小麥、蠶豆和油菜根系分泌物對麻花艽種子萌發的影響

2016-12-31 00:00:00楊海婧田豐馬永清王煥

湖北農業科學 2016年14期

摘要：分別用去離子水和乙酸乙酯萃取小麥、蠶豆和油菜根系分泌物刺激麻花艽（Gentiana straminea Maxim）種子，再進行麻花艽種子的發芽試驗，考察小麥、蠶豆和油菜的根系分泌物對麻花艽種子萌發及胚根生長的影響。結果表明，小麥的根系分泌物水相浸提液對麻花艽種子萌發及胚根生長有輕微的促進作用，且隨著水相浸提次數的增多，促進作用減弱。小麥的根系分泌物酯相浸提液對麻花艽種子萌發的影響不明顯；蠶豆根系分泌物水相和酯相浸提液對麻花艽種子萌發及胚根生長抑制作用較弱；油菜根系分泌物水相和酯相浸提液對麻花艽種子萌發及胚根生長有明顯的抑制作用，且隨著水相和酯相浸提液濃度的降低，抑制作用減弱；油菜根系分泌物對麻花艽種子萌發及胚根生長的抑制作用最強，蠶豆根系分泌物對麻花艽種子萌發及胚根生長抑制作用較弱，小麥根系分泌物對麻花艽種子發芽有一定的促進作用。

關鍵詞：農作物；根系分泌物；麻花艽（Gentiana straminea Maxim）；萌發率；胚根長

中圖分類號：S567.23；S154.36 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）14-3631-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.14.022

Abstract： In order to study the effect of wheat， broad bean， oilseed rape root extracts on germination and radical length of Gentiana straminea seeds， wheat， broad beans and oilseed rape root were extracted and partitioned by distilled water and ethyl acetate and arrange G. straminea seeds germinate text. Then the extract was subject to G. straminea seeds germination and radical growth. The results showed that wheat root aqueous phase extracts extracted by ethyl acetate had weak positive effect on G. straminea seeds germination and ridicle growth， with the increase of extraction times， the positive effect became weaken. Wheat root ester phase extracts extracted by ethyl acetate had unconspicuous effect. Broad bean root extracts had weak inhibitory effect； Oilseed rape had stronger inhibitory effect， with the increase of aqueous phase and ester phase extraction times， the positive effect became weaken； Oilseed root extracts had stronger inhibitory effect on germination and radical length of G. straminea seeds. Broad bean root extracts had weak inhibitory effect. Wheat root extracts had positive effect.

Key words： crops； root exudates； Gentiana straminea Maxim； germination rate； radicle length

麻花艽（Gentiana straminea Maxim）屬龍膽科龍膽屬麻花艽組植物[1，2]，為《中華人民共和國藥典》[3]記載的麻花艽主要品種之一，是一種常用的中藏藥[1，4]，廣泛分布于青海的大部分地區，四川的西北地區，甘肅、西藏、寧夏的部分地區[5]。由于制藥需求，大量采集野生麻花艽，藥源日漸耗竭，導致商品藥材價格不斷上漲，進一步加劇了野生種質資源的破壞[6，7]。人工種植技術成為既保護野生資源又保證市場供應，實現藥材可持續利用的主要方法[6]。

