麥麥提艾則孜·穆合塔爾，趙曉夢(mèng)，王 東

(喀什大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院/新疆帕米爾高原生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆喀什 844000)

0 引 言

【研究意義】伽師瓜(Cucumismelo)主要種植于新疆南疆喀什地區(qū)伽師縣[1,2]。肥料直接影響到農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)[3, 4]。綠肥開(kāi)發(fā)以及廣泛施用對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[5,6]。綠肥可分為豆科綠肥和非豆科綠肥兩種，其中豆科綠肥主要包括三葉草、苜蓿、苦豆子和豌豆等，豆科綠肥不僅能促進(jìn)生物固氮作用還能供應(yīng)土壤養(yǎng)分，通過(guò)改善土壤理化性質(zhì)提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量[7]。研究通過(guò)比較在室外盆栽條件下三葉草、豌豆、苜蓿、豇豆、綠豆和苦豆子等6種豆科植物種子干粉對(duì)伽師瓜種子發(fā)芽及植株生長(zhǎng)的影響，篩選出對(duì)伽師瓜種子發(fā)芽抑制作用較小，且對(duì)伽師瓜植株生長(zhǎng)具有較好促進(jìn)作用的豆科植物，對(duì)豆科綠肥開(kāi)發(fā)有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】潘婕[8]研究表明，紅三葉草(品種為巴東)莖葉和根蒸餾水浸提液4個(gè)不同濃度處理中，10%莖葉和根浸提液對(duì)多花黑麥草種子發(fā)芽有促進(jìn)作用，而15%莖葉和根浸提液有抑制作用。周立業(yè)等[9]研究表明，紫花苜蓿根和莖葉蒸餾水浸提液對(duì)少花蒺藜草種子萌發(fā)有抑制作用，隨著浸提液濃度增高抑制作用增強(qiáng)。王康英等[10]研究表明，紫花苜蓿根莖和葉片蒸餾水浸提液對(duì)黑麥草種子萌發(fā)具有抑制作用，并且根莖和葉片蒸餾水浸提液對(duì)黑麥草幼苗的干重和根長(zhǎng)的生長(zhǎng)也有顯著抑制作用。郭小強(qiáng)[11]研究表明，苦豆子種子蒸餾水浸提液對(duì)小麥種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)，高濃度抑制的效應(yīng)，浸提液濃度為0.05 g/mL時(shí)促進(jìn)小麥種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)，浸提液濃度為0.5 g/mL時(shí)對(duì)小麥種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的抑制作用最強(qiáng)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前有關(guān)整株苦豆子對(duì)伽師瓜植株生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響有少量研究報(bào)道[12-14]，但有關(guān)三葉草、豌豆、苜蓿、豇豆、綠豆和苦豆子等豆科植物種子干粉對(duì)伽師瓜種子發(fā)芽及植株生長(zhǎng)的影響尚未見(jiàn)報(bào)道。苦豆子不同器官浸提液和干粉對(duì)伽師瓜種子萌發(fā)及幼苗和植株生長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生不同的影響。與葉片、莖稈、豆莢干粉相比，苦豆子種子干粉對(duì)伽師瓜植株高度、粗度、葉片總面積、干物質(zhì)積累量(干重)以及葉綠素含量等指標(biāo)的促進(jìn)作用最強(qiáng)。需研究苦豆子種子中含有的能促進(jìn)伽師瓜生長(zhǎng)的特殊活性成分?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以伽師瓜為供試作物，選取5種豆科植物種子(三葉草、苜蓿、豌豆、豇豆和綠豆)與苦豆子種子進(jìn)行比較，研究苦豆子種子干粉與三葉草、苜蓿、豌豆、豇豆和綠豆等5種豆科植物種子干粉對(duì)伽師瓜種子萌發(fā)及植株生長(zhǎng)影響的差異性，為開(kāi)發(fā)苦豆子綠肥以及開(kāi)發(fā)利用苦豆子植物資源奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2019和2020年在喀什大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院“新疆帕米爾高原生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”完成。

供試伽師瓜種子(常規(guī)種)購(gòu)自國(guó)家瓜類(lèi)工程技術(shù)研究中心新疆西域種業(yè)股份有限公司，三葉草種子(包衣紅)、豌豆種子(青豌豆)、苜蓿種子(紫花苜蓿)、豇豆種子(長(zhǎng)豇豆)、綠豆種子(普通綠豆)于“新疆帕米爾高原生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”保存?？喽棺臃N子采自喀什市野生苦豆子植株。盆栽伽師瓜所用營(yíng)養(yǎng)土購(gòu)自廣州綠源園藝植材植料場(chǎng)。

