豆科植物种子干粉拌种处理对伽师瓜种子发芽及植株生长的影响

麦麦提艾则孜·穆合塔尔，赵晓梦，王 东

(喀什大学生命与地理科学学院/新疆帕米尔高原生物资源与生态重点实验室，新疆喀什 844000)

0 引 言

【研究意义】伽师瓜(Cucumismelo)主要种植于新疆南疆喀什地区伽师县[1,2]。肥料直接影响到农作物产量和品质[3, 4]。绿肥开发以及广泛施用对农业可持续发展具有重要意义[5,6]。绿肥可分为豆科绿肥和非豆科绿肥两种，其中豆科绿肥主要包括三叶草、苜蓿、苦豆子和豌豆等，豆科绿肥不仅能促进生物固氮作用还能供应土壤养分，通过改善土壤理化性质提高农产品的品质和产量[7]。研究通过比较在室外盆栽条件下三叶草、豌豆、苜蓿、豇豆、绿豆和苦豆子等6种豆科植物种子干粉对伽师瓜种子发芽及植株生长的影响，筛选出对伽师瓜种子发芽抑制作用较小，且对伽师瓜植株生长具有较好促进作用的豆科植物，对豆科绿肥开发有实际意义。【前人研究进展】潘婕[8]研究表明，红三叶草(品种为巴东)茎叶和根蒸馏水浸提液4个不同浓度处理中，10%茎叶和根浸提液对多花黑麦草种子发芽有促进作用，而15%茎叶和根浸提液有抑制作用。周立业等[9]研究表明，紫花苜蓿根和茎叶蒸馏水浸提液对少花蒺藜草种子萌发有抑制作用，随着浸提液浓度增高抑制作用增强。王康英等[10]研究表明，紫花苜蓿根茎和叶片蒸馏水浸提液对黑麦草种子萌发具有抑制作用，并且根茎和叶片蒸馏水浸提液对黑麦草幼苗的干重和根长的生长也有显著抑制作用。郭小强[11]研究表明，苦豆子种子蒸馏水浸提液对小麦种子萌发及幼苗生长表现出低浓度促进，高浓度抑制的效应，浸提液浓度为0.05 g/mL时促进小麦种子萌发及幼苗生长，浸提液浓度为0.5 g/mL时对小麦种子萌发及幼苗生长的抑制作用最强。【本研究切入点】目前有关整株苦豆子对伽师瓜植株生长、产量和品质的影响有少量研究报道[12-14]，但有关三叶草、豌豆、苜蓿、豇豆、绿豆和苦豆子等豆科植物种子干粉对伽师瓜种子发芽及植株生长的影响尚未见报道。苦豆子不同器官浸提液和干粉对伽师瓜种子萌发及幼苗和植株生长会产生不同的影响。与叶片、茎秆、豆荚干粉相比，苦豆子种子干粉对伽师瓜植株高度、粗度、叶片总面积、干物质积累量(干重)以及叶绿素含量等指标的促进作用最强。需研究苦豆子种子中含有的能促进伽师瓜生长的特殊活性成分。【拟解决的关键问题】以伽师瓜为供试作物，选取5种豆科植物种子(三叶草、苜蓿、豌豆、豇豆和绿豆)与苦豆子种子进行比较，研究苦豆子种子干粉与三叶草、苜蓿、豌豆、豇豆和绿豆等5种豆科植物种子干粉对伽师瓜种子萌发及植株生长影响的差异性，为开发苦豆子绿肥以及开发利用苦豆子植物资源奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2019和2020年在喀什大学生命与地理科学学院“新疆帕米尔高原生物资源与生态重点实验室”完成。

供试伽师瓜种子(常规种)购自国家瓜类工程技术研究中心新疆西域种业股份有限公司，三叶草种子(包衣红)、豌豆种子(青豌豆)、苜蓿种子(紫花苜蓿)、豇豆种子(长豇豆)、绿豆种子(普通绿豆)于“新疆帕米尔高原生物资源与生态重点实验室”保存。苦豆子种子采自喀什市野生苦豆子植株。盆栽伽师瓜所用营养土购自广州绿源园艺植材植料场。

高速万能粉碎机(FW-80，北京市永明医疗仪器有限公司)，电子天平(LE2002E，梅特勒-托利多仪器有限公司)，紫外分光光度计(T6 新世纪，北京普析通用仪器有限责任有限公司)，上海博迅医疗生物仪器股份有限公司)，游标卡尺(JS20-300)，电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9240A，上海齐欣科学仪器有限公司)。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

