李勝，劉蕾，周庚玲，丁子怡，陳桂華

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410218)

植物化感作用廣泛存在于自然界中，在農(nóng)田生態(tài)管理、生物入侵、雜草治理及天然植被群落演替等方面具有重要作用[1－3]。豆科牧草蛋白質(zhì)含量高，適口性好，在草地畜牧業(yè)中占有非常重要的地位。雜草對(duì)豆科牧草生長(zhǎng)具有持續(xù)性危害，是豆科牧草產(chǎn)量和品質(zhì)下降的限制性因素。由于雜草與牧草爭(zhēng)奪養(yǎng)分、水分、光照和生長(zhǎng)空間，降低了土壤通透性，進(jìn)而造成牧草產(chǎn)量與質(zhì)量下降[4]。生產(chǎn)上一般利用刈割、增加植株密度等農(nóng)藝措施防治雜草，雖在短期內(nèi)效果明顯，但不能長(zhǎng)期抑制雜草生長(zhǎng)，雜草再生的可能性較高，并且需耗費(fèi)大量人力物力[5－6]。也可采用除草劑、抑制劑等化學(xué)藥劑進(jìn)行雜草防治，此方式雖見(jiàn)效快，但一般噴施量大，易污染水體、大氣和土壤，對(duì)人畜健康也會(huì)造成危害[7－9]。

隨著對(duì)植物化感作用研究的深入，越來(lái)越多的化感抑草植物被發(fā)現(xiàn)[10－12]，如百里香(Thymus mongolicusRonn)、白三葉(Trifolium repensL.)、紫花苜蓿(Medicago sativaL.)、紅三葉(Trifolium pratenseL.)和黃花草木樨(Melilotus officinalisL.)等植物都對(duì)雜草存在化感抑制作用。光葉紫花苕子是一種優(yōu)質(zhì)冬春補(bǔ)飼青草，也是人工草地較理想的保護(hù)伴種植物。已有研究發(fā)現(xiàn)，光葉紫花苕子存在一定的化感潛勢(shì)[13－15]，但其化感抑草作用方面的研究鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)通過(guò)室內(nèi)生物測(cè)定法研究不同部位光葉紫花苕子浸提液對(duì)狗尾草、稗草、馬唐和格桑草4種常見(jiàn)雜草種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)的影響，旨在了解光葉紫花苕子的化感作用，對(duì)其化感抑草潛勢(shì)進(jìn)行初步探究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

光葉紫花苕子植株采集自湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)牧草基地，狗尾草、稗草、馬唐和格桑草種子購(gòu)于紅星花卉市場(chǎng)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 浸提液的制備

采集新鮮的光葉紫花苕子植株，沖洗干凈后自然晾干，剪成長(zhǎng)2 cm左右的小段，用粉碎機(jī)粉碎，分別稱(chēng)取40.0 g地上部與地下部樣品，加入1 000 mL蒸餾水中，置于恒溫(25℃)搖床振蕩(150 r/min)浸提48 h，利用雙層濾紙過(guò)濾后，獲得質(zhì)量濃度為40.0 g/L的浸提液母液，再用蒸餾水分別稀釋?zhuān)玫劫|(zhì)量濃度為2.5、5.0、10.0、20.0、40.0 g/L的浸提液，置于4℃冰箱內(nèi)保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)發(fā)育試驗(yàn)

分別將狗尾草、稗草、馬唐和格桑草種子各50粒用2%的次氯酸鈉溶液消毒10 min后沖洗干凈，均勻播種于大小為12 cm×12 cm的發(fā)芽盒內(nèi)(發(fā)芽盒內(nèi)鋪兩層滅菌濾紙)，分別加入10 mL不同部位和不同質(zhì)量濃度的光葉紫花苕子浸提液。地上部浸提液處理為2.5 g/L(A1)、5.0 g/L(A2)、10.0 g/L(A3)、20.0 g/L(A4)、40.0 g/L(A5)；地下部浸提液處理為2.5 g/L(B1)、5.0 g/L(B2)、10.0 g/L(B3)、20.0 g/L(B4)和40.0 g/L(B5)；對(duì)照均為10 mL蒸餾水(CK)；每個(gè)處理4次重復(fù)。于20℃光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行光/暗(12 h/12 h)交替培養(yǎng)。期間注意保持濾紙濕潤(rùn)，每隔24 h記錄種子發(fā)芽情況。

