


摘要:研究了不同溶劑的苦豆子(Sophora alopecuroides Linn.)浸提物對(duì)向日葵(Helianthus annuus Linn.)種子萌發(fā)的化感作用。結(jié)果表明,不同溶劑苦豆子浸提物對(duì)向日葵種子的萌發(fā)具有明顯的抑制作用,乙醇、甲醇、丙酮和去離子水苦豆子浸提物處理后的向日葵種子的萌發(fā)率分別為60.83%、60.00%、55.83%和46.25%,但只有去離子水浸提物處理向日葵種子的萌發(fā)率顯著低于對(duì)照種子的萌發(fā)率(70.00%,P<0.05);除甲醇的苦豆子浸提物加快向日葵種子的萌發(fā)進(jìn)程外,乙醇、丙酮和去離子水浸提物均對(duì)向日葵種子的萌發(fā)進(jìn)程有延遲作用;不同溶劑的苦豆子浸提物處理向日葵種子后,種子的萌發(fā)指數(shù)和幼苗活力指數(shù)均小于對(duì)照種子的,但去離子水浸提物處理向日葵種子的萌發(fā)指數(shù)和幼苗活力指數(shù)與對(duì)照種子差異顯著(P<0.05)。
關(guān)鍵詞:苦豆子;浸提物;向日葵;種子萌發(fā);化感作用
中圖分類號(hào):Q949.751.9;Q949.783.5;Q948.12+2.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0439-8114(2011)16-3334-04
Allelopathic Effects of Different Solvent Extracts from Sophora alopecuroides on the Seed Germination of Helianthus annuus Seeds
YAN Xing-fu,ZHOU Li-biao,FANG Su,ZHOU Yun-feng
(College of Biological Science and Engineering, Northern University for Nationalities, Yinchuan, 750021, China)
Abstract:The allelopathic effects of different solvent extracts from Sophora alopecuroides Linn. on the germination of Helianthus annuus Linn. seeds were examined. The results showed that the evident inhibition effects of different solvent extracts from S. alopecuroides on the seed germination of H. annuus were observed. The germination percentages of H. annuus seeds treated by solvent extracts from alcohol, methanol, acetone and deionized water were 60.83%,60.00%,55.83% and 46.25% respectively, but only that of seeds treated by extract from deionized water was significantly lower than that of the control (70.00%, P<0.05). All solvent extracts except that from methanol delayed the germination course of H. annuus seeds. The germination index and vigor index of seeds treated by different solvent extracts were all lower than that of the control; but significant difference was only found between deionized water andthe control (P<0.05).
Key words: Sophora alopecuroides Linn.; extracts; Helianthus annuus Linn.; seed germination; allelopathy
