崔纪菡 鲁一薇 夏雪岩 刘猛 刘建军 赵宇 李顺国

摘要：从化感作用角度筛选适宜与谷子[Ｓｅｔａｒｉａ ｉｔａｌｉｃａ （Ｌ.） Ｂｅａｕｖ.]进行间套轮作的农作物，为建立合理的谷子间套轮作体系提供参考依据。 采用水提法制备谷子根、茎、叶浸提液，每种浸提液设４ 个浓度梯度（５、２０、４０、１００ ｍｇｍＬ－１ ），以蒸馏水为对照（ＣＫ），研究谷子植株三部位浸提液对受体作物绿豆[Ｖｉｇｎａ ｒａｄｉａｔｅ（Ｌ.）Ｗｉｌｃｚｅｋ]、红豆[Ｖｉｇｎａ ａｎｇｕｌａｒｉｓ （Ｗｉｌｌｄ.） Ｏｈｗｉ ｅｔ Ｏｈａｓｈｉ]、玉米（Ｚｅａ ｍａｙｓ Ｌ.）、小麦（Ｔｒｉｔｉｃｕｍ ａｅｓｔｉｖｕｍ Ｌ.）和谷子种子萌发、幼苗生长的影响。 结果表明，谷子根、茎、叶浸提液对受体作物种子发芽率和幼苗生长均有抑制作用，叶部浸提液抑制作用最强，根部浸提液的抑制作用最弱。 随着浸提液浓度增加，其对受体种子的发芽率和幼苗鲜重、根长、芽长抑制作用加重。 整体上看，谷子秸秆浸提液对５ 种作物种子萌发的抑制作用由小到大排序为绿豆<红豆<小麦<谷子<玉米。 综合来看，绿豆更适宜与谷子进行间作、套作和轮作。

关键词：谷子；化感效应；种子萌发；幼苗生长；秸秆浸提液

中图分类号：Ｓ３１４文献标识号：Ａ文章编号：１００１－４９４２（２０２４）０１－００６６－０８

植物化感作用是指植物通过根系分泌、茎叶挥发、雨水淋溶、残体分解等途径释放化学物质到环境中，从而抑制或促进周围其他植物（或微生物）生长发育的现象，可分为他毒和自毒两种[１] 。化感物质的收集方法有水蒸气蒸馏法、溶剂浸提法、培养吸附法和厌氧腐解法等。 种子萌发是植物生命周期中的关键环节[２－３] ，因此，供体对受体植物种子萌发和幼苗生长的影响是研究植物化感作用最重要的测定方法之一[４－６] 。 化感物质对种子萌发表现为促进还是抑制，与化感物质种类、浓度以及供受体种类有很大关系[７－９] 。

自２０ 世纪９０ 年代以来，中国农业普遍采用秸秆还田的耕作方式，秸秆就地还田成为解决秸秆综合利用问题的最重要手段和途径[１０] 。 秸秆还田可以有效改善土壤理化和生物性状，提高土壤有机质含量、培肥土壤地力，既保障了农田持续生产，又减少了环境污染[１１－１２] 。 但秸秆自身含有多种具有生物活性的化感物质，这些物质释放到农田中会对种子萌发和幼苗生长产生化感作用[１３] 。 研究表明，利用农作物间的化感作用原理合理安排轮作、间套作等栽培模式可以达到减轻病虫害、提高作物产量和品质的效果，是解决连作障碍最简单有效的方法之一[１４] 。

近年来，有不少研究人员针对还田秸秆的化感作用进行过深入研究，主要集中在水稻、小麦和玉米等大宗作物上，对谷子[Ｓｅｔａｒｉａ ｉｔａｌｉｃａ （Ｌ.）Ｂｅａｕｖ.]的研究相对较少。 谷子是我国北方地区主要的粮食作物之一，栽培历史悠久，具有耐瘠、抗旱等特性，其籽粒具有丰富的营养价值和较高的经济价值，对调节构建合理的膳食结构和农业种植结构能起到重要作用。 谷子适生区域狭窄，人工栽培连作障碍现象严重，栽培１～２ 年后需要换地栽培，严重影响了其产业化发展。 我国谷子主要产区的种植模式包括谷子搭配小麦轮作，搭配玉米、豆类轮作或间套作等。 一些研究表明，谷子秸秆中的化感物质对下茬小麦、玉米、谷子自身以及杂草的生长均存在着显著的化感作用[１５－１６] 。以往研究对于认识和利用谷子秸秆化感效应提供了重要参考，但这些研究源自不同研究体系，所以谷子对小麦、玉米等作物的化感强弱尚不能进行比较和排序。 为此，本研究以绿豆[Ｖｉｇｎａ ｒａｄｉａｔｅ（Ｌ.） Ｗｉｌｃｚｅｋ]、红豆[ Ｖｉｇｎａ ａｎｇｕｌａｒｉｓ （ Ｗｉｌｌｄ.）Ｏｈｗｉ ｅｔ Ｏｈａｓｈｉ]、玉米（Ｚｅａ ｍａｙｓ Ｌ.）、小麥（Ｔｒｉｔｉｃ￣ｕｍ ａｅｓｔｉｖｕｍ Ｌ.）和谷子为受体，研究谷子不同部位浸提液对这５ 种作物种子萌发和幼苗生长的影响，以探明谷子化感物质主要存在的部位，明确谷子它毒和自毒作用的强弱，从化感作用角度评价、筛选与谷子进行间套轮作的农作物，为合理间套轮作提供理论参考。

