光叶紫花苕子水浸提液对4种杂草的化感作用

李胜，刘蕾，周庚玲，丁子怡，陈桂华

(湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410218)

植物化感作用广泛存在于自然界中，在农田生态管理、生物入侵、杂草治理及天然植被群落演替等方面具有重要作用[1－3]。豆科牧草蛋白质含量高，适口性好，在草地畜牧业中占有非常重要的地位。杂草对豆科牧草生长具有持续性危害，是豆科牧草产量和品质下降的限制性因素。由于杂草与牧草争夺养分、水分、光照和生长空间，降低了土壤通透性，进而造成牧草产量与质量下降[4]。生产上一般利用刈割、增加植株密度等农艺措施防治杂草，虽在短期内效果明显，但不能长期抑制杂草生长，杂草再生的可能性较高，并且需耗费大量人力物力[5－6]。也可采用除草剂、抑制剂等化学药剂进行杂草防治，此方式虽见效快，但一般喷施量大，易污染水体、大气和土壤，对人畜健康也会造成危害[7－9]。

随着对植物化感作用研究的深入，越来越多的化感抑草植物被发现[10－12]，如百里香(Thymus mongolicusRonn)、白三叶(Trifolium repensL.)、紫花苜蓿(Medicago sativaL.)、红三叶(Trifolium pratenseL.)和黄花草木樨(Melilotus officinalisL.)等植物都对杂草存在化感抑制作用。光叶紫花苕子是一种优质冬春补饲青草，也是人工草地较理想的保护伴种植物。已有研究发现，光叶紫花苕子存在一定的化感潜势[13－15]，但其化感抑草作用方面的研究鲜有报道。本试验通过室内生物测定法研究不同部位光叶紫花苕子浸提液对狗尾草、稗草、马唐和格桑草4种常见杂草种子发芽及幼苗生长的影响，旨在了解光叶紫花苕子的化感作用，对其化感抑草潜势进行初步探究。

1 材料与方法

1.1 试验材料

光叶紫花苕子植株采集自湖南农业大学牧草基地，狗尾草、稗草、马唐和格桑草种子购于红星花卉市场。

1.2 试验方法

1.2.1 浸提液的制备

采集新鲜的光叶紫花苕子植株，冲洗干净后自然晾干，剪成长2 cm左右的小段，用粉碎机粉碎，分别称取40.0 g地上部与地下部样品，加入1 000 mL蒸馏水中，置于恒温(25℃)摇床振荡(150 r/min)浸提48 h，利用双层滤纸过滤后，获得质量浓度为40.0 g/L的浸提液母液，再用蒸馏水分别稀释，得到质量浓度为2.5、5.0、10.0、20.0、40.0 g/L的浸提液，置于4℃冰箱内保存备用。

1.2.2 种子萌发和幼苗生长发育试验

分别将狗尾草、稗草、马唐和格桑草种子各50粒用2%的次氯酸钠溶液消毒10 min后冲洗干净，均匀播种于大小为12 cm×12 cm的发芽盒内(发芽盒内铺两层灭菌滤纸)，分别加入10 mL不同部位和不同质量浓度的光叶紫花苕子浸提液。地上部浸提液处理为2.5 g/L(A1)、5.0 g/L(A2)、10.0 g/L(A3)、20.0 g/L(A4)、40.0 g/L(A5)；地下部浸提液处理为2.5 g/L(B1)、5.0 g/L(B2)、10.0 g/L(B3)、20.0 g/L(B4)和40.0 g/L(B5)；对照均为10 mL蒸馏水(CK)；每个处理4次重复。于20℃光照培养箱中进行光/暗(12 h/12 h)交替培养。期间注意保持滤纸湿润，每隔24 h记录种子发芽情况。

1.2.3 测定指标和方法

每天同一时间观察、统计当天4种杂草种子的萌发情况；10 d后，从每个发芽盒中随机选择10株幼苗测定种子的发芽率、幼苗根长、苗高、鲜质量，并计算其平均值；采用乙醇提取法测定叶绿素含量，采用愈创木酚—分光光度法测定POD活性，采用紫外吸收法测定CAT活性，采用NBT还原法测定SOD活性，采用硫代巴比妥酸法测定MDA含量。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 20.0对数据进行整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 光叶紫花苕子浸提液对4种杂草种子发芽的影响

根据表1，与CK相比，各处理均显著降低了狗尾草种子发芽率；稗草种子发芽率为A3、A4、B1、B3、B5处理显著降低，其他处理则无显著变化；马唐种子发芽率为A5处理显著降低，其余处理则显著提高；A1、A4、A5、B3、B4、B5处理格桑草种子发芽率均显著降低。

