五爪金龍水浸液和腐化液對(duì)水稻種子萌發(fā)的化感作用

魏聰++徐玉茵++莊斯宜++周靜++張丹丹++柳小軍++魏鵬舉

摘要：采用室內(nèi)平板培養(yǎng)法研究比較華南地區(qū)常見(jiàn)入侵植物五爪金龍的水浸液和腐化液對(duì)水稻種子萌發(fā)的化感作用，以評(píng)估五爪金龍?jiān)谒旧a(chǎn)中的危害。結(jié)果表明，濃度為0.5 g/mL的五爪金龍水浸液能顯著降低水稻的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)（P<0.05）。0.25 g/mL的腐化液能顯著降低水稻的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)（P<0.05），0.5 g/mL的五爪金龍腐化液能顯著降低水稻的7 d發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、幼苗的鮮質(zhì)量、苗長(zhǎng)、根數(shù)和根長(zhǎng)（P<0.05）。并且，0.5 g/mL 的腐化液對(duì)7 d發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、幼苗的鮮質(zhì)量、苗長(zhǎng)、根數(shù)和根長(zhǎng)等各項(xiàng)指標(biāo)的抑制作用均顯著強(qiáng)于相同濃度的水浸液和其他濃度的腐化液（P<0.05）。由此可見(jiàn)，五爪金龍水浸液和腐化液均能對(duì)水稻的發(fā)芽和生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制，抑制作用隨濃度升高而增加，并且腐化液抑制作用強(qiáng)于水浸液，表明在水稻生產(chǎn)中應(yīng)盡量避免稻田間及其周邊五爪金龍的存在和腐爛。

關(guān)鍵詞：五爪金龍；水浸液；腐化液；水稻；化感作用

中圖分類號(hào)： S511.01；S451文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）09-0067-03

五爪金龍（Lpomoea cairica L.）屬于旋花科多年生草質(zhì)藤本植物，是華南地區(qū)常見(jiàn)的入侵植物之一，具有極強(qiáng)的攀緣能力，能夠覆蓋其他較為低矮的植被并致其死亡，適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力極強(qiáng)，嚴(yán)重危害華南地區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)[1-2]，而化感作用可能是其成功入侵的機(jī)制之一[3]。有研究表明高溫烘干后的五爪金龍水提物對(duì)水稻種子發(fā)芽表現(xiàn)出高濃度抑制、低濃度促進(jìn)的化感作用[4]。五爪金龍的甲醇提取物能夠抑制水稻幼苗根的生長(zhǎng)，也能夠抑制水稻種子發(fā)芽過(guò)程中α-淀粉酶、β-淀粉酶及總淀粉酶活性[5]。同時(shí)也有研究表明五爪金龍的乙醇提取物能對(duì)水稻秧苗生長(zhǎng)表現(xiàn)出促進(jìn)作用[6]。上述研究表明，五爪金龍通過(guò)不同媒介獲得的提取液，以及同一種提取液不同的濃度，對(duì)水稻種子的萌發(fā)表現(xiàn)出不同的影響。因此，五爪金龍對(duì)水稻種子萌發(fā)的影響仍需做深入的研究。

化感作用是指一種植物或微生物所釋放的化學(xué)物質(zhì)對(duì)另一種植物或微生物產(chǎn)生的影響[7]。植物體腐爛釋放的毒素對(duì)其他植物引起的作用也被認(rèn)為屬于化感作用，在世界范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注[8]。植物的殘?bào)w和腐化物所產(chǎn)生的化感物質(zhì)在土壤中的積累會(huì)對(duì)土壤物理性狀、土壤微生物和酶活性等造成不利影響，可能會(huì)對(duì)種子萌發(fā)和植物生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響[9]。在水稻實(shí)際生產(chǎn)中，稻田中的水成為化感物質(zhì)的主要媒介，相對(duì)于在土壤中，植物腐爛釋放的化感物質(zhì)擴(kuò)散速度更快，作用范圍更廣，因此所承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)也更大。現(xiàn)有關(guān)于五爪金龍對(duì)水稻種子萌發(fā)及生長(zhǎng)影響的研究往往忽略五爪金龍腐爛后對(duì)水稻種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的影響。本研究著眼于實(shí)際生產(chǎn)，對(duì)比五爪金龍的水浸液和腐化液對(duì)水稻種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)所產(chǎn)生的影響，以評(píng)估五爪金龍對(duì)水稻生產(chǎn)的危害，為防治五爪金龍對(duì)水稻生產(chǎn)的危害提供數(shù)據(jù)參考。

