甜高粱浸提液對牧草種子萌發和幼苗的化感作用

蔡觀容，陳桂華

（湖南農業大學農學院，長沙410128）

化感作用（Allelopthy）又稱為異株克生或相生相克，指在植物體內合成由根系釋放到環境中的化學物質引起的相互作用［1，2］，是一種與植物間生存競爭和生長發育密切相關的化學防御機制［3］。在農業生產活動中化感作用的應用是極為廣泛的，不管是何種種植方式，都需要考慮化感作用的影響［4］。葛婷婷等的研究表明，高粱（Sorghum bicolor）水浸提液對小麥根長和苗高、CAT/POD/SOD活性均有抑制作用，而對小麥中丙二醛含量有促進作用，影響植株的正常生長，使小麥產量下降［5］。一定濃度的白三葉（Trifolium repens）根系分泌物可以引起高羊茅（Festuca arundinacea）中 CAT/SOD/POD活性升高，以抵御不良環境的侵擾［6］。植物的自毒作用在農業生產中廣泛存在，自毒物質的積累致使病害蔓延，從而導致植物連作障礙［7］。有研究表明大豆（Glycine max）存在自毒作用，連作會造成減產［8，9］。紫花苜蓿（Medicago sativa）也存在自毒作用［10］，其水浸提液還能顯著抑制多花黑麥草（Lolium multiflorum）的種子萌發和幼苗生長［11］。

甜高粱（Sorghum dochna）又稱糖高粱，是普通粒用高粱的一個變種［12］。不僅是優良的飼草作物，其渣可做乙醇發酵的原料［13］，也可作青飼料或青貯飼料［14］，還是我國最具潛力的能源作物之一［15～18］。因此，甜高粱具有“三元作物”的美稱。

本試驗研究了甜高粱浸提液對白三葉、拉巴豆、甜高粱和籽粒莧這4種牧草種子的發芽及幼苗生長的影響，以為確定甜高粱的最佳間作套種牧草類型，提高牧草的產量和質量提供參考。

1 材料及方法

1.1 試驗材料

甜高粱植株于2017年7月采于湖南農業大學耘園基地。

受體植物籽粒莧（Amaranthus hypochondriacus）、白三葉（Trifolium repens）、拉巴豆（Lablab purpureus）、甜高粱的種子購于湖南省佳牛牧業公司。

1.2 不同濃度浸提液的制備

將采集回的甜高粱植株用自來水清洗干凈，莖葉（地上部）和根（地下部）分開剪成小段，于室內通風處自然晾干，置于烘箱65℃烘干至恒重，用粉碎機碎粉，分別用蒸餾水浸提24 h，期間用玻璃棒攪拌數次，紗布過濾收集浸提液。量取適量的甜高粱水提取物，用蒸餾水配制成質量分數為40、20、10、5 g/L 4種濃度的浸提液溶液，4℃保存備用。

1.3 幼苗培養及處理

選取種皮完整、粒圓飽滿的牧草種子，用清水漂洗，再放入0.3%的高錳酸鉀溶液中消毒，然后用蒸餾水沖洗備用。選用直徑12 cm×12 cm的發芽盒，內鋪兩層濾紙，每盒均勻地放入4種牧草種子，其中籽粒莧和白三葉處理每盒中放入100粒、拉巴豆處理每盒中放10粒、甜高粱處理每盒中放30粒種子，分別加入10 mL不同濃度的甜高粱浸提液，對照組加入10 mL蒸餾水，每處理重復3次，置25℃光照培養箱培養。每天觀察發芽情況，并及時補充蒸餾水，使濾紙始終保持濕潤，定期觀察，直至牧草種子發芽數不再變化為止。

1.4 觀測指標及方法

發芽率、發芽勢、苗高和根長用常規方法測定。

葉綠素含量、POD/SOD/CAT3種酶活性、丙二醛含量的測定均參照文獻［19］。采用SPSS數據處理系統對結果進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同濃度甜高粱浸提液對牧草種子發芽勢和發芽率的影響

由表1可知，在供試濃度范圍內，不同濃度的甜高粱浸提液對白三葉和籽粒莧種子發芽勢均有不同程度的抑制效果，且隨濃度的增大抑制效果增強。其中地下部40 g/L浸提液處理下白三葉和籽粒莧種子的發芽抑制率分別為51.11%、70.79%；不同濃度的甜高粱地下部浸提液對拉巴豆的發芽勢無顯著影響，而地上部40 g/L浸提液對拉巴豆種子萌發具有顯著抑制作用；不同濃度的甜高粱浸提液對甜高粱種子萌發無顯著影響。

