朱林欣，何也君，陳 浩，邢虎成

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 湖南 長沙 410128）

苧麻(Boehmeria nivea)是我國一種傳統(tǒng)的經(jīng)濟作物[1]，其韌皮纖維可紡織利用[2]；嫩莖葉含有較高的蛋白質(zhì)，可作飼料[3]；根富含黃酮等次生代謝物，可作藥物用。苧麻中具有藥用成分的黃酮類化合物、生物堿類化合物、萜類化合物等物質(zhì)正好是植物化感作用的主要物質(zhì)，前人研究表明苧麻根際土壤水浸提液對苧麻生長發(fā)育有一定的化感作用，不同濃度的浸提液對苧麻生長表現(xiàn)為“低促高抑”現(xiàn)象[4]；而且苧麻秸稈水浸提液對苧麻根際微生物多樣性有影響[5]。劉楠楠[6]通過苧麻根及根系土壤水浸提液對擬南芥(Arabidopsis thaliana)的化感效應(yīng)的綜合研究，進一步推測苧麻化感物質(zhì)影響植株生長素表達從而產(chǎn)生連作障礙引起苧麻敗蔸發(fā)生，這也表明在栽培過程中連作障礙會造成苧麻減產(chǎn)。那么苧麻的化感物質(zhì)對其他雜草種子是否也存在化感效應(yīng)，目前尚未見報道。雜草是農(nóng)田危害最大的有害生物，其具有生態(tài)適應(yīng)性、多實性、休眠性、再生性以及傳播廣泛性等生物學(xué)特性[7]。如何科學(xué)地控制雜草是一個重要的問題?；瘜W(xué)合成除草劑可以有效抑制雜草，但是對作物和環(huán)境具有不利影響?；形镔|(zhì)作為一種天然的化學(xué)除草劑受到越來越多的關(guān)注?；诖?，本研究通過苧麻浸提液對苧麻田4 種常見雜草的種子發(fā)芽和幼苗生長的影響，進一步補充研究苧麻化感效應(yīng)，對綠色除草劑在農(nóng)田雜草有效防除方面具有一定的指導(dǎo)意義，另外，對研制和開發(fā)苧麻基提取物的除草劑具有一定的理論指導(dǎo)。

1 材料方法

1.1 供試材料

苧麻品種：‘湘苧3 號’。禾本科雜草種子：狗尾草(Setaria viridis)、稗草(Echinochloa crusgalli)、早熟禾(Poa annua)和牛筋草(Eleusine indica)，分別購于千綠種業(yè)、豐澤種業(yè)、鑫朗種業(yè)和鴻鑫種業(yè)。

1.2 試驗方法

1.2.1 苧麻莖和根浸提液的制備

苧麻莖稈和根部的水、石油醚、無水乙醇浸提液參照王梓薇等[5]并略有改進，取新鮮苧麻樣品400 g浸入1 L 不同溶劑中7 d，其中水浸提液直接形成400 g·L-1的母液，乙醇和石油醚浸提液則為蒸發(fā)后重新加入1 L 水形成的母液。將母液貯存于4 ℃冰箱備用，試驗時用蒸餾水分別將溶液稀釋到0.04、4.00 和400 g·L-1(表1)。

表1 試驗處理Table 1 Test treatment

1.2.2 雜草種子預(yù)處理

選取顆粒飽滿、大小均一的雜草種子，用有效氯含量為5%～6%的次氯酸鈉溶液浸泡30～60 min后，蒸餾水漂洗3 次。并將殺菌后的種子溫水浸泡48 h 作催種處理。

1.2.3 種子萌發(fā)和指標測定

將溫水浸泡后的種子均勻置于墊有兩層濾紙的培養(yǎng)皿上，每皿60 粒，設(shè)置0.04、4 和400 g·L-1苧麻浸提液處理，對照為純水(CK)，4 次重復(fù)。置于25 ℃、80%濕度的培養(yǎng)箱培養(yǎng)。以根長超過種子的1/2 為發(fā)芽標準，每天在固定時間給培養(yǎng)皿內(nèi)補充2 mL浸提液，對照補充2 mL 蒸餾水，待種子發(fā)芽數(shù)連續(xù)2 d不再增長時結(jié)束觀察，測定根長、苗高，統(tǒng)計發(fā)芽總數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