1材料與方法

1.1材料

五爪金龍于2015年7月采集于華南師范大學(xué)校園，其地上部分用于化感作用物質(zhì)提取。水稻品種為黃華占，由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院廣東省普通高等學(xué)校植物功能基因組與生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2方法

1.2.1水浸液和腐化液的制備

選取健康的新鮮五爪金龍植株，剪碎。水浸液：稱取100 g剪碎的五爪金龍放入錐形瓶，加入200 mL蒸餾水浸泡48 h，3層紗布過(guò)濾，4 ℃ 3 000 r/min 離心10 min，抽取上清，即制得0.5 g/mL（相當(dāng)于0.5 g植物材料浸于1 mL蒸餾水中）的母液，密封，放入4 ℃冰箱備用；腐化液：稱取100 g剪碎的五爪金龍放入錐形瓶，加入200 mL蒸餾水浸泡腐解10 d，3層紗布過(guò)濾，4 ℃ 3 000 r/min 離心10 min，抽取上清，即制得0.5 g/mL（相當(dāng)于0.5 g植物材料浸于1 mL蒸餾水中）的母液，密封，放入4 ℃冰箱備用。使用時(shí)用蒸餾水將所得的水浸液和腐化液母液分別稀釋至所需濃度。

1.2.2種子萌發(fā)

設(shè)置3個(gè)水浸液和腐化液濃度梯度010、0.25、0.50 g/mL，以蒸餾水作為空白對(duì)照[10]。選取籽粒飽滿、大小一致的水稻種子，1%稀鹽酸消毒15 min，蒸餾水沖洗干凈，置于鋪有雙層濾紙的90 mm培養(yǎng)皿中，每皿均勻放置種子30粒。將上述水浸液和腐化液5 mL加入培養(yǎng)皿，空白對(duì)照加入等量蒸餾水，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。放入溫度 26 ℃，光照12 h/d的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。種子發(fā)芽過(guò)程中，每天補(bǔ)充適量蒸餾水保持濾紙濕潤(rùn)[11]。記錄每天發(fā)芽數(shù)用于計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，至7 d時(shí)培養(yǎng)結(jié)束，每皿隨機(jī)選取10株幼苗測(cè)量鮮質(zhì)量、苗高、根數(shù)、最長(zhǎng)根長(zhǎng)[12]。

1.3數(shù)據(jù)處理

根據(jù)每天發(fā)芽數(shù)計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，計(jì)算幼苗的各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)，并計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的化感效應(yīng)指數(shù)（RI），由各項(xiàng)RI計(jì)算綜合化感效應(yīng)指數(shù)（SI）[13-14]。

式中：GT為t日后發(fā)芽的種子數(shù)；DT為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)；N為種子總數(shù)。綜合化感效應(yīng)指數(shù)（SI）由所有指標(biāo)化感效應(yīng)指數(shù)（RI）之和除以指標(biāo)個(gè)數(shù)計(jì)算而得。RI>0為促進(jìn)，RI<0為抑制，絕對(duì)值大小表示化感作用強(qiáng)度，SI與之相同。

采用Excel 2007和SPSS statistics 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，LSD顯著性在0.05水平上檢測(cè)。

