黃花蒿浸提液對2種蔬菜種子萌發及幼苗生長的化感效應

霍鴻浩，羅世瓊，楊占南*，張曲玲，韋小芳，扶 蝶

(1.貴州師范大學 貴州省山地環境信息系統與生態環境保護重點實驗室，貴州 貴陽 550001；2.貴州師范大學生命科學學院，貴州 貴陽 550001)

【研究意義】化感作用(allelopathy)早在公元前就被人類所發現，是自然界普遍存在的一種重要的化學生態防御機制[1]。1992年國家科學名詞審定委員會把它正式定名為“化感作用”，即植物或微生物通過代謝活動對周圍其它植物或微生物所產生的有利或不利的作用[2]。黃花蒿(ArtemisiaannuaL.)又名香蒿、草青蒿、臭青蒿，屬菊科艾屬1年生草本植物。具有清虛熱，除骨蒸，解暑熱，截瘧，退黃等功效，為我國傳統的中草藥，是提取青蒿素的唯一原料來源[3]。隨著青蒿素被發現可以治療瘧疾，日前成為我國唯一獲得國際承認的擾瘧新藥，因此，藥用價值備受關注。【前人研究進展】但黃花蒿作為侵入荒地的先鋒植物，也是常見農田雜草，其對周圍植物的化感作用多有報導。DELABAYS等[4]研究發現，黃花蒿抑制周圍雜草和玉米的生長。王碩等[5]以小麥(TriticumaestivumL.)為受體，研究了黃花嵩水浸提液對小麥幼苗生長和各種抗氧化酶活性有化感效應。【本研究切入點】貴州屬于我國黃花蒿的主產區之一[6]，而小白菜(Brassicachinensis)和蘿卜(Raphanussativus)是當地秋冬季的主要種植蔬菜，屬于黃花蒿的后茬作物，埋入土壤中的殘體會對作物的生長產生影響，目前有關黃花蒿各部位浸提液對其后茬作物影響的研究報道極少。【擬解決的關鍵問題】為此，以小白菜和蘿卜種子為研究對象，研究黃花蒿植株浸提液對其種子及幼苗生長的影響，以探明土壤連作障礙規律，為黃花蒿的友好栽培及其次生代謝組分的進一步開發利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 黃花蒿 黃花蒿植株，采自貴州省貴陽市周邊地區，經自然風干，將根、莖、葉分開，分別粉碎過100目篩，分裝，常溫避光保存。

1.1.2 蔬菜種子 蘿卜(Raphanussativus)和小白菜(Brassicachinensis)種子，購于貴陽萬東橋種子門市部。

1.2 方法

1.2.1 黃花蒿水浸提液的制備 將粉碎后的黃花蒿根、莖、葉樣品各稱取 70 g，分別放入1 L三角瓶中，加去離子水 700 mL，密封扎緊后放入振蕩器中浸提48 h(振蕩溫度為25 ℃，轉速為 141 r/min)，離心后取上清液，得到水浸提母液，置于4 ℃ 冰箱密封保藏備用[7]。

1.2.2 種子處理 選取飽滿健康、大小一致的蘿卜和小白菜種子，用0.5 % 的H2O2消毒10 min，無菌水沖洗5次[8]。

1.2.3 萌發試驗 黃花蒿浸提液共設3個濃度處理，即將黃花蒿根、莖 、葉母液用去離子水分別稀釋成濃度(V/V)為10 %(T1)、30 %(T2)和50 %(T3)處理溶液，以等量去離子水處理為對照(CK)。采用室內培養法，在直徑為10 cm的培養皿內平鋪兩層定性濾紙，放入經消毒處理的100粒小白菜和蘿卜種子，均勻平鋪，每個處理濃度4次重復。每個培養皿分別加入20 mL不同處理濃度的黃花蒿根、莖、葉水浸提液，CK加20 mL去離子水。之后每天加入適量的去離子水，使濾紙保濕，于(25±1) ℃恒溫室，自然光照下培養。每天記錄發芽率直至發芽結束。