計算根長、苗高、發(fā)芽率(germination rate，GR)、萌發(fā)指數(shù)(gemination index, GI)、化感指數(shù)(response index, RI)[8]、綜 合 敏 感 指 數(shù)(sensitivity index, SI)[9]。公式如下：

式中：N表示種子總數(shù)；n表示試驗結(jié)束后總發(fā)芽數(shù)；Gt表示種子在第t日的發(fā)芽數(shù)；Dt表示相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。T為處理值，T0為對照值。當RI> 0 時，表示促進作用；當RI< 0 時，表示抑制作用。且RI的絕對值越大，化感作用越強烈。當SI> 0 為促進，SI< 0 為抑制，絕對值的大小表示化感作用的強度。試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2019、SPSS 24.0 做統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 苧麻莖和根浸提液對4 種雜草種子發(fā)芽率的影響

苧麻莖和根不同溶劑浸提液對稗草種子的發(fā)芽率均有不同程度的抑制作用，其中莖稈水和石油醚浸提液處理，發(fā)芽率隨著濃度的升高而升高；根部水浸提液和根部乙醇浸提液處理的發(fā)芽率隨著濃度升高而降低。發(fā)芽率抑制作用最強的是T11、T15。除了0.04 g·L-1的莖稈乙醇浸提液(T4)外，其他處于均與對照組有顯著的差異(表2)。

表2 苧麻莖和根浸提液對4 種雜草種子發(fā)芽率的影響Table 2 Effects of extracts from ramie roots and stems on gemination rate of seeds of four weeds

對于牛筋草種子，苧麻莖稈石油醚浸提液和根部水浸提液對其發(fā)芽率有促進作用，而莖稈乙醇浸提液、根部乙醇和石油醚浸提液則為抑制作用。莖稈水浸提液的處理中，牛筋草的發(fā)芽率呈現(xiàn)“低抑高促”的規(guī)律。整體而言，與對照組相比，不同浸提液處理后并未呈現(xiàn)顯著性差異(表2)。

對于早熟禾，莖稈和根部石油醚浸提液處理提高了種子發(fā)芽率(T9 除外)，且隨著濃度的增加，促進效果減弱。莖稈和根部乙醇浸提液兩種處理均呈現(xiàn)“低促高抑”的現(xiàn)象，且在試驗濃度400 g·L-1時，早熟禾種子呈現(xiàn)比較明顯的抑制效果，與對照相比，T6的發(fā)芽率減少了56%，T15 的發(fā)芽率減少了60% (表2)。

苧麻莖和根不同溶劑浸提液對狗尾草種子的發(fā)芽率均呈現(xiàn)不同程度的促進作用。對于莖稈水浸提液(T1、T2、T3)、莖稈乙醇浸提液(T4、T5、T6)、根部水浸提液(T10、T11、T12)、根部乙醇浸提液(T13、T14、T15)處理的狗尾草種子，其發(fā)芽率均隨著浸提液濃度的升高而減少，即促進效果減弱。對于莖稈和根部石油醚浸提液來說，發(fā)芽率則隨浸提液濃度的升高而升高，即促進效果更明顯(表2)。

2.2 苧麻莖和根浸提液對4 種雜草種子萌發(fā)指數(shù)的影響

萌發(fā)指數(shù)是形容種子活力的指標，萌發(fā)指數(shù)高，則活力高。不同濃度的苧麻莖稈和根部浸提液對稗草的萌發(fā)指數(shù)均表現(xiàn)出抑制作用，且均呈現(xiàn)出萌發(fā)指數(shù)隨著浸提液質(zhì)量濃度加大而減少的趨勢，如T3 處理小于T1 和T2 處理，T6、T9、T12、T15、T18 處理也均小于相同溶劑的其他處理(表3)。

表3 苧麻莖和根浸提液對4 種雜草種子萌發(fā)指數(shù)的影響Table 3 Effects of extracts from ramie roots and stems on gemination index of seeds of four weeds