１ 材料与方法

１.１ 供试材料

试验于２０２０ 年１０ 月在河北省农林科学院谷子研究所进行。 供试谷子品种为汇华金米（河北省农林科学院谷子研究所和邢台自然农庄共同选育），玉米、绿豆和红豆品种分别为冀玉１８、冀绿９８０２ 和冀红１７（河北省农林科学院粮油作物研究所选育），小麦种子来源于市场，无详细品种信息。

１.２ 试验方法

１.２.１ 谷子根、茎和叶浸提液的制备 将成熟期健康谷子的根、茎、叶各部位分开，阴干粉碎后分别称取２００ ｇ 放入锥形瓶中，加２ ０００ ｍＬ 蒸馏水后置于（２０±１） ℃、１６０ ｒｍｉｎ－１的振荡培养箱（型号：ＨＹ－１０）中振荡浸泡１ ｈ，再放置在超声波清洗仪中进行超声震荡３０ ｍｉｎ，静置分层后将上层浑浊液过滤后离心，得到浓度为１００ ｍｇｍＬ－１ 的清澈母液。 用蒸馏水将母液稀释为５、２０、４０ｍｇｍＬ－１共３ 个浓度的浸提液，对照（ＣＫ）为蒸馏水，所有液体保存于４ ℃冰箱中备用。

１.２.２ 种子萌发与相关指标测定 将用７５％酒精消毒３ ｍｉｎ 后的种子放入垫有２ 层灭菌滤纸、直径为１２ ｃｍ 的培养皿中，绿豆、红豆和玉米每皿放２０ 粒，小麦和谷子每皿放３０ 粒，再分别加入４个浓度（５、２０、４０、１００ ｍｇｍＬ－１）的浸提液５ ｍＬ，对照（ＣＫ）加蒸馏水，裹上保鲜膜后放入植物培养箱中培养。 植物培养箱设定白天温度为２５ ℃、湿度７０％、光照强度４ ０００ ｌｘ （１２ ｈ） ，黑夜温度为２５ ℃、湿度８０％、光照强度０ ｌｘ（１２ ｈ） ，每天适当补充相应浓度的浸提液以保持滤纸湿润并记录种子萌发数量，６ ｄ 后结束试验。 每个处理重复３次。

另將培养至露白的种子放在直径１２ ｃｍ 的培养皿中，加入浸提液１０ ｍＬ，充分润湿滤纸，绿豆、红豆和玉米每皿放２０ 粒，小麦和谷子每皿放３０粒，重复３ 次，培养条件同前，７ ｄ 后移出幼苗测量各项指标。 利用根系扫描系统（型号：ＷｉｎＲＨＩ￣ＺＯ ＴＲＯＮ ２０１２）获取全部萌发幼苗的根长和芽长，获得总根长、总芽长，总根长和总芽长除以相应的株数获得单株根长和单株芽长。

１.２.３ 指标计算公式 发芽率（％）＝ 发芽种子数/ 供试种子数×１００；变化率或抑制率（％）＝ （１－浸提液处理的指标数值/ ＣＫ 指标数值）×１００ 。

１.３ 数据处理与分析

采用ＤＰＳ 数据处理系统对种子发芽率和幼苗根长、芽长、鲜重等指标进行数据处理和多因素（品种、浸提部位、浓度）方差分析。

２ 结果与分析

２.１ 谷子不同部位浸提液对受体种子萌发的影响

由表１ 可知，谷子根、茎、叶浸提液对受体种子的发芽率均有抑制作用，３ 个部位中，茎浸提液对玉米的抑制作用最强，叶浸提液对谷子自身的抑制作用最强，根浸提液对玉米的抑制作用最强。总的来说，茎、叶浸提液的抑制作用高于根浸提液。

浸提液的浓度对受体种子的发芽率存在抑制差异。 低浓度的浸提液对绿豆和红豆的发芽率无显著影响，高浓度的浸提液显著或极显著抑制绿豆和红豆的萌发；低浓度的浸提液对玉米、谷子、小麦的发芽抑制有显著影响，高浓度的浸提液抑制作用更明显，多为极显著影响。 所有浸提液处理中，５ 种作物种子皆在１００ ｍｇｍＬ－１浸提液浓度下发芽率最低。 浸提液对受体种子萌发的影响不都是负面或者无影响，较低浓度浸提液提高发芽率的现象也有出现，如５、２０ ｍｇｍＬ－１浓度的根浸提液相比ＣＫ 分别提高小麦和玉米种子的发芽率，即出现“低浓度促进高浓度抑制” 的双重效应。

