小花山桃草根水浸出液對3種作物種子萌發的影響

叢心怡 高玉嬌 穆新元 孫碩碩 葛秀麗

齊魯工業大學環境科學與工程學部，山東 濟南 253053

0 引言

生物入侵是21 世紀世界各國需要共同面對的生物難題，目前人們對許多外來植物的危害情況和入侵機制仍然認識不足［1］。通常認為，植物成功入侵是環境因素和外來物種自身特性共同作用的結果［2］。化感作用被認為是影響外來植物入侵和傳播的重要因素［3-4］，研究者已通過種子萌發試驗驗證了很多外來入侵種可以通過葉、莖、根釋放分泌物影響其他植物種子的萌發和幼苗生長［5-6］。

小花山桃草（Gaura parvifloraDougl.）原產于北美，目前已廣泛入侵我國北方地區農田、濕地［4］。已有研究表明，小花山桃草的根、莖、葉的水浸出液會影響蘿卜種子、小麥種子和白菜種子的萌發［7］。但目前對小花山桃草化感作用影響的研究尚不能覆蓋常見農作物，因而防控小花山桃草的實踐決策尚缺少理論依據。

筆者研究小花山桃草根水浸出液對黃瓜、綠豆、青菜3 種作物種子萌發的影響規律，探討其影響機制。研究結果將豐富小花山桃草入侵機制理論，為其生態風險評估、防控管理和資源化利用提供參考依據。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

黃瓜種子、綠豆種子、青菜種子，均為市場購買的商品種子；小花山桃草采集自山東省濟南市野外。

1.2 小花山桃草根水浸出液制備

1.3 試驗方法

選擇顆粒飽滿且大小均勻一致的種子，用次氯酸鈉對種子進行消毒［8］，然后吸去水分備用。按50 粒種子為一組，綠豆種子采用紙間發芽，黃瓜、青菜種子采用紙上發芽［9］。將小花山桃草根水浸出液共設置4 個梯度，分別為0.2、0.4、0.6、1.0 g/mL，以蒸餾水作為空白對照（CK）。預試驗發現，濃度為1.0 g/mL 的小花山桃草根水浸出液有發霉現象，故在原步驟的基礎上增加一組1.0 g/mL 小花山桃草根水浸出液的消毒處理，即在萌發過程中每隔24 h進行一次酒精消毒。試驗共6 個處理，每個處理3 次重復。在萌發盤中分別加入10 mL 對應的浸出液或蒸餾水，在室溫和自然光條件下培養，每隔8 h觀察一次萌發盤，及時補充水分。

1.4 參數測定

種子發芽24 h 后，每隔24 h 記錄一次各組的發芽數，以出芽5.0 mm 作為萌發標準［10］。末次計數時視為萌發結束。將3 種作物種子的各組試驗數據分類整理，按照公式分別計算萌發參數。各類種子發芽率（Germination Potential，GP）以末次計數天數的發芽數為計算依據，發芽勢（Germination Rate，GR）以初次計數天數的發芽數為計算依據，不同種子的初、末次計數天數有所不同。其中，青菜種子初次計數天數為3 d，末次計數天數為7 d；綠豆種子初次計數天數為3 d，末次計數天數為7 d；黃瓜種子初次計數天數為3 d，末次計數天數為8 d［9］。

式（1）中：M4為培養4 d 發芽種子數，粒；M0為測試種子總數，粒。

式（2）中：Mt為最終發芽種子數，粒；M0為測試種子總數，粒。

發芽指數（Germination Index，GI）可反映種子的活力，其計算公式為

式（3）中：Gt表示在時間t日的發芽種子數，粒；Dt表示相應的發芽日數，d。

平均發芽時間（Mean Germination Time，MGT）指供測種子發芽所需的平均時間，計算公式為

1.2 病例排除標準 ⑴前次古典式剖宮產 （倒“T”型或“J”型）；⑵有子宮破裂史；⑶前次大的子宮手術史或子宮肌瘤剝除史術中穿透子宮內膜者；⑷有陰道分娩禁忌證者；⑸前次剖宮產手術指針再次出現；⑹距上一次剖宮產的時間＜1.5年；⑺有2次及以上的剖宮產史；⑻超聲檢查示子宮下段壁薄(＜1.5MM)；⑼子宮下段有壓痛。