對牛筋草種子來說，除莖稈水和乙醇浸提液外，種子萌發(fā)指數(shù)均隨浸提液濃度的升高而降低。其中T1、T2、T3、T4、T5、T11、T12、T15、T16、T17、T18 處理有抑制作用，T5 處理抑制作用最強。其他處理對牛筋草種子萌發(fā)指數(shù)有促進作用，T7 促進作用最好(表3)。

對早熟禾來說，采用400 g·L-1的莖稈和根部乙醇浸提液(T6、T15)處理后，萌發(fā)指數(shù)表現(xiàn)出顯著的抑制作用；而0.04 g·L-1的根部石油醚浸提液(T16)處理后，萌發(fā)指數(shù)表現(xiàn)出明顯的促進作用(表3)。

對狗尾草種子來說，與對照相比，不同濃度的苧麻莖稈和根部浸提液對狗尾草的萌發(fā)指數(shù)均表現(xiàn)為促進作用。T13 處理的萌發(fā)指數(shù)最大，達到17.59，T3 處理的萌發(fā)指數(shù)最小，僅為10.05 (表3)。

2.3 苧麻莖和根浸提液對4 種雜草種子根長和苗高的影響

苧麻莖稈和根部的水、乙醇浸提液均會不同程度地抑制稗草的根長和苗高，且除根部水浸提液(T10、T11、T12)外，對根長的抑制效果隨浸提液濃度的增加而增加；除根部乙醇浸提液(T13、T14、T15)外，對苗高的抑制效果隨浸提液的濃度增加而增加。苧麻莖稈和根部石油醚浸提液則對稗草的根長和苗高無明顯抑制效果。T6 處理對稗草根長的抑制效果最強，比對照減少了41.26% (表4)。

表4 苧麻莖和根浸提液對4 種雜草種子根長和苗高的影響Table 4 Effects of extracts from ramie roots and stems on seed root length and seedling height of seeds of four weeds

苧麻根部石油醚浸提液0.04 和400 g·L-1均對牛筋草根長有促進作用，所有處理中除T10 處理的牛筋草根長顯著低于對照外(P< 0.05)，其他處理與對照未達到顯著水平(P> 0.05)。除T4、T10、T11、T13、T16 處理對牛筋草苗高有抑制作用外，其余處理均為促進作用，其中T1、T15 和T17 處理的苗高顯著高于對照(表4)。

早熟禾根長隨著苧麻莖稈水浸提液濃度的升高而先減小后增加，隨著根部水浸提液濃度的升高而先增加后減??；苗高隨著苧麻莖稈水浸提液濃度的升高而增加，隨著根部水浸提液濃度的升高而先增加后減??；隨著乙醇和石油醚浸提液濃度的升高而減少。T6 和T15 對根長和苗高均呈現(xiàn)顯著的抑制作用(表4)。

狗尾草大部分的處理對其根長和苗高有促進作用。對于根長生長情況來說，T7、T8、T13、T16、T18 對根長有輕微的抑制作用，對其苗高來說，T10 和T16有抑制作用。其中400 g·L-1的苧麻根部水浸提液（T12）處理對根長促進效果最好，400 g·L-1苧麻莖稈乙醇浸提液（T6）對苗高促進效果最好(表4)。

2.4 苧麻莖和根浸提液對4 種雜草種子的化感效應(yīng)

苧麻莖稈和根部浸提液處理稗草種子的發(fā)芽率化感指數(shù)和萌發(fā)指數(shù)的化感指數(shù)均小于0，狗尾草種子的發(fā)芽率化感指數(shù)和萌發(fā)指數(shù)的化感指數(shù)均大于0，早熟禾和牛筋草種子的發(fā)芽率化感指數(shù)和萌發(fā)指數(shù)的化感指數(shù)有大于0 的，也有小于0 的(表5)。說明苧麻莖稈和根部浸提液對稗草種子發(fā)芽有抑制作用而對狗尾草種子發(fā)芽有促進作用，對早熟禾和牛筋草的種子發(fā)芽隨溶劑種類和浸提液濃度的不同而表現(xiàn)促進或抑制作用。

表5 苧麻莖和根浸提液對4 種雜草種子的化感指數(shù)Table 5 Allelopathy index of extracts from ramie roots and stems for seeds of four weeds

