五爪金龍水浸液和腐化液對水稻種子萌發(fā)的化感作用

魏聰++徐玉茵++莊斯宜++周靜++張丹丹++柳小軍++魏鵬舉

摘要：采用室內(nèi)平板培養(yǎng)法研究比較華南地區(qū)常見入侵植物五爪金龍的水浸液和腐化液對水稻種子萌發(fā)的化感作用，以評估五爪金龍在水稻生產(chǎn)中的危害。結(jié)果表明，濃度為0.5 g/mL的五爪金龍水浸液能顯著降低水稻的發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)（P<0.05）。0.25 g/mL的腐化液能顯著降低水稻的發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)（P<0.05），0.5 g/mL的五爪金龍腐化液能顯著降低水稻的7 d發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、幼苗的鮮質(zhì)量、苗長、根數(shù)和根長（P<0.05）。并且，0.5 g/mL 的腐化液對7 d發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、幼苗的鮮質(zhì)量、苗長、根數(shù)和根長等各項指標的抑制作用均顯著強于相同濃度的水浸液和其他濃度的腐化液（P<0.05）。由此可見，五爪金龍水浸液和腐化液均能對水稻的發(fā)芽和生長產(chǎn)生抑制，抑制作用隨濃度升高而增加，并且腐化液抑制作用強于水浸液，表明在水稻生產(chǎn)中應(yīng)盡量避免稻田間及其周邊五爪金龍的存在和腐爛。

關(guān)鍵詞：五爪金龍；水浸液；腐化液；水稻；化感作用

中圖分類號： S511.01；S451文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）09-0067-03

五爪金龍（Lpomoea cairica L.）屬于旋花科多年生草質(zhì)藤本植物，是華南地區(qū)常見的入侵植物之一，具有極強的攀緣能力，能夠覆蓋其他較為低矮的植被并致其死亡，適應(yīng)能力和競爭能力極強，嚴重危害華南地區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)[1-2]，而化感作用可能是其成功入侵的機制之一[3]。有研究表明高溫烘干后的五爪金龍水提物對水稻種子發(fā)芽表現(xiàn)出高濃度抑制、低濃度促進的化感作用[4]。五爪金龍的甲醇提取物能夠抑制水稻幼苗根的生長，也能夠抑制水稻種子發(fā)芽過程中α-淀粉酶、β-淀粉酶及總淀粉酶活性[5]。同時也有研究表明五爪金龍的乙醇提取物能對水稻秧苗生長表現(xiàn)出促進作用[6]。上述研究表明，五爪金龍通過不同媒介獲得的提取液，以及同一種提取液不同的濃度，對水稻種子的萌發(fā)表現(xiàn)出不同的影響。因此，五爪金龍對水稻種子萌發(fā)的影響仍需做深入的研究。

化感作用是指一種植物或微生物所釋放的化學(xué)物質(zhì)對另一種植物或微生物產(chǎn)生的影響[7]。植物體腐爛釋放的毒素對其他植物引起的作用也被認為屬于化感作用，在世界范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注[8]。植物的殘體和腐化物所產(chǎn)生的化感物質(zhì)在土壤中的積累會對土壤物理性狀、土壤微生物和酶活性等造成不利影響，可能會對種子萌發(fā)和植物生長產(chǎn)生負面影響[9]。在水稻實際生產(chǎn)中，稻田中的水成為化感物質(zhì)的主要媒介，相對于在土壤中，植物腐爛釋放的化感物質(zhì)擴散速度更快，作用范圍更廣，因此所承擔(dān)的風(fēng)險也更大。現(xiàn)有關(guān)于五爪金龍對水稻種子萌發(fā)及生長影響的研究往往忽略五爪金龍腐爛后對水稻種子萌發(fā)和生長的影響。本研究著眼于實際生產(chǎn)，對比五爪金龍的水浸液和腐化液對水稻種子萌發(fā)和幼苗生長所產(chǎn)生的影響，以評估五爪金龍對水稻生產(chǎn)的危害，為防治五爪金龍對水稻生產(chǎn)的危害提供數(shù)據(jù)參考。

1材料與方法

1.1材料

五爪金龍于2015年7月采集于華南師范大學(xué)校園，其地上部分用于化感作用物質(zhì)提取。水稻品種為黃華占，由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院廣東省普通高等學(xué)校植物功能基因組與生物技術(shù)重點實驗室提供。

1.2方法

1.2.1水浸液和腐化液的制備

選取健康的新鮮五爪金龍植株，剪碎。水浸液：稱取100 g剪碎的五爪金龍放入錐形瓶，加入200 mL蒸餾水浸泡48 h，3層紗布過濾，4 ℃ 3 000 r/min 離心10 min，抽取上清，即制得0.5 g/mL（相當(dāng)于0.5 g植物材料浸于1 mL蒸餾水中）的母液，密封，放入4 ℃冰箱備用；腐化液：稱取100 g剪碎的五爪金龍放入錐形瓶，加入200 mL蒸餾水浸泡腐解10 d，3層紗布過濾，4 ℃ 3 000 r/min 離心10 min，抽取上清，即制得0.5 g/mL（相當(dāng)于0.5 g植物材料浸于1 mL蒸餾水中）的母液，密封，放入4 ℃冰箱備用。使用時用蒸餾水將所得的水浸液和腐化液母液分別稀釋至所需濃度。