高速萬(wàn)能粉碎機(jī)(FW-80，北京市永明醫(yī)療儀器有限公司)，電子天平(LE2002E，梅特勒-托利多儀器有限公司)，紫外分光光度計(jì)(T6 新世紀(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任有限公司)，上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司)，游標(biāo)卡尺(JS20-300)，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DHG-9240A，上海齊欣科學(xué)儀器有限公司)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將苦豆子、三葉草、豌豆、苜蓿、豇豆、綠豆種子放在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱70℃條件下干燥24 h，之后用高速萬(wàn)能粉碎機(jī)將種子徹底粉碎，制成種子干粉備用。

選取大小一致(高度15 cm×內(nèi)口徑11 cm×底徑9 cm)和顏色相同的花盆25個(gè)備用。試驗(yàn)共設(shè)置7個(gè)處理，分別為三葉草種子干粉(T1)、豌豆種子干粉(T2)、苜蓿種子干粉(T3)、豇豆種子干粉(T4)、綠豆種子干粉(T5)、苦豆子種子干粉(T6)和對(duì)照處理(CK)，每個(gè)處理設(shè)置5個(gè)重復(fù)。使用電子天平準(zhǔn)確稱(chēng)量營(yíng)養(yǎng)土和干粉，向25個(gè)花盆中分別裝入128 g 干燥的營(yíng)養(yǎng)土，每個(gè)處理包括5個(gè)花盆，分別向每個(gè)處理的每個(gè)花盆中裝入10 g相應(yīng)的干粉，混合均勻后加入50 mL清水并攪拌均勻，每盆播種8粒籽粒飽滿、大小一致的伽師瓜種子，播種深度為1.5 cm，在營(yíng)養(yǎng)土中直接播種作為對(duì)照處理，對(duì)照處理的其他方面與干粉處理保持完全一致。播種后每盆澆清水250 mL，置于室外自然光照條件下培養(yǎng)，每天記錄種子發(fā)芽情況直至種子不再發(fā)芽為止。種子發(fā)芽之后，每天記錄生長(zhǎng)情況。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 伽師瓜種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)的測(cè)定

綠芽出土作為種子發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)。每天在固定時(shí)間點(diǎn)觀察記錄種子發(fā)芽情況，8 d以后按以下公式[15]計(jì)算種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)以及發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)。萌發(fā)率 =(7 d內(nèi)萌發(fā)的所有種子數(shù)/供試總種子數(shù))× 100%；發(fā)芽勢(shì) =(前4 d萌發(fā)的所有種子數(shù)/供試總種子數(shù))× 100%；發(fā)芽指數(shù) = ∑Gt/Dt(Gt表示t日內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt表示相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù))。

1.2.2.2 伽師瓜植株高度測(cè)量

每盆中選留4株生長(zhǎng)一致的健康伽師瓜幼苗作為試驗(yàn)用苗，其余幼苗拔除。定苗之后每6 d使用游標(biāo)卡尺測(cè)量一次植株高度。試驗(yàn)中測(cè)定的植株高度指植株莖基部到植株頂端生長(zhǎng)點(diǎn)的長(zhǎng)度。測(cè)量每株伽師瓜植株的高度，分別計(jì)算每個(gè)處理的伽師瓜植株的平均高度，共測(cè)定5次植株的平均高度。植株高度的凈增長(zhǎng)量=后1次測(cè)量的植株平均高度-前1次測(cè)量的植株平均高度。

1.2.2.3 伽師瓜植株粗度測(cè)量

定苗之后每6 d使用游標(biāo)卡尺測(cè)量一次植株粗度。測(cè)定的植株粗度指幼苗子葉下方2 cm處的莖粗。測(cè)量每株伽師瓜植株的粗度，分別計(jì)算出每個(gè)處理的伽師瓜植株的平均粗度，共測(cè)定5次植株的平均粗度。莖粗凈增長(zhǎng)量=后一次測(cè)定的主莖直徑-前一次測(cè)定的主莖直徑。

