白術水浸液對種子萌發及幼苗生長的自毒效應

王紅佳，薛興華，宋拉拉，李 忠，龔 寧

（1.貴州師范大學生命科學學院，貴州貴陽550001；2.貴州省農業科學院辣椒研究所，貴州貴陽550006；3.貴州大學農學院，貴州貴陽550025）

白術（Atractylodesmacrocephala Koidz）為菊科蒼術屬多年生草本植物，其干燥根莖是常用的補益類中藥，具有健脾益氣、止汗安胎等功效，臨床應用廣，市場需求量大，但在栽培過程中發現白術存在嚴重的連作障礙［1－5］，植物自毒作用是連作障礙產生的重要因子之一。目前關于白術自毒作用的研究只有少量報道，徐建中等通過測定白術苗長和根長判斷不同生育期白術地上部和地下部水浸液、白術根系土壤水浸液及有機溶劑浸提液、根系分泌物對白術幼苗的自毒作用［6］。本試驗通過測定白術種子萌發和幼苗生長的十多種相關指標研究白術植株莖葉和根系水浸液的自毒效應，試圖用更多的參數分析白術自毒作用機理，并利用隸屬函數消除個別指標的片面性，對不同處理下白術長勢優劣進行綜合分析，為解決白術栽培過程中的連作障礙問題提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2015年9月3日至10月5日在貴州師范大學花溪校區生命科學學院1505實驗室進行，白術種子購買于河北安國市張步鄉村。

1.2 試驗方法

1.2.1 水浸液的制備 采用隨機取樣法收集1年生白術莖葉和根系，參考馬瑞君等的水浸液制備方法［7］：將白術苗莖葉、根系剪小段，新鮮莖葉加4倍蒸餾水浸提母液，新鮮根系加5倍蒸餾水浸提母液，密封24 h后過濾，4℃保存備用。將莖葉和根系母液稀釋為2、7、12 mg／mL濃度的水浸液。

1.2.2 白術水浸液處理對白術種子萌發的影響 采用紙床法進行生物測定，每種處理為5個培養皿，每皿均勻播種20粒大小均一的白術種子，分別加入不同濃度莖葉和根系水浸液，蒸餾水作對照，并定時補充水浸液和蒸餾水，每處理重復3次。每天觀察記錄種子的發芽情況，計算發芽率和發芽勢：發芽率＝（發芽種子數／實驗種子總數）×100%；發芽勢＝規定時間內（5 d）發芽種子數／試驗種子總數×100。萌發的白術種子中α－淀粉酶和β－淀粉酶活性的測定采用3，5－二硝基水楊酸法［8］。

1.2.3 白術水浸液處理對白術幼苗生長的影響 白術幼苗生長測定采用紙杯法［8］：將預萌發的種子播種在紙杯中，每處理10杯，每杯10粒，分別加入2 mL不同濃度莖葉和根系水浸液，蒸餾水作對照，并定時補充水浸液和蒸餾水，每處理重復3次。20 d后對幼苗進行生長測定。采用2，4－二氯苯酚比色法測定下胚軸的吲哚乙酸氧化酶（IAAO）活性［9］；采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法進行測定根系活性［10］。

1.2.4 數據統計分析 采用SPSS 17.0和LSD（最小顯著差異法）進行單因素分析、顯著性分析，并用隸屬函數進行綜合分析。

2 結果與分析

2.1 白術水浸液處理對白術種子萌發的影響

由表1可知，白術水浸液能降低其種子的發芽率和發芽勢，12 mg／mL莖葉和根系水浸液處理使白術發芽率極顯著降低，濃度7 mg／mL根系水浸液處理使發芽勢極顯著降低。表明白術水浸液對其種子發芽率和發芽勢有抑制作用，且中高濃度（7～12 mg／mL）水浸液抑制作用較強。

除12 mg／mL白術莖葉水浸液處理外，其他水浸液處理對α－淀粉酶活性的抑制作用均達到極顯著水平，并有低濃度促進、中高濃度抑制的效果；白術各水浸液處理均使β－淀粉酶活性發生極顯著變化，其莖葉水浸液有低濃度抑制、高濃度促進的效果，根系水浸液處理則均有促進效應。

表1 白術水浸液對白術種子萌發的影響

2.2 白術水浸液處理對白術幼苗生長的影響

表2 白術水浸液對白術幼苗生長的影響

從表2可以看出，白術水浸液處理使其幼苗除莖葉質量沒有顯著變化，其株高、根長、根質量、根數、下胚軸IAAO活性、根系活性和單株質量都發生一定程度的變化。

與對照組相比，莖葉水浸液處理下白術根質量顯著降低，IAAO活性極顯著上升；2 mg／mL處理下株高顯著降低，根長、根數、根系活性顯著下降，單株質量沒有顯著變化；7 mg／mL處理下株高、根數、單株質量沒有顯著變化，極顯著降低白術的根長和根系活性；12 mg／mL處理顯著降低單株質量，極顯著降低株高根長、根質量、根數和根系活性。結果表明，高濃度莖葉水浸液對白術的抑制作用較大。

與對照組相比，根系水浸液處理下白術幼苗的根質量、根數、單株質量沒有顯著變化；2 mg／mL處理下株高顯著升高，根長、IAAO活性沒有顯著變化，根系活性極顯著降低；7 mg／mL處理下株高沒有顯著變化，IAAO活性顯著升高，根長極顯著降低，根系活性極顯著升高；12 mg／mL處理下株高、根長、IAAO活性沒有顯著變化，根系活性極顯著升高。結果表明，白術對莖葉水浸液的生理響應強于根系水浸液。