1.2.2種子萌發(fā)

設(shè)置3個水浸液和腐化液濃度梯度010、0.25、0.50 g/mL，以蒸餾水作為空白對照[10]。選取籽粒飽滿、大小一致的水稻種子，1%稀鹽酸消毒15 min，蒸餾水沖洗干凈，置于鋪有雙層濾紙的90 mm培養(yǎng)皿中，每皿均勻放置種子30粒。將上述水浸液和腐化液5 mL加入培養(yǎng)皿，空白對照加入等量蒸餾水，每個處理3個重復(fù)。放入溫度 26 ℃，光照12 h/d的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。種子發(fā)芽過程中，每天補充適量蒸餾水保持濾紙濕潤[11]。記錄每天發(fā)芽數(shù)用于計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)，至7 d時培養(yǎng)結(jié)束，每皿隨機選取10株幼苗測量鮮質(zhì)量、苗高、根數(shù)、最長根長[12]。

1.3數(shù)據(jù)處理

根據(jù)每天發(fā)芽數(shù)計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)，計算幼苗的各項生長指標，并計算各項指標的化感效應(yīng)指數(shù)（RI），由各項RI計算綜合化感效應(yīng)指數(shù)（SI）[13-14]。

式中：GT為t日后發(fā)芽的種子數(shù)；DT為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)；N為種子總數(shù)。綜合化感效應(yīng)指數(shù)（SI）由所有指標化感效應(yīng)指數(shù)（RI）之和除以指標個數(shù)計算而得。RI>0為促進，RI<0為抑制，絕對值大小表示化感作用強度，SI與之相同。

采用Excel 2007和SPSS statistics 19.0進行數(shù)據(jù)處理和分析，LSD顯著性在0.05水平上檢測。

2結(jié)果與分析

2.1五爪金龍水浸液和腐化液對水稻種子發(fā)芽的影響

經(jīng)五爪金龍水浸液和腐化液處理過的種子發(fā)芽率均受到不同程度的抑制。水浸液的抑制作用在2 d時明顯表現(xiàn)出來，各個濃度處理組都表現(xiàn)出一定的抑制作用，空白對照、0.10、0.25、0.50 g/mL濃度處理組發(fā)芽率分別為23.33%、7.78%、5.56%、2.22%。在3 d時空白對照和0.10、0.25 g/mL 水浸液處理組發(fā)芽率水浸液已分別達到95.00%、100%、96.67%，而0.50 g/mL水浸液處理組發(fā)芽率僅達到70%，此后0.50 g/mL水浸液處理組發(fā)芽率逐漸縮小與其他組差異。腐化液抑制作用也在2 d時表現(xiàn)出來，空白對照、010、0.25、0.50 g/mL濃度處理組發(fā)芽率分別為23.33%、111%、0、0。從處理4 d時起，0.10、0.25 g/mL腐化液處理組發(fā)芽率差距逐漸與空白縮小，而0.50 g/mL濃度處理組發(fā)芽率直至7 d時才達到93.33%（圖1）。

統(tǒng)計發(fā)芽勢、7 d時發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)發(fā)現(xiàn)，與空白組相比較，濃度為0.50 g/mL的水浸液顯著降低水稻種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)（P<0.05），對7 d發(fā)芽率未產(chǎn)生顯著影響（P>0.05）。與空白組相比較，濃度為0.25 mL的腐化液處理組顯著降低種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)（P<0.05），0.50 g/mL 的腐化液對水稻種子的發(fā)芽勢、7 d發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均表現(xiàn)出顯著的降低作用（P<0.05）。對比同等濃度下的水浸液和腐化液，發(fā)現(xiàn)腐化液處理組發(fā)芽勢均顯著低于水浸液發(fā)芽勢（P<0.05）；濃度為0.25 g/mL和0.50 g/mL的腐化液處理組發(fā)芽指數(shù)顯著低于同等濃度的水浸液（P<005）；而7 d發(fā)芽率中僅有在0.50 g/mL濃度時具有顯著的差異，表現(xiàn)為腐化液低于水浸液，并且0.50 g/mL的腐化液處理組的水稻種子各項發(fā)芽指標均顯著低于其他水浸液和腐化液處理組（P<0.05）（表1）。

