3个品种小麦秸秆水浸液对连翘种子发芽均存在低浓度促进，高浓度抑制的双重效应。

2.2.2 种子的可溶性蛋白和可溶性糖含量由表4可见，随着商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液浓度升高，连翘种子可溶性蛋白和可溶性糖含量均呈先升后降趋势。

表3小麦秸秆不同浓度水浸液处理连翘种子的发芽率和发芽指数

Table 3 Seed germination and index ofF.suspensetreated with different concentrations of wheat straw aqueous extracts

处理Treatment发芽率/% Germination rate商麦5226商麦1619商麦131232发芽指数 Germination index商麦5226商麦1619商麦131232B1(CK)57.33±0.7057.03±0.2557.74±0.0315.52±0.6615.47±0.2515.60±0.48B258.74±0.3259.60±0.1559.02±0.6215.65±0.3515.85±0.7715.69±0.28B360.25±1.1262.45±0.7662.30±0.5515.97±0.7316.39±0.3716.13±0.19B457.86±0.8059.12±0.5058.08±0.3615.58±0.2815.74±0.2815.62±0.44B552.69±0.8555.40±0.7454.00±0.8814.96±0.4915.06±0.5115.01±0.37

1) 可溶性蛋白。商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液浓度≤2.5%的处理其连翘种子可溶性蛋白含量均明显高于对照；当浓度为1.0%时，连翘种子可溶性蛋白含量分别较对照提高7.54%、9.82%和9.03%，化感效应指数依次为0.075 4、0.098 3和0.090 3。浓度为5.0%时，连翘种子的可溶性蛋白含量均低于对照，其化感效应指数依次为-0.033 0、-0.020 3和-0.023 2。表明，小麦秸秆水浸液低浓度处理可促进连翘种子储藏蛋白的转化。

2) 可溶性糖。商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液浓度为0.5%～1.0%处理连翘种子的可溶性糖含量均高于对照；浓度为1.0%时均达最大，分别较对照提高5.89%、7.10%和6.19%，化感效应指数依次为0.058 8、0.071 0和0.061 9。说明，低浓度小麦秸秆水浸液能够促进连翘种子萌发和生长，其作用强弱为商麦1619>商麦131232>商麦5226。

表4小麦秸秆不同浓度水浸液处理连翘种子的可溶性蛋白和可溶性糖含量的影响

Table 4 Soluble protein and soluble sugar contents ofF.suspensaseeds treated with different concentrations of wheat straw aqueous extracts

处理Treatment可溶性蛋白/(μg/mL) Soluble protein商麦5226商麦1619商麦131232可溶性糖/% Soluble sugar商麦5226商麦1619商麦131232B1(CK)20.30±0.5020.25±0.7520.27±0.194.08±0.124.09±0.504.04±0.74B221.17±0.2421.52±0.4221.39±0.274.12±0.284.17±0.224.14±0.56B321.83±0.7322.24±0.3422.10±0.444.32±0.434.38±0.394.29±0.24B421.25±0.5421.46±0.4821.31±0.703.96±0.314.03±0.394.02±0.40B519.63±0.3519.84±0.6319.80±0.643.66±0.163.78±0.173.68±0.36

2.2.3 幼苗生长由图2可知，随着商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液浓度升高，连翘幼苗的根长、苗高和鲜质量均呈先升后降趋势。

1) 根长。商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液低浓度(0.5%～1.0%)处理均对连翘幼苗根长有促进作用，浓度为1.0%时根长最大，分别为3.48 cm、3.65 cm和3.61 cm，依次较对照提高17.2%、25.0%和22.0%；商麦1619的促进作用最强，商麦131232次之，商麦5226最弱。随着水浸液浓度进一步升高，促进作用逐渐减小直至转变为抑制作用。

2) 苗高。商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液对连翘幼苗苗高的影响与根长的相似，即低浓度促进幼苗生长，高浓度抑制幼苗生长。3个品种小麦秸秆水浸液处理浓度为1.0%时，连翘幼苗苗高均达最大，分别为2.578 cm、2.626 cm和2.63 cm，依次较对照提高13.6%、17.6%和17.5%；其抑制作用均始于浓度2.5%，浓度为5.0%时抑制作用最大，连翘幼苗苗高分别较对照下降12.7%、9.7%和10.5%。表明，抑制作用商麦5226>商麦131232>商麦1619。

3) 鲜质量。商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液低浓度(0.5%～1.0%)处理对连翘幼苗鲜质量有促进作用，浓度为1%时其鲜质量最大，分别为0.0414 g、0.0457 g和0.0432 g，依次较对照提高26.2%、37.7%和32.9%。表明，商麦1619的促进作用最强，商麦131232次之，商麦5226最弱。随着水浸液浓度升高，促进作用逐渐减小而抑制作用逐渐增大，浓度为5.0%抑制作用达最大，鲜质量较对照分别减少15.5%、14.5%和13.5%。

图2小麦秸秆不同浓度水浸液处理连翘幼苗的根长、苗高和鲜质量

Fig.2 Root length，seedling height and fresh weight ofF.suspensaseedlings treated with different concentrations of wheat straw aqueous extracts

3 结论与讨论

研究结果表明，商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液释放的化感物质对丹参和连翘的种子萌发(发芽率、发芽指数)及幼苗生长(根长、苗高、鲜质量)基本呈低浓度促进，高浓度抑制的双重效应。3个品种小麦秸秆水浸液均以浓度1.0%时对丹参和连翘的种子萌发及幼苗生长的促进作用最大，丹参对商麦5226秸秆水浸液更敏感，其化感效应指数为0.058，而连翘对商麦1619秸秆水浸液更敏感，其化感效应指数为0.095。3个品种小麦秸秆水浸液对丹参和连翘幼苗根的影响更为敏感，其对根生长的抑制不仅表现在根长上，且受到抑制的根呈卷曲、颜色变深暗，与对照舒展、洁白的根形成鲜明对比。

可溶性糖不仅可参与调节细胞的渗透作用，而且可促进植物体内碳水化合物的运转，对种子萌发与胚芽的生长具有极其重要的作用。低浓度(0.5%～1.0%)的商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液处理丹参、连翘种子其可溶性蛋白含量和可溶性糖含量均高于对照。经低浓度小麦秸秆水浸液处理，丹参和连翘的可溶性蛋白含量得到提高，表明，在化感物质作用下，丹参和连翘可能会产生特定的蛋白抵抗外界影响；同时也证实，逆境条件下植物的一些蛋白表达量发生变化，还有一些特异蛋白被诱导产生。

研究结果表明，低浓度的商麦5226对丹参种子萌发及幼苗生长最有利，低浓度的商麦1619对连翘种子萌发及幼苗生长的促进作用最强。有研究表明，土壤微生物群落结构多样性与土传病害、连作障碍有密切关系[22]，栽培丹参后土壤微生物群落自然恢复间隔至少为2年[23]。张文静等[24]探讨丹参对桔梗的化感作用发现，丹参不宜与桔梗轮作。因此，在间作套种系统中，选择有益的伴生作物，不但能相互促进生长，而且可以改善土壤微生物环境，恢复正常的微生物群落结构多样性。该研究是在实验室条件下探讨商麦5226、商麦1619和商麦131232秸秆水浸液对商洛道地药材丹参和连翘的化感作用，针对大田自然状态下的化感研究和实际应用还有待进一步研究。