半夏水浸提液對小麥種子萌發(fā)與幼苗生長的影響

王宏霞，蔡子平，王國祥，彭云霞

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物與啤酒原料研究所甘肅省中藥材種質(zhì)改良與質(zhì)量控制工程實驗室，甘肅蘭州 730070)

半夏 (Pinellia ternata(Thunb.)breit.)是天南星科半夏屬多年生草本植物［1］。以塊莖入藥，具有燥濕化痰，降逆止咳，消痞散結(jié)的功效，用于治療痰多咳喘，痰飲眩悸，風(fēng)痰眩暈，痰厥頭痛，嘔吐反胃，胸骯痞悶等。半夏不僅供中醫(yī)臨床配方使用，也是多種常用中成藥的原料。《中國藥典》(2005版一部)［1］、部頒標(biāo)準(zhǔn) (1～20冊)和新藥(1～44冊)收載的中成藥中約有293個成藥使用了半夏，約占國家標(biāo)準(zhǔn)收載中成藥的5%。日本210個漢藥制劑中配有半夏者46個，占22%，半夏在其漢方中的應(yīng)用量約占第21位［2-3］。在日本，半夏不僅藥用，還制成藥粥、藥茶、藥飲料。半夏在我國分布廣泛，除內(nèi)蒙、新疆、青海、西藏未見野生外，其余各省均有分布［4］。近幾年來，隨著世界各國對半夏研究的不斷深入，以半夏為主原料的產(chǎn)品源源不斷地推入國際市場，其應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，市場前景十分看好［5］。

化感作用是植物生態(tài)學(xué)的分支學(xué)科生態(tài)生化學(xué)研究內(nèi)容的一部分。植物化感作用最開始的定義是指植物通過向環(huán)境釋放特定的次生物質(zhì)從而對相鄰近其他植物 (含微生物及其自身)生長發(fā)育產(chǎn)生的有益和有害的影響［6-7］。化感物質(zhì)是生物體內(nèi)產(chǎn)生的非營養(yǎng)物質(zhì)，能影響其他植物生長、健康、行為或群體關(guān)系，化感物質(zhì)是化感作用的媒介，主要是植物的次生代謝物質(zhì)［8］。化感作用是近年來逐步受到各國科學(xué)家重視的一個活躍研究領(lǐng)域，在生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展中具有重要的意義［9］。

植物化感物質(zhì)對種子萌發(fā)的主要影響分為促進(jìn)種子萌發(fā)及其生理生化活動和抑制種子萌發(fā)及其生理生化活動2種效應(yīng)［10-11］，化感活性物質(zhì)是否表現(xiàn)出化感作用與受試物種類型和品種有關(guān)［12］。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對植物化感作用進(jìn)行了深入的研究，取得了一定的成果。國內(nèi)外報道紫花苜蓿［13］、毛苕子［14］具有化感作用和自毒作用。國內(nèi)學(xué)者在棉花［15］、小葉榕［16］、黃頂菊［17］、文冠果等［18］作物種子化感方面的研究較詳細(xì)且深入，但半夏球莖水浸提液對小麥化感作用的研究尚未見報道。半夏種植區(qū)普遍存在半夏種植后種植其他作物長勢較弱的現(xiàn)象，作者通過半夏球莖水浸提液對小麥種子萌發(fā)及幼苗生長等方面的影響研究，旨在了解半夏球莖對小麥種子萌發(fā)和幼苗生長是否存在一定的抑制作用，以期為半夏球莖化感作用的研究提供理論依據(jù)，并為半夏與小麥輪作倒茬或間、混作的優(yōu)化模式提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試半夏為2012年秋季采收的西和半夏球莖，冬季貯藏后尚未萌發(fā)，由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物與啤酒原料研究所提供，供試小麥品種為蘭天22號，種子由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所提供。

