木薯對伴生雜草化感作用的初步研究

程漢亭， 沈奕德， 黃喬喬， 李曉霞， 劉麗珍， 范志偉

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所/農(nóng)業(yè)部熱帶作物有害生物綜合治理重點實驗室/ 農(nóng)業(yè)部儋州農(nóng)業(yè)環(huán)境科學觀測實驗站/海南省熱帶農(nóng)業(yè)有害生物監(jiān)測與控制重點實驗室/ 海南省熱帶作物病蟲害生物防治工程技術(shù)研究中心，海南海口 571101)

木薯對伴生雜草化感作用的初步研究

程漢亭， 沈奕德， 黃喬喬， 李曉霞， 劉麗珍， 范志偉

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所/農(nóng)業(yè)部熱帶作物有害生物綜合治理重點實驗室/ 農(nóng)業(yè)部儋州農(nóng)業(yè)環(huán)境科學觀測實驗站/海南省熱帶農(nóng)業(yè)有害生物監(jiān)測與控制重點實驗室/ 海南省熱帶作物病蟲害生物防治工程技術(shù)研究中心，海南海口 571101)

以白菜和木薯園伴生雜草(假臭草、三葉鬼針草)為受體植物，采用生物測定的方法研究了新鮮木薯葉片4種浸提液的化感作用。結(jié)果表明，4種浸提液對受體植物種子萌發(fā)率、根長和莖長的生長發(fā)育均有不同程度的抑制作用，且濃度越大抑制作用越強；其中乙酸乙酯和水浸提液的抑制作用較強，甲醇和氯仿浸提液的抑制作用相對較弱。研究表明，木薯葉浸提液中含有抑制伴生雜草(假臭草和三葉鬼針草)種子萌發(fā)和幼苗生長的化感物質(zhì)，為進一步開展具有化感潛力木薯品種的研究提供了理論基礎。

木薯；化感作用；假臭草；三葉鬼針草；生物測定

木薯(ManihotesculentaCrantz)為大戟科木薯屬灌木狀多年生作物，其塊根富含淀粉，是許多熱帶地區(qū)居民日常食物中的主要熱量來源。自19世紀引入我國以來，木薯已在華南地區(qū)廣泛種植。近年來我國木薯的栽培面積一直維持在40萬hm2左右，年產(chǎn)鮮薯800多萬t[1]。以木薯塊根為原料的淀粉加工和生物能源等產(chǎn)業(yè)是我國熱區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的重要組成部分。但木薯園雜草危害十分普遍，嚴重影響了木薯的生長發(fā)育，導致木薯減產(chǎn)和品質(zhì)下降。據(jù)調(diào)查，雜草可致使木薯減產(chǎn)30%～60%。近幾年除草劑的不合理使用和生物入侵步伐的加快，導致木薯地惡雜草種類繁多。根據(jù)筆者所在研究組對廣東、廣西和海南三省木薯地雜草的調(diào)查，共發(fā)現(xiàn)木薯園雜草39科138屬184種，其中惡性雜草10種，包括莎草科、禾本科和闊葉類雜草。

作物化感抑草是指作物利用自身分泌的化感物質(zhì)防治雜草，具有劑量小、選擇性強、無“3R”問題等優(yōu)點，被認為是21世紀可持續(xù)農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵生物技術(shù)之一[2-4]。開發(fā)和利用作物自身抑制雜草的化感功能將有助于實現(xiàn)可持續(xù)的雜草防治策略，大大減少除草劑的使用。目前，木薯化感作用的研究還處在起步階段。胡力飛等對木薯莖和葉揮發(fā)油的化學成分及其生物活性的研究發(fā)現(xiàn)，木薯莖揮發(fā)油具有抗金黃色葡萄球菌活性；木薯葉揮發(fā)油具有抗MASA活性[5]。扶蓉等研究發(fā)現(xiàn)，木薯鮮葉水浸提液的抑制效果要明顯強于木薯枯葉水浸提液[6]。關(guān)于木薯對伴生雜草化感作用的研究尚未開展。本研究的調(diào)查結(jié)果顯示，假臭草(Praxelisclematidea)和三葉鬼針草(Bidenspilosa)是木薯園常見的伴生雜草，且發(fā)生危害甚為猖獗。這2種雜草在野外的種子萌發(fā)率和幼苗成活率高，生境適應性強，全年均能萌發(fā)生長，花期長且種子產(chǎn)量大，可以迅速占據(jù)木薯園，與木薯競爭水肥資源和生長空間，從而影響木薯的生長和產(chǎn)量[7-8]。因此，開展木薯對伴生雜草(假臭草和三葉鬼針草)化感作用的研究不僅對保護農(nóng)業(yè)自然生態(tài)環(huán)境免受化學藥劑侵害具有積極意義，也為篩選出較好的抗惡性雜草木薯品系提供了科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供體植物：華南9號木薯的新鮮莖稈和葉片于2011年10月20日采自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所的實驗基地。