式（4）中：Tn表示發芽日數，d；Gn表示與發芽日數相對應的發芽種子數，粒。

1.5 數據分析

采用單因素方差分析揭示小花山桃草根水浸出液濃度對種子萌發指標的影響，并比較3 種作物種子的響應差異。

2 試驗結果與分析

2.1 小花山桃草根水浸出液對3種作物種子萌發特征的影響

2.1.1 對不同作物種子發芽率的影響

由表1可知，3種作物種子的發芽率隨小花山桃草根水浸出液濃度變化差異不顯著（P＞0.05），不同濃度處理下3種作物種子的發芽率均在90%以上。

表1 不同濃度小花山桃草根水浸出液處理下3種作物種子的發芽率

2.1.2 對不同作物種子發芽勢的影響

由表2可知，小花山桃草根水浸出液濃度為1.0 g/mL（定期酒精消毒）的條件下，黃瓜種子和青菜種子的發芽勢低于低濃度處理組。各濃度小花山桃草根水浸出液處理下綠豆種子發芽勢與對照組發芽勢均無顯著差異（P＞0.05）。整體來看（除0.2 g/mL），青菜種子發芽勢隨著小花山桃草根水浸出液濃度增大而降低。水浸出液濃度為1.0 g/mL（定期酒精消毒）處理下黃瓜種子的發芽勢與其他處理存在顯著差異（P＜0.05）。

表2 不同濃度小花山桃草根水浸出液處理下3種作物種子的發芽勢

2.1.3 對不同作物種子發芽指數的影響

由表3 可知，黃瓜種子和青菜種子的發芽指數隨小花山桃草根水浸出液濃度的升高而明顯降低。綠豆種子在各濃度小花山桃草根水浸出液處理下與空白對照組相比發芽指數無顯著差異（P＞0.05）。

表3 不同濃度小花山桃草根水浸出液處理下3種作物種子的發芽指數

2.1.4 對不同作物種子平均發芽時間的影響

由表4可知，整體來看（除0.2 g/mL），黃瓜種子和青菜種子的平均發芽時間隨小花山桃草根水浸出液濃度增大而延長。水浸出液濃度為1.0 g/mL（定期酒精消毒）處理下黃瓜種子的發芽時間與其他處理存在顯著差異。

表4 不同濃度小花山桃草根水浸出液處理下3種作物種子的平均發芽時間

2.2 不同物種種子萌發特征對小花山桃草化感作用的響應差異

通過比較3種作物種子的萌發結果可以發現，3種作物種子在不同濃度小花山桃草根水浸出液處理下的發芽率沒有顯著差異。黃瓜種子和青菜種子在最高浸出液濃度1.0 g/mL（定期酒精消毒）處理下，發芽勢和發芽指數最低，平均發芽時間最長。小花山桃草根水浸出液濃度為0.6 g/mL 處理下，綠豆種子的發芽勢最低。整體來看，綠豆種子萌發參數變化較小，變化規律也與黃瓜種子、青菜種子不同，有低濃度促進、高濃度抑制的規律趨勢。3 種作物種子對比而言，青菜種子對不同濃度浸出液的響應最明顯，其在不同濃度浸出液處理下種子的發芽勢均有顯著差異，而低濃度浸出液（0.2、0.4 g/mL）處理下綠豆種子的發芽指數顯著高于0.6 g/mL 處理，但與空白對照組和小花山桃草根水浸出液1.0 g/mL處理組沒有顯著差異（P＞0.05）。