1.2.2.4 伽師瓜植株葉片面積的測(cè)量

定苗之后每6 d測(cè)量一次植株葉片面積。采用文獻(xiàn)報(bào)道的透明方格法[14]測(cè)量葉片面積。測(cè)量每株伽師瓜植株上所有葉片的總面積，分別計(jì)算出每個(gè)處理的每株伽師瓜葉片總面積的平均值，共測(cè)量5次葉片總面積的平均值。葉片總面積增量=后一次葉片總面積-前一次葉片總面積。

1.2.2.5 伽師瓜植株干物質(zhì)積累量(干重)的測(cè)量

將每盆中的伽師瓜植株根部連同土壤一起倒入清水中，通過(guò)多次漂洗，將每株伽師瓜的根部清洗干凈，然后使用干凈的刀片切割植株的莖基部，將伽師瓜植株的地上部分和地下部分分開(kāi)。用干凈濾紙將水分吸干后放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱徹底烘干至恒重為止，使用電子天平分別稱(chēng)量地上部分和地下部分的干物質(zhì)積累量，將地上部分和地下部分的干物質(zhì)積累量相加獲得植株總干重。

1.2.2.6 伽師瓜植株葉片葉綠素含量

在同一時(shí)間針對(duì)每個(gè)處理的5個(gè)重復(fù)，從每盆的4株伽師瓜中任選一株取0.5 g生長(zhǎng)點(diǎn)下第2片完全展開(kāi)的真葉，采用Arnon乙醇提取法[16]測(cè)定葉綠素含量。在分別獲得每個(gè)處理每盆伽師瓜植株葉綠素含量的基礎(chǔ)上，計(jì)算每個(gè)處理的平均葉綠素含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Microsoft Excel和SPSS 25.0對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示。利用OriginPro 2018軟件對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 豆科植物種子干粉拌種處理對(duì)伽師瓜種子發(fā)芽的影響

研究表明，對(duì)照組伽師瓜種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均大于處理組，因此不同豆科種子干粉對(duì)伽師瓜種子發(fā)芽均具有抑制作用。所有處理組的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。除T5與對(duì)照組無(wú)顯著差異外，其他處理組的發(fā)芽勢(shì)均顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。與其他處理組相比，T1萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均最小，三葉草種子干粉對(duì)伽師瓜種子發(fā)芽的抑制性最強(qiáng)，而T5萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均大于其他處理組，綠豆種子干粉對(duì)伽師瓜種子萌發(fā)的抑制性最弱。表1

表1 豆科植物種子干粉拌種處理下伽師瓜種子發(fā)芽變化

2.2 豆科植物種子干粉拌種處理對(duì)伽師瓜植株生長(zhǎng)的影響

2.2.1 對(duì)伽師瓜植株高度的影響

研究表明，豆科植物種子干粉對(duì)伽師瓜植株均具有增高作用，不同豆科植物種子干粉增高作用存在一定的差異性。第1次測(cè)量時(shí)，所有處理組與對(duì)照組植株高度均無(wú)顯著差異。第2次測(cè)量時(shí)，T2、T3、T4、T5和T6與對(duì)照組植株高度均達(dá)到了顯著差異(P<0.05)。從第2次測(cè)量到第5次測(cè)量，T6處理對(duì)伽師瓜植株的增高作用明顯高于T1、T2、T3、T4和T5處理，且T1處理的增高作用明顯小于其他處理。T6處理植株高度凈增量從第1次測(cè)量開(kāi)始一直顯著大于對(duì)照組(P<0.05)。與其他豆科植物種子干粉相比，苦豆子種子干粉對(duì)伽師瓜植株具有較強(qiáng)的增高作用。表2，圖1，圖2

圖2 豆科植物種子干粉拌種處理下伽師瓜植株形態(tài)變化

表2 豆科植物種子干粉拌種處理下伽師瓜植株高度凈增長(zhǎng)量變化

圖1 豆科植物種子干粉拌種處理下伽師瓜植株高度變化

2.2.2 對(duì)伽師瓜植株粗度的影響

研究表明，豆科植物種子干粉對(duì)伽師瓜植株均具有增粗作用，不同豆科植物種子干粉增粗作用存在一定的差異性。第1次測(cè)量，處理組T1、T3、T5和T6與對(duì)照組達(dá)到了顯著差異(P<0.05)，而處理組T2和T4與對(duì)照組無(wú)顯著差異(P>0.05)。第2次測(cè)量所有處理組與對(duì)照組均達(dá)到了顯著差異(P<0.05)。與其他處理相比，T6處理對(duì)伽師瓜植株具有更大的增粗作用。苦豆子種子干粉對(duì)伽師瓜植株具有較強(qiáng)的增粗作用。表3，圖3