受體植物：白菜(達信7號黑白葉)購于海南大學物資公司，假臭草和三葉鬼針草種子采自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所的實驗基地，其中白菜為標準受體。

1.2 試驗方法

浸提液制備：用萬分之一天平分別稱取4份新鮮木薯的葉片，每份約20 g，剪碎，加80%甲醇(乙酸乙酯、氯仿、蒸餾水)研磨，室溫條件下密封浸提24 h，期間振蕩5次，使其充分浸提，然后過濾，浸提重復2次，合并濾液，45 ℃減壓濃縮至水相，蒸餾水定容至200 mL，即得濃度為100 mg/mL的浸提液。梯度稀釋浸提原液，使其濃度為25、50、100 mg/mL。4 ℃冷藏，用于生物測定。

生物測定：試驗設25、50、100 mg/mL等3個濃度和對照(蒸餾水)，3次重復，即4種溶劑浸提液×4個濃度×3個重復×3種靶標植物。在直徑 9 cm 的培養(yǎng)皿中放2層定性濾紙，加入5 mL浸提液，再放入50粒大小均勻、飽滿的種子，擺放均勻，蓋上培養(yǎng)皿。將其放入人工氣候箱中萌發(fā)，光照14 h(28 ℃)/黑暗10 h(23 ℃)，濕度75%(模擬海南氣候)。種子出現(xiàn)萌芽(胚根長度≥1 mm)后開始記錄每天種子的萌發(fā)個數(shù)，7 d后統(tǒng)計萌發(fā)率(GR)、根長和莖長。

萌發(fā)率GR=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用DPS軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理和分析，利用one-way ANOVA結(jié)合Duncan’s對各指標進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 木薯葉浸提液對受體植物萌發(fā)率的影響

不同溶劑木薯葉浸提液對3種受體植物萌發(fā)率的影響結(jié)果見表1。3種受體植物的萌發(fā)率均受到不同程度的抑制，其中，乙酸乙酯和水浸提液對3種受體植物的抑制作用相對較強。在25 mg/mL濃度下，乙酸乙酯浸提液對假臭草和三葉鬼針草的抑制率就達到了100%，對白菜的抑制率達到了68%，與對照相比抑制作用極顯著；水浸提液對白菜和假臭草的抑制率也分別達到了89%和100%，但是對三葉鬼針草的萌發(fā)抑制率較低，僅為16%。在100 mg/mL濃度下，乙酸乙酯浸提液對3種受體植物的萌發(fā)抑制率均達到了100%；水浸提液對白菜和假臭草的萌發(fā)抑制率達到100%，對三葉鬼針草抑制率達到了58%，與對照相比均達到極顯著水平。甲醇和氯仿浸提液對3種受體植物萌發(fā)抑制率相對較弱，對白菜、假臭草和三葉鬼針草的最大抑制率分別為35%、74%、55%。表明木薯葉浸提液中應該含有抑制2種伴生雜草種子萌發(fā)的物質(zhì)，具有一定的化感作用，尤其是乙酸乙酯和水浸提液的化感作用相對較強。

2.2 木薯葉浸提液對受體植物根長的影響

不同溶劑浸提液對3種受體植物根長的影響結(jié)果見表2。乙酸乙酯浸提液對3種受體植物幼苗根長抑制最強，當浸提液濃度達到50 mg/mL時極顯著抑制根長的生長發(fā)育，抑制率均達到了100%；其次是水浸提液，浸提液濃度≥50 mg/mL時，對白菜和假臭草根長的生長抑制率達100%，對三葉鬼針草根長的抑制率最大達到50%以上；甲醇和氯仿浸提液對白菜、假臭草和三葉鬼針草根長抑制率最低，最大抑制率分別為57%、93%、56%。結(jié)果進一步說明木薯葉中存在抑制伴生雜草早期生長發(fā)育的物質(zhì)。

表1 木薯葉浸提液對3種受體植物萌發(fā)率的影響Table1 The effect of extracts of cassava fresh leaves on the seedgermination of 3 receptor plants

注：不同大、小寫字母表示相同溶劑相同受體不同濃度間差異極顯著(P<0.01)、顯著(P<0.05)。表2、表3同。

表2 木薯葉浸提液對3種受體植物幼苗根長的影響Table 2 The effect of extracts of cassava fresh leaves on the rootlength of 3 receptor plants

2.3 木薯葉浸提液對受體植物莖長的影響

由表3可以看出，4種浸提液對受體植物幼苗莖長的生長發(fā)育均有不同程度的抑制作用，且作用效果與對根長的抑制效果相似，即乙酸乙酯浸提液對莖長生長的抑制作用最強，其次是水浸提液，甲醇和氯仿浸提液的抑制作用最差。試驗結(jié)果進一步說明了木薯葉浸提液對伴生雜草早期生長具有抑制作用，且作用強度因不同溶劑浸提液獲得的浸提物質(zhì)不同而有所差異。

表3 木薯葉浸提液對3種受體植物幼苗莖長的影響Table 3 The effect of extracts of cassava fresh leaves on thestem length of 3 receptor plants