将苦豆子、三叶草、豌豆、苜蓿、豇豆、绿豆种子放在电热恒温鼓风干燥箱70℃条件下干燥24 h，之后用高速万能粉碎机将种子彻底粉碎，制成种子干粉备用。

选取大小一致(高度15 cm×内口径11 cm×底径9 cm)和颜色相同的花盆25个备用。试验共设置7个处理，分别为三叶草种子干粉(T1)、豌豆种子干粉(T2)、苜蓿种子干粉(T3)、豇豆种子干粉(T4)、绿豆种子干粉(T5)、苦豆子种子干粉(T6)和对照处理(CK)，每个处理设置5个重复。使用电子天平准确称量营养土和干粉，向25个花盆中分别装入128 g 干燥的营养土，每个处理包括5个花盆，分别向每个处理的每个花盆中装入10 g相应的干粉，混合均匀后加入50 mL清水并搅拌均匀，每盆播种8粒籽粒饱满、大小一致的伽师瓜种子，播种深度为1.5 cm，在营养土中直接播种作为对照处理，对照处理的其他方面与干粉处理保持完全一致。播种后每盆浇清水250 mL，置于室外自然光照条件下培养，每天记录种子发芽情况直至种子不再发芽为止。种子发芽之后，每天记录生长情况。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 伽师瓜种子萌发率、发芽势和发芽指数的测定

绿芽出土作为种子发芽标准。每天在固定时间点观察记录种子发芽情况，8 d以后按以下公式[15]计算种子的萌发率、发芽势以及发芽指数等指标。萌发率 =(7 d内萌发的所有种子数/供试总种子数)× 100%；发芽势 =(前4 d萌发的所有种子数/供试总种子数)× 100%；发芽指数 = ∑Gt/Dt(Gt表示t日内的发芽数，Dt表示相应的发芽天数)。

1.2.2.2 伽师瓜植株高度测量

每盆中选留4株生长一致的健康伽师瓜幼苗作为试验用苗，其余幼苗拔除。定苗之后每6 d使用游标卡尺测量一次植株高度。试验中测定的植株高度指植株茎基部到植株顶端生长点的长度。测量每株伽师瓜植株的高度，分别计算每个处理的伽师瓜植株的平均高度，共测定5次植株的平均高度。植株高度的净增长量=后1次测量的植株平均高度-前1次测量的植株平均高度。

1.2.2.3 伽师瓜植株粗度测量

定苗之后每6 d使用游标卡尺测量一次植株粗度。测定的植株粗度指幼苗子叶下方2 cm处的茎粗。测量每株伽师瓜植株的粗度，分别计算出每个处理的伽师瓜植株的平均粗度，共测定5次植株的平均粗度。茎粗净增长量=后一次测定的主茎直径-前一次测定的主茎直径。

1.2.2.4 伽师瓜植株叶片面积的测量

定苗之后每6 d测量一次植株叶片面积。采用文献报道的透明方格法[14]测量叶片面积。测量每株伽师瓜植株上所有叶片的总面积，分别计算出每个处理的每株伽师瓜叶片总面积的平均值，共测量5次叶片总面积的平均值。叶片总面积增量=后一次叶片总面积-前一次叶片总面积。

1.2.2.5 伽师瓜植株干物质积累量(干重)的测量

将每盆中的伽师瓜植株根部连同土壤一起倒入清水中，通过多次漂洗，将每株伽师瓜的根部清洗干净，然后使用干净的刀片切割植株的茎基部，将伽师瓜植株的地上部分和地下部分分开。用干净滤纸将水分吸干后放入电热恒温鼓风干燥箱彻底烘干至恒重为止，使用电子天平分别称量地上部分和地下部分的干物质积累量，将地上部分和地下部分的干物质积累量相加获得植株总干重。

1.2.2.6 伽师瓜植株叶片叶绿素含量

在同一时间针对每个处理的5个重复，从每盆的4株伽师瓜中任选一株取0.5 g生长点下第2片完全展开的真叶，采用Arnon乙醇提取法[16]测定叶绿素含量。在分别获得每个处理每盆伽师瓜植株叶绿素含量的基础上，计算每个处理的平均叶绿素含量。

1.3 数据处理

运用Microsoft Excel和SPSS 25.0对测定数据进行处理与分析，用平均值±标准差来表示。利用OriginPro 2018软件对测定数据绘图。

2 结果与分析

2.1 豆科植物种子干粉拌种处理对伽师瓜种子发芽的影响

研究表明，对照组伽师瓜种子萌发率、发芽势和发芽指数均大于处理组，因此不同豆科种子干粉对伽师瓜种子发芽均具有抑制作用。所有处理组的发芽率和发芽指数均显著低于对照组(P<0.05)。除T5与对照组无显著差异外，其他处理组的发芽势均显著低于对照组(P<0.05)。与其他处理组相比，T1萌发率、发芽势和发芽指数均最小，三叶草种子干粉对伽师瓜种子发芽的抑制性最强，而T5萌发率、发芽势和发芽指数均大于其他处理组，绿豆种子干粉对伽师瓜种子萌发的抑制性最弱。表1

