代磊,满守礼,刘贺,乔丹,杨艳玲,李鹏成

（河南科技学院生命科技学院,河南新乡453003）

外来入侵植物是指由原生地迅速传播至本地,在当地迅速生长、繁衍和传播,并影响、威胁、破坏当地生态系统的植物[1-2].在新的自然环境中,外来侵入植物会危及当地的其他生物正常繁殖,损害了当地自然生态体系的稳定平衡[3].外来的植物侵入,对自然环境、经济社会发展、农业生产等方面都产生了严重影响[4],每年对世界经济带来的损失高达数万亿元[5].外来有害植物侵入问题已受到社会普遍重视.据调查可知,菊科是入侵植物最重要的来源[6].苏门白酒草（Erigeron sumatrensis Retz.）属菊科白酒草属植物,原产于南美洲,常生于坡地、草丛、荒野、路边.19 世纪中期进入中国,已经成为了一种很常见的区域性恶性杂草.其传播方法和危害类同小蓬草,但植株高度更高,能形成更多果实[7].植物界中竞争无处不在,最主要的一个方面就是化感作用,其影响植物的种子萌发、幼苗的生长及群落演替等,在物种之间有不可忽视的作用[8].化感效应（Allelopathy）为植物或微生物向周边环境分泌代谢产物从而影响相近植物或微生物生长发育的化学生态防御机制[9],化感效应的产生将有助于本物种在生存竞争中处于优势.植物可以通过次生代谢形成化感物质[10],并通过自然挥发、雨雾淋溶、凋落物和植株残体溶解及由植株根部分泌4 种途径将化感物质释放到周围环境中[11].

小麦是中国以至全球最主要的粮食作物之一[12],怎样改善小麦产量、品质及抗逆性一直是栽培学家和育种学家研究的焦点[13].近年来,随着中国小麦育种技术水平和农业综合生产能力的增强,中国小麦年产量逐渐上升,这对保证中国粮食安全具有很大作用.百农307 是由本单位以矮抗58 为母本杂交选育而成的小麦新品种[14].玉米在世界各地种植历史悠久,深受人们的喜爱,我国南方地区和北方地区都有广泛栽培[15].玉米为禾本科的一种草本植物,是我国种植最多的经济作物,种植面积在所有粮食作物中居首位,其产量约为我国部分地区食物产量的40%、全国粮食总产量的10%[16].为了研究苏门白酒草对农作物的化感作用,现选用不同浓度的苏门白酒草水浸提液对小麦和玉米种子进行处理.通过盆栽试验法,以小麦和玉米的发芽率、根长、株高、干鲜质量、叶绿素、丙二醛和化感效应指数等为指标,来研究入侵植物苏门白酒草对玉米和小麦的种子萌发和幼苗生长的影响, 以进一步探讨苏门白酒草对农作物的化感作用,为其入侵防控策略提供参考依据.

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试小麦品种是由河南科技学院以矮抗58 为母本杂交选育而成的小麦新品种百农307.供试玉米品种是种植面积较大的郑单958.供试苏门白酒草:于河南省新乡市红旗区河南科技学院周边采集的成熟的苏门白酒草地上部分.

1.2 试验方法

1.2.1 苏门白酒草浸提液的制备 于河南省新乡市红旗区河南科技学院周边采集成熟苏门白酒草地上部分,在晾干之后,用剪子剪成2 cm 以下的小段,在置于粉碎机中粉碎至碎末状态,取80 g 放入烧杯中,加入1 000 mL 蒸馏水浸泡48 h,期间每隔四小时用玻璃棒摇匀,最后用四层纱布过滤,得到0.08 g/mL 的浸提液,以此为处理液母液,做四个质量浓度梯度分别为0.02 g/mL、0.04 g/mL、0.06 g/mL、0.08 g/mL 的处理液.

1.2.2 种子萌发试验 选择大小相同、饱满的种子,用0.5%次氯酸钠溶液浸渍1 h,蒸馏水冲洗3 次,将150 粒小麦种子和150 粒玉米种子每十粒为一组分为十五组,将放入铺有滤纸的培养皿中,然后以三个为一组分为五组,以蒸馏水为对照,分别加入等体积的四种浓度梯度的处理液,在相同环境中进行种子萌发试验,每隔一段时间加入等体积的溶液,从第一天开始,每天观察并记录种子的萌发数目,连续三天,未有新的种子发芽,视为种子萌发结束.