萌發率=(發芽種子總數/供試種子總數)×100 %。

1.2.4 化感效應 參照文獻[13]的方法，以化感作用抑制率(Inhibitory rate, IR)作為化感效應的研究指標。

IR=[(Ti-T0)/T0]×100 %

式中，Ti為測試項目的處理值，T0為對照值。IR≥0 表示具有促進作用，IR<0 表示具有抑制作用。IR絕對值越大，表明其化感作用潛力(促進或抑制作用)越大。

1.2.5 指標測定 幼苗生長后15 d，測量不同處理下2種幼苗的根長、莖長、鮮重和干重，以及幼苗的葉片超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)和丙二醛(MDA)含量。超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑(NBT)法測定[9]，過氧化氫酶(CAT)采用紫外吸收法測定[10]，過氧化物酶(POD)活性采用愈創木酚法測定[11]，丙二醛(MDA)含量參照文獻[12]的方法測定。

1.3 數據處理

采用Excel 2010對數據進行統計分析與作圖，SPSS13.0進行方差分析和顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 黃花蒿浸提液對小白菜及蘿卜種子萌發率的影響

從圖1 看出，不同濃度黃花蒿根、莖、葉浸提液處理，小白菜種子萌發率的變化趨勢與蘿卜種子基本一致。黃花蒿根、莖、葉浸提液處理濃度為10 %時，小白菜種子的萌發率較對照分別降低8.0 %、19.8 %和15.3 %，說明其對小白菜種子的萌發率具有顯著的抑制作用；蘿卜種子的萌發率較對照分別降低15.0 %、7.0 %和10.3 %，說明其對蘿卜種子的萌發率也具有顯著的抑制作用。黃花蒿根、莖、葉浸提液處理濃度為50 %時，小白菜種子的萌發率較對照分別降低55.5 %、49.5 %和59.0 %，說明其對小白菜和蘿卜種子的萌發率具有顯著的抑制作用；蘿卜種子的萌發率較對照分別降低42.8 %、52.5 %和54.3 %，說明其對蘿卜種子的萌發率也具有顯著的抑制作用。

圖1 黃花蒿根、莖、葉浸提液處理小白菜及蘿卜種子的萌發率Fig.1 Germination rate of B. chinensis(A)and R. sativus(B) seeds treated with different extracts from Artemisia annua roots, stems and leaves

2.2 黃花蒿浸提液對小白菜及蘿卜幼苗生長的影響

2.2.1 幼苗生長 從表 1 可知，黃花蒿根、莖、葉浸提液處理濃度為10 %時，小白菜及蘿卜幼苗的根長、莖長和整株干重均較對照(CK)差異不顯著；其處理濃度為30 %和50 %時，小白菜幼苗根長分別為2.31和0.52 cm、2.87和0.86 cm、2.52和0.66 cm，莖長分別為2.52和 1.47 cm、2.77和1.36 cm、2.76和1.44 cm，整株干重分別為16.9和12.2 mg/株、16.4和12.1 mg/株、20.2和13.9 mg/株，3個指標中除30 %的根浸提液處理的整株干重外均顯著低于CK；蘿卜幼苗根長分別為3.26和2.83 cm、3.41和1.34 cm、4.15和0.96 cm，莖長分別為3.42和3.12 cm、4.07和2.85 cm、4.18和2.01 cm，整株干重分別為44.5和44.1 mg/株、68.7和23.5 mg/株、48.4和21.3 mg/株，3個指標均顯著低于CK。說明，黃花蒿浸提液在低濃度下對小白菜和蘿卜幼苗根長、莖長及幼苗生長的抑制作用不顯著，而在高濃度下對小白菜和蘿卜幼苗根長、莖長及幼苗生長具有顯著的抑制作用。