由表2可知，在供試濃度范圍內，40 g/L的甜高粱地下部浸提液對白三葉種子的發芽率具有明顯的抑制作用；40 g/L的地下部和地上部浸提液對籽粒莧種子的發芽率均具有明顯的抑制作用；其他濃度的不同部位的甜高粱浸提液對供試4種牧草發芽率無顯著影響。

表1 不同濃度甜高粱浸提液處理的4種牧草種子發芽勢（%）Table 1 Effects of different concentrations of S.dochna extract on germ ination potential of four kinds of forage seeds

表2 不同濃度甜高粱浸提液處理的4種牧草種子發芽率（%）Table 2 Effects of different concentrations of S.dochna extract on germ ination rate of four kinds of forage seeds

2.2 不同濃度甜高粱浸提液對牧草幼苗根長和苗高的影響

由表3可知，在供試濃度范圍內，不同濃度的甜高粱浸提液對白三葉根長有明顯的抑制作用。地下部浸提液濃度越高抑制效果越明顯，其中地下部40 g/L浸提液處理下白三葉根長為0.69 cm，抑制率為70.00%；40 g/L地上部甜高粱浸提液對甜高粱根長有顯著促進作用；地下部40 g/L和20 g/L及地上部40 g/L甜高粱浸提液對籽粒莧根長有明顯的促進作用；供試濃度甜高粱浸提液對拉巴豆根長無顯著影響。

由表4可知，在供試濃度范圍內，不同濃度的甜高粱浸提液對其他3種牧草的苗高均有明顯的促進作用，其中40 g/L地上部浸提液處理對白三葉、拉巴豆的苗高促進作用最顯著，供試濃度的甜高粱浸提液對甜高粱的苗高無顯著影響。

表3 不同濃度甜高粱浸提液處理的4種牧草幼苗根長（cm）Table 3 Effects of different concentrations of S.dochna extract on root length of four kinds of forage seedlings

表4 不同濃度甜高粱浸提液處理的4種牧草幼苗苗高（cm）Table 4 Effects of different concentrations of S.dochna extract on seed ling height of four kinds of forage seed lings

2.3 不同濃度甜高粱浸提液對牧草幼苗中葉綠素含量的影響

由表5可知，在供試濃度范圍內，不同濃度的甜高粱浸提液對白三葉葉綠素a含量有顯著抑制作用，濃度越高，抑制作用越強，其中地下部40 g/L甜高粱浸提液處理下白三葉葉綠素a含量的抑制作用最強；不同濃度的甜高粱浸提液對拉巴豆和籽粒莧葉綠素a含量有顯著促進作用，對拉巴豆的影響隨濃度升高而增強，對籽粒莧的影響隨濃度升高先增強而后減弱；不同濃度的甜高粱浸提液對甜高粱葉綠素a含量有顯著影響，其作用不呈規律性變化。

由表6可知，在供試濃度范圍內，不同濃度的甜高粱浸提液對白三葉中葉綠素b含量有顯著抑制作用，對拉巴豆中葉綠素b含量有明顯的促進作用，濃度越高，促進作用越強；地下部5 g/L和地上部40 g/L甜高粱浸提液對甜高粱葉綠素b含量有明顯的促進作用，地下部和地上部10 g/L及20 g/L甜高粱浸提液對籽粒莧中葉綠素b含量有明顯的促進作用，其他濃度的甜高粱浸提液對這兩種牧草幼苗的葉綠素b含量無明顯影響。

表5 不同濃度甜高粱浸提液處理的4種牧草幼苗中葉綠素a含量（%）Table 5 Effects of different concentrations of S.dochna extract on chlorophyll a content in four kinds of forage seed lings

表6 不同濃度甜高粱浸提液處理的4種牧草幼苗中葉綠素b含量（%）Table 6 Effects of different concentrations of S.dochna extract on chlorophyll b content in four kinds of forage seedlings

2.4 不同濃度甜高粱浸提液對牧草幼苗中POD/SOD/CAT活性的影響

由表7可知，地下部5 g/L和地上部20 g/L濃度的甜高粱浸提液對白三葉SOD活性有顯著抑制作用；不同濃度的供試甜高粱浸提液對甜高粱SOD活性有明顯的抑制作用，且隨濃度升高抑制作用增強，其中地下部40 g/L浸提液處理下抑制率達到69.85%；對拉巴豆和籽粒莧幼苗SOD活性無顯著影響。

