半夏不同部位浸提液對小麥種子萌發及幼苗生長的化感效應

王一峰，王明霞，孟彥斌，孫　杰，董振生

(1.隴南師范高等專科學校 農林技術學院，甘肅成縣　742500；2.成縣林業局，甘肅成縣　742500；3.西北農林科技大學 農學院，陜西楊凌　712100)

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半夏不同部位浸提液對小麥種子萌發及幼苗生長的化感效應

王一峰1，王明霞2，孟彥斌1，孫杰1，董振生3

(1.隴南師范高等專科學校 農林技術學院，甘肅成縣742500；2.成縣林業局，甘肅成縣742500；3.西北農林科技大學 農學院，陜西楊凌712100)

采用水提取法提取半夏植株的球莖、珠芽、葉及根系土壤的浸提液，每種浸提液設6個質量濃度(0、20、40、60、80、100 mg/mL)，研究半夏不同部位浸提液在特定質量濃度下對小麥種子萌發及幼苗生長的化感效應。結果表明：半夏不同部位浸提液對小麥種子萌發及幼苗生長的化感效應不同，以半夏珠芽浸提液對小麥種子萌發及幼苗生長的化感效應最強，球莖浸提液、葉浸提液次之，根系土壤浸提液最弱。

半夏；化感效應；小麥

植物在代謝過程中會向環境中分泌某些特殊物質，這些物質具有促進或抑制其他植物生長的作用，稱為化感作用[1]，化感作用普遍存在于生態系統中，并通過化感物質對受體產生化感效應[2]。植物中的化感物質可通過莖葉的揮發、淋溶、根系分泌，也可在植物殘體腐解時分泌到環境中。

藥用植物普遍存在化感作用，且化感物質對藥用植物自身往往具有自毒作用，導致藥用植物連作障礙[3]。半夏作為中國傳統藥材，使用頻率極高。隨著對半夏研究的不斷深入，其應用范圍在日益擴大，有著廣闊的市場前景。中國半夏資源分布廣泛，在甘肅有較大的栽培面積，甘肅省西和縣2004年被命名為“中國半夏之鄉”，該縣2010年半夏栽培面積已逾400 hm2，總產值達2億元[4]。但同大多數藥用植物一樣，半夏也存在連作障礙，長期連作，會導致嚴重減產。研究表明，重茬半夏要比新種地減產15.6%，隨著重茬年限的增加，產量大幅度下降[5]。

目前，針對半夏化感作用的研究較少，且多以半夏球莖作為供體，化感物質多為植物次生代謝產物，在半夏不同組織中的含量是否存在差異尚未見報道，基于此，本試驗以小麥作受體，研究不同質量濃度半夏植株的球莖、珠芽、葉、及半夏根系土壤的水浸提液，在特定質量濃度下對小麥種子萌發及幼苗生長的化感效應，旨在了解半夏不同浸提液對小麥化感效應的差異性，以期為半夏化感作用研究提供理論依據，并為小麥與半夏的輪作倒茬提供理論指導。

1　材料與方法

1.1供試材料

半夏采自甘肅成縣重茬半夏地，球莖為多年生(三葉)，珠芽為半夏葉柄上未生根的小珠芽；土樣采自甘肅成縣重茬地半夏根系土壤；小麥為甘肅成縣當地農家品種潘林麥。

1.2半夏不同組織浸提液母液的制備

1.2.1半夏球莖、珠芽、葉浸提液母液的制備采用水浸法將去表皮清洗晾干的半夏球莖、清洗晾干的半夏葉子(有未生根珠芽)葉柄上剪下的珠芽、清洗晾干的半夏葉(帶葉柄)，分別稱取200 g，各自充分研磨后分別加入1 000 mL蒸餾水，浸泡48 h后，1 000 r/min離心2 min，棄沉淀，重復3次，將上清液定容至1 000 mL，得到200 mg/mL的半夏球莖、珠莖和葉浸提液，置4 ℃冰箱中，備用。

