魚腥草水浸提液對綠豆種子萌發及幼苗生長的化感作用

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(1.貴州師范大學貴州省山地環境信息系統與生態環境保護重點實驗室，貴陽 550001；2.貴州師范大學生命科學學院，貴陽 550001)

植物通過釋放次生代謝組分直接或間接對周圍植物的生長發育過程產生有益或有害的影響，這種影響直接導致植物自身的連作障礙以及周圍植物的化感效應[1]。目前有關植物化感效應的研究已取得了大量的研究成果[2-3]，然而，明確植物化感物質基礎以及化感物質對受體植物的生長發育過程及影響機制仍是關注的焦點。魚腥草(HouttuyniacordataThunb.)為三白草科(Saururuaceae)蕺菜屬(Houttuynia)藥食同源植物，具有喜潮濕溫暖環境，耐蔭性強，適應性強，對土壤條件和光照要求不嚴等特點。因此，魚腥草可以與喜光短日照作物套種，而與作物的套種不僅要探討2種植物的品種篩選、適宜的播種期、合理密植等[4]，還要明確魚腥草對套種作物的化感效應。目前，報道了魚腥草水浸提對黃瓜種子的萌發過程，也報道了套種大白菜、蘿卜和番茄種子萌發產生化感抑制作用，其胚根和芽苗分泌物對后茬播種的蔬菜種子發芽表現出不同程度的化感抑制作用[5]。魏玉蘭等[6]研究滇重樓種子水浸液對3種植物種子萌發和幼苗生長的影響，綠豆種子受影響最小；但趙鋮等研究表明，黃花蒿對綠豆的化感效應隨著濃度的增加化感作用增強[7]。魚腥草和綠豆(Vignaradiata(Linn.)Wilczek)套種，可利用綠豆葉片遮陰，使魚腥草免受太陽暴曬，在炎熱的夏季仍鮮嫩可口，減少土壤裸露時間、充分利用陽光、阻礙雜草生長，可保護環境、降低生產成本。然而，魚腥草和綠豆之間的化感效應研究未見報道，因此，本研究通過魚腥草水浸提液對綠豆種子萌發及幼苗生長的影響，探討魚腥草對綠豆生長過程的化感效應，為魚腥草與綠豆建立合理的種植模式提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

實驗用魚腥草購買于貴陽市云巖區菜田，綠豆種子購買于當地市場。

1.2 魚腥草浸提液的制備方法

鮮魚腥草水浸提母液：將鮮魚腥草用研缽研磨成漿狀后，按與蒸餾水1∶10質量比加蒸餾水混合，超聲提取30 min，用紗布過濾后離心，取上清液。干魚腥草水浸提母液：將魚腥草洗凈泥土，自然風干后，粉碎機粉碎，過200目篩子，粉末用蒸餾水按質量比1∶10混合，超聲提取30 min，用紗布過濾后離心，取上清液；制備浸提液于4 ℃冰箱保存備用。

表2 鮮、干魚腥草浸提液對綠豆種子出苗的影響

1.3 實驗設計

將受體綠豆種子用2%次氯酸鈉超聲處理15 min，再用無菌水清洗3～4次，濾干。處理液用蒸餾水將鮮、干魚腥草水浸提母液分別按0%、10%、20%、40%和80%稀釋(v/v)，以蒸餾水為對照(即0%)，每個處理6次重復。

在直徑為9 cm的培養皿中墊上2張濾紙，均勻放置40粒大小一致的綠豆，分別加入10 mL不同濃度處理液，以蒸餾水為對照，加蓋培養，第2天開始記錄種子發芽數，種子發芽以芽長大于1 mm為標準，5 d后開始測量綠豆種子的出苗數，17 d后測量幼苗鮮重、根長、株高、葉片酶和葉綠素。

1.4 測定項目與方法

測量各處理綠豆幼苗的鮮重、根長和株高，均以10株計，測定幼苗葉片葉綠素含量(葉綠素a和葉綠素b)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)含量。葉綠素含量采用李合生等[8]改進的丙酮法測定，以mg/g(FW)表示；抗氧化酶液提取參照Moer-schbacher等[9]的方法，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑(NBT)光還原法測定[10]；過氧化物酶(POD)活性采用Kochba等[11]方法測定；膜脂過氧化產物丙二醛(MDA)含量參照高俊鳳[12]的方法，每組做3個平行。