2結(jié)果與分析

2.1五爪金龍水浸液和腐化液對(duì)水稻種子發(fā)芽的影響

經(jīng)五爪金龍水浸液和腐化液處理過(guò)的種子發(fā)芽率均受到不同程度的抑制。水浸液的抑制作用在2 d時(shí)明顯表現(xiàn)出來(lái)，各個(gè)濃度處理組都表現(xiàn)出一定的抑制作用，空白對(duì)照、0.10、0.25、0.50 g/mL濃度處理組發(fā)芽率分別為23.33%、7.78%、5.56%、2.22%。在3 d時(shí)空白對(duì)照和0.10、0.25 g/mL 水浸液處理組發(fā)芽率水浸液已分別達(dá)到95.00%、100%、96.67%，而0.50 g/mL水浸液處理組發(fā)芽率僅達(dá)到70%，此后0.50 g/mL水浸液處理組發(fā)芽率逐漸縮小與其他組差異。腐化液抑制作用也在2 d時(shí)表現(xiàn)出來(lái)，空白對(duì)照、010、0.25、0.50 g/mL濃度處理組發(fā)芽率分別為23.33%、111%、0、0。從處理4 d時(shí)起，0.10、0.25 g/mL腐化液處理組發(fā)芽率差距逐漸與空白縮小，而0.50 g/mL濃度處理組發(fā)芽率直至7 d時(shí)才達(dá)到93.33%（圖1）。

統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)、7 d時(shí)發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)發(fā)現(xiàn)，與空白組相比較，濃度為0.50 g/mL的水浸液顯著降低水稻種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)（P<0.05），對(duì)7 d發(fā)芽率未產(chǎn)生顯著影響（P>0.05）。與空白組相比較，濃度為0.25 mL的腐化液處理組顯著降低種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)（P<0.05），0.50 g/mL 的腐化液對(duì)水稻種子的發(fā)芽勢(shì)、7 d發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均表現(xiàn)出顯著的降低作用（P<0.05）。對(duì)比同等濃度下的水浸液和腐化液，發(fā)現(xiàn)腐化液處理組發(fā)芽勢(shì)均顯著低于水浸液發(fā)芽勢(shì)（P<0.05）；濃度為0.25 g/mL和0.50 g/mL的腐化液處理組發(fā)芽指數(shù)顯著低于同等濃度的水浸液（P<005）；而7 d發(fā)芽率中僅有在0.50 g/mL濃度時(shí)具有顯著的差異，表現(xiàn)為腐化液低于水浸液，并且0.50 g/mL的腐化液處理組的水稻種子各項(xiàng)發(fā)芽指標(biāo)均顯著低于其他水浸液和腐化液處理組（P<0.05）（表1）。

化感效應(yīng)指數(shù)表明，濃度為0.10、0.25 g/mL的水浸液對(duì)種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)表現(xiàn)出促進(jìn)作用（RI>0），濃度為010、0.25 g/mL的腐化液對(duì)種子的發(fā)芽率表現(xiàn)出促進(jìn)作用（RI>0）。除此之外，各個(gè)濃度的水浸液及腐化液在各個(gè)指標(biāo)方面均表現(xiàn)抑制作用（RI<0），且相同濃度下腐化液的抑制作用要強(qiáng)于水浸液（表2）。

2.2五爪金龍水浸液和腐化液對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的影響

0.5 g/mL的五爪金龍腐化液能顯著降低幼苗的鮮質(zhì)量（P<0.05），同時(shí)也顯著降低幼苗的苗長(zhǎng)、根數(shù)和根長(zhǎng)（P<0.05）。濃度為0.5 g/mL的腐化液對(duì)水稻幼苗各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)的抑制作用顯著強(qiáng)于其他各濃度的水浸液和腐化液（P<0.05）（表3）。

五爪金龍水浸液和腐化液對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的化感效應(yīng)指數(shù)表明，濃度為0.10 g/mL的水浸液對(duì)幼苗的芽長(zhǎng)具有促進(jìn)作用（RI>0），濃度為0.50 g/mL的水浸液對(duì)幼苗的根數(shù)有促進(jìn)作用（RI>0），而濃度為0.25 g/mL的腐化液對(duì)幼苗的鮮質(zhì)量有促進(jìn)作用（RI>0）。除此之外，各個(gè)濃度的水浸液和腐化液對(duì)于水稻幼苗各方面的生長(zhǎng)均表現(xiàn)為抑制作用（RI<0）（表4）。