2.2.2 幼苗生長化感效應 從表2看出，黃花蒿根、莖、葉浸提液處理濃度為10 %時，對小白菜幼苗根長、莖長和植株干重化感作用抑制率分別為-17.7 %、9.4 %、10.0 %，5.2 %、9.4 %、11.7 %，-13.5 %、2.1 %、0.7 %，說明低濃度根浸提液對小白菜根長和植株干重有一定的抑制作用，而對莖長有一定的促進作用，而莖和葉浸提液對小白菜根長、莖長和植株干重均有一定的促進作用；對蘿卜幼苗根長、莖長和植株干重的化感作用抑制率分別為-14.9 %、6.0 %、13.1 %，7.9 %、10.4 %、-14.7 %，0.8 %、11.7 %、-21.0 %，說明低濃度根浸提液對蘿卜幼苗根長有一定的抑制作用，對莖長和植株干重有一定的促進作用，莖浸提液對小白菜根長、莖長和植株干重均有一定的促進作用，葉浸提液對小白菜幼苗根長有一定的促進作用，對幼苗莖長和植株干重均有一定的抑制作用。黃花蒿根、莖、葉浸提液處理濃度為50 %時，對小白菜幼苗根長、莖長和植株干重的化感作用抑制率分別為-81.2 %、-53.2 %和-45.1 %，表明高濃度的黃花蒿浸提液對小白菜幼苗具有較強的抑制化感作用，且對幼苗根長和莖長及整株干重的化感效應存在差異，其作用大小為根>莖>整株；對蘿卜化感作用的抑制率分別為-84.3 %、-58.3 %和-74.6 %，表明高濃度的黃花蒿浸提液對蘿卜幼苗具有較強的抑制化感作用，且對根長和莖長及整株干重的化感效應也存在差異，其作用大小為根>整株>莖。

表1黃花蒿根、莖、葉浸提液處理小白菜和蘿卜幼苗的生長情況

Table 1 Seedling growth status ofB.chinensisandR.sativusseeds treated with different extracts fromArtemisiaannuaroots, stems and leaves

浸提液Extract處理濃度(%)Concentration小白菜幼苗B. chinensis seedling蘿卜幼苗R. sativus seedling根長(cm)莖長(cm)整株干重(mg/株)根長(cm)莖長(cm)整株干重(mg/株)根Root0(CK)3.51±0.91 a3.28±0.20 a25.3±4.8 a6.10±1.43 a4.82±0.65 a84.1±8.14 a102.89±0.27 a3.24±0.27 a21.9±3.4 a5.19±0.72 a5.2±0.79 a84.8±6.40 a302.31±0.35 b2.52±0.28 b16.9±2.3 a3.26±0.78 b3.43±0.46 b44.5±6.32 b500.52±0.27 c1.47±0.35 c12.2±1.6 b2.83±1.04 b3.12±0.48 b44.1±4.60 b莖Stem0(CK)3.51±0.91 a3.28±0.20 a25.3±4.8 a6.10±1.43 a4.82±0.65 a84.1±8.14 a103.84±0.48 a3.37±0.29 a25.8±3.1 a6.47±0.77 a5.32±0.55 a93.9±7.62 a302.87±0.41 b2.77±0.30 b16.4±1.3 b3.41±0.45 b4.07±0.77 b68.7±5.01 b500.86±0.29 b1.36±0.22 b12.1±1.0 c1.34±0.37 c2.85±0.55 b23.5±6.43 c葉Leaf0(CK)3.51±0.91 a3.28±0.20 a25.3±4.8 a6.10±1.43 a4.82±0.65 a84.1±8.14 a103.86±0.56 a3.44±0.28 a25.5±2.8 a6.9±1.49 a4.11±0.55 a76.4±8.20 a302.52±0.61 b2.76±0.33 b20.2±2.4 b4.15±0.68 b4.18±0.48 b48.4±5.01 c500.66±0.21 c1.44±0.21 b13.9±1.5 b0.96±0.55 c2.01±0.72 b21.3±4.44 d

注：相同部位浸提液各濃度處理同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significance of difference atP< 0.05 level.