1.2.3 測(cè)定指標(biāo)和方法

每天同一時(shí)間觀察、統(tǒng)計(jì)當(dāng)天4種雜草種子的萌發(fā)情況；10 d后，從每個(gè)發(fā)芽盒中隨機(jī)選擇10株幼苗測(cè)定種子的發(fā)芽率、幼苗根長(zhǎng)、苗高、鮮質(zhì)量，并計(jì)算其平均值；采用乙醇提取法測(cè)定葉綠素含量，采用愈創(chuàng)木酚—分光光度法測(cè)定POD活性，采用紫外吸收法測(cè)定CAT活性，采用NBT還原法測(cè)定SOD活性，采用硫代巴比妥酸法測(cè)定MDA含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 光葉紫花苕子浸提液對(duì)4種雜草種子發(fā)芽的影響

根據(jù)表1，與CK相比，各處理均顯著降低了狗尾草種子發(fā)芽率；稗草種子發(fā)芽率為A3、A4、B1、B3、B5處理顯著降低，其他處理則無(wú)顯著變化；馬唐種子發(fā)芽率為A5處理顯著降低，其余處理則顯著提高；A1、A4、A5、B3、B4、B5處理格桑草種子發(fā)芽率均顯著降低。

表1 不同處理4種雜草種子的發(fā)芽率Table 1 Germination rate of four seeds under different treatments %

2.2 光葉紫花苕子浸提液對(duì)4種雜草幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.1 光葉紫花苕子浸提液對(duì)4種雜草幼苗苗高的影響

根據(jù)表2，狗尾草幼苗苗高為A4、A5、B4、B5處理顯著降低，其他處理均顯著提高；除A3、A5外，其余浸提液處理均顯著降低了稗草幼苗的苗高；馬唐幼苗苗高則表現(xiàn)為A1與A2處理顯著降低，其他處理則顯著提高；A5、B1、B2與B3處理格桑草幼苗苗高顯著降低，但A2、A3、A4與B5處理則顯著提高。

表2 不同處理4種雜草的幼苗苗高Table 2 Seedling height of four weeds under different treatments cm

2.2.2 光葉紫花苕子浸提液對(duì)4種雜草幼苗根長(zhǎng)的影響

根據(jù)表3，與CK相比，A1、A3、A4與A5處理顯著降低了狗尾草幼苗根長(zhǎng)，但A2、B1、B2、B3、B4處理則表現(xiàn)為顯著提高；除A3處理外，各浸提液處理均顯著降低了稗草幼苗根長(zhǎng)；對(duì)于馬唐幼苗根長(zhǎng)，僅A1處理表現(xiàn)為顯著降低，A3、A4和B1、B2、B4、B5處理均顯著提高，其余處理與CK差異不顯著；格桑草幼苗根長(zhǎng)僅A1、A5處理顯著降低，B2、B3、B4與B5處理則顯著提高。

表3 不同處理4種雜草的幼苗根長(zhǎng)Table 3 Seedling root length of four weeds under different treatments cm

2.2.3 光葉紫花苕子浸提液對(duì)雜草幼苗鮮質(zhì)量的影響

根據(jù)表4，A4、A5處理顯著降低了狗尾草幼苗鮮質(zhì)量，但其余處理均顯著提高；除A3、A4、A5處理外，其余處理均顯著降低了稗草幼苗鮮質(zhì)量；對(duì)于馬唐幼苗鮮質(zhì)量，僅A1、A2和B1處理顯著降低，A3、A4、A5和B5處理則顯著提高，其他處理與CK無(wú)顯著差異；格桑草幼苗鮮質(zhì)量則表現(xiàn)為A5、B1處理顯著降低，A1、B2與CK無(wú)顯著差異，其他處理均顯著提高。