浸提液对种子萌发的影响还与种子本身的种类有关。 以发芽率为考量，浸提液对绿豆和红豆萌发的抑制作用远低于玉米、小麦和谷子，不同部位浸提液（１００ ｍｇｍＬ－１ ）作用下绿豆、红豆的发芽率分别为７３.３％～９５.０％、５１.７％～９０.０％，玉米、小麦和谷子的发芽率仅为１８.３％ ～ ２６.７％、１７.８％ ～４７.８％和１.１％～５６.７％。 本研究中，谷子根浸提液对５ 种作物种子萌发的抑制作用排序为红豆<绿豆<谷子<小麦<玉米，谷子茎浸提液对５ 种作物种子萌发的抑制作用排序为绿豆<红豆<谷子<玉米<小麦，谷子叶浸提液对５ 种作物种子萌发的抑制作用排序为绿豆<红豆<小麦<谷子<玉米。 由上可知，谷子浸提液对豆科作物种子萌发的抑制作用小，对谷子自身的抑制主要来源于叶部，对玉米、小麦种子萌发具有明显的抑制作用。

２.２ 谷子不同部位浸提液对受体作物幼苗生长的影响

由表２ 可知，与对照相比，随着茎浸提液浓度的增大（５～１００ ｍｇｍＬ－１），其对红豆、绿豆、玉米、谷子和小麦幼苗鲜重的抑制作用呈波动式增强；茎浸提液对绿豆、红豆、小麦和玉米幼苗鲜重皆为抑制效应，对小麦幼苗鲜重具有较强的抑制效应；

低浓度茎浸提液（５、２０、４０ ｍｇｍＬ－１ ）对受体谷子幼苗鲜重具有更为明显的促生效果。 高浓度叶浸提液（１００ ｍｇｍＬ－１）对绿豆和谷子幼苗的抑制效果最强， 分别低于对照７０. ６８％ 和７１. ８８％。５ ｍｇｍＬ－１低浓度根浸提液处理较对照提高小麦幼苗鲜重２３.８７％。

对比表２ 和表３ 数据可以看出，谷子茎浸提液对幼苗根长的抑制效应强于对幼苗鲜重的抑制效应。 由表３ 可知，整体上看，叶浸提液对５ 种受体作物幼苗根长的影响强于根、茎浸提液。 与对照相比，浓度为１００ ｍｇｍＬ－１时，叶浸提液和茎浸提液对５ 种作物幼苗根长的抑制效应达到９７.１７％～１００％，根浸提液对红豆、绿豆、玉米和谷子幼苗根长的抑制效应达到５５.５６％～６１.６３％，对小麦幼苗根长的抑制效果较低，仅为２.７５％。 低浓度茎浸提液对玉米（５ ｍｇｍＬ－１ ）、小麦（５、２０、４０ ｍｇｍＬ－１）幼苗根长均有促生效应，对绿豆和红豆皆为抑制效应。

对比表２～表４ 数据可知，谷子根、茎、叶浸提液对幼苗芽长的抑制效应轻于对鲜重和根长的抑制。 从表４ 中可知， 与对照相比， 浓度为１００ｍｇｍＬ－１时，叶浸提液和茎浸提液对受体作物红豆、绿豆幼苗芽长的抑制效应达到９１. ３０％ ～１００％，对玉米、谷子和小麦幼苗芽长的抑制效果较弱；根浸提液对红豆、绿豆和谷子幼苗芽长有促进作用，对玉米、小麦幼苗芽长表现为抑制。 低浓度茎浸提液（５、２０ ｍｇｍＬ－１ ）对５ 种受体作物幼苗芽长有促进或轻微抑制效应，５ ｍｇｍＬ－１ 根、叶浸提液对红豆、玉米和谷子幼苗芽长有促进效果。

２.３ 作物种类、浸提部位和浸提液浓度对作物萌发生长的影响

作物种类、浸提部位和浸提液浓度三因素对各个指标均值的影响及差异分析结果见表５。 可知，作物种类影响自身的萌发生长，不同作物的发芽率、鲜重、根长和芽长差异极显著。 不同浸提部位对作物萌发生长的影响不同，与其他部位相比，叶部浸提液对所有指标的抑制作用最大，根部浸提液对除芽长外的所有指标的抑制作用最小。 随着浸提液浓度增加，种子发芽率和幼苗鲜重随之下降，其中ＣＫ 发芽率和幼苗鲜重最高，１００ ｍｇｍＬ－１浸提液浓度下两者值最低；随着浸提液浓度增加，根长和芽长值呈现先上升后下降趋势，５ ｍｇｍＬ－１浸提液浓度下根长和芽长值最大，１００ ｍｇｍＬ－１ 浸提液浓度下最小。

２.４ 影响作物种子萌发和幼苗生长的多因素方差分析

对作物种类、浸提部位和浸提液浓度三因素下的各个指标进行方差分析，结果见表６。 就独立影响而言，作物种类、浸提液部位和浸提液浓度各自显著或极显著影响种子发芽率和幼苗鲜重、根长和芽长。 就交互影响而言，作物种类、浸提部位和浸提液浓度的交互作用也显著或极显著影响种子发芽率和幼苗鲜重、根长和芽长。 各因素中，