植物的化感作用是植物通過向環境釋放次生代謝產物即化感物質而實現的[8]。植物根系在其生長過程中向土壤釋放的滲出物、分泌物、植物粘液、膠質和裂解物等被許多學者統稱為根系分泌物。近年來，化感作用研究也得到了迅速發展并在生產實踐中加以應用[9]，有些植物其分泌物中生物活性物質有利于其他某些植物對營養元素的吸收，從而促進其生長[10]。前人對油菜、蠶豆和小麥的根系分泌物有一定的研究，得出了相應的結果，如油菜根系分泌物其化感效應對小麥的影響程度最弱，對小麥的種子發芽率、幼苗根長均表現出促進作用，而對小麥幼苗其他生長特性以及油菜、蠶豆和玉米幼苗的所有生長特性均表現為抑制作用[11]。根系分泌物中氨基酸總量隨著蠶豆枯萎病抗性的降低而升高[12]。小麥根系分泌物及伴生小麥改變了土壤真菌群落結構[13]。將麻花艽套種于農作物中，農作物發芽生長快，形成麻花艽發芽所需要的陰濕的仿生條件[14]，有利于人工栽培麻花艽種子的萌發。在麻花艽與不同農作物套種的實踐中，發現小麥套種田的麻花艽出苗率高，而蠶豆、油菜田的麻花艽出苗率極低，甚至為零[15]。小麥、蠶豆、油菜的根系分泌物對麻花艽種子的萌發是否有化感作用，目前尚未發現這方面的報道。研究小麥、油菜及蠶豆的根系分泌物對麻花艽的化感作用，可以豐富禾本科、十字花科、豆科作物與龍膽科植物的化感理論，優選適宜與麻花艽套種的農作物，指導麻花艽的人工栽培技術，對提高麻花艽產量、品質，增加藥農收入及保護高原的生態環境有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗采用小麥、蠶豆和油菜作為供體植物，麻花艽為受體植物。小麥品種為阿勃，蠶豆品種為青蠶11號，油菜品種為青雜3號，麻花艽種子為2011年采取的野生麻花艽種子種植后2013年采收的種子，以上品種均由青海大學農牧學院農場提供。

1.2 試驗設計

試驗采用二因素完全隨機設計。因素A為A1小麥、A2蠶豆、A3油菜。因素B為B1清水對照、B2原液、B3原液稀釋10倍液、B4原液稀釋100倍液。

1.3 試驗方法

1.3.1 麻花艽種子表面消毒將麻花艽種子用1%（v/v）次氯酸鈉溶液在超聲波清洗器中處理3 min，用去離子水清洗后再用75%（v/v）乙醇超聲1 min，然后用去離子水沖洗至無色，晾干備用。在培養皿內（直徑90 mm，高20 mm）鋪雙層濾紙，加入適量去離子水，然后在濾紙上均勻鋪直徑10 mm的玻璃纖維濾紙（Whatman GF/A）約60片，將表面消毒晾干后的麻花艽種子均勻撒到玻璃纖維濾紙片上，每皿25～45粒，在25 ℃的黑暗條件下備用。

1.3.2 乙酸乙酯萃取水培農作物根系分泌物根系分泌物的收集：將供試的小麥、蠶豆和油菜種子采用和麻花艽相同的方法進行表面消毒，晾干分別放置小麥400粒、蠶豆200粒、油菜400粒，在豆芽機（康源牌自動豆芽苗菜機）中進行培養，待各種子發芽長根時開始，每隔3 d放入等量的活性炭（100 g用紗布包裹），共收集3次。

農作物根系分泌物的萃取分離參考賀鋒等[16]方法。具體如下：將活性炭取出，過濾除去水分，放入燒杯中，加入丙酮（丙酮的量需淹沒活性炭頂部），將燒杯放入超聲清洗機中超聲3 min，取出后用布氏漏斗進行抽濾1～2次。將濾液經旋轉蒸發儀（ER-52A型，上海亞榮生化儀器廠）減壓濃縮，濃縮物先用去離子水溶解，得到50 mL根系分泌物水溶液，倒入分液漏斗中，少量不溶于水的物質用乙酸乙酯溶解后倒入分液漏斗中。按乙酸乙酯與去離子水1∶1的比例萃取根系分泌物水溶液，得到第一次的乙酸乙酯相與水相的根系分泌物溶液，再在乙酸乙酯相溶液中重復以上萃取過程，得到第二次、第三次3次的乙酸乙酯相與水相的根系分泌物溶液。對每次乙酸乙酯相與水相的根系分泌物溶液以清水為對照，原液、稀釋10倍和100倍液為基液進行麻花艽種子的發芽試驗。

1.3.3 發芽試驗在直徑90 mm的玻璃培養皿中，邊緣擺放含麻花艽種子的玻璃纖維濾片，中間放置一個保濕的三角濾紙片，用移液槍吸取以上3種濃度100 μL浸提液加到種子上，每個濃度4次重復。用Parafilm封口膜將培養皿密封，在25 ℃培養箱內黑暗培養13 d，在顯微鏡下觀察麻花艽種子發芽率和胚根長，以去離子水處理作為對照。

