長喙韭浸提液對葉用萵苣種子萌發化感作用的研究

巴依牙·托列吾汗　迪麗熱巴·莫合太江　林辰壹　阿布都外力·阿依甫

摘? ? 要：為了探討長喙韭根際土和不同部位凋落物對葉用萵苣種子萌發的影響，以國內僅分布于新疆的蔥屬植物長喙韭（Allium saxatile M. Bieb.）為材料，采用培養皿濾紙法研究長喙韭根際土、凋落葉、花葶和果皮不同部位不同濃度水浸提液對葉用萵苣種子萌發的影響，對種子萌發和幼苗生長指標進行比較，并對長喙韭不同部位不同濃度水浸提液對種子萌發和生長進行綜合化感效應指數和主成分分析。根際土水浸提液濃度為20 mg·mL時綜合化感效應指數為0.128，凋落葉、花葶和果皮濃度分別為20 mg·mL、30 mg·mL、30 mg·mL時綜合化感效應指數分別為-0.231、-0.192、-0.845，化感強弱D值由高到低為：果皮>花葶>凋落葉；根際土表現為化感促進作用，而其他部位均表現為化感抑制作用，野生韭菜長喙韭是具有一定化感作用的，為栽培生產中合理選擇間套作時期提供了指導。

關鍵詞：長喙韭；浸提液；葉用萵苣；種子萌發；化感作用

中圖分類號：S647; S633? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006－6500.2023.09.001

Study on the Chemosensitizing Effect of Allium saxatile Extract on Seed Germination of Lactuca sativa L.

BAYIYA Tuoliewuhan， DILIREBA Mohetaijiang， LIN Chenyi， ABUDUWAILI Ayifu

（College of Horticulture， Xinjiang Agricultural University， Urumqi， Xinjiang 830052，China）

Abstract： To investigate the effects of rhizosphere soil and different parts of the apoplastic material of Allium saxatile on seed germination of Lactuca sativa L. Using Allium saxatile M. Bieb. as material， we used the Petri dish filter paper method to study the effects of different concentrations of aqueous extracts from different parts of the rhizosphere soil， wilted leaves， scape and pericarp of Allium saxatile on seed germination of Lactuca sativa L. and to compare the indexes of seed germination and seedling growth. The effects of different concentrations of aqueous extracts on seed germination and seedling growth were compared， and a comprehensive chemosensory effect index and principal component analysis were carried out for different parts of the Allium saxatile. The comprehensive allelopathic effect index was 0.128 with a concentration of 20 mg·mL of the rhizosphere soil water extract. Moreover， the allelopathic effect indices were -0.231， -0.192 and -0.845 on wilted leaves， scape， and pericarp， respectively， when the concentrations were 20 mg·mL， 30 mg·mL， and 30 mg·mL with D values indicating that allelopathic strength and weakness decreased in the order： pericarp>scape>wilted leaves. The rhizosphere soil exhibited allelopathic promotion， whereas the other plant parts showed allelopathic inhibition. Moreover， wild leeks with Allium saxatile demonstrated certain allelopathic effects， which provided guidance for selecting a suitable intercropping period during cultivation and production.

Key words： Allium saxatile M. Bieb.; leachate; Lactuca sativa L.; seed germination; chemosensory effect

植物通過淋溶、揮發、凋落物分解、根部分泌等途徑將產生的化感物質釋放到環境中從而對鄰近植物產生有益或有害的影響[1]。化感效應廣泛存在于生態系統之中，對于植被更新和持續發揮土地生產力具有重要意義[2]。很多作物表現出的化感作用為建立間套作制度、改善土壤生態環境、降低作物發病率，以及提高土壤養分吸收等方面起到了積極作用[3]。

長喙韭（Allium saxatile M. Bieb）在國內僅分布于新疆天山和阿爾泰地區，生長在山地礫石坡地環境[4]；國外分布于中亞、西伯利亞和歐洲[5]，是重要的觀賞植物資源，用于景觀設計或鮮切花等[6]。長喙韭是新疆干旱半干旱特殊環境下生長的蔥蒜類蔬菜資源，滿足了人們對高品質功能性植物資源不斷增長的消費需求，其栽培面積亟需擴大。長喙韭多年生的特點導致土壤中會累計根系分泌物，同時完成年生活史后植株周圍會形成一定量凋落物，具備產生化感作用的物質基礎[7]。因此，需要明確栽培過程中長喙韭與其他作物的生長作用關系。