1.2.2半夏根系土壤浸提液母液的制備采用抖根法采集半夏根系土壤置實驗臺，自然風干后研細過60目篩，稱取土樣200 g加入1 000 mL蒸餾水浸泡48 h后1 000 r/min 離心2 min棄沉淀，重復3次，將上清液定容至1 000 mL，得到200 mg/mL的母液，置4 ℃冰箱中，備用。

1.3半夏不同組織浸提液的制備

將上述各母液分別稀釋成20、40、60、80、100 mg/mL 5個質量濃度梯度各500 mL，置4 ℃冰箱中，備用。

1.4試驗設計

試驗采用隨機區組設計，各組分別為：半夏球莖浸提液(A)、半夏珠芽浸提液(B)、半夏葉浸提液(C)、半夏根系土壤浸提液(D)，各組設6個質量濃度梯度(0、20、40、60、80、100 mg/mL)，其中0 mg/mL為對照(CK)，各組間共用，共21個處理，每處理重復3次。

挑選籽粒飽滿、大小一致的小麥種子6 300粒，用w=5%的次氯酸鈉浸泡5 min，用蒸餾水沖洗5次，將消毒后的小麥種子隨機分成21組，每組300粒，重復3次，每重復100粒，將100粒小麥種子均勻播種在墊有2層濾紙、直徑為9 mm的培養皿中，按試驗設計分別加入適量不同組織、不同質量濃度的浸提液，以液體不淹過種子為準。將培養皿置于室溫、自然光下進行發芽試驗，每天補充適量的浸提液，以保證種子萌發及正常生長需要。

1.5測定指標

以播種當天為第1天，以后每天觀察統計，以胚根長度≥1 mm為種子萌發標準，發芽第3天統計發芽勢，發芽第7天統計發芽率。發芽第12天從每個培養皿中隨機拔取10株小麥幼苗，測定主根長、苗高及整個培養皿中小麥幼苗鮮質量。采用Williamson等[6]的方法用化感指數(RI)表示化感作用強弱。

發芽勢=第3天發芽種子數/供試種子總數×100%；發芽率=第7天發芽種子數/供試種子總數×100%；RI=(T/CK-1)×100%。式中，CK為對照值，T為處理值。當RI>0時，表示存在促進效應；當RI<0時表示存在抑制效應。RI絕對值的大小代表化感作用強度。

1.6數據處理

利用SPSS 13.0 軟件對不同處理下小麥的萌發及生長指標進行單因素方差分析，不同處理間用LSR法進行多重比較，同時采用雙因素方差分析評價半夏浸提液種類與質量濃度的主效應以及它們之間的交互作用；用Excel 2007制作圖表。

2　結果與分析

2.1半夏不同浸提液對小麥種子萌發的影響

2.1.1對發芽勢的影響由圖1可以看出，4種浸提液對小麥種子發芽勢的影響不同，其中半夏球莖浸提液和半夏葉浸提液在低質量濃度(40 mg/mL以下)時表現為促進作用，在高質量濃度下表現抑制作用；半夏珠芽浸提液在低質量濃度(20 mg/mL )下表現抑制作用；半夏根系土壤浸提液在80 mg/mL以下表現為促進作用，在80 mg/mL及以上質量濃度表現為抑制作用。隨著質量濃度的升高，各浸提液對小麥種子發芽勢的促進作用減弱，抑制作用增強。方差分析結果表明(表1)，半夏不同浸提液與不同質量濃度的浸提液對小麥種子發芽勢影響的差異均達到極顯著水平(P=0.000<0.01)。

圖1　半夏不同浸提液對小麥種子發芽勢的影響

變異來源Source平方和Sumofsquares自由度Degreeoffreedom均方MeansquareF值F概率值P浸提液間 Extracts1167.163389.0518.84**0.000濃度間 Concentrations2476.5020123.835.10**0.000誤差 Error991.334820.65總變異 Total4634.9971

注： **表示在0.01水平上存在顯著差異性，表2同。

Notes: ** represents significant difference at 0.01 level,the same as table 2.