表1 不同处理4种杂草种子的发芽率Table 1 Germination rate of four seeds under different treatments %

2.2 光叶紫花苕子浸提液对4种杂草幼苗生长的影响

2.2.1 光叶紫花苕子浸提液对4种杂草幼苗苗高的影响

根据表2，狗尾草幼苗苗高为A4、A5、B4、B5处理显著降低，其他处理均显著提高；除A3、A5外，其余浸提液处理均显著降低了稗草幼苗的苗高；马唐幼苗苗高则表现为A1与A2处理显著降低，其他处理则显著提高；A5、B1、B2与B3处理格桑草幼苗苗高显著降低，但A2、A3、A4与B5处理则显著提高。

表2 不同处理4种杂草的幼苗苗高Table 2 Seedling height of four weeds under different treatments cm

2.2.2 光叶紫花苕子浸提液对4种杂草幼苗根长的影响

根据表3，与CK相比，A1、A3、A4与A5处理显著降低了狗尾草幼苗根长，但A2、B1、B2、B3、B4处理则表现为显著提高；除A3处理外，各浸提液处理均显著降低了稗草幼苗根长；对于马唐幼苗根长，仅A1处理表现为显著降低，A3、A4和B1、B2、B4、B5处理均显著提高，其余处理与CK差异不显著；格桑草幼苗根长仅A1、A5处理显著降低，B2、B3、B4与B5处理则显著提高。

表3 不同处理4种杂草的幼苗根长Table 3 Seedling root length of four weeds under different treatments cm

2.2.3 光叶紫花苕子浸提液对杂草幼苗鲜质量的影响

根据表4，A4、A5处理显著降低了狗尾草幼苗鲜质量，但其余处理均显著提高；除A3、A4、A5处理外，其余处理均显著降低了稗草幼苗鲜质量；对于马唐幼苗鲜质量，仅A1、A2和B1处理显著降低，A3、A4、A5和B5处理则显著提高，其他处理与CK无显著差异；格桑草幼苗鲜质量则表现为A5、B1处理显著降低，A1、B2与CK无显著差异，其他处理均显著提高。

表4 不同处理4种杂草的幼苗鲜质量Table 4 Fresh weight of seedlings of four weeds under different treatments g

2.3 光叶紫花苕子浸提液对4种杂草幼苗生理指标的影响

2.3.1 光叶紫花苕子浸提液对4种杂草幼苗叶绿素含量的影响

根据表5，狗尾草幼苗叶绿素含量为A1、A3、A5处理显著降低，A4和B3处理与CK无显著差异，其余处理均显著提高；除A5、B1和B2外，其他各处理稗草幼苗叶绿素含量均显著低于CK；除B1外，各光叶紫花苕子浸提液处理均显著降低了马唐幼苗叶绿素含量；对于格桑草，仅A1、B1、B2处理显著降低了其幼苗叶绿素含量，其余处理均表现为显著提高。

表5 不同处理4种杂草的幼苗叶绿素含量Table 5 Chlorophyll content of seedlings of four weeds under different treatments mg·g－1

2.3.2 光叶紫花苕子浸提液对4种杂草幼苗POD活性的影响

根据表6，狗尾草幼苗POD活性表现为B4、B5处理显著降低，其余各处理均显著提高；稗草幼苗POD活性为A1、A2、A3、A5和B2处理显著降低，B4、B5处理则显著提高，其他各处理与CK无显著差异；各光叶紫花苕子浸提液处理均显著降低了马唐幼苗POD活性；格桑草幼苗的POD活性则表现为A4、A5、B1与B4处理显著降低，A1、A2、A3、B2、B3和B5处理则显著提高。

表6 不同处理4种杂草幼苗的POD酶活性Table 6 POD enzyme activity of seedlings of four weed under different treatments U·g－1·min－1

2.3.3 光叶紫花苕子浸提液对4种杂草幼苗CAT活性的影响

根据表7，除狗尾草的B1处理和稗草的A1处理外，其他各光叶紫花苕子浸提液处理下，狗尾草、稗草和马唐的CAT活性均显著提高，格桑草幼苗CAT活性均显著降低。

表7 不同处理4种杂草幼苗的CAT酶活性Table 7 CAT enzyme activity of seedlings of four weeds under different treatments U·g－1·min－1

2.3.4 光叶紫花苕子浸提液对4种杂草幼苗SOD活性的影响

根据表8，狗尾草幼苗SOD酶活性表现为各地上部浸提液处理和B1、B2处理均显著提高，B4、B5处理则显著降低；稗草幼苗SOD活性为A3、B1、B2、B3处理显著提高，A4、B4、B5处理显著降低，其余处理则无显著变化；马唐幼苗SOD酶活性表现为A5、B3处理显著降低，A3、A4处理无显著变化，其余处理均显著提高；格桑草幼苗SOD活性除B3处理无显著变化外，其余处理均显著提高。