表1 豆科植物种子干粉拌种处理下伽师瓜种子发芽变化

2.2 豆科植物种子干粉拌种处理对伽师瓜植株生长的影响

2.2.1 对伽师瓜植株高度的影响

研究表明，豆科植物种子干粉对伽师瓜植株均具有增高作用，不同豆科植物种子干粉增高作用存在一定的差异性。第1次测量时，所有处理组与对照组植株高度均无显著差异。第2次测量时，T2、T3、T4、T5和T6与对照组植株高度均达到了显著差异(P<0.05)。从第2次测量到第5次测量，T6处理对伽师瓜植株的增高作用明显高于T1、T2、T3、T4和T5处理，且T1处理的增高作用明显小于其他处理。T6处理植株高度净增量从第1次测量开始一直显著大于对照组(P<0.05)。与其他豆科植物种子干粉相比，苦豆子种子干粉对伽师瓜植株具有较强的增高作用。表2，图1，图2

图2 豆科植物种子干粉拌种处理下伽师瓜植株形态变化

表2 豆科植物种子干粉拌种处理下伽师瓜植株高度净增长量变化

图1 豆科植物种子干粉拌种处理下伽师瓜植株高度变化

2.2.2 对伽师瓜植株粗度的影响

研究表明，豆科植物种子干粉对伽师瓜植株均具有增粗作用，不同豆科植物种子干粉增粗作用存在一定的差异性。第1次测量，处理组T1、T3、T5和T6与对照组达到了显著差异(P<0.05)，而处理组T2和T4与对照组无显著差异(P>0.05)。第2次测量所有处理组与对照组均达到了显著差异(P<0.05)。与其他处理相比，T6处理对伽师瓜植株具有更大的增粗作用。苦豆子种子干粉对伽师瓜植株具有较强的增粗作用。表3，图3

图3 豆科植物种子干粉拌种处理下伽师瓜植株粗度变化

表3 豆科植物种子干粉拌种处理下伽师瓜植株粗度净增量变化

2.2.3 对伽师瓜植株叶片总面积的影响

研究表明，豆科植物种子干粉对伽师瓜植株叶片面积均具有增大作用，不同豆科植物种子干粉增大作用存在一定的差异性。第1次测量除了T6之外，其他处理组与对照组均无显著差异。第2次测量除了T1外，其他处理组与对照组均达到了显著差异(P<0.05)。从第3次测量所有处理组与对照组均达到了显著差异(P<0.05)。测量数据显示，与其他处理相比，T6处理对伽师瓜植株叶片面积具有更强的增大作用。苦豆子种子干粉对伽师瓜植株叶片面积具有较强的增大作用。表4，图4

表4 豆科植物种子干粉拌种处理下伽师瓜植株叶片总面积增量变化

图4 豆科植物种子干粉拌种处理下伽师瓜植株叶片总面积变化

2.2.4 对伽师瓜植株干物质积累量(干重)影响

研究表明，不同豆科植物种子干粉对伽师瓜植株地上部分干重、地下部分干重和总干重均具有增大作用。所有处理组对伽师瓜植株干重的增大作用显著高于对照组(P<0.05)。T6处理对伽师瓜植株干重增大作用又显著高于其他处理(P<0.05)。苦豆子种子干粉对伽师瓜植株干物质积累量(干重)具有更强增大作用。表5，图5

表5 豆科种子干粉拌种处理下伽师瓜植株干物质积累量(干重)变化

图5 豆科种子干粉拌种处理下伽师瓜植株根部变化

2.2.5 对伽师瓜植株叶片叶绿素含量的影响

研究表明，不同豆科植物种子干粉对伽师瓜植株叶片叶绿素含量均具有增大作用。所有处理组伽师瓜植株叶片叶绿素含量均显著高于对照组(P<0.05)。与其他处理相比，T6处理对伽师瓜植株叶片叶绿素含量具有更强的增大作用。苦豆子种子干粉对伽师瓜植株叶片叶绿素含量的增大作用更强。表6

表6 豆科种子干粉拌种处理下伽师瓜植株叶片叶绿素含量变化

3 讨 论

豆科植物作为绿肥施用不但具有供应土壤养分和生物固氮作用，而且还能减少农田化学肥料的施用量[17]。虽然有关苜蓿[18]、绿豆[19]和苦豆子全株[20]对小麦生长以及苦豆子绿肥对伽师瓜生长和产量的影响[21]有一些研究报道，但有关豆科植物种子干粉对伽师瓜种子发芽是否会产生影响，三叶草、豌豆、苜蓿、豇豆、绿豆和苦豆子等豆科植物种子干粉对伽师瓜种子发芽和植株生长产生的影响是否相同，以及上述几种豆科植物种子干粉能否作为伽师瓜田底肥等问题尚未阐明。