2.1.2對發芽率的影響由圖2可以看出，CK組的發芽率均為100%，半夏的所有浸提液對小麥的發芽率均表現為抑制作用，其中以半夏珠芽浸提液對小麥發芽率的抑制作用最強，半夏葉浸提液、球莖浸提液次之，半夏根系土壤浸提液最弱；隨著質量濃度的升高，各浸提液對小麥發芽率的抑制作用增強。方差分析結果表明(表2)，半夏不同浸提液與不同質量濃度的浸提液對小麥種子發芽率影響的差異均達到極顯著水平(P=0.000<0.01)。

2.1.3對小麥種子發芽的化感指數化感指數是衡量化感作用強弱的指標，本試驗中化感指數是由發芽率計算所得。由圖3可以看出，半夏不同部位的浸提液對小麥種子發芽的化感作用強弱不同，其中以半夏珠芽浸提液的化感作用最強，其次是半夏球莖、葉浸提液，半夏根系土壤浸提液最弱。

圖2　半夏不同浸提液對小麥種子發芽率的影響

表2　不同處理下小麥發芽率的方差分析

2.2半夏不同浸提液對小麥幼苗生長的影響

由表3可以看出，半夏球莖浸提液在低質量濃度時對小麥主根生長具有一定的促進作用，在20 mg/mL和40 mg/mL時與CK差異顯著，隨著浸提液質量濃度的升高，促進作用減弱，當浸提液質量濃度達到100 mg/mL時表現抑制作用，但抑制作用與CK差異不顯著；不同質量濃度的球莖浸提液處理下小麥苗高、苗鮮質量與CK差異不顯著。不同質量濃度半夏珠芽浸提液對小麥主根長、苗高及苗鮮質量均表現抑制作用，且隨著浸提液質量濃度的升高，抑制作用增強，其中對主根長的影響最大，在20 mg/mL時與CK差異顯著，在80 mg/mL與100 mg/mL時與CK差異極顯著；對苗高的影響在40mg/mL以上時與CK差異顯著，在80 mg/mL以上時與CK差異極顯著；對苗鮮質量的影響在80 mg/mL以下時與CK差異不顯著，在80 mg/mL以上時與CK差異顯著。不同質量濃度半夏葉浸提液對小麥主根長的影響與CK差異均不顯著；對苗高和苗鮮質量的影響在100 mg/mL時與CK差異顯著。不同質量濃度的半夏根系土壤浸提液對小麥主根生長均具有明顯促進作用，且與CK差異極顯著，但對小麥苗高和苗鮮質量的影響均與CK差異不顯著。

圖3　半夏不同浸提液對小麥發芽率的化感指數

處理Treatment質量濃度/(mg/mL)Massconcentration主根長/cmMainrootlength苗高/cmSeedlingheight苗鮮質量/gSeedlingfreshmassA010.51±2.07bcBC14.74±2.39aA7.11±0.21aA2012.69±3.27aA14.68±2.42aA6.81±1.11aA4012.48±2.33aA14.59±2.45aA7.74±0.84aA6011.84±2.93abAB14.66±2.43aA7.91±0.03aA8010.84±2.84bcABC14.63±2.20aA6.80±0.35aA1009.56±2.63cC14.68±2.31aA7.50±0.55aAB010.51±2.07aA14.74±2.39aA7.11±0.21aA209.53±2.48bA14.23±3.18abA6.79±0.88aA409.52±1.47bA12.80±3.87bAB6.59±0.47abA609.44±1.74bA12.73±2.56bAB5.98±0.63abA807.40±0.99cB11.21±2.12cB5.49±0.65bA1006.65±1.31cB10.93±2.74cB5.56±0.51bAC010.51±2.07abA14.74±2.39aA7.11±0.21aAB2010.75±1.99aA14.99±2.37aA7.98±0.33aA4010.01±1.71abA14.44±2.53abA7.43±0.47aA6010.48±1.67abA14.21±3.00abA7.14±0.59aAB809.87±1.26abA13.91±3.24abA7.94±0.15aA1009.61±1.53bA13.06±2.35bA6.18±0.67bBD010.51±2.07dC14.74±2.39abA7.11±0.21aA2012.37±2.84cB14.85±2.89abA6.99±0.24aA4013.85±2.05bB13.56±2.10bA7.43±0.34aA6013.61±2.02bcB15.03±2.25aA6.96±0.43aA8013.41±2.39bcB14.86±2.25abA7.38±0.85aA10016.37±2.73aA15.10±2.61aA7.47±0.68aA

注：同列不同小寫字母表示處理間在0.05水平存在顯著性差異，不同大寫字母表示處理間在0.01水平存在顯著性差異。

Notes：The different lowercase letters within the same column indicate significant difference at 0.05 level,and uppercase letters indicate significant difference at 0.01 level.