表2黃花蒿根、莖、葉浸提液處理小白菜及蘿卜幼苗生長的化感效應

Table 2 Allelopathic effects of different extracts fromArtemisiaannuaroots, stems and leaves on growth ofB.chinensisandR.sativusseedlings

浸提液Extract處理濃度(%)Concentration小白菜幼苗B. chinensis seedling蘿卜幼苗R. sativus seedlingIR根(%)IR莖(%)IR整株(%)IR根(%)IR莖(%)IR整株(%)根Root0(CK)00000010-17.75.2-13.5-14.97.90.830-34.2-18.2-33.3-46.6-28.8-47.150-85.2-52.3-51.9-53.6-35.3-47.5莖Stem0(CK)000000109.49.42.16.010.411.730-12.5-3.6-35.3-44.1-1.0-18.450-75.5-55.8-52.3-78.0-40.9-72.0葉Leaf0(CK)0000001010.011.70.713.1-14.7-21.030-28.2-10.4-20.2-32.0-13.3-42.550-81.2-53.2-45.1-84.3-58.3-74.6

2.3 黃花蒿浸提液對小白菜及蘿卜幼苗抗氧化物酶活性及丙二醛含量的影響

2.3.1 過氧化物酶(POD) 從圖2看出，黃花蒿根、莖、葉浸提液處理濃度為10 %時，小白菜的幼苗葉片POD活性分別為854.5、885.5和930.5 U/(g·min)，分別較CK顯著提高25.1 %、19.0 %和14.8 %，說明低濃度黃花蒿根、莖、葉浸提液對其POD活性均具有促進作用；蘿卜的幼苗葉片POD活性分別為753.5、542.0和814.7 U/(g·min)，分別較CK顯著提高81.8 %、30.8 %和96.6 %，說明低濃度黃花蒿浸提液對其POD活性均具有較強促進作用。黃花蒿根、莖、葉浸提液處理濃度為30 %時，小白菜幼苗葉片的POD活性分別為812.5、773.5和649.5 U/(g·min)，根、莖浸提液處理均顯著高于CK，葉浸提液處理顯著低于CK，說明，30 %的黃花蒿根、莖浸提液處理對其POD活性具有促進作用，葉浸提液處理對其POD活性具有抑制作用；蘿卜幼苗葉片的POD活性分別為626.7、661.5和626.3 U/(g·min)，均顯著高于CK，說明，30 %的黃花蒿根、莖、葉浸提液處理均對其POD活性均具有促進作用。黃花蒿根、莖、葉浸提液處理濃度為50 %時，小白菜的幼苗葉片的POD 活性分別為662.0、646.0和545.0 U/(g·min)，分別較CK顯著降低26.5 %、13.0 %和10.9 %，說明，高濃度黃花蒿根、莖、葉浸提液處理對其POD活性均具有抑制作用；蘿卜的幼苗葉片的POD 活性分別為458.3、388.7和356.0 U/(g·min)，根浸提液處理顯著高于CK，莖、葉浸提液處理均顯著低于CK，說明，高濃度黃花蒿根浸提液對其POD活性具有促進作用，莖、葉浸提液則對其POD活性具有抑制作用。

2.3.2 過氧化氫酶(CAT) 由圖3可知，黃花蒿根、莖、葉浸提液處理濃度為10 %時，小白菜幼苗葉片CAT 活性分別為203.5、238.5和199.4 U/g，均顯著高于CK，分別較CK顯著提高23.5 %、5.4 %和3.3 %，說明，低濃度黃花蒿根、莖、葉浸提液對其CAT活性具有促進作用；蘿卜幼苗葉片CAT活性分別為112.8、113.8和128.3 U/g，根、莖浸提液處理均顯著低于CK，葉浸提液處理則高于CK，說明，低濃度黃花蒿根、莖浸提液對其CAT活性具有抑制作用，而葉浸提液對其CAT活性具有促進作用。黃花蒿根、莖、葉浸提液處理濃度為30 %時，小白菜幼苗葉片CAT 活性分別為233.5、236.5和242.5 U/g，均顯著高于CK，說明，30 %的黃花蒿根、莖、葉浸提液對其CAT活性均具有促進作用；蘿卜幼苗葉片CAT活性分別為171.5、187.0和164.0 U/g，均顯著高于CK，說明，30 %的黃花蒿根、莖、葉浸提液對其CAT活性均具有促進作用。黃花蒿根、莖、葉浸提液處理濃度為50 %時，小白菜幼苗葉片CAT 活性分別為219.0、207.5和225.5 U/g，均顯著的低于CK，說明，高濃度黃花蒿根、莖、葉浸提液對其CAT活性具有促進作用，且其活性均隨浸提液濃度的升高呈先升高后降低趨勢；蘿卜幼苗葉片CAT 活性分別為162.5、126.3和119.5 U/g，根、莖浸提液處理均高于CK，葉浸提液處理則低于CK，說明，高濃度黃花蒿根、莖浸提液對其CAT活性具有促進作用，而葉浸提液對其CAT活性具有抑制作用。