化感效應(yīng)指數(shù)表明，濃度為0.10、0.25 g/mL的水浸液對種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢表現(xiàn)出促進作用（RI>0），濃度為010、0.25 g/mL的腐化液對種子的發(fā)芽率表現(xiàn)出促進作用（RI>0）。除此之外，各個濃度的水浸液及腐化液在各個指標方面均表現(xiàn)抑制作用（RI<0），且相同濃度下腐化液的抑制作用要強于水浸液（表2）。

2.2五爪金龍水浸液和腐化液對水稻幼苗生長的影響

0.5 g/mL的五爪金龍腐化液能顯著降低幼苗的鮮質(zhì)量（P<0.05），同時也顯著降低幼苗的苗長、根數(shù)和根長（P<0.05）。濃度為0.5 g/mL的腐化液對水稻幼苗各項生長指標的抑制作用顯著強于其他各濃度的水浸液和腐化液（P<0.05）（表3）。

五爪金龍水浸液和腐化液對水稻幼苗生長的化感效應(yīng)指數(shù)表明，濃度為0.10 g/mL的水浸液對幼苗的芽長具有促進作用（RI>0），濃度為0.50 g/mL的水浸液對幼苗的根數(shù)有促進作用（RI>0），而濃度為0.25 g/mL的腐化液對幼苗的鮮質(zhì)量有促進作用（RI>0）。除此之外，各個濃度的水浸液和腐化液對于水稻幼苗各方面的生長均表現(xiàn)為抑制作用（RI<0）（表4）。

2.3五爪金龍水浸液和腐化液對水稻種子發(fā)芽的綜合化感效應(yīng)指數(shù)

五爪金龍水浸液和腐化液對水稻種子發(fā)芽的綜合化感效應(yīng)指數(shù)顯示，不同濃度的水浸液和腐化液對水稻種子發(fā)芽均有抑制作用（SI<0），抑制作用強度隨濃度升高而增加。總的來看，濃度為0.10、0.25、0.50 g/mL的腐化液化感抑制作用強度均大于同等濃度的水浸液（表5）。

3討論與結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，五爪金龍水浸液和腐化液對水稻種子的萌發(fā)和幼苗生長均表現(xiàn)出明顯抑制作用，這與已有研究報道的五爪金龍甲醇提取物能對水稻幼苗生長產(chǎn)生抑制作用結(jié)果相一致。然而，有研究發(fā)現(xiàn)高溫烘干后的五爪金龍水浸液低濃度時對水稻幼苗生長具有一定促進作用[4]。推測這種不同的研究報道可能與五爪金龍水浸液的濃度有關(guān)，在上述研究報道中，五爪金龍水浸液濃度在0.001～0.1 g/mL 之間，而本試驗的濃度為0.10～0.50 g/mL。高溫烘干可使化感物質(zhì)含量受到損失，有研究指出化感物質(zhì)需要達到一定的濃度閾值才能發(fā)揮化感作用[15]。低濃度的水浸液可能主要起營養(yǎng)作用，化感作用微弱以至于被抵消或掩蓋。隨著化感物質(zhì)濃度增加，化感作用逐漸表現(xiàn)并增強[16]，本研究發(fā)現(xiàn)五爪金龍無論是水浸液還是腐化液，其化感作用都隨濃度增加而增強。化感作用是植物對環(huán)境的適應(yīng)和防御機制，產(chǎn)生化感作用的化感物質(zhì)往往是多種物質(zhì)的混合物，通過揮發(fā)、淋溶、分泌和腐化等方式影響周邊物種[17-18]。多數(shù)入侵植物都能對伴生植物產(chǎn)生抑制，從而增大生存競爭力[19-21]。除了水稻，五爪金龍對番茄、黃瓜、玉米、小麥、薇甘菊、白菜、蘿卜、萵苣、芥菜等多種農(nóng)作物均存在抑制的化感作用[5，22-23]。

本研究還發(fā)現(xiàn)，在同等濃度下，腐化液的化感作用強于水浸液。這可能是因為植物體腐爛后更多的化感物質(zhì)被釋放出來，另外植物原有的化感物質(zhì)也可能在腐化的過程中轉(zhuǎn)變?yōu)榛凶饔酶鼜姷奈镔|(zhì)。五爪金龍在稻田中生長過程中會釋放化感物質(zhì)，并借助稻田中的水傳播擴散，對水稻的生長產(chǎn)生不利作用，而五爪金龍腐爛后這種不利影響可能會進一步加劇，有試驗證據(jù)表明化感物質(zhì)會在土壤中積累[24]，這可能是腐化液的化感作用強于水浸液的原因之一。

綜上所述，五爪金龍水浸液和腐化液對水稻均表現(xiàn)出抑制的化感作用，抑制作用隨濃度升高而增強，并且腐化液的化感抑制效應(yīng)強于水浸液。因此，在稻田中及其周邊地區(qū)，應(yīng)避免五爪金龍的生長和腐爛。此外，堆肥、漚肥原料也應(yīng)避免五爪金龍的混入。

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