膜莢黃芪水提液對植物種子萌發的影響1)

李天昊 張 波 劉 霞

(吉林農業大學，長春，130118)

劉 宇

馬艷梅

膜莢黃芪(Astragalus membranaceus)是中藥材“黃芪”的原植物之一［1］，以根入藥，主產于我國東北等較高緯度地區，分布在海拔1000～2000 m的向陽山地上［2］，屬多年生植物，相關研究認為3～4年生的黃芪藥材質量較佳［3］。近年來，隨著野生資源的日漸稀缺［4］，人工栽培的規模逐漸擴大。

由于中藥材植物富含次生代謝物，而該類物質是植物化感物質的主要來源［5］，連年密集栽培時可能發生化感現象，制約自身的種植密度，影響藥材質量，并對間作、輪作產生干擾。因此，研究膜莢黃芪內含物可能產生的生態影響，對發展膜莢黃芪規模化種植具有現實的意義。毛健［6］研究了黃芪藥渣浸煮液對作物種子出芽、微生物生長及土壤生物化學性質的影響，認為黃芪中含有能夠抑制種子發芽、土壤硝化活性和微生物生長的物質。劉宇［7］研究了膜莢黃芪種子浸提液的化感作用，發現膜莢黃芪種子水提液能抑制白菜種子發芽，間種時，隨著黃芪種子所占比例的增加，白菜發芽率不斷降低，活性物質在種皮中的含量較高。張博等［8］對中藥材黃芪的另一種原植物——蒙古黃芪(A.membranaceus var.mongolicus)進行了研究，考察了其根莖葉不同質量濃度水浸液對4種受體作物的影響，認為蒙古黃芪水浸液具有化感作用，化感物質在不同器官中的含量不同，該類物質可以通過雨霧淋溶的途徑進入環境而作用于周圍其他植物。筆者在前人工作的基礎上，考察膜莢黃芪水提液對植物種子萌發的影響特性，分析其可能產生的生態影響，為推進膜莢黃芪的優質栽培提供參考。

1 試驗材料

供體材料:選擇4年生膜莢黃芪葉、果皮、莖作為供體材料，于秋季采收前收集，陰干、粉碎。

受體材料:選擇吉林地區常見的大田作物、蔬菜及部分中藥材作為生測材料，包括9科17種植物(見表3)。

2 試驗方法

2.1 水提液制備

葉及果皮水提液制備:稱取膜莢黃芪葉及果皮粉末各50 g于燒杯中，加入無菌蒸餾水250 mL，密封后置于暗處，20℃靜置24 h。而后經4層紗布粗濾，濾液在20℃、4000 r/min條件下離心10 min，取上清液定容至250 mL，依其原料投加量與制得溶液體積的比值將其標記為0.2 g/mL，作為母液。用移液管分別吸取母液50、25 mL定容至100 mL，得到不同稀釋倍數的供試液，依次標記為0.10、0.05 g/mL。

莖水提液制備:稱取膜莢黃芪莖粉末100 g于燒杯中，加入無菌蒸餾水500 mL，密封后置于暗處，20℃靜置24 h。而后經4層紗布粗濾，濾液在20℃、4000 r/min條件下離心10 min，取上清液于36～38℃，－0.1 MPa下旋轉蒸發至少于200 mL，移出定容至250 mL，標記為0.4 g/mL，作為母液。用移液管分別吸取母液50、25 mL定容至100 mL，依次標記為 0.2、0.1 g/mL。

水提液基本理化性質分析:用移液管吸取10 mL樣品處理母液于培養皿中，烘干后采用差減法分析溶質質量，準確至0.001 g，每處理3次重復。使用PHS－3C型精密酸度計測定溶液pH。使用HR－33T水勢儀器(C－30－SF樣品室)，采用露點法測定溶液滲透勢。