植物的化感作用(Allelopathy)是指植物向環(huán)境中釋放某些化學(xué)物質(zhì),影響周圍其他植物的生理生化代謝及生長(zhǎng)過(guò)程的現(xiàn)象,植物的化感物質(zhì)主要是通過(guò)莖葉揮發(fā)、莖葉淋溶、根系分泌及植物殘?bào)w的腐解等途徑釋放到環(huán)境中,影響周圍植被的形成與演替、種子萌發(fā)和衰敗等過(guò)程。植物化感作用是造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的歇地現(xiàn)象和生態(tài)學(xué)上影響植物群落種類組成及群落演替的重要因素之一。目前,對(duì)植物化感作用的研究已成為國(guó)內(nèi)外保護(hù)生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、植物學(xué)、農(nóng)學(xué)和林學(xué)等相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一,我國(guó)在植物化感作用方面的研究主要集中在化感物質(zhì)對(duì)種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)和根的伸長(zhǎng)影響等方面。大量研究結(jié)果證明,植物化感物質(zhì)常引起種子萌發(fā)率降低和萌發(fā)進(jìn)程的延遲,而且具有濃度效應(yīng)[1-7]和不同器官浸提液之間化感作用的差異存在[1,6,8,9]。向日葵 (Helianthus annuus Linn.)是菊科(Asteraceae)重要的一年生草本油料作物,具有適應(yīng)性廣、抗逆性強(qiáng)、耐鹽堿、耐貧瘠等特點(diǎn),種子含油率極高,味香可口,可榨油,亦可炒食,是適宜在西北地區(qū)規(guī)模種植的重要經(jīng)濟(jì)作物。有關(guān)向日葵種子萌發(fā)的研究大多集中在鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)的脅迫效應(yīng)方面[10-13],以向日葵種子為受體對(duì)象的化感作用方面的研究還未見(jiàn)報(bào)道。試驗(yàn)以不同溶劑的苦豆子(Sophora alopecuroides Linn.)浸提液為化感物質(zhì),研究了苦豆子對(duì)向日葵種子萌發(fā)的化感影響,以期為植物化感作用方面的理論研究和相關(guān)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐提供參考。
1材料與方法
1.1材料
供試苦豆子植株和種子采自北方民族大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)習(xí)基地內(nèi)種植的三年生健壯植株。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)將苦豆子根、莖(葉)、果(含種子)洗凈,將其根、莖切成長(zhǎng)約5 mm的小段,在50 ℃通風(fēng)干燥箱中烘干48 h后粉碎成粉末,按質(zhì)量比為
1∶1∶1的比例,取根、莖(葉)、果(含種子)共1 000 g均勻分成4份,各自放入容量為2 000 mL的容量瓶中,分別加入去離子水(DW)、乙醇(Al)、甲醇(Met)、丙酮(Ac)1 000 mL,混勻后常溫浸提24 h,浸提后用3層紗布過(guò)濾;除去離子水浸提液經(jīng)過(guò)濾后直接貯存于4 ℃冰箱中備用外,其他3種有機(jī)溶劑的浸提液均置于40 ℃通風(fēng)干燥箱中,待溶劑揮發(fā)完后再加1 000 mL去離子水混勻,3層紗布過(guò)濾后,貯存于4 ℃冰箱中備用。試驗(yàn)用向日葵種子在當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場(chǎng)購(gòu)買得到。
1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)
以雙層濾紙為萌發(fā)基質(zhì),將種子播于4個(gè)內(nèi)徑為9 cm的培養(yǎng)皿中,作為4個(gè)重復(fù),每皿播種40粒。將前述制備的4種溶劑浸提物水溶液每過(guò)1~2 d補(bǔ)液1次,以去離子水為對(duì)照(也是播種40粒,重復(fù)4次),共設(shè)5組處理,每組供試種子160粒、培養(yǎng)皿4個(gè)。種子萌發(fā)在PQX-330A-12H型人工智能氣候箱(寧波萊福科技有限公司)內(nèi)進(jìn)行,光照控制為14 h/d,光照強(qiáng)度約11 500 lx,“白天”溫度為25 ℃、“夜晚”溫度為20 ℃。以胚根伸出種皮2 mm為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn),每24 h觀測(cè)1次,記錄種子的萌發(fā)情況,并以游標(biāo)卡尺測(cè)定已萌發(fā)種子的胚根長(zhǎng)度(mm),記錄后及時(shí)取出已萌發(fā)種子,觀察記錄至連續(xù)2周不再有種子萌發(fā)為止。
1.3種子萌發(fā)參數(shù)計(jì)算和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析