苧麻莖和根浸提液對稗草種子發(fā)芽率抑制作用最強的處理是T11 和T15；對早熟禾種子發(fā)芽率抑制作用最強的處理是T15，促進作用最強的處理是T16；對狗尾草種子發(fā)芽率促進作用最強的處理是T13；對牛筋草抑制作用最強的抑制處理是T14 和T17，促進作用最強的處理是T8 (表5)。

苧麻莖和根浸提液對稗草種子萌發(fā)指數(shù)抑制作用最強的處理是T15；對早熟禾種子萌發(fā)指數(shù)抑制作用最強的處理是T15，促進作用最強的處理是T16；對狗尾草種子萌發(fā)指數(shù)促進作用最強的處理是T13；對牛筋草抑制作用最強的處理是T5，促進作用最強的是T7。(表5)。

由表6 可知，苧麻莖和根部水、乙醇和石油醚浸提液均對稗草種子均呈現(xiàn)化感抑制作用，隨著濃度的增加，水和乙醇浸提液的化感抑制效果逐漸增強，抑制作用最強的處理是400 g·L-1苧麻莖稈乙醇浸提液，綜合化感指數(shù)為-0.21。苧麻莖稈和根部水浸提液對早熟禾種子呈現(xiàn)低濃度化感抑制作用、高濃度化感促進作用；而苧麻莖稈和根部乙醇、石油醚浸提液對早熟禾種子呈現(xiàn)低濃度化感促進作用、高濃度化感抑制作用。其中化感抑制作用最強的處理是400 g·L-1苧麻根部乙醇浸提液，綜合化感指數(shù)為-0.61；化感促進作用最強的處理是0.04 g·L-1苧麻莖和根部石油醚浸提液，綜合化感指數(shù)為0.10。苧麻莖和根部水、乙醇和石油醚浸提液均對狗尾草種子呈現(xiàn)化感促進作用，莖稈石油醚及根部水和石油醚浸提液隨濃度的增加對狗尾草種子化感促進效果逐漸增強，莖桿乙醇浸提液隨濃度的增加化感促進效果逐漸減少；化感促進作用最強的處理是0.04 g·L-1苧麻根乙醇浸提液，綜合化感指數(shù)為0.46。苧麻莖稈水和石油醚浸提液及根部乙醇浸提液綜合化感指數(shù)平均值均＞0，對牛筋草種子均呈現(xiàn)化感促進作用。苧麻莖稈乙醇浸提液(均值SI < 0)及根部水、石油醚浸提液對牛筋草種子均呈現(xiàn)化感抑制作用，呈現(xiàn)低抑高促的效果。其中化感抑制作用最強的處理是0.04 g·L-1苧麻根部水浸提液，綜合化感指數(shù)為-0.07；化感促進作用最強的處理是4 g·L-1苧麻莖稈石油醚浸提液，綜合敏感指數(shù)為0.10。綜合化感指數(shù)結(jié)果表明，苧麻化感作用的強弱與浸提液濃度及溶劑種類有關(guān)，化感作用因處理對象的不同而表現(xiàn)出不同的效果。

表6 苧麻莖和根浸提液對4 種雜草的綜合化感指數(shù)Table 6 Synthetic effects of allelopathic index of extracts from ramie roots and stems on four weeds