進一步雙因素方差分析表明，浸提液質量濃度效應對小麥主根長、苗高有極顯著影響，對苗鮮質量影響不顯著，浸提液效應及質量濃度與浸提液交互效應對小麥主根長、苗高和苗鮮質量均有極顯著影響(表4)，說明半夏不同部位浸提液間的化感效應存在作用強度的差異。另外，從不同浸提液間化感綜合效應(表5)可以看出，半夏珠芽浸提液的綜合效應最強，其次是半夏球莖浸提液和半夏根系土壤浸提液，半夏葉浸提液的綜合效應最弱。

表4　質量濃度、浸提液、質量濃度與浸提液交互作用對小麥幼苗生長指標的影響

表5　半夏不同浸提液對小麥幼苗生長的化感指數

3　討論與結論

植物釋放的化感物質主要是通過乙酸、莽草酸或2種途徑結合產生的一些次生代謝產物，這些物質結構簡單，多數可溶于水[7]，水溶性化感物質可通過淋溶從植物表面轉移到土壤中被植物直接吸收，當化感物質積累到一定濃度后就會對周圍植物產生化感作用[8]。因此，可利用水浸法制備不同濃度的植物組織水浸液來研究供體植物對受體的化感作用。

半夏已被證實存在化感作用，肖崇厚[9]認為，半夏中含有多種生物堿，其中水溶性麻黃膽堿、鳥苷的存在使半夏水浸液表現出化感作用，主要通過抑制植物對水分的吸收、影響植物光合作用、根系生長和對礦質營養的吸收等影響其他植物的生長。張亮等[10]通過半夏塊莖對十字花科蔬菜的化感效應研究發現，低濃度的半夏塊莖浸提液對植物種子發芽率、發芽指數、活力指數和種子膜透性無顯著影響，但隨著浸提液濃度的升高，種子的膜透性增加，萌發受到抑制，同時發現幼苗葉綠素合成也會受到抑制。汪之波等[11]研究半夏對3種雜草的化感效應發現，不同濃度的半夏塊莖浸提液對巴天酸模、反枝莧、灰綠藜的發芽率、干質量和根長化感達到顯著水平。王宏霞等[12]研究半夏對小麥的化感作用，發現半夏球莖浸提液對小麥具有化感作用，并且證實半夏球莖浸提液在低濃度時能促進小麥種子萌發，高濃度時則抑制種子萌發及幼苗生長。

本試驗通過半夏不同部位、不同質量濃度的水浸液對小麥種子萌發及幼苗生長的影響研究發現，半夏不同部位浸提液均對小麥種子萌發及幼苗生長存在化感作用，且不同部位的浸提液對小麥種子萌發及幼苗生長的化感強度不同，表明化感物質在半夏不同組織中的含量不同。半夏珠芽浸提液在低質量濃度(20 mg/mL)時對小麥萌發及幼苗生長表現出抑制作用，且綜合化感效應最強，說明化感物質在珠芽中含量較多，可能是由于發育的珠芽是半夏在生長季節同化有機物的一個重要代謝庫，是有機物分配和貯藏中心[13]，化感物質作為植物次生代謝物質在珠芽中貯藏較多。半夏球莖和半夏葉浸提液在低質量濃度時對小麥萌發具有促進作用，高濃度時則起抑制作用，對小麥主根長、苗高、苗鮮質量也表現一定抑制作用，但抑制作用與對照差異不顯著，這可能是由于本試驗進行的時間過早(4月份)，半夏有機物的積累不多造成的。半夏根系土壤浸提液對小麥種子萌發具有一定的抑制作用，說明半夏根系土壤中確實存在抑制小麥萌發的化感物質，但本試驗中半夏根系土壤浸提液對小麥幼苗的生長總體表現為促進作用，這可能是由于試驗田半夏連作年限較短，加之試驗時間為半夏生長早期，含有大量化感物質的珠芽數量也相對較少，土壤中化感物質積累的總量較少，而田間施有大量的化肥，因而與對照相比表現出對小麥幼苗生長的促進作用。小麥萌發階段不需要營養，只需吸收水分，正好說明土壤中的化感物質抑制了小麥種子對水分的吸收，從而導致發芽率下降，而幼苗的生長需要養分，土壤浸提液中養分相對較多，因此表現出促進作用。