評(píng)價(jià)植物種子活力的參數(shù)包括萌發(fā)率(Germination percentage,GP)、萌發(fā)速率系數(shù)(Coefficient of germination rate,CGR)、萌發(fā)指數(shù)(Germination index,GI)和幼苗活力指數(shù)(Vigor index,VI),分別按下述公式計(jì)算有關(guān)萌發(fā)參數(shù)。萌發(fā)率(GP)=萌發(fā)種子數(shù)/試驗(yàn)用種子總數(shù)×100%;萌發(fā)速率系數(shù)(CGR)=[∑(t×n)∕∑n]×100,式中t為自萌發(fā)試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的天數(shù),n為在t時(shí)間內(nèi)萌發(fā)的種子數(shù)[14];萌發(fā)指數(shù)(GI)=MDG×PV,式中MDG為平均每天種子萌發(fā)數(shù),等于萌發(fā)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)種子萌發(fā)數(shù)/萌發(fā)試驗(yàn)經(jīng)歷的天數(shù),PV(Peak value)為種子最大萌發(fā)數(shù),等于萌發(fā)試驗(yàn)期間任意一天中達(dá)到的最大萌發(fā)數(shù)/達(dá)到這一最大值所需的天數(shù)[15];幼苗活力指數(shù)(VI)=萌發(fā)率×(幼苗根長(zhǎng)+幼苗莖長(zhǎng))[14]。還計(jì)算了化感效應(yīng)指數(shù)(Index of allelopathic effect,IAE),化感效應(yīng)指數(shù)(IAE)=1-C/T(當(dāng)T≥C時(shí));或IAE=T/C-1(當(dāng)T<C時(shí))。其中,C為對(duì)照值,T為處理值,IAE>0為促進(jìn)作用,IAE<0為抑制作用,絕對(duì)值大小與作用強(qiáng)度一致[16]。所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均在SPSS 13.0程序中用單因子方差分析方法進(jìn)行各處理間的差異顯著性分析。
2結(jié)果與分析
2.1苦豆子浸提物對(duì)向日葵種子萌發(fā)率的影響
不同溶劑苦豆子浸提物對(duì)向日葵種子萌發(fā)率的化感作用影響結(jié)果見(jiàn)圖1,從圖1可見(jiàn),經(jīng)乙醇、甲醇、丙酮和去離子水不同溶劑浸提苦豆子后,得到的浸提物對(duì)向日葵種子的萌發(fā)具有明顯的抑制作用,處理后的向日葵種子萌發(fā)率分別從對(duì)照的70.00%降低到乙醇浸提物的60.83%、甲醇浸提物的60.00%、丙酮浸提物的55.83%和去離子水浸提物的46.25%,只有去離子水浸提物處理向日葵種子的萌發(fā)率顯著低于對(duì)照和乙醇浸提物處理(P<0.05),其他各處理間差異不顯著。
2.2苦豆子浸提物對(duì)向日葵種子的萌發(fā)速率系數(shù)、萌發(fā)指數(shù)和幼苗活力指數(shù)的影響
苦豆子浸提物對(duì)向日葵種子的萌發(fā)速率系數(shù)、萌發(fā)指數(shù)和幼苗活力指數(shù)的化感作用影響結(jié)果見(jiàn)圖2,從圖2A可以看出,除甲醇的苦豆子浸提物對(duì)向日葵種子的萌發(fā)進(jìn)程具有加快作用外,乙醇、丙酮和去離子水浸提物均對(duì)向日葵種子萌發(fā)進(jìn)程具有延遲作用,其萌發(fā)速率系數(shù)分別從對(duì)照種子的502.76增大到乙醇浸提物的572.61、丙酮浸提物的642.54和去離子水浸提物的670.54;甲醇浸提物處理種子的萌發(fā)速率系數(shù)最小(472.29),顯著小于去離子水浸提物處理(P<0.05),其他各處理與對(duì)照間的差異均不顯著。從圖2B可以看出,不同溶劑的苦豆子浸提物處理向日葵種子的萌發(fā)指數(shù)分別為乙醇浸提物4.22、甲醇浸提物3.91、丙酮浸提物2.70和去離子水浸提物1.33,均明顯小于對(duì)照種子的萌發(fā)指數(shù)5.26,其中去離子水浸提物處理種子的萌發(fā)指數(shù)顯著小于對(duì)照、乙醇和甲醇浸提物處理(P< 0.05),其他各處理間無(wú)顯著性差異。從圖2C可以看出,未經(jīng)苦豆子浸提物處理的向日葵種子的幼苗活力指數(shù)為316.71,經(jīng)苦豆子浸提物處理后幼苗活力指數(shù)均有所減小,其大小順序?yàn)閷?duì)照>乙醇>甲醇>丙酮>去離子水,其中去離子水浸提物處理種子的幼苗活力指數(shù)顯著低于對(duì)照(P<0.05)和其他3種有機(jī)溶劑浸提物處理(P<0.05)。