供試儀器有定量濾紙、直徑9 cm培養(yǎng)皿、燒杯、玻璃棒、容量瓶、棕色瓶、量筒、電子天平、研缽、分析天平等。

1.2 方法

1.2.1 半夏球莖水提液的制備

試驗采用水浸法提取半夏球莖的化感物質(zhì)。將半夏球莖去表皮，清洗后置試驗臺晾干表面水分，分別稱取20，40，60，80和100 g研磨，分別加1 000 mL蒸餾水，浸泡48 h后用雙層紗布過濾即得到濃度為2%，4%，6%，8%和10%的半夏球莖的水浸提液，置4℃冰箱備用。

1.2.2 種子萌發(fā)試驗

半夏球莖浸提液對小麥種子發(fā)芽特性的影響試驗采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計。試驗在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物與啤酒原料研究所中藥材實驗室進(jìn)行。

試驗設(shè)6個處理，分別用濃度為2%，4%，6%，8%和10%的半夏球莖的水浸提液和蒸餾水來發(fā)芽小麥種子。發(fā)芽采用培養(yǎng)皿發(fā)芽法，挑選籽粒飽滿、大小一致的小麥種子各1 800粒，隨機(jī)分為6組，每組300粒，重復(fù)3次，每重復(fù)100粒，將100粒種子分別均勻擺放在鋪有3層濾紙的培養(yǎng)皿 (9 cm×9 cm)中，按照試驗設(shè)計分別用不同濃度浸提液濕潤濾紙，以種子周圍不出現(xiàn)水膜為準(zhǔn)。然后將培養(yǎng)皿置于室溫、自然光下進(jìn)行發(fā)芽試驗，試驗過程中補充適量相應(yīng)濃度的浸提液，以保持濾紙濕潤供種子萌發(fā)及正常生長的需要。

1.3 測定項目

發(fā)芽與化感效應(yīng)的測定。安置發(fā)芽的當(dāng)天為第1天，以后每天觀察、統(tǒng)計。以胚根長度≥1 mm為種子萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)芽第3天統(tǒng)計種子發(fā)芽勢，發(fā)芽第7天統(tǒng)計發(fā)芽率等發(fā)芽指標(biāo)。采用Williamson等［19］的方法用化感效應(yīng)指數(shù) (RI)表示化感作用強(qiáng)弱。

發(fā)芽勢/%=第3天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù) ×100。

發(fā)芽率/%=第7天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù) ×100。

RI/%=(T/CK-1) ×100。

式中，CK為對照值，T為處理值。當(dāng)RI＞0時，表示存在促進(jìn)效應(yīng);當(dāng)RI＜0時表示存在抑制效應(yīng)。RI絕對值的大小代表化感作用強(qiáng)度。

小麥幼苗生長量測定。第12天于每個培養(yǎng)皿中隨機(jī)測定10株幼苗的苗長、苗鮮重、主根長、根鮮重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0軟件和Excel分析應(yīng)用軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)芽率

由圖1可以看出，半夏球莖水浸提液對小麥種子的發(fā)芽率有顯著的影響，隨著水浸提取液濃度的增加小麥種子發(fā)芽率呈下降趨勢。當(dāng)水浸提液濃度為2%時，發(fā)芽率比對照提高0.34%，但無顯著差異，說明低濃度的水浸提液對小麥種子具有微弱的促進(jìn)作用。當(dāng)濃度高于4%時則表現(xiàn)出抑制作用，且隨著水浸提液濃度的增加，抑制作用逐漸加強(qiáng)。當(dāng)水浸提液濃度為4%時較對照發(fā)芽率降低4%;當(dāng)水浸提液濃度為10%時發(fā)芽率較對照降低26.17%，與對照及各處理間的差異均達(dá)到極顯著水平。