1.4 指標測定和數據處理

1.4.1 發芽指標測定麻花艽種子培養13 d后統計發芽率。發芽率（GR）=（萌發的種子數/播種數）×100%。

1.4.2 生長指標發芽試驗結束后，采用常規測量方法測量每皿萌發的麻花艽種子的根長。

然后將發芽率和根長轉化為RI值后進行比較。RI值的計算公式如下：

RI=1-C/T （T≥C）

T/C-1 （T

式中，C為對照值，T為處理值，RI>0表示促進作用，RI<0表示抑制作用，其絕對值的大小與作用強度呈正比例關系[13]。所有試驗數據以X±S表示，應用Excel 2007及DPS 7.05軟件對其進行處理分析。對根系分泌物的不同稀釋濃度進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 根系分泌物乙酸乙酯萃取物的水相對麻花艽種子發芽率RI值的影響

對3種作物根系分泌物乙酸乙酯萃取物水相對麻花艽種子發芽率RI值進行方差分析，結果見表1。由表1可知，小麥B1處理的麻花艽種子發芽率RI值與B2、B3、B4處理均無顯著差異；蠶豆和油菜B1處理的麻花艽種子發芽率RI值與B2、B3處理均有顯著差異，表現出隨著不同萃取物水相濃度的降低，其根系分泌物處理的麻花艽種子的發芽率降低，RI的絕對值減小，其抑制強度逐漸變弱。小麥根系分泌物水相浸提液不同稀釋濃度處理的麻花艽種子發芽率的RI值均大于零，高于蠶豆處理和油菜處理，說明與清水對照相比，小麥根系分泌物對麻花艽種子的發芽有促進作用，而油菜根系分泌物對麻花艽種子發芽的抑制作用最強，蠶豆的抑制作用較弱。

2.2 根系分泌物乙酸乙酯萃取物的酯相對麻花艽種子發芽率RI值的影響

對3種作物根系分泌物乙酸乙酯萃取物的酯相對麻花艽種子發芽率RI值進行方差分析，結果見表2。由表2可知，小麥B1處理的麻花艽種子發芽率RI值與B2、B3、B4處理均無顯著差異。蠶豆和油菜B1處理的麻花艽種子發芽率RI值與B2、B3處理均有顯著差異，表現出隨著不同萃取物酯相濃度的降低，其根系分泌物處理的麻花艽種子的發芽率降低，RI絕對值降低，其抑制強度逐漸變弱。小麥根系分泌物酯相浸提液處理麻花艽種子萌發率的RI值高于蠶豆處理和油菜處理，說明小麥根系分泌物對麻花艽種子發芽的抑制作用最小，蠶豆次之，油菜的抑制作用最強。

小麥根系分泌物的酯相浸提液處理的麻花艽種子萌發率的RI值有正有負，其絕對值均小于0.12。蠶豆和油菜處理的麻花艽種子萌發率的RI值均為負值，其中，蠶豆處理的麻花艽種子萌發率的RI絕對值在0.06～0.33之間，油菜處理的麻花艽種子發芽率的RI絕對值在0.13～0.69之間。說明小麥根系分泌物酯相浸提液對麻花艽種子萌發影響最小，蠶豆有輕微的抑制作用，油菜有強烈的抑制作用。

2.3 根系分泌物乙酸乙酯萃取物的水相對麻花艽種子胚根長RI值的影響

對3種作物根系分泌物乙酸乙酯萃取物的水相對麻花艽種子胚根長RI值進行方差分析，結果見表3。由表3可知，小麥和蠶豆B1處理的麻花艽種子的胚根長RI值與B2處理有顯著差異，油菜B1處理的麻花艽種子的胚根長RI值與B2、B3處理均有顯著差異。表現出隨著不同根系分泌物乙酸乙酯萃取物的水相濃度的降低，其根系分泌物處理的麻花艽種子的胚根長增長，RI值的抑制強度逐漸變弱。小麥根系分泌物水相浸提液處理麻花艽種子胚根長的RI值高于蠶豆處理和油菜處理，說明小麥根系分泌物對麻花艽種子的胚根長的抑制作用最小，蠶豆次之，油菜的抑制作用最強。