圖2 黃花蒿根、莖、葉浸提液處理小白菜和蘿卜幼苗的過氧化物酶(POD)活性Fig.2 Leaf POD activity of B. chinensis and R. sativus seeds treated with different extracts from Artemisia annua roots, stems and leaves

圖3 黃花蒿根、莖、葉浸提液處理小白菜和蘿卜幼苗的過氧化氫酶(CAT)活性Fig.3 Leaf CAT activity of B. chinensis and R. sativus seeds treated with different extracts from Artemisia annua roots, stems and leaves

2.3.3 超氧化物歧化酶(SOD) 從圖4看出，黃花蒿根、莖、葉浸提液處理濃度為10 %時，小白菜幼苗葉片SOD活性分別為174.9、178.7和193.6 U/g，均顯著高于CK，說明低濃度黃花蒿根、莖、葉浸提液對其SOD活性具有促進作用；蘿卜幼苗葉片SOD活性分別為156.6、176.6和175.4 U/g，根浸提液處理顯著低于CK，莖、葉浸提液處理均高于CK，說明，低濃度黃花蒿根浸提液對其SOD具有抑制作用，而莖、葉浸提液對其SOD活性具有促進作用。黃花蒿根、莖、葉浸提液處理濃度為30 %時，小白菜幼苗葉片的SOD 活性分別為152.9、209.7和159.9 U/g，均顯著高于CK，說明30 %的黃花蒿根、莖和葉浸提液對其SOD 活性均具有促進作用；蘿卜幼苗葉片SOD活性分別為179.4、188.2和207.4 U/g，均顯著高于CK，說明30 %的黃花蒿根、莖和葉浸提液對其SOD 活性均具有促進作用。黃花蒿根、莖、葉浸提液處理濃度為50 %時，小白菜幼苗葉片SOD 活性分別為134.5、143.0、98.3 U/g，均顯著的低于CK，說明高濃度黃花蒿根、莖、葉浸提液對其SOD活性具有抑制作用，且其SOD活性均隨處理濃度的升高呈先升后降趨勢；蘿卜幼苗葉片SOD活性分別為134.1、119.1和69.0 U/g，均顯著低于CK，說明高濃度黃花蒿根、莖、葉浸提液對其SOD活性均具有抑作用。

圖4 黃花蒿根、莖、葉浸提液處理小白菜和蘿卜幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)活性Fig.4 Leaf SOD activity of B. chinensis and R. sativus seeds treated with different extracts from Artemisia annua roots, stems and leaves

不同小寫字母表示相同部位浸提液各濃度處理間差異顯著(P<0.05)Different lowercase letters indicate significance of difference at P < 0.05 level between different concentration treatments of the same extract圖5 黃花蒿根、莖、葉浸提液處理小白菜和蘿卜幼苗的丙二醛(MDA)含量Fig.5 MDA content in leaves of B. chinensis and R. sativus seeds treated with different extracts from Artemisia annua roots, stems and leaves

2.4 丙二醛(MDA)