本研究以葉用萵苣（Lactvca sativa L.）作為驗證長喙韭化感作用的受體材料，葉用萵苣生長周期短、喜涼耐陰適宜于間套作，是研究化感作用的模式材料。將長喙韭植株根際土以及凋落葉、花葶和果皮的不同質量濃度的水浸提液作用于葉用萵苣種子，比較分析不同處理水浸提液對葉用萵苣種子的綜合化感效應，掌握長喙韭和葉用萵苣之間的化感作用關系，以其明確長喙韭在田間生態環境條件下化感作用特點。本研究對進一步建立長喙韭間套作、輪作倒茬的健康栽培制度建立、擴大種植面積具有指導意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

2021年10月在種植基地（87.20° E，43.54° N）分別采集長喙韭葉、花葶和果皮的凋落物，以及根系5～10 mm的根際土備用。

選擇顆粒飽滿、完全成熟且大小基本一致的葉用萵苣‘翠綠’種子（新疆天地禾種業有限公司生產），用質量體積分數為0.1%NaClO溶液消毒20 min，經蒸餾水、無菌水沖洗，濾紙吸干表面水分待用。1.2 浸提液制備和種子處理將根際土和不同部位凋落物分別進行粉碎后按樣品干質量 ∶ 溶劑體積=1∶10比例與無菌水混合，室溫下浸提48 h，過濾后4 000 r·min離心10 min，獲得質量濃度100 mg·mL的長喙韭水浸提液，并用無菌水將各浸提液分別稀釋成10 mg·mL、20 mg·mL、30 mg·mL質量濃度的工作液，以無菌水（0 mg·mL）為對照。采用培養皿濾紙法[8]，每皿分別加入不同濃度的工作液7 mL，均勻擺放25粒種子，每個處理設置4個重復，用封口膜封口，置于CXZ型智能光照培養箱。按照國際種子規程設置溫度（20±2） ℃，黑暗條件下發芽，4 d測發芽勢，7 d測發芽率。

1.3 指標測定

當胚根或胚軸突破種皮1～2 mm計為發芽種子。每個培養皿隨機挑選5株用電子天平（0.1 mg）稱量芽苗鮮質量、根鮮質量；用電子游標卡尺（0.01 mm）測定芽苗長度、幼苗根長。發芽率（計數天數為7 d）、發芽勢（以發芽試驗規定期限的發芽率，計數天數為4 d）、發芽指數、活力指數計算公式如下：

發芽率=（發芽種子總數/供試種子總數）×100%? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

發芽勢=（發芽種子總數/供試種子總數）×100%? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

發芽指數（GI）=∑（Gt/Dt）（3）

式中，Dt為發芽日數；Gt是與Dt相對應的每天發芽種子數與發芽日數。

活力指數=GI×S（4）

式中，GI為發芽指數；S為芽生長勢（平均鮮質量）。

參照Williamson等[9]的計算化感效應指數（Response

Index，RI）以及相對促進（抑制）率和綜合化感效應指數[10]。

化感效應指數RI = T/C-1（5）

式中，C為對照值；T為處理值；RI > 0為促進作用，RI < 0為抑制作用，其絕對值的大小代表化感作用強度和化感作用類型。

相對促進（抑制）或增加（降低）=（處理組平均值－對照組平均值）/對照組平均值×100%（6）

式中，正值表示促進，負值表示抑制。

綜合化感效應指數=供體植物對同一受體植物的各項指標RI的算術平均值（7）

1.4 數據分析

Microsoft Excel 2010數據整理、繪制圖形，SPSS 27.0進行單因素方差分析（one-way ANOVA）、Duncan’s新復極差法多重比較、主成分分析及隸屬函數分析[11]，數據用平均值±SD表示。

2 結果與分析

2.1 長喙韭根際土水浸提液對葉用萵苣種子萌發的影響

由表1可知，10 mg·mL處理濃度顯著促進葉用萵苣活力指數、芽苗鮮質量、芽苗長度和根長度，分別比對照相對增加19.35%、13.34%、9.45%和6.46%；20 mg·mL濃度下顯著促進葉用萵苣種子的活力指數、芽苗鮮質量、芽苗長度和根長度，比對照相對增加33.87%、28.06% 、20.73%、17.35%；30 mg·mL 濃度下顯著促進葉用萵苣種子的活力指數、芽苗鮮質量，分別比對照相對增加12.90%、18.31%，而芽苗長度和根長度間無顯著性差異；與對照相比，不同濃度根際土水浸提液對葉用萵苣發芽率、發芽勢、發芽指數、根鮮質量均無顯著性差異（P>0.05）。