表8 不同处理4种杂草幼苗的SOD酶活性Table 8 SOD enzyme activity of seedlings of four weeds in different treatments U·g－1

2.3.5 光叶紫花苕子浸提液对4种杂草幼苗MDA含量的影响

根据表9，狗尾草幼苗MDA含量表现为除B1、B4处理无显著变化外，其他各处理均显著提高；稗草幼苗MDA含量除A1与B1处理显著提高外，其他各处理均显著降低；各光叶紫花苕子浸提液处理下马唐幼苗MDA含量均显著降低；除A1、A2、B1处理与CK无显著差异外，其他处理格桑草幼苗MDA含量均显著提高。

表9 不同处理4种杂草幼苗的MDA含量Table 9 MDA content of seedlings of four weeds under different treatments μmol·g－1

3 讨论

植物释放的化感物质先影响受体生物膜系统，改变蛋白质及酶的活性，调控激素合成，进而影响种子细胞的活化、修复、能量代谢与贮藏物质转化[16]。研究表明，火炬树(Rhus typhina)不同器官水浸提液与青蒿素均能显著抑制狗尾草的萌发与幼苗的生长[17－18]。王坤芳等[19]研究发现，少花蒺藜草(Cenchrus spinifexCav.)浸提液可以促进马唐种子的萌发与幼苗生长。江宝月[20]研究发现，非洲菊浸提液对看麦娘(Alopecurus aequalisSobol.)、莴苣(Lactuca sativaLinn.)及千日红(Gomphrena globosaL.)种子萌发存在明显抑制作用。本研究中光叶紫花苕子不同部位浸提液对受试4种杂草种子萌发、幼苗苗高、幼苗根长及幼苗鲜质量表现不同程度的化感作用。其中，40.0 g/L的光叶紫花苕子地上部水浸提液能显著降低狗尾草和格桑草的发芽率、苗高、根长、鲜质量；2.5 g/L的光叶紫花苕子地下部水浸提液能显著降低稗草的发芽率、苗高、根长、鲜质量；2.5 g/L的光叶紫花苕子地上部水浸提液能显著降低马唐的苗高、根长、鲜质量。

光合作用是植物生长代谢的基础，叶绿素是光能吸收与转换的重要物质，其含量直接影响植株对光能的利用。化感物质对植物细胞具有一定的损害作用，影响植物叶绿素合成，但植物不同部位浸提液对杂草叶绿素含量的影响存在差异。本研究中，2.5 g/L的光叶紫花苕子地上部水浸提液能显著降低受试4种杂草的叶绿素含量，其他光叶紫花苕子不同部位浸提液处理对4种杂草幼苗叶绿素含量存在促进或抑制作用，这与刘姚姚等[21]、屈文平等[22]研究结果一致。

植物体内的抗氧化调控系统主要参与抵抗逆境胁迫对植物的损害。正常生长情况下，植物体内活性氧(ROS)处于动态平衡，而逆境胁迫会导致植物体内活性氧失衡和植物抗氧化能力下降[23－25]。本研究中，各光叶紫花苕子提液处理均显著提高了马唐的POD和CAT活性，显著降低了其MDA含量，但不同处理对SOD酶活性的影响存在差异；同时，大部分处理对其他3种杂草的POD、CAT与SOD酶活性及MDA含量均有显著影响。由此可见，光叶紫花苕子浸提液能打破植物细胞ROS平衡，激发抗氧化酶系统抵御伤害，但不同的杂草对浸提液的敏感程度不一样，这可能是光叶紫花苕子浸提液对4种杂草酶活性影响有所不同的原因。

4 结论

光叶紫花苕子的地上部和地下部水浸提液对4种杂草均有不同程度的化感作用。其中，40.0 g/L的光叶紫花苕子地上部水浸提液处理显著降低了狗尾草的发芽率、苗高、根长、鲜质量、叶绿素含量，显著提高了其POD、CAT、SOD酶活性及MDA含量；显著降低了稗草的根长和POD活性，并显著提高了其CAT活性；显著降低了马唐的发芽率、叶绿素含量、POD和SOD活性，也显著提高了其CAT活性；显著降低了格桑草的发芽率、苗高、根长、鲜质量、POD和CAT酶活性，并显著提高了其SOD酶活性和MDA含量。该处理对4种杂草的化感作用最强，具有开发为生物除草剂的潜力。