3 討論與結(jié)論

本研究用4種溶劑木薯葉浸提液對3種受體植物(白菜、假臭草和三葉鬼針草)進行室內(nèi)生物測定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，木薯葉浸提液對3種受體植物種子萌發(fā)、根長和莖長的生長發(fā)育均有不同程度的抑制作用，特別是乙酸乙酯和水浸提液的抑制作用強烈，使木薯種子根本不能萌發(fā)，即使可以萌發(fā)，木薯根和莖的生長發(fā)育也受到了嚴重的抑制，抑制率達100%。可以證明木薯葉浸提液中含有抑制伴生雜草(假臭草和三葉鬼針草)萌發(fā)和幼苗期生長發(fā)育的化學物質(zhì)。因此在實際生產(chǎn)中，我們可以合理利用木薯對雜草的化感作用，適時、適量地將木薯園前茬作物的殘茬留在田里或用木薯葉及木薯收獲后的農(nóng)業(yè)廢棄物覆蓋地表，可以有效地控制木薯園草害的發(fā)生，不僅可以降低成本、提高作物產(chǎn)量，而且可以提高土壤有機質(zhì)的含量，增強土壤肥力。

作物自身的化感作用已經(jīng)成為當今研究的熱點之一，在未來的研究中重點開展木薯化感品種篩選，可進一步應用木薯強化感品種自身的防御能力來控制雜草，既具有經(jīng)濟效益又具有社會效益和環(huán)境效益。

[1]李開綿，林 雄，黃 潔. 國內(nèi)外木薯科研發(fā)展概況[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學，2001，89(1)：56-60.

[2]Bertholdsson N O. Early vigor and allelopathy-two useful traits for enhanced barley and wheat competitiveness with weeds[J]. Weed Research，2005，45：94-102.

[3]Khanh T D，Chung M I，Xuan T D，et al. The exploitation of crop allelopathy in sustainable agricultural production[J]. Journal of Agronomy and Crop Science，2005，191：172-184.

[4]Mao J，Yang L，Shi Y，et al. Crude extract of Astragalus mongholicus root inhibits crop seed germination and soil nitrifying activity[J]. Soil Biology and Biochemistry，2006，38(2)：182-184.

[5]胡力飛，梅文莉，吳 嬌，等. 海南產(chǎn)木薯莖和葉揮發(fā)油的化學成分及其生物活性(英文)[J]. 熱帶作物學報，2010，31(1)：126-130.

[6]扶 蓉，黃京華，譚鉅發(fā)，等. 木薯化感作用研究初報[J]. 廣西農(nóng)業(yè)科學，2009，40(6)：633-638.

[7]程漢亭，范志偉，沈奕德，等. 外來入侵植物假臭草的研究進展[J]. 雜草科學，2010(3)：1-4.

[8]洪 嵐，沈 浩，楊期和，等. 外來入侵植物三葉鬼針草種子萌發(fā)與貯藏特性研究[J]. 武漢植物學研究，2004，22(5)：433-437.

AllelopathicEffectofCassavaonCompanionWeeds

CHENG Han-ting， SHEN Yi-de， HUANG Qiao-qiao， LI Xiao-xia， LIU Li-zhen， FAN Zhi-we

(Environment and Plant Protection Institute，Chinese Academy of Topical Agricultural Sciences/Key Laboratory of Integrated Pest Management on Tropical Crops，Ministry of Agriculture/ Danzhou Scientific Observing and Experimental Station of Agro-Environment，Ministry of Agriculture/ Hainan Key Laboratory for Monitoring and Control of Tropical Agricultural Pests/Hainan Engineering Research Center for Biological Control of Tropical Crops Diseases and Insect Pests，Haikou 571737，China)

UsingBrassicapekinensisand companion weeds (PraxelisclematideaandBidenspilosa) in cassava plantations as target plants，the allelopathic effects of four extracts of cassava fresh leaves were investigated using bioassays. The extracts differentially inhibited germination and seedling growth (root and stem length) in a dose related manner. Ethyl-acetate and water extracts were more inhibitory than methanol and chloroform extracts. Cassava-leaf extracts contain allelochemicals that inhibit germination and growth ofP.sclematideaandB.pilosa. This provides a theoretical basis to study the allelopathic potential of cassava varieties.

cassava；allelopathy；Praxelisclematidea；Bidenspilosa；bioassay

S451.1

A

1003-935X(2013)02-0031-03

程漢亭，沈奕德，黃喬喬，等. 木薯對伴生雜草化感作用的初步研究[J]. 雜草科學，2013，31(2)：31-33，38.

2013-03-13

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系項目子課題(編號：nycytx-17-3)；國家自然科學基金(編號：31071699)；國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(編號：201303031)；科技部國際合作項目(編號：2011DFB30040)。

程漢亭(1983—)，男，助理研究員，主要從事農(nóng)田雜草和入侵植物生理生態(tài)研究。E-mail：chenghanting@163.com。

范志偉，男，博士，研究員，研究方向雜草生態(tài)與綜合治理。E-mail：fanweed@163.com。