2.2 長喙韭凋落葉水浸提液對葉用萵苣種子萌發的影響

由表1可知，10 mg·mL濃度下顯著抑制葉用萵苣發芽勢、發芽指數、活力指數和根長度，分別比對照相對減少6.25%、25.57%、8.06%、26.44%，而對根鮮質量和芽苗長度間無顯著性差異；隨著濃度的升高顯著抑制葉用萵苣種子的發芽勢、發芽指數、活力指數、根鮮質量、芽苗長度和根長度，20 mg·mL濃度下分別比對照相對減少 10.42%、29.69%、22.58%、22.04%、47.80%、56.82%；30 mg·mL-1濃度下分別比對照相對減少 4.16%、36.40%、25.81%、21.86%、 53.85%、59.07%。與對照相比，不同濃度凋落葉水浸提液對葉用萵苣發芽率無顯著性差異，而顯著促進芽苗鮮質量（P<0.05）。

2.3 長喙韭凋落花葶水浸提液對葉用萵苣種子萌發的影響

由表1可知，10 mg·mL濃度下顯著抑制葉用萵苣發芽指數、活力指數、芽苗長度和根長度，分別比對照相對減少35.81%、33.87%、17.64%、20.75%，而對于發芽勢和芽苗鮮質量無顯著性差異（P>0.05）；隨著濃度的升高顯著抑制葉用萵苣發芽勢、發芽指數、活力指數、芽苗長度和根長度，20 mg·mL濃度下分別比對照相對減少8.33%、45.23%、29.03%、22.04%、25.80%，30 mg·mL濃度下分別比對照相對減少12.50%、51.06%、29.03%、23.45%、30.33%；顯著促進芽苗鮮質量，20 mg·mL濃度下比對照相對增加29.27%；30 mg·mL濃度下比對照相對增加45.08%。與對照相比，不同濃度凋落花葶水浸提液對葉用萵苣發芽率和根鮮質量無顯著性差異（P>0.05）。

2.4 長喙韭凋落果皮水浸提液對葉用萵苣種子萌發的影響

由表1可知，與對照相比，10 mg·mL濃度下顯著抑制葉用萵苣發芽指數、根鮮質量、芽苗長度和根長度，分別比對照相對減少為16.66%、80.51%、72.03%、80.57%，而對于發芽率、發芽勢、活力指數和芽苗鮮質量無顯著性差異；20 mg·mL濃度下顯著抑制葉用萵苣發芽指數、活力指數、芽苗鮮質量、根鮮質量、芽苗長度和根長度，分別比對照相對減少為32.27%、45.16%、18.65%、87.25%、89.90%、96.22%，而對于發芽率和發芽勢無顯著性差異；30 mg·mL濃度下極顯著抑制種子萌發及幼苗生長，種子的發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、芽苗鮮質量、根鮮質量、芽苗長度和根長度，分別比對照相對減少62.89%、89.58%、90.48%、93.55%、44.91%、100%、94.26%、100%；隨著凋落果皮水浸提液濃度升高抑制種子萌發及幼苗生長，高濃度凋落果皮水浸提液完全抑制根的生長（P<0.05）。

2.5 不同部位水浸提液對葉用萵苣的化感效用指數

基于不同部位不同濃度水浸提液對葉用萵苣種子的發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、芽苗鮮質量、根鮮質量、芽苗長度、根長度8個指標RI值綜合分析結果。由圖1所示，根際土不同濃度的水浸提液對葉用萵苣種子萌發及幼苗生長具有促進作用，當濃度為20 mg·mL時促進作用最強，呈現“低促高抑”的趨勢。凋落葉、花葶和果皮水浸提液對葉用萵苣種子都具抑制作用，隨著處理濃度升高呈現出抑制作用逐漸增強的變化趨勢，其抑制作用表現為果皮大于花葶和凋落葉，當果皮水浸提液濃度為30 mg·mL時，抑制根的生長（圖2）。

2.6 主成分分析

由表2可知，將8個性狀指標利用主成分分析，根據特征值大于1的原則，提取2個主要成分并轉換成2個綜合指標。其中，第1個主成分累計貢獻率75.876%、第2個主成分累計貢獻率89.297%。根據各性狀的特征向量形成各主成分方程式：

CI=0.846 X+0.861X+0.851X+0.935X+0.777 X+0.895 X+0.902 X+0.893 X

CI=0.475 X+0.442 X+0.368 X+0.135 X-0.265 X-0.369 X-0.380 X-0.384 X

由各性狀的特征向量可知，第1主成分中活力指數和芽苗長度的系數較大，第2主成分中發芽率和發芽勢系數較大，可見活力指數、芽苗長度、發芽率、發芽勢可以作為不同部位不同濃度水浸提液條件下葉用萵苣各性狀鑒定的指標。