圖3 豆科植物種子干粉拌種處理下伽師瓜植株粗度變化

表3 豆科植物種子干粉拌種處理下伽師瓜植株粗度凈增量變化

2.2.3 對(duì)伽師瓜植株葉片總面積的影響

研究表明，豆科植物種子干粉對(duì)伽師瓜植株葉片面積均具有增大作用，不同豆科植物種子干粉增大作用存在一定的差異性。第1次測(cè)量除了T6之外，其他處理組與對(duì)照組均無(wú)顯著差異。第2次測(cè)量除了T1外，其他處理組與對(duì)照組均達(dá)到了顯著差異(P<0.05)。從第3次測(cè)量所有處理組與對(duì)照組均達(dá)到了顯著差異(P<0.05)。測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，與其他處理相比，T6處理對(duì)伽師瓜植株葉片面積具有更強(qiáng)的增大作用?？喽棺臃N子干粉對(duì)伽師瓜植株葉片面積具有較強(qiáng)的增大作用。表4，圖4

表4 豆科植物種子干粉拌種處理下伽師瓜植株葉片總面積增量變化

圖4 豆科植物種子干粉拌種處理下伽師瓜植株葉片總面積變化

2.2.4 對(duì)伽師瓜植株干物質(zhì)積累量(干重)影響

研究表明，不同豆科植物種子干粉對(duì)伽師瓜植株地上部分干重、地下部分干重和總干重均具有增大作用。所有處理組對(duì)伽師瓜植株干重的增大作用顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。T6處理對(duì)伽師瓜植株干重增大作用又顯著高于其他處理(P<0.05)。苦豆子種子干粉對(duì)伽師瓜植株干物質(zhì)積累量(干重)具有更強(qiáng)增大作用。表5，圖5

表5 豆科種子干粉拌種處理下伽師瓜植株干物質(zhì)積累量(干重)變化

圖5 豆科種子干粉拌種處理下伽師瓜植株根部變化

2.2.5 對(duì)伽師瓜植株葉片葉綠素含量的影響

研究表明，不同豆科植物種子干粉對(duì)伽師瓜植株葉片葉綠素含量均具有增大作用。所有處理組伽師瓜植株葉片葉綠素含量均顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。與其他處理相比，T6處理對(duì)伽師瓜植株葉片葉綠素含量具有更強(qiáng)的增大作用?？喽棺臃N子干粉對(duì)伽師瓜植株葉片葉綠素含量的增大作用更強(qiáng)。表6

表6 豆科種子干粉拌種處理下伽師瓜植株葉片葉綠素含量變化

3 討 論

豆科植物作為綠肥施用不但具有供應(yīng)土壤養(yǎng)分和生物固氮作用，而且還能減少農(nóng)田化學(xué)肥料的施用量[17]。雖然有關(guān)苜蓿[18]、綠豆[19]和苦豆子全株[20]對(duì)小麥生長(zhǎng)以及苦豆子綠肥對(duì)伽師瓜生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響[21]有一些研究報(bào)道，但有關(guān)豆科植物種子干粉對(duì)伽師瓜種子發(fā)芽是否會(huì)產(chǎn)生影響，三葉草、豌豆、苜蓿、豇豆、綠豆和苦豆子等豆科植物種子干粉對(duì)伽師瓜種子發(fā)芽和植株生長(zhǎng)產(chǎn)生的影響是否相同，以及上述幾種豆科植物種子干粉能否作為伽師瓜田底肥等問(wèn)題尚未闡明。