有关豆科植株种子干粉能否影响伽师瓜种子发芽以及植株生长尚无研究报道。张来等[22]研究表明，三叶草茎叶蒸馏水浸提液对紫花地丁、红萝卜和白菜种子萌发均有抑制作用，且随着浸提液浓度的增加其抑制作用增强。翟德苹等[23]研究表明，紫花苜蓿根和茎叶蒸馏水浸提液对中间锦鸡儿种子萌发均有抑制作用，在相同浓度下根部浸提液的抑制作用大于茎叶浸提液。何文革等[24]研究表明，苦豆子整株蒸馏水自然发酵液对西瓜、黄瓜、甜瓜和西葫芦种子萌发均有抑制作用，在相同浓度下的发酵液对西瓜和甜瓜的抑制作用强于黄瓜和西葫芦种子。研究表明，三叶草、苜蓿和苦豆子浸提液对植物种子萌发普遍具有抑制作用，这与研究的结果是一致的。研究结果表明，三叶草、豌豆、苜蓿、豇豆、绿豆和苦豆子等豆科植株种子干粉蒸馏水浸提液对伽师瓜种子发芽均具有抑制作用，可能与种子中所含的化感物质有关。化感物质可通过挥发、分泌和淋溶、腐烂分解等途径释放，这些化感物质可影响周围环境中其他植物种子的萌发，并延迟种子萌发时间[25,26]。研究中三叶草、豌豆、苜蓿、豇豆、绿豆和苦豆子种子干粉对伽师瓜种子发芽的抑制作用不同，这与不同豆科植物种子中所含的化感物质成分及含量有关[27,28]。这些豆科植物种子中所含有的能抑制伽师瓜种子发芽的化感物质的种类以及作用机制等尚需进一步深入研究。

研究表明，虽然三叶草、豌豆、苜蓿、豇豆、绿豆和苦豆子种子干粉对伽师瓜种子发芽均具有抑制作用，而这些豆科植物种子干粉对伽师瓜植株的生长均具有促进作用，其中苦豆子种子干粉的促进作用最强。刘威等[29]研究表明，白三叶草整株蒸馏水浸提液对黑麦草和高羊茅幼苗高度和鲜重均表现出低浓度促进高浓度抑制的作用。何广礼[30]研究表明，紫花苜蓿地上部分鲜草浆汁液对小黑麦幼苗生长具有低浓度促进高浓度抑制的作用。研究中，苦豆子种子干粉对伽师瓜植株生长的促进作用最强，这与苦豆子种子中的高含量生物碱有关[31,32]，苦豆子生物碱对植物生长具有促进作用[33]。新疆南疆苦豆子种子所含的生物碱中，哪些种类的生物碱对伽师瓜生长具有促进作用以及苦豆子生物碱促进伽师瓜生长的机制等问题尚未阐明，将逐步进一步研究探明。

4 结 论

4.1三叶草、豌豆、苜蓿、豇豆、绿豆和苦豆子等6种豆科植物种子干粉对伽师瓜种子发芽均具有抑制作用。与其他处理组相比，三叶草种子干粉处理的发芽率、发芽势和发芽指数均最小，发芽率、发芽势和发芽指数分别为(65.0±0.105)、(62.5±0.088)和(1.188±0.173)，三叶草种子干粉对伽师瓜种子发芽的抑制性最强。绿豆种子干粉处理的萌发率、发芽势和发芽指数均大于其他处理组，发芽率、发芽势和发芽指数分别为(82.5±0.068)、(80.0±0.112)和(1.425±0.176)，这表明绿豆种子干粉对伽师瓜种子萌发的抑制性最弱。供试的6种豆科植物种子干粉对伽师瓜植株高度、叶片面积、干重以及叶绿素含量均具有促进作用，不同豆科植物种子干粉的促进作用存在一定的差异性。苦豆子种子干粉处理的伽师瓜植株高度、植株粗度和叶片总面积第5次测量的净增长量分别为(160.313±22.129)、(0.373±0.107)和(160.313±22.129)。

4.2苦豆子种子干粉处理的伽师瓜植株总干重和叶片叶绿素含量分别为(4.220±0.157)和(0.445±0.018)。苦豆子种子干粉对伽师瓜植株的促进作用高于其他豆科植物种子。在开发伽师瓜绿肥时，苦豆子种子可以作为优先选择对象。