2.3苦豆子浸提物對(duì)對(duì)向日葵種子萌發(fā)的化感效應(yīng)指數(shù)的影響
苦豆子浸提物對(duì)向日葵種子萌發(fā)的化感效應(yīng)指數(shù)的影響情況見(jiàn)表1,表1顯示,從化感強(qiáng)度(化感效應(yīng)指數(shù)絕對(duì)值大小)看,去離子水的苦豆子浸提物對(duì)向日葵種子萌發(fā)的化感作用較強(qiáng),其絕對(duì)值均大于其他3種有機(jī)溶劑的浸提物;不同溶劑的浸提物對(duì)向日葵種子萌發(fā)參數(shù)的化感影響也有較大的差異。例如,丙酮和去離子水浸提物對(duì)萌發(fā)速率系數(shù)的化感效應(yīng)指數(shù)影響較大,而乙醇和甲醇浸提物對(duì)萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)、幼苗活力指數(shù)的化感效應(yīng)指數(shù)影響較大。
3討論
植物之間的化感作用相當(dāng)復(fù)雜,同一植物的不同器官對(duì)其他植物種子萌發(fā)的化感作用也存在較大的差異[2,5,6],同一植物的化感物質(zhì)對(duì)不同植物種子的萌發(fā)甚至具有完全不同的化感效果[17]。例如,高濃度的檸條(Caragana microphylla Lam.)根和莖葉水浸液對(duì)甘草(Glycyrrhiza Uralensis Fisch.)種子萌發(fā)具有較強(qiáng)的抑制作用,但甘草的營(yíng)養(yǎng)器官水浸液則能促進(jìn)檸條種子的萌發(fā)[18]。本研究中,苦豆子的根、莖(葉)、果(含種子)等材料的粉末按1∶1∶1的比例混合而成,生物堿含量可能比自然全株相對(duì)較高,因?yàn)槠渲仓瓴煌课坏目偵飰A含量以種子中最高[19],這種混合粉末的浸提物對(duì)向日葵種子萌發(fā)有明顯的抑制效應(yīng),這與相關(guān)的研究結(jié)果是一致的[6,20]。多數(shù)植物的化感作用表現(xiàn)出高濃度抑制萌發(fā)、低濃度促進(jìn)萌發(fā)的濃度效應(yīng)[1-3,8],不同濃度的化感物質(zhì)對(duì)植物種子萌發(fā)甚至表現(xiàn)出完全相反的影響,例如,冷蒿(Artemisia frigida Willd.)莖葉水浸提液化感作用的強(qiáng)弱依濃度和受試植物而不同,有“劑量效應(yīng)”、“低促高抑效應(yīng)”及“低濃度無(wú)影響、高濃度抑制”3種作用方式[4]。植物化感物質(zhì)通常是在低濃度下才表現(xiàn)出促進(jìn)植物種子萌發(fā)的效應(yīng)[17,18],本研究中苦豆子浸提物中的生物堿濃度可能大于促進(jìn)向日葵種子萌發(fā)的濃度范圍,因而沒(méi)有觀察到該浸提物有促進(jìn)向日葵種子萌發(fā)的現(xiàn)象。
苦豆子生物堿通常用水或稀酸、醇類和親脂有機(jī)溶劑提取[21],而水和醇類有機(jī)溶劑對(duì)苦豆子生物堿的提取效率均不高[22]。從本研究的結(jié)果看,不同溶劑的苦豆子浸提物對(duì)向日葵種子萌發(fā)的化感效應(yīng)具有較大的差異,其中尤以去離子水的苦豆子浸提物對(duì)向日葵種子萌發(fā)的抑制作用最為強(qiáng)烈,而且其對(duì)化感效應(yīng)指數(shù)的影響也大于其他3種有機(jī)溶劑浸提物。有研究結(jié)果顯示,用丙酮可配制系列濃度的雷公藤(Tripterygium wilfordii Hook. F.) 生物堿溶液[23],據(jù)此我們推測(cè)丙酮對(duì)苦豆子生物堿的提取率可能也比較高。試驗(yàn)中丙酮的苦豆子浸提物對(duì)向日葵種子的化感作用僅次于去離子水浸提物,而強(qiáng)于乙醇和甲醇浸提物,這與相關(guān)研究報(bào)道的“醇類有機(jī)溶劑對(duì)苦豆子生物堿的提取效率均不高”[22]的結(jié)論是一致的。而按照梁樣紅等[22]的研究結(jié)果,去離子水對(duì)苦豆子生物堿的提取率也不高,但我們的試驗(yàn)里去離子水的苦豆子浸提物比其他3種有機(jī)溶劑的浸提物對(duì)向日葵種子萌發(fā)具有更強(qiáng)的化感作用,這一結(jié)果可能與我們提取苦豆子生物堿的方法有關(guān),因?yàn)椋撤N有機(jī)溶劑的提取物在40 ℃通風(fēng)揮發(fā)過(guò)程中可能因溶劑的揮發(fā)帶走了部分苦豆子生物堿有效成分,這在一定程度上降低了生物堿水溶液的濃度,從而減弱了苦豆子3種有機(jī)溶劑提取物對(duì)向日葵種子萌發(fā)抑制作用的強(qiáng)度。鑒于此,有關(guān)苦豆子浸提物對(duì)其他種子萌發(fā)的化感作用方面的研究,仍需在苦豆子生物堿提取方法、含量測(cè)定及不同濃度浸提物的影響等方面進(jìn)行深入研究。
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