表4 不同處理4種雜草的幼苗鮮質(zhì)量Table 4 Fresh weight of seedlings of four weeds under different treatments g

2.3 光葉紫花苕子浸提液對(duì)4種雜草幼苗生理指標(biāo)的影響

2.3.1 光葉紫花苕子浸提液對(duì)4種雜草幼苗葉綠素含量的影響

根據(jù)表5，狗尾草幼苗葉綠素含量為A1、A3、A5處理顯著降低，A4和B3處理與CK無(wú)顯著差異，其余處理均顯著提高；除A5、B1和B2外，其他各處理稗草幼苗葉綠素含量均顯著低于CK；除B1外，各光葉紫花苕子浸提液處理均顯著降低了馬唐幼苗葉綠素含量；對(duì)于格桑草，僅A1、B1、B2處理顯著降低了其幼苗葉綠素含量，其余處理均表現(xiàn)為顯著提高。

表5 不同處理4種雜草的幼苗葉綠素含量Table 5 Chlorophyll content of seedlings of four weeds under different treatments mg·g－1

2.3.2 光葉紫花苕子浸提液對(duì)4種雜草幼苗POD活性的影響

根據(jù)表6，狗尾草幼苗POD活性表現(xiàn)為B4、B5處理顯著降低，其余各處理均顯著提高；稗草幼苗POD活性為A1、A2、A3、A5和B2處理顯著降低，B4、B5處理則顯著提高，其他各處理與CK無(wú)顯著差異；各光葉紫花苕子浸提液處理均顯著降低了馬唐幼苗POD活性；格桑草幼苗的POD活性則表現(xiàn)為A4、A5、B1與B4處理顯著降低，A1、A2、A3、B2、B3和B5處理則顯著提高。

表6 不同處理4種雜草幼苗的POD酶活性Table 6 POD enzyme activity of seedlings of four weed under different treatments U·g－1·min－1

2.3.3 光葉紫花苕子浸提液對(duì)4種雜草幼苗CAT活性的影響

根據(jù)表7，除狗尾草的B1處理和稗草的A1處理外，其他各光葉紫花苕子浸提液處理下，狗尾草、稗草和馬唐的CAT活性均顯著提高，格桑草幼苗CAT活性均顯著降低。

表7 不同處理4種雜草幼苗的CAT酶活性Table 7 CAT enzyme activity of seedlings of four weeds under different treatments U·g－1·min－1

2.3.4 光葉紫花苕子浸提液對(duì)4種雜草幼苗SOD活性的影響

根據(jù)表8，狗尾草幼苗SOD酶活性表現(xiàn)為各地上部浸提液處理和B1、B2處理均顯著提高，B4、B5處理則顯著降低；稗草幼苗SOD活性為A3、B1、B2、B3處理顯著提高，A4、B4、B5處理顯著降低，其余處理則無(wú)顯著變化；馬唐幼苗SOD酶活性表現(xiàn)為A5、B3處理顯著降低，A3、A4處理無(wú)顯著變化，其余處理均顯著提高；格桑草幼苗SOD活性除B3處理無(wú)顯著變化外，其余處理均顯著提高。

表8 不同處理4種雜草幼苗的SOD酶活性Table 8 SOD enzyme activity of seedlings of four weeds in different treatments U·g－1

2.3.5 光葉紫花苕子浸提液對(duì)4種雜草幼苗MDA含量的影響

根據(jù)表9，狗尾草幼苗MDA含量表現(xiàn)為除B1、B4處理無(wú)顯著變化外，其他各處理均顯著提高；稗草幼苗MDA含量除A1與B1處理顯著提高外，其他各處理均顯著降低；各光葉紫花苕子浸提液處理下馬唐幼苗MDA含量均顯著降低；除A1、A2、B1處理與CK無(wú)顯著差異外，其他處理格桑草幼苗MDA含量均顯著提高。

表9 不同處理4種雜草幼苗的MDA含量Table 9 MDA content of seedlings of four weeds under different treatments μmol·g－1