1.5 數據統計

每組實驗均設空白對照處理和6組平行實驗，所有數據通過Excel軟件和SPSS軟件進行數據處理和作圖并進行方差等分析。萌發率(%)=(發芽種子總數/供試種子總數)×100%。萌發指數(GI)=∑(Gt/Dt)，Gt為第t日的發芽種子數，Dt為相應的發芽天數[13-14]。出苗率(%)=(出苗總數/供試種子總數)×100%。出苗指數(EI)=∑(Et/Dt)，Et為第t日的種子出苗數，Dt為相應的出苗天數。化感潛力評價通過處理與相應對照的比值(T/C)進行衡量，并采用Williamson[15]的化感效應指數(ResponseIndex，RI)作為衡量指標：RI%=(1-C/T)×100%；其中，C為對照值，T為處理值，RI代表化感效應。當RI>0時表示促進作用，當RI<0時為抑制作用，RI的絕對值的大小代表化感作用強弱。

2 結果與分析

2.1 魚腥草浸提液對綠豆種子萌發的影響

由表1可知，通過不同濃度的鮮魚腥草浸提液處理時，綠豆種子的萌發率較對照差異未顯著。而通過不同濃度的干魚腥草浸提液處理時，綠豆種子的萌發率在10%～40%濃度處理下，較對照差異未顯著，在80%濃度處理下，顯著小于對照。通過不同濃度的鮮魚腥草浸提液處理時，綠豆種子萌發指數在小于40%濃度處理時，較對照差異不顯著，而在80%濃度處理時，種子萌發指數顯著小于對照；通過不同濃度的干魚腥草浸提液處理時，綠豆種子萌發指數顯著小于對照，表明高濃度鮮魚腥草浸提液對綠豆種子萌發具有一定抑制作用，干魚腥草浸提液對綠豆種子萌發具有抑制作用。

表1 不同濃度的鮮、干魚腥草浸提液對綠豆種子萌發的影響

注：表中“鮮”表示新鮮的魚腥草水浸液；“干”表示曬干的魚腥草水浸液；處理濃度是提取液的體積百分濃度；同列不同小寫字母表示在(p<0.05)水平上差異顯著。下同。

2.2 魚腥草浸提液對綠豆種子出苗的影響

由表2可知，通過小于40%的鮮魚腥草浸提液處理時，綠豆出苗率較對照差異不顯著，通過高濃度(80%)處理時，綠豆出苗率顯著小于對照，通過不同濃度的干魚腥草浸提液處理時，綠豆出苗率較對照差異顯著，濃度大于20%，綠豆未長出幼苗。通過不同濃度的鮮、干魚腥草浸提液處理的綠豆出苗指數與出苗率的變化趨勢基本一致。說明高濃度鮮魚腥草浸提液對綠豆的出苗率有抑制作用，干魚腥草浸提液對綠豆的出苗率具有抑制作用。通過不同濃度的鮮魚腥草浸提液處理的綠豆鮮重均顯著高于對照，不同濃度的干魚腥草浸提液處理的綠豆鮮重均顯著低于對照，說明鮮魚腥草浸提液對綠豆生物量具有促進作用，而干魚腥草浸提液對綠豆生物量具有抑制作用。

圖3 鮮(A)、干(B)魚腥草水浸液對綠豆葉綠素(a+b)的影響

圖1 鮮(A)、干(B)魚腥草浸提液對綠豆株高與根長的影響

2.3 魚腥草浸提液對綠豆幼苗株高和根長的影響

由圖1可知，通過不同濃度鮮魚腥草浸提液處理的綠豆株高均顯著高于對照，并呈先升高后減小的趨勢，鮮魚腥草浸提液處理濃度為40%時，株高最高為14.46 cm，鮮魚腥草浸提液為20%時，株高最小為11.38 cm(ck為9.12 cm)，而根長也均顯著高于對照，并且變化趨勢與株高基本一致。通過不同濃度的干魚腥草浸提液處理的綠豆株高和根長均顯著低于對照，并逐漸減小的趨勢，干魚腥草水浸液為10%濃度處理時，株高和根長最高為5.60 cm和2.43 cm(ck為9.12 cm和4.85 cm)，大于20%的干魚腥草浸提液處理濃度時，無苗。這表明鮮魚腥草浸提液對綠豆株高和根長具有促進作用，而干魚腥草浸提液對綠豆株高和根長具有抑制作用。