小麥根系分泌物的水相浸提液處理的麻花艽種子胚根長的RI值均為正值，蠶豆和油菜處理的麻花艽種子發芽率的RI值除B4處理為零外均為負值，蠶豆處理的麻花艽種子胚根長的平均RI絕對值大于油菜處理，表明根系分泌物水相浸提液的高濃度抑制麻花艽種子胚根的生長作用強，低濃度抑制作用弱。說明小麥根系分泌物水相浸提液對麻花艽種子胚根長的生長有輕微的促進作用，蠶豆有輕微的抑制作用，油菜有強烈的抑制作用。

2.4 根系分泌物乙酸乙酯萃取物的酯相對麻花艽胚根長RI值的影響

對3種作物根系分泌物乙酸乙酯萃取物酯相對麻花艽胚根長RI值進行方差分析，結果見表4。由表4可知，3種農作物B1處理的麻花艽的胚根長的RI值最高，小麥和蠶豆B1處理的麻花艽胚根長RI值與B2、B3處理有顯著差異，油菜B1處理的麻花艽胚根長RI值與B2、B3、B4處理均有顯著差異。表現出隨著不同農作物乙酸乙酯萃取物酯相濃度的降低，其根系分泌物處理的麻花艽種子的胚根長變長，RI值的抑制強度逐漸變弱。小麥根系分泌物乙酸乙酯萃取物酯相浸提液處理麻花艽種子胚根長平均RI值高于蠶豆處理和油菜處理，說明小麥根系分泌物對麻花艽種子發芽的抑制作用最小，蠶豆次之，油菜的抑制作用最強。

小麥、蠶豆、油菜根系分泌物的酯相浸提液處理的麻花艽種子胚根長的RI值均為負值。說明根系分泌物酯相浸提液的高濃度抑制麻花艽種子胚根的生長作用強，低濃度抑制作用弱。同種稀釋濃度下，小麥處理的麻花艽種子胚根長的RI大于蠶豆處理，蠶豆處理的麻花艽種子胚根長的RI大于油菜處理，表明油菜根系分泌物酯相浸提液對麻花艽種子胚根長的生長的抑制作用最強，其次是蠶豆，小麥的抑制作用最弱。

3 小結與討論

對小麥、蠶豆和油菜種子進行水培，用活性炭吸附獲取根系分泌物，再用丙酮萃取出根系分泌物濃縮，分別用去離子水和乙酸乙酯再萃取小麥、蠶豆和油菜根系分泌物，得到水相根系分泌物浸提液和酯相根系分泌物浸提液。然后用水相和酯相根系分泌物浸提液刺激麻花艽種子進行發芽試驗，測定不同處理麻花艽種子萌發率和胚根長。分別分析3種作物根系分泌物水相浸提液和酯相浸提液刺激下，不同稀釋濃度的麻花艽的發芽率和胚根長。結果表明，無論是根系分泌物水相浸提液還是酯相浸提液，油菜根系分泌物對麻花艽種子萌發、胚根生長的抑制作用最強，蠶豆根系分泌物對麻花艽種子萌發及胚根生長抑制作用較弱，小麥的根系分泌物水相浸提液對麻花艽種子萌發及胚根生長有輕微的促進作用，小麥的根系分泌物酯相浸提液對麻花艽種子萌發的影響不明顯。

3種農作物根系分泌物萃取相的濃度越低，對麻花艽種子萌發及胚根生長抑制作用越弱。油菜根系分泌物萃取相的濃度越低對麻花艽種子萌發和胚根生長抑制作用越弱；小麥根系分泌物萃取相的濃度越低對麻花艽種子萌發及胚根生長促進作用越弱。這可能是造成小麥套種田的麻花艽出苗率高，而蠶豆、油菜田的麻花艽出苗率極低[10]的重要原因之一。

由試驗結果可以看出，同一農作物的根系分泌物，其水相浸提液和酯相浸提液對種子萌發和胚根生長的影響存在差異。初步推斷根系分泌物水相浸提液主要含有一些水溶性物質，酯相浸提液主要含有酯溶性物質，化感物質有差異。其次種子萌發和胚根生長所需的化學物質不同。這些化學物質的具體成分及其對種子萌發及胚根生長的作用機理等問題有待進一步研究。

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