由表3可知，根際土水浸提液濃度為20 mg·mL的隸屬函數值U（CI1）最大，為1.000；果皮水浸提液濃度為30 mg·mL的隸屬函數值U（CI1）最小，為0.000；果皮水浸提液濃度為10 mg·mL的隸屬函數值U（CI）最大，為1.000；果皮水浸提液濃度為30 mg·mL的隸屬函數值U（CI）最小，為0.000。結合各指標權重計算D值并進行排序，各處理綜合分析值由高到低為：根際土（20 mg·mL）>根際土（10 mg·mL）>根際土（30 mg·mL）>CK（0 mg·mL）>凋落葉（10 mg·mL）>花葶（10 mg·mL）>凋落葉（30 mg·mL）>果皮（10 mg·mL）=凋落葉（20 mg·mL）>花葶（20 mg·mL）>花葶（30 mg·mL）>果皮（20 mg·mL）>果皮（30 mg·mL）。

3 討論與結論

3.1 長喙韭根際土化感作用

本研究通過研究長喙韭根際土和不同部位凋落物水浸提液對葉用萵苣種子萌發的影響，發現長喙韭根際土對葉用萵苣種子萌發和幼苗生長具有促進作用，而凋落葉、花葶和果皮均具有抑制作用，其中果皮浸提液對種子萌發和幼苗生長的抑制最強。本研究首次驗證了長喙韭具有化感作用。

研究表明，植物根際土對另一種植物種子萌發起到促進或者抑制的作用[12]，呼木吉勒圖等[13]研究發現冷蒿根際土的浸提液抑制5種紫花苜蓿品種種子萌發，且隨著浸提液濃度升高，其抑制作用也在加強，李欣欣等[14]發現毛竹根際土浸提液對杉木種子萌發具有促進作用，其中低濃度的促進作用十分顯著。而本研究中長喙韭根際土對葉用萵苣種子萌發具有促進作用，呈現“低促高抑”的趨勢，而其它部位的浸提液均呈現抑制作用，說明了不同部位表現出不同的特點，不同部位化感物質種類和濃度存在差異。

3.2 長喙韭凋落葉、花葶和果皮的化感作用

多種蔥屬植物均表現出一定的化感能力，蒙古韭全株水浸提液促進蘿卜的單株根質量和可溶性蛋白含量[15]；香蔥全株低濃度水浸提液促進草莓種子發芽，高濃度水浸提液促進草莓生長和果實品質[16]；低濃度的實葶蔥凋落葉片抑制葉用萵苣種子萌發[17]；本研究材料長喙韭的凋落葉在10 mg·mL濃度下抑制了葉用萵苣種子的萌發，長喙韭在這種低濃度下產生的化感作用特點和作用效果與實葶蔥凋落葉相似。本研究結果還證實，長喙韭的花葶水浸提液和果皮浸提液也是產生化感作用的重要部位，這在以往的研究中常被忽視[15-17]。

從化感表現來看，長喙韭30 mg·mL的果皮浸提液處理下的葉用萵苣種子萌發后子葉正常展開，但是胚軸生長受到抑制，出現影響主根和側根生長的“抑根”現象，這與水杉凋落物水浸提液抑制種子主根生長的表現一致[18]，這種對受體材料地上部和地下部器官形成的機制有待進一步探討。植物含有特定的生理活性物質，以次生代謝物質的形式分布在不同器官，研究表明不同的植物種類和不同部位的化感類型不同[19]，例如三七和人參根均能分泌化感物質，其化感能力強，同時根部多糖含量高，表現出化感能力和成分存在一定的關系[20]。本研究長喙韭凋落葉、花葶和果皮的化感能力存在差異，這種差異是否意味著長喙韭不同部位的功能成分也存在差異有待進一步證實。

本研究將8個性狀分為2個主成分，活力指數和發芽率的累計方差貢獻率大于85%，達到了89.35%，可將活力指數和發芽率作為今后長喙韭的化感作用綜合評價的參考指標。同時，通過計算各指標的綜合評價排序進一步驗證長喙韭的根際土和不同部位凋落物化感作用與化感效應指數一致，化感效應指數的計算指標也能準確評價化感作用強弱。本研究長喙韭根際土和不同部位凋落物水浸提液對葉用萵苣種子的化感作用有所差異，根際土水浸提液促進種子萌發和幼苗生長，建議在實際生產中長喙韭與葉用萵苣間套作時掌握好播種時機，及時清理田園避免凋落葉、成熟的花葶和果皮產生的化感抑制作用，影響間套作植物的生長。

通過不同部位水浸提液對葉用萵苣種子萌發綜合化感效應指數和主成分分析得知，長喙韭根際土、凋落葉、花葶和果皮的水浸提液具有化感作用，根際土表現為化感促進作用，而其他部位均表現為化感抑制作用，抑制強弱D值由高到低為：果皮>花葶>凋落葉。

參考文獻：

[1] 馬紅葉， 張文娥， 潘學軍， 等. 胡桃科植物的化感作用及其應用前景綜述[J]. 江蘇農業科學， 2019， 47（20）： 57-63， 74.