有關(guān)豆科植株種子干粉能否影響伽師瓜種子發(fā)芽以及植株生長(zhǎng)尚無(wú)研究報(bào)道。張來(lái)等[22]研究表明，三葉草莖葉蒸餾水浸提液對(duì)紫花地丁、紅蘿卜和白菜種子萌發(fā)均有抑制作用，且隨著浸提液濃度的增加其抑制作用增強(qiáng)。翟德蘋(píng)等[23]研究表明，紫花苜蓿根和莖葉蒸餾水浸提液對(duì)中間錦雞兒種子萌發(fā)均有抑制作用，在相同濃度下根部浸提液的抑制作用大于莖葉浸提液。何文革等[24]研究表明，苦豆子整株蒸餾水自然發(fā)酵液對(duì)西瓜、黃瓜、甜瓜和西葫蘆種子萌發(fā)均有抑制作用，在相同濃度下的發(fā)酵液對(duì)西瓜和甜瓜的抑制作用強(qiáng)于黃瓜和西葫蘆種子。研究表明，三葉草、苜蓿和苦豆子浸提液對(duì)植物種子萌發(fā)普遍具有抑制作用，這與研究的結(jié)果是一致的。研究結(jié)果表明，三葉草、豌豆、苜蓿、豇豆、綠豆和苦豆子等豆科植株種子干粉蒸餾水浸提液對(duì)伽師瓜種子發(fā)芽均具有抑制作用，可能與種子中所含的化感物質(zhì)有關(guān)?；形镔|(zhì)可通過(guò)揮發(fā)、分泌和淋溶、腐爛分解等途徑釋放，這些化感物質(zhì)可影響周?chē)h(huán)境中其他植物種子的萌發(fā)，并延遲種子萌發(fā)時(shí)間[25,26]。研究中三葉草、豌豆、苜蓿、豇豆、綠豆和苦豆子種子干粉對(duì)伽師瓜種子發(fā)芽的抑制作用不同，這與不同豆科植物種子中所含的化感物質(zhì)成分及含量有關(guān)[27,28]。這些豆科植物種子中所含有的能抑制伽師瓜種子發(fā)芽的化感物質(zhì)的種類(lèi)以及作用機(jī)制等尚需進(jìn)一步深入研究。

研究表明，雖然三葉草、豌豆、苜蓿、豇豆、綠豆和苦豆子種子干粉對(duì)伽師瓜種子發(fā)芽均具有抑制作用，而這些豆科植物種子干粉對(duì)伽師瓜植株的生長(zhǎng)均具有促進(jìn)作用，其中苦豆子種子干粉的促進(jìn)作用最強(qiáng)。劉威等[29]研究表明，白三葉草整株蒸餾水浸提液對(duì)黑麥草和高羊茅幼苗高度和鮮重均表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)高濃度抑制的作用。何廣禮[30]研究表明，紫花苜蓿地上部分鮮草漿汁液對(duì)小黑麥幼苗生長(zhǎng)具有低濃度促進(jìn)高濃度抑制的作用。研究中，苦豆子種子干粉對(duì)伽師瓜植株生長(zhǎng)的促進(jìn)作用最強(qiáng)，這與苦豆子種子中的高含量生物堿有關(guān)[31,32]，苦豆子生物堿對(duì)植物生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用[33]。新疆南疆苦豆子種子所含的生物堿中，哪些種類(lèi)的生物堿對(duì)伽師瓜生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用以及苦豆子生物堿促進(jìn)伽師瓜生長(zhǎng)的機(jī)制等問(wèn)題尚未闡明，將逐步進(jìn)一步研究探明。

4 結(jié) 論

4.1三葉草、豌豆、苜蓿、豇豆、綠豆和苦豆子等6種豆科植物種子干粉對(duì)伽師瓜種子發(fā)芽均具有抑制作用。與其他處理組相比，三葉草種子干粉處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均最小，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)分別為(65.0±0.105)、(62.5±0.088)和(1.188±0.173)，三葉草種子干粉對(duì)伽師瓜種子發(fā)芽的抑制性最強(qiáng)。綠豆種子干粉處理的萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均大于其他處理組，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)分別為(82.5±0.068)、(80.0±0.112)和(1.425±0.176)，這表明綠豆種子干粉對(duì)伽師瓜種子萌發(fā)的抑制性最弱。供試的6種豆科植物種子干粉對(duì)伽師瓜植株高度、葉片面積、干重以及葉綠素含量均具有促進(jìn)作用，不同豆科植物種子干粉的促進(jìn)作用存在一定的差異性?？喽棺臃N子干粉處理的伽師瓜植株高度、植株粗度和葉片總面積第5次測(cè)量的凈增長(zhǎng)量分別為(160.313±22.129)、(0.373±0.107)和(160.313±22.129)。

4.2苦豆子種子干粉處理的伽師瓜植株總干重和葉片葉綠素含量分別為(4.220±0.157)和(0.445±0.018)?？喽棺臃N子干粉對(duì)伽師瓜植株的促進(jìn)作用高于其他豆科植物種子。在開(kāi)發(fā)伽師瓜綠肥時(shí)，苦豆子種子可以作為優(yōu)先選擇對(duì)象。