2.3 白術水浸液處理下白術種子萌發及幼苗生長指標的受害系數α值

由表3可知，白術水浸液處理使其大多數種子萌發及幼苗生長指標的α值大于0，說明白術存在一定的自毒作用。白術種子下胚軸IAAO活性變化幅度最大，且α值均大于0，推測IAAO對白術水浸液反應較為敏感；2 mg／mL根系水浸液使株高、根長、根質量、淀粉酶活性、單株質量的α值小于0，說明低濃度根系水浸液沒有產生自毒作用，可能產生積極保護作用。但白術種子萌發和幼苗生長的各項指標既有發生正向變化，也有發生負向變化，難以對白術水浸液產生的效應進行準確的判斷，因此采用隸屬函數對各項指標進行處理，綜合評價不同濃度莖葉和根系水浸液對白術產生的自毒效應。

表3 白術水浸液處理下各指標的α值

2.4 白術水浸液對白術種子萌發及幼苗生長影響的綜合評價

各項指標均從不同角度反映白術自身毒害作用的程度，但各指標對白術影響程度不一致，難以直接對白術的影響進行綜合評價，因此用隸屬函數進行綜合分析，在綜合受害指標D值計算時引入指標權數，排除個別指標的片面性［11］（表4、表5）。

表4 白術各水浸液處理各指標的Uij值及指標權數

表5 白術各水浸液處理各指標的Yij值及綜合D值

由表5計算的D值可知，白術水浸液處理下白術長勢優劣的綜合排序為2 mg／mL根系水浸液 ＞蒸餾水（CK）＞12 mg／mL根系水浸液 ＞7 mg／mL根系水浸液 ＞7 mg／mL莖葉水浸液＞2 mg／mL莖葉水浸液＞12 mg／mL莖葉水浸液。由上述D值排序可見，莖葉水浸液的毒害作用＞根系水浸液的毒害作用，其中12 mg／mL莖葉水浸液的毒害作用最大；除2 mg／mL根系水浸液處理的D值大于對照外，其余各處理D值均小于對照。說明白術莖葉水浸液和高濃度的根系水浸液對自身有一定的毒害作用，推測低濃度的根系水浸液可以誘導自身發揮保護作用，或者產生的毒害物質沒有達到自毒作用的臨界濃度。

3 討論與結論

自毒作用指植物通過向環境中釋放化學物質對同種植物產生直接或間接的有害作用，是一種特殊的化感作用［12］。測定種子萌發和幼苗生長是研究化感和自毒作用常用的生物測定方法［13－17］。本研究測定了發芽率、發芽勢、株高、根長、根數、根質量、莖葉質量、單株質量、α－淀粉酶活性、β－淀粉酶活性、下胚軸IAAO活性、根系活性12項指標，發現這些指標既有正向變化也發生負向變化，難以全面準確判斷白術水浸液對自身毒害作用程度，因此利用隸屬函數綜合分析白術的自毒效應，用表述長勢優劣的D值進行排序。本研究D值排序為2mg／mL根系水浸液＞蒸餾水（CK）＞12mg／mL根系水浸液 ＞7 mg／mL根系水浸液 ＞7 mg／mL莖葉水浸液 ＞2 mg／mL莖葉水浸液 ＞12 mg／mL莖葉水浸液。除2 mg／mL根系水浸液處理的D值大于對照，其余各處理值均小于對照，說明白術莖葉水浸液和中高濃度的根系水浸液處理對白術種子萌發、幼苗生長有抑制作用，存在一定的自毒效應；低濃度根系水浸液處理對白術種子萌發、幼苗生長表現出促進作用，即高抑制、低促進濃度效應，類似植物生長素的“兩重性”［18］。這與前人在當歸［19］、黃芪［20］、苜蓿［21－23］等研究結果一致，但也有一些作物研究結果不同，如王廣印等研究辣椒植株水浸液對辣椒種子萌發自毒作用發現辣椒具有自毒作用，且隨水浸液濃度增大作用增強，但沒表現出有高抑制、低促進效應［24］。推測白術低濃度根系水浸液產生的毒害作用沒有達到產生自毒作用的臨界濃度，在白術自身可調節范圍之內，并積極誘導了自我保護作用。

植物不同器官浸提液產生自毒效應的程度不同［25－28］。本研究表明，濃度相同時，白術不同部位水浸液產生的自毒效果不同，即白術莖葉水浸液的自毒作用大于根系水浸液的自毒作用，這與徐建中研究的結果［6］類似。榮思川等在紫花苜蓿自毒效應研究中也發現葉和莖浸提液對種子萌發和幼苗生長的自毒效果大于根浸提液［23］。馬瑞君等通過不同發育期地上部和根部水浸液對其種子萌發和幼苗生長進行自毒作用研究也發現，當歸地上部綜合自毒效應強于根部［7］。張新慧等發現，蒙古黃芪植株不同部位水浸液自毒效應是莖＞葉＞根［20］。也有結果顯示，地黃［29］、馬鈴薯［25］根系自毒作用大于葉。還有結果表明，藿香不同部位水浸提液對其幼苗的自毒作用強弱為葉＞根＞莖［26］。說明自毒效應與植物種類、植物不同部位以及自毒物質濃度有關。本研究結果表明，白術莖葉自毒效應大于根系，自然栽培條件下，白術莖葉水溶性自毒物質很可能通過雨水、噴霧等方式淋溶浸入土壤并產生自毒作用。建議在白術栽培過程中采用根系滴管灌溉方式，設置合理的排水措施，及時清理殘根落葉，從而減少白術的自毒作用，緩解白術的連作障礙。

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