3 討論

植物釋放的化感物質(zhì)先影響受體生物膜系統(tǒng)，改變蛋白質(zhì)及酶的活性，調(diào)控激素合成，進(jìn)而影響種子細(xì)胞的活化、修復(fù)、能量代謝與貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化[16]。研究表明，火炬樹(shù)(Rhus typhina)不同器官水浸提液與青蒿素均能顯著抑制狗尾草的萌發(fā)與幼苗的生長(zhǎng)[17－18]。王坤芳等[19]研究發(fā)現(xiàn)，少花蒺藜草(Cenchrus spinifexCav.)浸提液可以促進(jìn)馬唐種子的萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)。江寶月[20]研究發(fā)現(xiàn)，非洲菊浸提液對(duì)看麥娘(Alopecurus aequalisSobol.)、萵苣(Lactuca sativaLinn.)及千日紅(Gomphrena globosaL.)種子萌發(fā)存在明顯抑制作用。本研究中光葉紫花苕子不同部位浸提液對(duì)受試4種雜草種子萌發(fā)、幼苗苗高、幼苗根長(zhǎng)及幼苗鮮質(zhì)量表現(xiàn)不同程度的化感作用。其中，40.0 g/L的光葉紫花苕子地上部水浸提液能顯著降低狗尾草和格桑草的發(fā)芽率、苗高、根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量；2.5 g/L的光葉紫花苕子地下部水浸提液能顯著降低稗草的發(fā)芽率、苗高、根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量；2.5 g/L的光葉紫花苕子地上部水浸提液能顯著降低馬唐的苗高、根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量。

光合作用是植物生長(zhǎng)代謝的基礎(chǔ)，葉綠素是光能吸收與轉(zhuǎn)換的重要物質(zhì)，其含量直接影響植株對(duì)光能的利用?；形镔|(zhì)對(duì)植物細(xì)胞具有一定的損害作用，影響植物葉綠素合成，但植物不同部位浸提液對(duì)雜草葉綠素含量的影響存在差異。本研究中，2.5 g/L的光葉紫花苕子地上部水浸提液能顯著降低受試4種雜草的葉綠素含量，其他光葉紫花苕子不同部位浸提液處理對(duì)4種雜草幼苗葉綠素含量存在促進(jìn)或抑制作用，這與劉姚姚等[21]、屈文平等[22]研究結(jié)果一致。

植物體內(nèi)的抗氧化調(diào)控系統(tǒng)主要參與抵抗逆境脅迫對(duì)植物的損害。正常生長(zhǎng)情況下，植物體內(nèi)活性氧(ROS)處于動(dòng)態(tài)平衡，而逆境脅迫會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧失衡和植物抗氧化能力下降[23－25]。本研究中，各光葉紫花苕子提液處理均顯著提高了馬唐的POD和CAT活性，顯著降低了其MDA含量，但不同處理對(duì)SOD酶活性的影響存在差異；同時(shí)，大部分處理對(duì)其他3種雜草的POD、CAT與SOD酶活性及MDA含量均有顯著影響。由此可見(jiàn)，光葉紫花苕子浸提液能打破植物細(xì)胞ROS平衡，激發(fā)抗氧化酶系統(tǒng)抵御傷害，但不同的雜草對(duì)浸提液的敏感程度不一樣，這可能是光葉紫花苕子浸提液對(duì)4種雜草酶活性影響有所不同的原因。

4 結(jié)論

光葉紫花苕子的地上部和地下部水浸提液對(duì)4種雜草均有不同程度的化感作用。其中，40.0 g/L的光葉紫花苕子地上部水浸提液處理顯著降低了狗尾草的發(fā)芽率、苗高、根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量、葉綠素含量，顯著提高了其POD、CAT、SOD酶活性及MDA含量；顯著降低了稗草的根長(zhǎng)和POD活性，并顯著提高了其CAT活性；顯著降低了馬唐的發(fā)芽率、葉綠素含量、POD和SOD活性，也顯著提高了其CAT活性；顯著降低了格桑草的發(fā)芽率、苗高、根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量、POD和CAT酶活性，并顯著提高了其SOD酶活性和MDA含量。該處理對(duì)4種雜草的化感作用最強(qiáng)，具有開(kāi)發(fā)為生物除草劑的潛力。