1.2.3 小麦和玉米盆栽生长试验 跟种子萌发试验一样设置四个处理和一个对照.选择大小相同、饱满的种子,用0.5%次氯酸钠溶液浸渍1 h,蒸馏水冲洗3 次,将小麦和玉米种子播种到大小相同的育苗盆中,小麦每盆播种10 粒,玉米每盆播种8 粒,每个处理浓度设置三个重复.依次加入等体积的4 种处理液,以蒸馏水作为对照组,与相同环境中进行发芽生长试验,每隔一段时间加入一次等体积的相应处理液.20 d 后从各处理中随机挑选十株幼苗,测定根长、苗高、生物量、叶绿素含量、丙二醇含量等指标.

1.2.4 叶绿素含量测定 称取受体幼苗叶片0.1 g,把叶片切割成约0.3 mm 大小的小块,以95%的乙醇为浸提液,向试管中添加10 mL 的浸提液,在室温、黑暗条件下浸提42 h,期间不时地进行摇动,提取出小麦叶片中的叶绿素,用型号720N 的分光光度计,以95%乙醇为对照,在波长665 nm、649 nm、470 nm 处测其吸光值[17].

Ca=13.95A665-6.88A649

Cb=24.96A649-7.32A665

Cc=（1000A470-2.05 Ca-114.8Cb）/245

含色素量/（mg/g）=（色素的浓度×提取液体积×稀释倍数）/样品质量

1.2.5 丙二醛含量测定 称取受体幼苗叶片0.2 g 后,剪碎,再加入2 mL10%三氯乙酸水溶液研磨至匀浆,再用3 mL 三氯乙酸进一步研磨,将匀浆以4 000 r/min 离心10 min,上清液为丙二醛提取液.反应体系为2 mL 0.60%硫代巴比妥酸水溶液,对比物为2 mL 蒸馏水:样品为2 mL 提取液,摇匀后在沸水浴中直接反应10 min（自试管内水溶液中产生小气泡开始计时）,取出试管并快速冷却,4 000 r/min 离心10 min,上清液在波长532 nm、450 nm 和600 nm 处测定吸光度值[17].

1.2.6 数据处理 测定发芽率、发芽势、叶绿素、丙二醛,在SPSS21.0 统计软件中使用最小显著差数检验法（LSD）进行方差分析.

化感效应指数RI=T/C-1（T＜C） 或RI=1-C/T（T≥C）,式中,T 为处理值;C 为对照值.

2 结果与分析

2.1 苏门白酒草浸提液对受体种子萌发率的影响

如表1 所示,在浸提液质量浓度为0.02 g/mL、0.04 g/mL、0.06 g/mL、0.08 g/mL 时,小麦的发芽率与对照相比分别降低了5.16%、10.26%、21%、30.66%.可知低质量浓度浸提液对小麦发芽有负面影响,但影响不大,在0.06 g/mL 质量浓度浸提液时对小麦发芽抑制会增强,说明高质量浓度浸提液对小麦的发芽影响显著.在0.02 g/mL 时玉米发芽率与对照相比降低了14.33%,差异明显,说明低浓度浸提液会抑制玉米种子萌发.在浸提液质量浓度为0.04 g/mL、0.06 g/mL、0.08 g/mL 时,玉米的发芽率与对照相比分别降低了20%、26.66%、48.33%.由此可见0.08 g/mL 浸提液质量浓度会严重影响玉米种子的萌发.因此,高质量浓度浸提液会严重抑制小麦和玉米种子的萌发.

表1 苏门白酒草浸提液对小麦和玉米种子萌发的化感作用Tab.1 Allelopathic effects of extracts ofErigeron sumatrensis Retz.on seed germination of wheat and maize

2.2 不同质量浓度的浸提液对受体幼苗叶绿素含量的影响

由图1 可知, 叶绿素含量在小麦幼苗和玉米幼苗生长中随着浸提液质量浓度增大均表现出减少的变化趋势.在0.02 g/mL 质量浓度浸提液时小麦幼苗叶片中的叶绿素含量相较于对照组降低了14.00%;在0.08 g/mL 质量浓度时叶绿素含量为6.87 mg/g,相较于对照组降低了41.60%,在质量浓度0.08 g/mL 质量浓度下抑制作用大,此时小麦幼苗叶片中的叶绿素含量达到最低值;表明在0.02 g/mL 时玉米幼苗叶片中的叶绿素相较于对照组降低了7.80%;在0.08 g/mL 质量浓度的浸提液处理下玉米幼苗叶片中的叶绿素含量相较于对照组降低了43.00%.由此可见苏门白酒草浸提液对玉米幼苗叶片的叶绿素合成有抑制作用且苏门白酒草浸提液的质量浓度越大,抑制作用就越强.