2.2 植物種子萌發處理

不同提取部位水提液的處理:取膜莢黃芪莖、葉、果皮水提液，以3個質量濃度梯度對白菜(Brassica campestris ssp.chinensis)和膜莢黃芪種子進行發芽處理，以蒸餾水處理為對照。試驗于人工氣候箱中進行，每培養皿25(膜莢黃芪)或30(白菜)粒正常種子，皿內鋪1層濾紙，以滴管加溶液至濾紙全部濕潤，每日記錄發芽數并更換濾紙，第5日統計發芽率及胚根長，4次重復。環境條件:濕度70%，晝夜變溫，晝長14 h，26℃，夜晚20℃。第3日起提供光照。發芽指數=∑(Gt/Dt)［9］，Gt為第 t日的發芽數，Dt為發芽日數。活力指數=發芽指數×平均胚根長度［9］，胚根測量均在第5日進行，故活力指數以第5日值計算。化感效應指數IR［10］依第 5 日發芽率計算:IR=(T－C)/C，式中，C為對照值，T為處理值。IR＞0為促進，IR＜0為抑制，絕對值大小與作用強度一致。

葉水提液對不同植物種子萌發的處理:取葉0.2 g/mL水提液對9科17種植物種子進行發芽處理，以蒸餾水處理為對照，考察水提液對不同植物種子萌發的影響。發芽條件同不同提取部位水提液的處理，每培養皿20、25或30粒正常種子。

2.3 方法檢驗性試驗

處理中止后恢復萌發情況:取膜莢黃芪葉0.2 g/mL水提液，對白菜、膜莢黃芪、谷子(Setaria italica)、無刺曼陀羅(Datura inermis)種子進行處理，分別于處理1、2、3、4 d后改澆蒸餾水，記錄此后5日內供試種子恢復萌發的數量，計算復萌率。以蒸餾水處理5日發芽率為對照。發芽條件同2.2。

濕熱滅菌對水提液處理效果的影響:取膜莢黃芪葉0.2 g/mL水提液濕熱滅菌，以蒸餾水及原水提液為對照，對白菜和膜莢黃芪種子進行發芽處理，以判斷水提液中微生物活動對處理活性的影響及水提液的熱穩定性。121℃、0.1 MPa條件下滅菌30 min。發芽條件同2.2。

滲透勢及無機鹽對發芽的影響:以等滲的聚乙二醇(PEG)溶液和NaCl溶液為對照，分析水提液中滲透脅迫及無機鹽成分對發芽情況的影響［11］。①溶液配制。NaCl濃度為0.05mol/L，PEG濃度為0.0188 mol/L，二者等滲，滲透勢為－0.190 MPa［12］，接近于葉 0.2 g/mL水提液的滲透勢(－0.187 MPa)。溶液滲透勢計算參照曾幼玲等［13］的方法。②生測方法。取膜莢黃芪葉0.2 g/mL水提液及以上2種溶液，以蒸餾水處理為對照，比較其對白菜及膜莢黃芪種子萌發的影響情況。發芽條件同2.2。

2.4 數據處理

試驗數據處理使用統計軟件DPS v12進行，采用Tukey法進行多重比較。

3 結果與分析

3.1 水提液基本理化性質

葉、果皮、莖處理母液的溶質質量濃度、產率及滲透勢依次減小，pH接近于中性(表1)。

表1 膜莢黃芪水提液基本理化性質

3.2 水提液對白菜和自身種子萌發的影響

由表2可見，隨水提液質量濃度升高，白菜種子發芽率、發芽指數下降，胚根長縮短，果皮母液處理完全抑制了白菜種子活力，葉、莖母液處理有極少量萌發，但都在5日內死亡。葉0.05 g/mL水提液的化感效應指數為正數，發芽率略高于CK;莖0.1 g/mL水提液的化感效應指數為0，對其發芽率無明顯影響;其它處理化感效應指數均為負值，表現為抑制作用。果皮處理組抑制效果最強，葉處理組居中。隨水提液質量濃度升高，膜莢黃芪種子發芽率、發芽指數下降，胚根長縮短，各處理母液顯著抑制了膜莢黃芪的種子活力，5日內雖有少量萌發，但均死亡。 各處理化感效應指數均為負值，表現為抑制作用。

表2 膜莢黃芪水提液對白菜和自身種子萌發的影響

3.3 葉水提液對不同植物種子萌發的影響

水提液對供試材料發芽產生了影響，發芽率呈現下降趨勢，僅禾本科的玉米、菊科的波斯菊、牛蒡、葫蘆科黃瓜、十字花科的白菜和膜莢黃芪自身種子能夠萌發，但發芽率下降(表3)。