總之，半夏不同組織的浸提液對小麥種子萌發及幼苗生長均存在化感作用，且隨著浸提液質量濃度的升高，化感作用加強，隨著半夏種植年限的延長，大量的半夏根系分泌物及半夏殘體腐解都會向土壤中釋放大量的化感物質，從而抑制作物的生長，可能會導致后季作物嚴重減產，因此不斷倒茬或采用套、間作等種植模式可能會降低半夏生產中的損失。另外本試驗研究發現半夏珠芽的化感作用較強，且顧德興等[14]研究發現，半夏珠芽的繁殖力很高，平均每個母塊莖在1 a的生育期內形成的珠芽數多達30多個，珠芽的生物量可占到收獲的塊莖和珠芽總生物量的60%以上，但珠芽的平均質量僅為0.1～0.5 g，使其難以成為商業產品[15]。因此，半夏珠芽的發育既是半夏繁殖的重要方式，也是其優質高產栽培的一個不利因素，在生產中適當控制珠芽的產生，在半夏收獲后盡量將殘茬中的珠芽除去，可能會減輕對后茬作物的影響，也可能延長半夏的連作年限，有利于半夏的集約化生產。

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Corresponding authorDONG Zhensheng,male, research fellow,master supervisor.Research area:genetics and breeding inBrassicanapus.E-mail:dzs05319@163.com

(責任編輯：史亞歌Responsible editor:SHI Yage)

Allelopathic Effects of Aqueous Extracts from Different Parts ofPinelliaternataon Seed Germination and Seedling Growth of Wheat

WANG Yifeng1，WANG Mingxia2，MENG Yanbin1，SUN Jie1and DONG Zhensheng3

(1.College of Agriculture and Forestry Technology，Longnan Teachers College，Chengxian Gansu742500，China；2.Chengxian Forestry Bureau, Chengxian Gansu742500，China； 3.College of Agronomy，Northwest A&F University,Yangling Shaanxi712100，China)

Aqueous extracts of bulbs, bulbils, leaves, and root soil ofPinelliaternatawere obtained through water extraction method. Six concentrations of 0, 20, 40, 60, 80, and 100 mg/mL were used to study the allelopathic effects on germination and seedling growth of wheat seeds. The results showed that different extracts had different allelopathic effects on germination and seedling growth of wheat seeds. The aqueous extract ofP.ternatabulbils had the strongest allelopathic effects on wheat seed germination and seedling growth, followed by the aqueous extracts of bulbs and leaves. The aqueous extracts of root soil had the weakest affect on the germination and seedling growth of wheat seeds.

Pinelliaternata；Allelopathic effects；Wheat

2015-06-06Returned2015-07-20

Key Scientific Project of Longnan Teachers College(No.2014LSZK01002).

WANG Yifeng,male,master,lecturer.Research area:plant eco-physiology.E-mail:wangyifeng0305@163.com

2015-06-06

2015-07-20

隴南師專校級重點項目(2014LSZK01002)。

王一峰，男，碩士，講師，研究方向為植物生態生理。E-mail：wangyifeng0305@163.com

董振生，男，研究員，碩士生導師，主要從事油菜遺傳育種研究。E-mail：dzs05319@163.com

Q945

A

1004-1389(2016)08-1173-07

網絡出版日期：2016-07-14

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20160714.1104.020.html