五爪金龍水浸液和腐化液對水稻種子萌發的化感作用

魏聰++徐玉茵++莊斯宜++周靜++張丹丹++柳小軍++魏鵬舉

摘要：采用室內平板培養法研究比較華南地區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的化感作用，以評估五爪金龍在水稻生產中的危害。結果表明，濃度為0.5 g/mL的五爪金龍水浸液能顯著降低水稻的發芽勢和發芽指數（P<0.05）。0.25 g/mL的腐化液能顯著降低水稻的發芽勢和發芽指數（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發芽率、發芽勢、發芽指數、幼苗的鮮質量、苗長、根數和根長（P<0.05）。并且，0.5 g/mL 的腐化液對7 d發芽率、發芽勢、發芽指數、幼苗的鮮質量、苗長、根數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芽和生長產生抑制，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，表明在水稻生產中應盡量避免稻田間及其周邊五爪金龍的存在和腐爛。

關鍵詞：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藤本植物，是華南地區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，適應能力和競爭能力極強，嚴重危害華南地區自然生態系統和農業生態系統[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芽表現出高濃度抑制、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，對水稻種子的萌發表現出不同的影響。因此，五爪金龍對水稻種子萌發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物質對另一種植物或微生物產生的影響[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，在世界范圍內受到廣泛關注[8]。植物的殘體和腐化物所產生的化感物質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，可能會對種子萌發和植物生長產生負面影響[9]。在水稻實際生產中，稻田中的水成為化感物質的主要媒介，相對于在土壤中，植物腐爛釋放的化感物質擴散速度更快，作用范圍更廣，因此所承擔的風險也更大。現有關于五爪金龍對水稻種子萌發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和生長的影響。本研究著眼于實際生產，對比五爪金龍的水浸液和腐化液對水稻種子萌發和幼苗生長所產生的影響，以評估五爪金龍對水稻生產的危害，為防治五爪金龍對水稻生產的危害提供數據參考。

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校園，其地上部分用于化感作用物質提取。水稻品種為黃華占，由華南農業大學生命科學學院廣東省普通高等學校植物功能基因組與生物技術重點實驗室提供。

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

設置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加入培養皿，空白對照加入等量蒸餾水，每個處理3個重復。放入溫度 26 ℃，光照12 h/d的培養箱中培養。種子發芽過程中，每天補充適量蒸餾水保持濾紙濕潤[11]。記錄每天發芽數用于計算發芽率、發芽勢和發芽指數，至7 d時培養結束，每皿隨機選取10株幼苗測量鮮質量、苗高、根數、最長根長[12]。

1.3數據處理

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

式中：GT為t日后發芽的種子數；DT為相應的發芽日數；N為種子總數。綜合化感效應指數（SI）由所有指標化感效應指數（RI）之和除以指標個數計算而得。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進行數據處理和分析，LSD顯著性在0.05水平上檢測。

2結果與分析

2.1五爪金龍水浸液和腐化液對水稻種子發芽的影響

經五爪金龍水浸液和腐化液處理過的種子發芽率均受到不同程度的抑制。水浸液的抑制作用在2 d時明顯表現出來，各個濃度處理組都表現出一定的抑制作用，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水浸液處理組發芽率僅達到70%，此后0.50 g/mL水浸液處理組發芽率逐漸縮小與其他組差異。腐化液抑制作用也在2 d時表現出來，空白對照、010、0.25、0.50 g/mL濃度處理組發芽率分別為23.33%、111%、0、0。從處理4 d時起，0.10、0.25 g/mL腐化液處理組發芽率差距逐漸與空白縮小，而0.50 g/mL濃度處理組發芽率直至7 d時才達到93.33%（圖1）。

統計發芽勢、7 d時發芽率和發芽指數發現，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芽勢和發芽指數（P<0.05），對7 d發芽率未產生顯著影響（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芽勢和發芽指數（P<0.05），0.50 g/mL 的腐化液對水稻種子的發芽勢、7 d發芽率和發芽指數均表現出顯著的降低作用（P<0.05）。對比同等濃度下的水浸液和腐化液，發現腐化液處理組發芽勢均顯著低于水浸液發芽勢（P<0.05）；濃度為0.25 g/mL和0.50 g/mL的腐化液處理組發芽指數顯著低于同等濃度的水浸液（P<005）；而7 d發芽率中僅有在0.50 g/mL濃度時具有顯著的差異，表現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）。

化感效應指數表明，濃度為0.10、0.25 g/mL的水浸液對種子的發芽率和發芽勢表現出促進作用（RI>0），濃度為010、0.25 g/mL的腐化液對種子的發芽率表現出促進作用（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量（P<0.05），同時也顯著降低幼苗的苗長、根數和根長（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指數表明，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芽的綜合化感效應指數

五爪金龍水浸液和腐化液對水稻種子發芽的綜合化感效應指數顯示，不同濃度的水浸液和腐化液對水稻種子發芽均有抑制作用（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討論與結論

本試驗結果表明，五爪金龍水浸液和腐化液對水稻種子的萌發和幼苗生長均表現出明顯抑制作用，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生抑制作用結果相一致。然而，有研究發現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，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含量受到損失，有研究指出化感物質需要達到一定的濃度閾值才能發揮化感作用[15]。低濃度的水浸液可能主要起營養作用，化感作用微弱以至于被抵消或掩蓋。隨著化感物質濃度增加，化感作用逐漸表現并增強[16]，本研究發現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境的適應和防御機制，產生化感作用的化感物質往往是多種物質的混合物，通過揮發、淋溶、分泌和腐化等方式影響周邊物種[17-18]。多數入侵植物都能對伴生植物產生抑制，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、芥菜等多種農作物均存在抑制的化感作用[5，22-23]。

本研究還發現，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被釋放出來，另外植物原有的化感物質也可能在腐化的過程中轉變為化感作用更強的物質。五爪金龍在稻田中生長過程中會釋放化感物質，并借助稻田中的水傳播擴散，對水稻的生長產生不利作用，而五爪金龍腐爛后這種不利影響可能會進一步加劇，有試驗證據表明化感物質會在土壤中積累[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強于水浸液。因此，在稻田中及其周邊地區，應避免五爪金龍的生長和腐爛。此外，堆肥、漚肥原料也應避免五爪金龍的混入。

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