對3 種作物種子的萌發指標進行分析發現，在0.4 g/mL 和0.6 g/mL 處理下，青菜種子的發芽率低于黃瓜種子和綠豆種子；在0.4 g/mL處理下，黃瓜種子的發芽率低于綠豆種子。在浸出液濃度相同的情況下，青菜種子的發芽指數均低于黃瓜種子和綠豆種子；而在0.2 g/mL 和1.0 g/mL 處理下，黃瓜種子的發芽勢低于綠豆種子。在浸出液濃度為1.0 g/mL 處理下，黃瓜種子的發芽指數低于綠豆種子。不同處理下青菜種子的發芽時間長于黃瓜種子和綠豆種子；在1.0 g/mL 處理下，黃瓜種子的發芽時間長于綠豆種子。

3 討論

此次研究表明小花山桃草根水浸出液會抑制黃瓜種子、青菜種子的萌發活力，且抑制程度隨水浸出液濃度的增大而加重，但對發芽率影響不顯著。這與袁志良等［7］對小花山桃草水浸出液對蘿卜、小麥、白菜種子萌發的影響研究結果一致。對發芽勢的抑制作用說明小花山桃草根分泌的化感物質主要作用時期為3 種作物種子萌發的前期，這有利于小花山桃草在其他植物萌發遲緩的機會下通過生長迅速的優勢搶占生存資源，這可能是小花山桃草成功入侵的機制之一［10］。

化感物質的種類繁多，大部分是抑制型的，也有一部分是促進型的［11］。此次研究結果表明，3 種作物種子在同一濃度小花山桃草根水浸出液處理下萌發狀況有差異，對小花山桃草根水浸出液響應存在差異，說明化感物質作用存在選擇性［12］。究其原因，可能是不同作物種子細胞分裂和植物激素釋放對化感物質成分的敏感性不同。因此，研究分析小花山桃草的化感物質成分及作用途徑，有望闡明其化感作用機制。

此次研究結果表明，小花山桃草根水浸出液處理下3 種作物種子萌發特征的變化規律存在明顯差異，綠豆種子能較好地適應小花山桃草根水浸出液，而黃瓜種子和青菜種子在萌發過程受到了小花山桃草根水浸出液的抑制作用，說明黃瓜和青菜對小花山桃草的化感作用較為敏感，在實際農業生產中應避免小花山桃草入侵這些敏感物種的種植區。

此次研究發現，黃瓜種子對酒精處理較敏感，萌發參數明顯降低，但相同處理的青菜種子與綠豆種子則不敏感。這說明酒精防霉處理不適用于研究黃瓜種子的發芽特性，但酒精處理對黃瓜種子萌發過程的干擾機制尚需進一步研究。

4 結論與建議

此次研究結果發現：①小花山桃草根水浸出液主要抑制種子前期的萌發，對最終發芽率影響不明顯。②小花山桃草化感作用對不同作物種子的萌發影響有所不同。其中，青菜種子在小花山桃草根水浸出液濃度為0.6 g/mL 和1.0 g/mL 時，其發芽勢受到抑制，平均發芽時間更長，而青菜種子的發芽指數自水浸出液濃度為0.2 g/mL 時開始受到抑制，且抑制程度隨浸出液濃度的增大而加重；黃瓜種子在水浸出液濃度為0.6 g/mL 和1.0 g/mL 時，其發芽指數和發芽速率受到抑制。

根據研究結果，筆者建議在小花山桃草入侵區盡量避免種植青菜、黃瓜等敏感作物，或及早鏟除入侵的小花山桃草，控制小花山桃草的繁殖，以降低農作物減產風險。同時，在大規模種植作物前應預先進行發芽試驗，檢測小花山桃草化感作用是否會抑制作物的萌發和生長，優先選用不受小花山桃草化感作用抑制的作物或在低濃度小花山桃草根水浸出液處理條件下能夠促進種子萌發的作物。