從圖5可知，黃花蒿根、莖、葉浸提液處理濃度為10 %時，小白菜幼苗葉片 MDA 含量分別為4.63、3.78和5.57 mmol/g，均高于CK，說明低濃度黃花蒿根、莖、葉浸提液處理均有利于提高其MDA 含量；蘿卜幼苗葉片MDA含量分別為6.14、7.64和7.82 mmol/g，均顯著高于CK，說明低濃度黃花蒿根、莖葉浸提液處理均有利于提高其MDA 含量。黃花蒿根、莖、葉浸提液處理濃度為30 %時，小白菜幼苗葉片MDA含量分別為6.02、5.33和6.55 mmol/g，均顯著高于CK，說明30 %的黃花蒿根、莖、葉浸提液處理均有利于提高其MDA 含量；蘿卜幼苗葉片MDA含量分別為8.18、8.44 和10.05 mmol/g，均顯著高于CK，說明30 %的黃花蒿根、莖、葉浸提液處理均有利于提高其MDA 含量。黃花蒿根、莖、葉浸提液處理濃度為50 %時，小白菜幼苗葉片MDA含量分別為7.36、7.05和7.93 mmol/g，均顯著高于CK，說明，高濃度黃花蒿根、莖、葉浸提液處理均有利于提高其MDA含量，且MDA含量均隨其處理濃度的增大而提高，幼苗葉片內膜脂過氧化程度隨處理濃度增大而加重； 蘿卜幼苗葉片MDA含量分別為8.48、8.67、13.33 mmol/g，均高于CK，說明高濃度黃花蒿根、莖、葉浸提液處理均有利于提高其MDA含量，其MDA含量均隨其處理濃度的增大而提高，幼苗葉片內膜脂過氧化程度隨處理濃度增大而加重。

3 討 論

研究結果表明，黃花蒿根、莖、葉浸提液處理均對小白菜和蘿卜種子發芽率和幼苗生長產生顯著影響，表明其浸提液中含有化感抑制物質，且具有濃度效應。隨處理濃度增加，對小白菜和蘿卜種子萌發的抑制率越大。小白菜和蘿卜根長化感抑制率均大于莖長，表明小白菜和蘿卜幼苗莖對黃花蒿化感物質更加敏感，小白菜和蘿卜胚根伸長受到抑制，可能是因為胚根直接與化感物質接觸抑制了其細胞分裂和伸長，進而抑制種子萌發和幼苗生長所致，與DAYAN等[14-15]結論一致。

除具有濃度和種間效應外，黃花蒿不同部位(根、莖、葉)浸提液的化感效應也存在差異。其中，葉浸提液的抑制作用最大，可能是黃花蒿的化感物質主要分布在葉片組織中。至少有39個屬的菊科植物存在化感作用，其化感物質多為萜類、聚乙炔類、酚類和有機酸類等，這些物質對多種受試植物表現出不同程度的抑制或促進效應[16]，所以菊科植物多易形成入侵植物。任艷萍等[17]研究發現，入侵植物黃頂菊葉片的浸提液對白菜發芽的化感效應最顯著。顏紅果等[18]研究了羽芒菊對4種農作物的化感作用，驗證了未來對其作為天然除草劑進行開發利用的可能。菊科植物黃花蒿內含萜類、黃酮類、香豆素類、酚類、類固醇、嘌呤、脂類及脂肪族等多種化合物。其中，萜類和黃酮類物質最為豐富，在葉片中含量最高，是黃花蒿最主要的化感成分[19-21]。白禎等[22]用青蒿素對小白菜種子進行化感試驗，同樣出現小白菜生長受到嚴重抑制的現象。

黃花蒿擁有極強的化感物質，通過植株殘體腐解、雨水淋溶、根系分泌等多種途徑進入土壤和水體中，抑制后茬作物的生長。小白菜和蘿卜作為當地有代表性的后茬作物，受黃花蒿化感作用的影響較大，建議種植小白菜和蘿卜時應加強田間管理，警惕周圍黃花蒿的入侵，播種前充分灌溉、挖除植物殘體，育苗移栽也是加速化感物質降解、降低后茬作物化感作用的有效措施。當然，該研究僅為室內試驗結果，在復雜田間的環境下，黃花蒿化感物質的釋放量對后茬作物的影響還有待進一步深入研究。

4 結 論

黃花蒿根、莖、葉水浸提液中含有化感抑制物質，其浸提液均對小白菜和蘿卜種子的發芽率和幼苗生長產生明顯抑制作用，且具有濃度效應；其化感效應超過體內POD、SOD和 CAT酶的調節能力，加深幼苗體內膜脂過氧化程度，對小白菜和蘿卜種子的萌發與幼苗生長產生影響。