表7 不同濃度甜高粱浸提液處理的4種牧草幼苗中SOD活性（U/g·FW）Table 7 Effects of different concentrations of S.dochna extract on SOD activity in four kinds of forage seedlings

由表8可知，在供試濃度范圍內，不同濃度的甜高粱浸提液對白三葉POD活性有明顯抑制作用。地上部5、10 g/L和地下部5 g/L濃度的甜高粱浸提液對拉巴豆POD活性有顯著影響；不同濃度的甜高粱浸提液對甜高粱POD活性有明顯抑制作用，濃度越高抑制作用越強；不同濃度甜高粱浸提液對籽粒莧POD活性呈現低促高抑的現象。

表8 不同濃度甜高粱浸提液處理的4種牧草幼苗中POD活性（U/g·m in）Table 8 Effects of different concentrations of S.dochna extract on POD activity of in four kinds of forage Seed ling

表9 不同濃度甜高粱浸提液處理的4種牧草幼苗中CAT活性（U/g·m in）Table 9 Effects of different concentrations of S.dochna extract on the activity of CAT in four kinds of forage seedlings

由表9可知，地上部20 g/L甜高粱浸提液對白三葉CAT活性有顯著抑制作用，地上部40 g/L甜高粱浸提液對拉巴豆CAT活性有顯著促進作用，其他不同部位的不同濃度浸提液對這兩種牧草CAT活性無明顯影響；地下部10 g/L、地上部10、20、40 g/L這4種濃度的甜高粱浸提液對甜高粱CAT有顯著抑制作用，其他供試濃度浸提液對甜高粱CAT活性無明顯作用；在供試濃度范圍內，不同濃度的不同部位的甜高粱浸提液對籽粒莧CAT活性無顯著影響。

2.5 不同濃度甜高粱浸提液對牧草幼苗中丙二醛含量的影響

由表10可知，供試不同濃度的甜高粱浸提液對拉巴豆幼苗中丙二醛含量升高有顯著促進作用，且隨濃度升高促進效果越強；地下部10 g/L甜高粱浸提液對白三葉中丙二醛含量有明顯抑制作用；供試不同部位不同濃度甜高粱浸提液對甜高粱和籽粒莧幼苗中丙二醛含量無顯著影響。

表10 不同濃度甜高粱浸提液處理的4種牧草幼苗中丙二醛含量（mol/g·FW）Table 10 Effects of different concentrations of S.dochna extract on malondialdehyde content in four kinds of forage seed lings

3 結論

本研究結果表明，甜高粱浸提液對4種牧草幼苗的根長和苗高有顯著影響：在供試濃度范圍內，甜高粱浸提液對白三葉、籽粒莧和拉巴豆的苗高有顯著促進作用，對自身苗高無顯著影響，而對白三葉根長有顯著抑制作用，對自身和籽粒莧的根長有顯著促進作用。甜高粱浸提液對白三葉中葉綠素有顯著抑制作用，對拉巴豆中葉綠素有顯著促進作用，均隨濃度升高而增強；對籽粒莧中葉綠素含量有明顯的促進作用，甜高粱浸提液對自身葉綠素b含量有顯著促進影響。甜高粱浸提液處理可降低白三葉和甜高粱幼苗中的酶活性，低濃度甜高粱浸提液對拉巴豆POD活性有顯著影響，地上部40 g/L濃度的甜高粱浸提液對拉巴豆CAT活性有顯著促進作用；低濃度甜高粱浸提液對籽粒莧幼苗中POD活性呈現低促高抑的現象。甜高粱浸提液處理的拉巴豆幼苗中丙二醛含量升高，地下部10 g/L濃度甜高粱浸提液處理的白三葉幼苗中丙二醛含量降低，對自身和籽粒莧則無顯著影響。

綜上所述，甜高粱地上部和地下部浸提液對拉巴豆和籽粒莧有明顯的化感促進作用，因此可與這兩種牧草間套種或輪作來提高牧草的產量；甜高粱地上部和地下部浸提液對白三葉表現明顯的抑制作用，因此不宜與白三葉套種或混播；甜高粱地上部和地下部浸提液對自身有一定的自毒作用，因而不宜連作。