2.3五爪金龍水浸液和腐化液對(duì)水稻種子發(fā)芽的綜合化感效應(yīng)指數(shù)

五爪金龍水浸液和腐化液對(duì)水稻種子發(fā)芽的綜合化感效應(yīng)指數(shù)顯示，不同濃度的水浸液和腐化液對(duì)水稻種子發(fā)芽均有抑制作用（SI<0），抑制作用強(qiáng)度隨濃度升高而增加。總的來(lái)看，濃度為0.10、0.25、0.50 g/mL的腐化液化感抑制作用強(qiáng)度均大于同等濃度的水浸液（表5）。

3討論與結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，五爪金龍水浸液和腐化液對(duì)水稻種子的萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)均表現(xiàn)出明顯抑制作用，這與已有研究報(bào)道的五爪金龍甲醇提取物能對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用結(jié)果相一致。然而，有研究發(fā)現(xiàn)高溫烘干后的五爪金龍水浸液低濃度時(shí)對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)具有一定促進(jìn)作用[4]。推測(cè)這種不同的研究報(bào)道可能與五爪金龍水浸液的濃度有關(guān)，在上述研究報(bào)道中，五爪金龍水浸液濃度在0.001～0.1 g/mL 之間，而本試驗(yàn)的濃度為0.10～0.50 g/mL。高溫烘干可使化感物質(zhì)含量受到損失，有研究指出化感物質(zhì)需要達(dá)到一定的濃度閾值才能發(fā)揮化感作用[15]。低濃度的水浸液可能主要起營(yíng)養(yǎng)作用，化感作用微弱以至于被抵消或掩蓋。隨著化感物質(zhì)濃度增加，化感作用逐漸表現(xiàn)并增強(qiáng)[16]，本研究發(fā)現(xiàn)五爪金龍無(wú)論是水浸液還是腐化液，其化感作用都隨濃度增加而增強(qiáng)。化感作用是植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)和防御機(jī)制，產(chǎn)生化感作用的化感物質(zhì)往往是多種物質(zhì)的混合物，通過(guò)揮發(fā)、淋溶、分泌和腐化等方式影響周邊物種[17-18]。多數(shù)入侵植物都能對(duì)伴生植物產(chǎn)生抑制，從而增大生存競(jìng)爭(zhēng)力[19-21]。除了水稻，五爪金龍對(duì)番茄、黃瓜、玉米、小麥、薇甘菊、白菜、蘿卜、萵苣、芥菜等多種農(nóng)作物均存在抑制的化感作用[5，22-23]。

本研究還發(fā)現(xiàn)，在同等濃度下，腐化液的化感作用強(qiáng)于水浸液。這可能是因?yàn)橹参矬w腐爛后更多的化感物質(zhì)被釋放出來(lái)，另外植物原有的化感物質(zhì)也可能在腐化的過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)榛凶饔酶鼜?qiáng)的物質(zhì)。五爪金龍?jiān)诘咎镏猩L(zhǎng)過(guò)程中會(huì)釋放化感物質(zhì)，并借助稻田中的水傳播擴(kuò)散，對(duì)水稻的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利作用，而五爪金龍腐爛后這種不利影響可能會(huì)進(jìn)一步加劇，有試驗(yàn)證據(jù)表明化感物質(zhì)會(huì)在土壤中積累[24]，這可能是腐化液的化感作用強(qiáng)于水浸液的原因之一。

綜上所述，五爪金龍水浸液和腐化液對(duì)水稻均表現(xiàn)出抑制的化感作用，抑制作用隨濃度升高而增強(qiáng)，并且腐化液的化感抑制效應(yīng)強(qiáng)于水浸液。因此，在稻田中及其周邊地區(qū)，應(yīng)避免五爪金龍的生長(zhǎng)和腐爛。此外，堆肥、漚肥原料也應(yīng)避免五爪金龍的混入。

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