3 討論與結(jié)論

化感作用是植物和植物之間通過產(chǎn)生并傳遞次生代謝物，從而達到植物生長競爭中拮抗和協(xié)同作用[10]，且大部分研究表明，作物對其周圍雜草會分泌化感物質(zhì)，以幫助其提高自身的環(huán)境競爭力[11-12]。前人在苧麻秸稈水浸提液中鑒定出了棕櫚酸甲酯、2,4-二叔丁基苯酚、棕櫚酸乙酯、亞麻酸甲酯、亞麻酸乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯等潛在的化感物質(zhì)[5]，也發(fā)現(xiàn)石油醚等萃取液含有烴類、甾類化合物、苯甲酸類、酚類、萜類、含氮類等化感活性物質(zhì)[4-6]。本研究發(fā)現(xiàn)苧麻莖和根水浸提液、乙醇浸提液和石油醚浸提液可以抑制稗草種子的發(fā)芽，促進狗尾草種子發(fā)芽，說明浸提液中具有化感物質(zhì)?；形镔|(zhì)能夠抑制種子發(fā)芽、影響種子細胞結(jié)構(gòu)及種子萌發(fā)過程中的代謝途徑、打破種子內(nèi)源激素平衡等[13]。植物化感作用受化感物質(zhì)種類、浸提液濃度及受試植物種類影響，其存在濃度效應(yīng)和化感作用不同[14-15]。本研究中苧麻浸提液對稗草存在化感抑制作用，對狗尾草存在化感促進作用，對早熟禾和牛筋草隨溶劑種類和浸提液濃度的不同而表現(xiàn)化感促進或化感抑制作用，且化感作用強弱與浸提液濃度和溶劑有關(guān)。未來需要進一步明確浸提液中的有效化感物質(zhì)，為苧麻作生物農(nóng)藥抑制常見的農(nóng)業(yè)雜草生長提供理論基礎(chǔ)。

化感效應(yīng)抑制種子萌發(fā)是通過供體植物釋放化感物質(zhì)來抑制種子胚的生長、破壞受體植物細胞結(jié)構(gòu)以及干擾活性氧的積累等[13]，而競爭植物的出芽快慢，出芽整齊度都會影響栽培作物的生長。前人未有關(guān)于苧麻浸提液對雜草種子萌發(fā)化感作用的報道。本研究發(fā)現(xiàn)，除石油醚外，苧麻浸提液對稗草的萌發(fā)指數(shù)的抑制作用呈現(xiàn)濃度依賴性，濃度越高，抑制作用越強。對早熟禾，苧麻乙醇浸提液400 g·L-1對其抑制作用最為強烈，對狗尾草來說，發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)隨著苧麻莖稈水提液和乙醇浸提液濃度的增加而促進作用減弱；而莖稈和根部石油醚浸提液隨著濃度的增加，發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)液增加；其中促進效果最為明顯的是根部乙醇浸提液0.04 g·L-1。對牛筋草而言，莖稈石油醚浸提液對發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)均表現(xiàn)出促進作用，而對于水浸提液和乙醇浸提液沒有統(tǒng)一的規(guī)律性。表明苧麻浸提液對不同雜草的種子萌發(fā)的化感作用都是不一樣的，可能苧麻浸提液含有的化感物質(zhì)對每種雜草的起到影響的閾值不一樣，從而使得不同的雜草在同一苧麻浸提液處理中的響應(yīng)不同，這與前人對黃菊(Chrysanthemum morifolium)[16]、柳 枝 稷(Panicum virgatum)[17]、青 蒿 素(Setaria viridis)[18]、假 臭 草(Eupatorium catarium)[19]的研究結(jié)論一致。

受體植物的根長和苗高是衡量苧麻浸提液化感作用強度的重要指標，而根系的生長影響植物對養(yǎng)分和水分的吸收，從而影響地上部分的生長發(fā)育。苧麻莖稈及根部乙醇浸提液400 g·L-1對稗草和早熟禾的根長和苗高具有明顯的抑制作用。苧麻莖稈和根部浸提液對狗尾草根長和苗高大體上呈現(xiàn)隨著濃度的增加而增加的趨勢。對牛筋草，苧麻根部浸提液對牛筋草根長呈現(xiàn)出濃度越小抑制作用越強烈，對牛筋草苗高則是“低抑高促”，而苧麻莖稈提取液對牛筋草根長和苗高的影響規(guī)律性不明顯。

綜上所述，苧麻不同部位的不同溶劑的浸提液對4 種雜草種子的發(fā)芽率、萌發(fā)指數(shù)、根長、苗高方面均表現(xiàn)出化感效應(yīng)。未來的研究中可以利用這些化感效應(yīng)對這4 種雜草進行有效的防除，比如在早熟禾和牛筋草的生境植物中，可以采用苧麻和其合理間作的形式進行抑制；對于稗草，可以對苧麻浸提液的有效化感物質(zhì)進行提取，配置成綠色農(nóng)藥對其進行田間噴施防治。這為苧麻綜合利用提供了新的思路，也為植物源農(nóng)藥的開發(fā)提供了基礎(chǔ)。