[2] 葉根華， 李偉成， 蔡偉飛， 等. 珍貴樹種櫸樹幼苗對毛竹林化感作用的響應[J/OL]. 分子植物育種： 1-14[2023-02-15]. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/46.1068.S.20230202.1231.006.html.

[3] XIAO X M， CHENG Z H， MENG H W， et al. Intercropping of green garlic（Allium sativum L.） induces nutrient concentration changes in the soil and plants in continuously cropped cucumber （Cucumis sativus L.） in a plastic tunnel[J]. PLoS One， 2013， 8（4）： e62173.

[4] 崔乃然. 新疆植物志[M]. 烏魯木齊： 新疆科技衛生出版社， 1996： 538-540.

[5] XU J M， KAMELIN R V. Allium linnaeus， sp. Pl. 1： 294. 1753.[M]//WU ZY， RAVEN PH. Flora of China 24. Beijing： Science Press， 2000： 165-202.

[6] DRAGHIA L， CHELARIU E L， SIRBU C， et al. Species with ornamental potential from spontaneous flora of Buzǎu County[J]. Bulletin UASVM Horticulture， 2010， 67（1）： 336-343.

[7] RICE E L.Allelopathy[M]. 2nd ed. Orlando： Academic Press， 1984： 309-316.

[8] 趙一珊， 楊航， 徐長林， 等. 杯腺柳葉片枯落物浸提液對高寒灌叢草地6種草種子萌發的化感作用[J]. 草原與草坪， 2023， 43（2）： 67-74.

[9] BRUCE WILLIAMSON G， RICHARDSON D. Bioassays for allelopathy： Measuring treatment responses with Independent controls[J]. Journal of Chemical Ecology， 1988， 14（1）： 181-187.

[10] 管國偉， 廖周瑜， 陳鵬， 等. 云南松凋落葉浸提液對其種子萌發和幼苗生長的影響[J]. 種子， 2020， 39（3）： 20-23.

[11] 田雪珂， 鐘啟文， 孫雪梅， 等. 葉用萵苣種質資源表型性狀及營養品質綜合評價[J]. 江蘇農業學報， 2022， 38（5）： 1330-1339.

[12] 李孟南， 張譽穩， 畢玉芬， 等. 根際高溫對德欽苜蓿形態特征及水分狀況的影響[J]. 西部林業科學， 2018， 47（6）： 22-29.

[13] 呼木吉勒圖， 吳秀花， 郗文， 等. 冷蒿及其根際土浸提液對5種紫花苜蓿種子萌發和幼苗生理的影響[J]. 西部林業科學， 2020， 49（3）： 74-79.

[14] 李欣欣， 賴金莉， 岳建華， 等. 毛竹各器官和根際土浸提液對杉木種子萌發的化感作用[J]. 生態學報， 2018， 38（22）： 8149-8157.

[15] 姚嶺柏， 任琴， 郭美蘭， 等. 蒙古韭浸提液對蘿卜生長及生理指標的化感效應[J/OL]. 東北農業科學： 1-9[2023-02-18]. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/22.1376.S.20221226.1701.003.html.

[16] 韓海霞， 馬圓， 張夢楠， 等. 香蔥浸提液對草莓種子萌發及生長的影響[J]. 種子， 2021， 40（5）： 45-51.

[17] 張偉， 林辰壹， 李文靜， 等. 野生實葶蔥凋落葉片對9種作物種子萌發的影響[J]. 分子植物育種， 2020， 18（15）： 5127-5133.

[18] 徐來仙， 姚蘭， 周大寨， 等. 水杉凋落物水浸提液對其種子萌發和生長的化感作用[J]. 廣西植物， 2022， 42（11）： 1949-1958.

[19] 張愛華， 郜玉鋼， 許永華， 等. 我國藥用植物化感作用研究進展[J]. 中草藥， 2011， 42（10）： 1885-1890.

[20] 楊莉， 于俐， 孫卓， 等. 人參根系分泌物中有機酸及皂苷對人參病原菌與生防菌的化感差異研究[J]. 中國農業科技導報， 2022， 24（6）： 145-155.