表3 膜莢黃芪葉水提液對不同植物種子萌發的影響

未完全抑制萌發的3種植物其發芽指數、活力指數均下降;胚根長縮短。牛蒡、白菜、膜莢黃芪萌發后死亡，未進行后續統計(表4)。

表4 膜莢黃芪葉水提液對不同植物種子活力指數的影響

3.4 方法檢驗性試驗結果

3.4.1 處理中止后恢復萌發情況

隨葉處理母液處理持續天數的延長，各供試植物復萌率下降。持續處理3 d后改澆蒸餾水，十字花科的白菜和豆科的膜莢黃芪種子不再恢復萌發;持續處理4 d后，禾本科的谷子不再恢復萌發，而茄科的無刺曼陀羅仍保持較高的復萌率(表5)。

表5 不同植物種子經膜莢黃芪葉水提液處理后恢復萌發情況

3.4.2 濕熱滅菌對水提液處理效果的影響

由表6可見，濕熱滅菌后水提液的萌發抑制情況與原處理組一致。

表6 濕熱滅菌后膜莢黃芪葉水提液萌發抑制活性

3.4.3 滲透勢及無機鹽對發芽結果的影響

葉水提液顯著抑制了白菜種子萌發，與其等滲的PEG溶液與NaCl溶液處理組發芽率正常或略高;葉水提液也抑制了膜莢黃芪自身種子萌發，與其等滲的PEG溶液處理組第5天發芽率相比下降38.4%，等滲的NaCl溶液處理組發芽率僅受微弱影響(表7)。

表7 滲透勢及無機鹽對白菜、膜莢黃芪種子發芽率的影響

4 結論與討論

膜莢黃芪各部位水提液對多數試驗植物種子的萌發產生了不利影響，其溶質質量濃度較低，符合化感物質的作用特征;物質合成的葉片和富集部位之一的果皮浸出物含量較高，處理活性較強，而起支撐、輸導作用的莖浸出物含量很少，反應了活性物質的轉運分布情況;水提液對自身種子萌發也產生了抑制，說明其產生的影響具有他感和自毒2方面作用;恢復萌發的試驗環節表明，活性物質起效存在一個累積的過程，而非直接毒殺，若該過程中斷，被抑制萌發的種子仍可以恢復一定活力;濕熱滅菌后水提液抑制萌發的效果未減弱或消失，一方面表明水提液中的微生物活動不是產生抑制效果的主因，另一方面，反應了起效的活性物質可能有較強的熱穩定性，或是在加溫過程中轉化產生了新的萌發抑制物;滲透勢、pH和鹽度在膜莢黃芪水提液萌發抑制作用中影響較弱。

葉的抑制活性適中，是植物體內物質的合成器官，且在整個種植季均存在，因此作為試驗主要的供體材料;莖水提液的產率過低，同等投加量時不能達到抑制上限，因此制備時將原料量加倍;白菜發芽率適中，是常用的發芽生測材料，故選用。本研究中白菜、黃瓜受影響情況與張博等［8］對蒙古黃芪進行的此類研究存在差異，可能因供體材料的成分差異造成。菊科植物通常具備一定的化感競爭能力，在自然條件下易于搶占生態位且成片生長，表明其很可能對化感物質具備較大抗性或較低的敏感度，所以未被完全抑制;葫蘆科黃瓜的有關研究［14］顯示在其栽培中也存在一定強度的化感現象，故其未被完全抑制的原因可能與菊科植物類似;有關玉米化感現象的研究也有一定報道［15］，且其種子自身攜帶物質充足，故受影響較小。

膜莢黃芪可產生一定強度的化學生態影響，進行規模化栽培時宜細化管理，注意保持適當的種植密度，防止植株間過密發生相互抑制;注意及時清除葉片等凋落物，地上部收割后避免就地回田;在選擇間作、輪作的對象或使用其地上部作為其他作物綠肥時，應考慮化感作用的影響。膜莢黃芪不宜進行連作，玉米、無刺曼陀羅等植物與其輪作受不利影響較小，菊科雜草、禾本科雜草入侵膜莢黃芪栽培地的可能性較高。

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