2.4 魚腥草浸提液對綠豆化感效應的影響

由圖2可知，通過不同濃度鮮魚腥草浸提液處理的綠豆株高和根長的化感效應指數分別在0.10～0.37和0.22～0.39，表明鮮魚腥草浸提液對綠豆株高和根長具有促進作用。通過不同濃度干魚腥草浸提液處理的綠豆株高和根長的化感效應指數分別在-1.00～-0.63和-1.16～-0.72之間，而干魚腥草浸提液處理濃度大于20%時，綠豆不長苗，表明干魚腥草浸提液濃度增大，對綠豆株高和根長的抑制越大。

圖2 鮮、干魚腥草浸提液對綠豆株高與根長的化感效應

2.5 魚腥草浸提液對綠豆葉綠素的影響

由圖3可知，通過不同濃度鮮魚腥草浸提液處理的綠豆幼苗葉片的葉綠素a和葉綠素b的含量差異不顯著，表明鮮魚腥草浸提液對綠豆葉片葉綠素沒有影響，而通過不同濃度干魚腥草浸提液處理的綠豆葉片葉綠素a和葉綠素b差異未顯著，表明干魚腥草浸提液對綠豆葉片葉綠素沒有影響。

2.6 魚腥草浸提液對綠豆超氧化物歧化酶(SOD)的影響

超氧化物歧化酶(SOD)是存在于植物體內的一類能有效的清除超氧自由基的重要酶，當植物機體內產生過多的自由基時，自由基會對植物體產生傷害，導致疾病的發生，而SOD活性維持植物體內自由基的生成和清除的動態平衡，防止機體受到損傷。由圖4可知，通過不同濃度鮮魚腥草浸提液處理的綠豆葉片的超氧化物歧化酶SOD值均顯著小于對照，其SOD值為20.52～62.47 U/g(ck為94.12 U/g)，而通過40%的濃度處理時，SOD值為20.52 U/g，通過80%的濃度處理時，SOD值反而升高為42.35 U/g。通過不同濃度干魚腥草浸提液處理的綠豆葉片的SOD值均顯著小于對照，其SOD值為18.98～67.65 U/g(ck為94.05 U/g)，并隨處理濃度增加而增加。表明魚腥草浸提液對綠豆的SOD具有抑制作用。

圖4 鮮、干魚腥草水浸液對綠豆超氧化物歧化酶(SOD)的影響

2.7 魚腥草浸提液對綠豆過氧化物酶(POD)的影響

過氧化物酶(POD)是植物防御系統中的一類活性酶，可以與SOD在植物抗氧化酶反應中協同作用共同清除植物代謝過程中產生的活性氧，保護細胞免受過氧化損傷，從而保證植物正常生長。由圖5可知，小于40%濃度的鮮魚腥草浸提液處理處理時，綠豆葉片的POD值均顯著大于對照，且呈增加趨勢，當處理濃度到80%時，POD的值(29.67 U/(g·min))顯著小于對照(34.89 U/(g·min))，不同濃度的干魚腥草浸提液處理的綠豆葉片的POD值(41.33～58.33 U/(g·min))顯著大于對照[36.09 U/(g·min)]。表明鮮魚腥草浸提液對綠豆的POD在小于40%具有促進作用，而隨著處理濃度的增大逐漸轉變成抑制作用，干魚腥草處提液對綠豆的POD具有促進作用。