圖1 半夏球莖水浸提液處理的小麥發(fā)芽率

2.2 發(fā)芽勢

種子發(fā)芽勢高，表示種子生活力強(qiáng)，發(fā)芽整齊，出苗一致。由圖2可以看出，隨著浸提液濃度的增加，小麥種子發(fā)芽勢呈降低趨勢。當(dāng)浸提液濃度為2%時，發(fā)芽勢比對照高19.74%，說明低濃度的半夏球莖水浸提液對小麥種子萌發(fā)有一定的誘導(dǎo)和促進(jìn)作用。而浸提液濃度高于4%時則表現(xiàn)出明顯的抑制作用，其中水浸提液濃度為10%時，發(fā)芽勢不足對照的1/2，僅為46.49%，差異極顯著。

2.3 化感指數(shù)

圖2 半夏球莖水浸提液處理的小麥發(fā)芽勢

化感指數(shù)是衡量化感作用強(qiáng)弱的指標(biāo)，由圖3可以看出，半夏水浸提液濃度為2%時對小麥種子萌發(fā)具有一定的誘導(dǎo)促進(jìn)作用，隨著濃度的增加，抑制作用逐漸增強(qiáng)，當(dāng)濃度為10%時抑制作用最大，發(fā)芽化感指數(shù)為26.17%。

2.4 幼苗生長

圖3 半夏球莖水浸提液處理的小麥發(fā)芽化感指數(shù)

由表1可以看出，半夏球莖水浸提液對小麥種子幼苗第12天的生長有一定的抑制作用，其中濃度為6%，8%和10%浸提液處理的小麥幼苗苗長與對照相比，均達(dá)到極顯著水平，分別為對照的90.41%，67.87%和52.76%;8%和10%處理的苗鮮重與對照相比達(dá)到極顯著水平，分別為對照的75%和60.42%;對小麥種子主根長未見抑制作用，而對根鮮重則表現(xiàn)出與苗鮮重的抑制作用相似，即隨著濃度的增加，根鮮重逐漸降低，特別是濃度為8%和10%時表現(xiàn)出極顯著的抑制作用。結(jié)果表明，半夏球莖水浸提液對小麥幼苗的苗長、苗鮮重、根鮮重等指標(biāo)存在一定的抑制作用，且抑制作用隨濃度的增加而增強(qiáng)。

表1 半夏球莖水浸提液對小麥幼苗生長的影響

3 小結(jié)和討論

植物化感作用是植物與周圍環(huán)境生物之間的相互作用，是植物通過釋放化學(xué)物質(zhì)對自身和其他生物產(chǎn)生的直接或間接作用，包括克生抑制、相互促進(jìn)、自毒等，是植物自然化學(xué)調(diào)控和適應(yīng)環(huán)境的一種生態(tài)機(jī)制［20-21］。

本試驗證實了半夏球莖具有化感作用，能對小麥種子萌發(fā)及幼苗生長產(chǎn)生不同程度的影響，低濃度的浸提液 (2%)對小麥種子萌發(fā)具有微弱的促進(jìn)作用，隨著半夏球莖水浸提液濃度的增加，對小麥種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的抑制作用增強(qiáng)，其中濃度為10%時抑制作用最大，發(fā)芽化感指數(shù)為26.17%。

半夏球莖水浸提液對小麥幼苗的生長也具有顯著的抑制作用，發(fā)芽第12天，高濃度的水浸提液(6%，8%和10%)對小麥苗長、苗鮮重及根鮮重均有顯著的抑制作用，隨著濃度的增加這種抑制作用逐漸增強(qiáng)。

本試驗中，小麥種子發(fā)芽率、幼苗根與莖長度及生物量與對照相比，均有不同程度的降低，表明半夏球莖內(nèi)確實存在某種化學(xué)物質(zhì)對小麥種子的發(fā)芽及生長有抑制作用，即半夏球莖中的某種化學(xué)成分對小麥生長存在化感作用。由于半夏的成分比較復(fù)雜，具體是哪種成分產(chǎn)生的化感作用還有待進(jìn)一步研究。此外，高濃度的半夏球莖水浸提液對小麥苗長、苗鮮重、根鮮重均有顯著的抑制作用，而對小麥主根長則未表現(xiàn)出抑制作用，對這種現(xiàn)象的作用機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究。

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