图1 受体幼苗叶片中的叶绿素质量浓度Fig.1 Changes in chlorophyll content in leaves of recipient seedlings

2.3 不同质量浓度的浸提液对受体幼苗丙二醛含量的影响

由图2 可知,小麦幼苗叶片中的含丙二醛量在0.02 g/mL、0.04 g/mL、0.06 g/mL 质量浓度浸提液处理下与对照组相比变化较显著;在0.08 g/mL 质量浓度时小麦幼苗叶片中的丙二醛含量相较于对照组增加了52%.说明随着浸提液质量浓度的增加,浸提液会逐步增大膜脂过氧化对小麦幼苗的伤害.玉米叶片中的丙二醛含量变化趋势与小麦大致相同,在0.02 g/mL、0.04 g/mL、0.06g/mL 质量浓度浸提液处理下丙二醛含量与对照组存在显著性差异,丙二醛的含量逐渐提高;在0.08g/mL 质量浓度时玉米幼苗叶片中的丙二醛含量与对照组相比升高了59%,相较于0.06 g/mL 质量浓度时增加了34%.由此可见,随着浸提液质量浓度的增加会逐步升高玉米幼苗叶片中丙二醛含量,从而增大膜脂过氧化对玉米幼苗的伤害.

图2 受体幼苗叶片中的丙二醛含量Fig.2 Changes of malondialdehyde content in the leaves of recipient seedlings

2.4 不同质量浓度的浸提液对受体幼苗生长的影响

从表2 可知,苏门白酒草浸提液对小麦和玉米幼苗生长均呈现抑制,且随着质量浓度的升高抑制作用逐渐增强.株高方面,在0.02 g/mL 时,小麦的平均株高相较于对照组降低了5.1%;在0.08 g/mL 时小麦的平均株高相较于对照组降低了20%.玉米幼苗的平均株高在0.02 g/mL 质量浓度时,相较于对照组降低了5.8%,在0.08 g/mL 时相较于对照组降低了26%.根长方面,在质量浓度0.02 g/mL、0.04 g/mL、0.06 g/mL、0.08 g/mL 时,小麦的平均根长相较于对照组分别减少了30%、33.6%、44%、47.2%,玉米的平均根长相较于对照组分别减少了5.11%、10.23%、17.61%、25.57%.鲜质量方面,在质量浓度0.02 g/mL、0.04 g/mL、0.06 g/mL、0.08 g/mL 时,小麦的平均鲜质量比对照组分别减少了8.33%、18.06%、37.5%、45.83%,玉米的平均鲜质量比对照分别减少了27.37%、48.77%、50.82%、52.06%.干质量方面,和鲜质量的变化趋势一致,也是随着质量浓度的增加,干质量逐渐降低.

表2 苏门白酒草浸提液对小麦和玉米幼苗初期生长的影响Tab.2 Effects of the extract of Erigeron sumatrensis Retz.on early growth of wheat and maize seedlings

3 结论与讨论

3.1 苏门白酒草对小麦和玉米的种子萌发、株高、根长等的抑制效应随水提液质量浓度的增加而增强

本试验结果表明,在苏门白酒草水提液的化感作用下,两种作物的发芽率、株高、根长、干鲜质量及叶绿素含量均有抑制作用,且随着浸提液质量浓度的增加化感效应增强.在植物界中普遍存在的化感现象明显地影响了植物种子萌发、苗木出土发育以及种群变化等[18].本研究结果与许桂芳等[19]关于入侵植物小蓬草化感作用的研究相似,但不完全相同,他们得出小蓬草水浸提液对小麦种子萌发和幼苗生长具有显著的抑制作用,且这种抑制作用随着质量浓度的增加而增强,同时还发现小蓬草水浸提液为0.05 g/mL 时对油菜和白菜种子萌发和幼苗生长具有促进作用, 当水浸提液质量浓度为0.40 g/mL 时才表现出抑制作用.

3.2 苏门白酒草水提液促使小麦和玉米幼苗叶片丙二醛含量的增加

本试验通过测定不同质量浓度苏门白酒草水浸提液处理后的小麦和玉米幼苗叶片中的丙二醛含量,发现随着苏门白酒草浸提液质量浓度的升高,丙二醛含量也显著增加.丙二醛含量是反映细胞脂质过氧化程度的重要指标.植株叶片中的丙二醛含量越高,膜脂过氧化对植物幼苗叶片的伤害就越大[20].本试验结果与季彦华等[21]在研究外来入侵植物黄顶菊对黄瓜化感作用中得出的结论一致.说明苏门白酒草的水提液可以提高对小麦和玉米幼苗膜脂过氧化的伤害, 从而对小麦和玉米幼苗的生长呈现出抑制作用.

综上所述,外来入侵植物苏门白酒草水提液对小麦和玉米的种子萌发和幼苗生长都有抑制作用,且随着水提液质量浓度的增加抑制作用也随之增强.