圖5 鮮、干魚腥草水浸液對綠豆過氧化物酶(POD)的影響

2.8 魚腥草浸提液對綠豆丙二醛(MDA)的影響

植物器官衰老或在逆境下遭受傷害，往往發生膜脂過氧化作用，丙二醛(MDA)是膜脂過氧化作用的最終分解產物，其含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度。MDA含量在一定程度上反映了植物體內自由基的含量，即MDA越少，越能防止自由基對植物產生迅速而強烈的損傷。由圖6可知，通過小于20%濃度的鮮魚腥草浸提液處理時，綠豆的MDA含量(4.71～5.81μmol/g)小于對照(7.11μmol/g)，而大于40%濃度處理時，MDA含量(7.98～9.28μmol/g)則大于對照。不同濃度的干魚腥草浸提液處理時，綠豆的MDA含量(7.86～9.80μmol/g)均高于對照(7.06μmol/g)。表明低濃度的鮮魚腥草浸提液對綠豆MDA具有抑制作用，高濃度的鮮魚腥草浸提液對綠豆的MDA有促進作用，而干魚腥草浸提液對綠豆的MDA具有促進作用。

圖6 鮮、干魚腥草水浸液對綠豆丙二醛(MDA)的影響

3 討論與結論

3.1 魚腥草浸提液對綠豆種子，幼苗生長的化感效應

通過魚腥草浸提液對綠豆種子萌發、萌發率，幼苗出苗率、出苗指數、株高、根長及株高和根長的化感效應指數的影響，說明不同濃度的提取液對綠豆種子萌發和幼苗生長存在差異，暗示提取液中的代謝組分含量存在差異而導致種子和幼苗生長受到影響存在差異，高濃度鮮魚腥草提取液對綠豆種子萌發又有一定的抑制作用。經過自然風干后，代謝成分會發生變化，所以干魚腥草提取液與鮮魚腥草提取液對綠豆種子萌發及幼苗生長影響存在差異，因此,表現不同濃度的干魚腥草提取液對綠豆種子萌發和幼苗生長具有抑制作用，實驗結果與張福娣等報道的相一致[16]。鮮魚腥草浸提液對綠豆幼苗生物量具有促進作用，而干魚腥草浸提液對綠豆生幼苗物量具有抑制作用。暗示了魚腥草適合與綠豆進行套種。實驗結果也表明，鮮魚腥草浸提液對綠豆株高和根長具有促進作用，而干魚腥草浸提液對綠豆株高和根長具有抑制作用。也暗示了魚腥草與綠豆套種可以促進綠豆株高和根長的生長，但如果魚腥草殘體自然風干殘留在綠豆套種的地里，可能對綠豆種子萌發及幼苗生長抑制的化感作用。

3.2 魚腥草浸提液對綠豆幼苗抗氧化系統的化感效應

很多植物代謝組分對套種植物的化感作用不僅表現在種子萌發和幼苗生長上，而且影響植物的抗氧化系統。植物中的SOD是第一個在活性氧清除系統中發揮重要作用的抗氧化酶，在逆境脅迫下產生的活性氧和自由基對細胞產生危害，SOD保護細胞避免或減輕活性氧傷害。實驗顯示魚腥草浸提液對綠豆的SOD具有抑制作用，暗示魚腥草提取液抑制綠豆幼苗SOD，從而減少了對細胞的保護；在逆境條件下植物POD是酶促防御系統的關鍵酶之一，與超氧化物歧化酶、過氧化氫酶相互協調配合，清除過剩的自由基[17]，實驗顯示，鮮魚腥草提取液對綠豆的POD在小于40%具有促進作用，而隨著處理濃度的增大逐漸轉變成抑制作用，干魚腥草處提液對綠豆的POD具有促進作用，暗示了低濃度的魚腥草提取液以及干的魚腥草提取液提高了綠豆幼苗POD的活性，高濃度鮮魚腥草提取液降低了綠豆幼苗POD的活性；植物MDA是膜脂過氧化作用的最終分解產物，其含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度[18]。實驗表明，低濃度的鮮魚腥草浸提液對綠豆MDA具有抑制作用，高濃度的鮮魚腥草浸提液對綠豆的MDA有促進作用；干魚腥草處提液對綠豆的MDA具有促進作用，暗示了低濃度的魚腥草提取液可以減少綠豆幼苗細胞膜受到的傷害，而高濃度魚腥草提取液及干魚腥草提取液增加綠豆幼苗細胞膜受到的傷害。

實驗證明了魚腥草對綠豆生長具有化感效應，這為魚腥草與綠豆建立合理的種植模式提供理論依據和技術支持。