不同濃度香豆素水溶液對黑麥草幼苗的影響

趙潤晨，徐軍，王婧怡，袁中旭，李琰，鄔彩霞

（江蘇省揚州大學動物科學與技術學院 揚州市 225009）

我國是農業大國，每年會使用大量的化學試劑防治雜草。近年來，環境問題日益受到人們關注，生物除草劑的應用可有效緩解化學農藥造成的環境問題。一些化感物質的作用方式和作用效果和市面上的化學除草劑十分相似，這使得它們有可能在將來成為新的雜草管理的重要手段。近年來，許多科研工作者開展了這方面的研究。王海斌等[1]連續3 a的田間試驗發現不同的化感水稻田間的抑草效果85%～92%，雖然相比于用化學除草的產量下降，但產品質量顯著提高，成本也大大降低；蠶豆（Vicia faba）植株浸提液能抑制白三葉（Trifolium repens）、紫花苜蓿（Medicago sativa）以及多花黑麥草的發芽和生長[2]；在田間噴灑芥菜（Brassica juncea）的水提物能夠顯著抑制多種雜草的生長[3]。

黃花草木樨（Melilotus officinalis）是抗逆性很強的豆科牧草，主要分布于東北、華北、西北、西藏、四川及長江流域以南的各個省份，具有很強的化感作用。汪之波[4]等用黃花草木樨水浸提液處理蒲公英（Taraxacum mongolicum）、馬齒莧（Portulaca oleracea）及巴天酸膜（Rumex patien-tia） 3種雜草，發現對這3種雜草種子的萌發和萌發后根苗的生長有顯著影響；本課題組的前期研究[5]表明，黃花草木樨水浸提液能夠顯著抑制藜（Chenopodium album）、籽粒莧（Amaranthus hypochondriacus）、車前草 （Plantago asiatica）、稗草（Echinochloa crus-galli）以及山苦荬（Ixeris chinensis）等種子的萌發和幼苗的生長；春、秋季在田間施用黃花草木樨干草粉，發現單位面積雜草數量顯著降低，驗證了黃花草木樨田間抑草效果。本課題組的前期研究還發現，黃花草木樨的主效化感物質為香豆素[6]。

香豆素作為重要的化感物質擁有很大的化感抑草潛力，是雜草防治的重要研究方向，但目前關于香豆素化感作用的研究主要停留于室內生物檢測法。為了貼近生產實踐，本次采用盆栽實驗，為開發香豆素新型生物除草劑提供一些理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

標準品香豆素購于SIGMA公司。多花黑麥草種子購于百綠集團。盆栽土壤為0～20 cm的表層耕作土壤，采集于揚州大學實驗田。栽培容器是直徑25 cm、高16.5 cm的塑料花盆。

1.2 試驗方法

本實驗在揚州大學玻璃溫室中進行，將多花黑麥草種子播于塑料花盆中，每盆土質量為3.5 kg。多花黑麥草出土15 d后向土壤均勻澆灌不同濃度香豆素溶液，濃度分別為100 mg/kg、200 mg/kg、500 mg/kg、1 000 mg/kg和2 000 mg/kg（香豆素質量/土壤質量）。處理20 d后采集樣品測定各項指標。

1.3 相關指標測定

（1）植株全長：各處理隨機取10株完整的多花黑麥草，測定從根基部到植株頂端，每個處理設3次重復[7]。

（2）鮮重：各處理隨機取10株完整的多花黑麥草，將根系洗凈，用濾紙吸干根系表面的水分后稱量，每個處理設3次重復[7]。

（3）干重：將上述植株稱完后放入干燥箱在105℃條件下殺青0.5 h，并于75℃條件下烘干至恒重，每個處理設3次重復[7]。

（4）葉綠素：采用95%乙醇浸提法[8]提取，用分光光度計測定葉片葉綠素含量。

（5）可溶性糖：采用蒽酮比色法[7]測定多花黑麥草中可溶性糖（SS）的含量。

（6）脯氨酸：采用茚三酮比色法[7]測定多花黑麥草中脯氨酸（PRO）的含量。

（7）丙二醛：采用硫代巴比妥酸法[9]測定多花黑麥草中丙二醛（MDA）的含量。

1.4 數據統計與分析

實驗原始數據的處理采用Excel軟件完成，差異顯著性分析采用SPSS19軟件完成。

2 結果和分析

2.1 香豆素水溶液對多花黑麥草致死率的影響

從圖1可以看出，100 mg/kg的致死率為14.29%，200 mg/kg的致死率為34.41%，500 mg/kg的致死率為54.19%，1 000 mg/kg的致死率為74.31%，2 000 mg/kg的致死率為83.81%。致死率隨著香豆素濃度的升高而逐漸增加。

圖1 香豆素水溶液處理下多花黑麥草致死率的變化

2.2 香豆素水溶液對多花黑麥草植株全長的影響

從圖2可以看出，不同濃度香豆素水溶液處理多花黑麥草幼苗后，其長度均隨著處理濃度的升高而減小，且長度均與對照組有顯著性差異（P＜0.05）。0～200 mg/kg濃度處理下長度植株長度顯著性下降（P＜0.05），200～2 000 mg/kg濃度處理下長度雖下降，但差異不顯著（P＞0.05）。

圖2 香豆素水溶液處理下多花黑麥草植物株長的變化

2.3 香豆素水溶液對多花黑麥草植株鮮重、干重的影響

從圖3可以看出，不同濃度香豆素水溶液處理多花黑麥草幼苗后，其鮮重、干重均隨著處理濃度的升高而減小，且均顯著低于對照組（P＜0.05）。鮮重在100～1 000 mg/kg濃度范圍內不存在顯著性差異（P＞0.05），但該濃度區間處理顯著低于對照，顯著高于2 000 mg/kg濃度處理（P＜0.05）；干重在100～500 mg/kg濃度范圍內不存在顯著性差異（P＞0.05），但該濃度區間處理顯著高于1 000 mg/kg和2 000 mg/kg濃度處理。

圖3 香豆素水溶液處理下多花黑麥草鮮重、干重的變化

2.4 香豆素水溶液對多花黑麥草植株葉綠素的影響

從圖4可以看出，不同濃度香豆素水溶液處理多花黑麥草幼苗后，葉綠素含量隨濃度升高呈下降趨勢，低濃度（100 mg/kg、200 mg/kg） 葉綠素含量與對照的差異不顯著（P＞0.05），在中、高濃度（500 mg/kg、1 000 mg/kg、2 000 mg/kg）處理下葉綠素含量顯著降低（P＜0.05）。

圖4 香豆素水溶液處理下多花黑麥草葉綠素含量的變化

2.5 香豆素水溶液對多花黑麥草植株可溶性糖（SS）的影響

從圖5可以看出，不同濃度香豆素水溶液處理多花黑麥草幼苗后，SS含量呈先升高后降低趨勢，低、中濃度（100 mg/kg、200 mg/kg、500 mg/kg）處理下，SS含量與對照組差異顯著（P＜0.05），高濃度（1000mg/kg、2000 mg/kg）處理下與對照差異不顯著。其中，100mg/kg濃度處理下SS含量達到最大值。

圖5 香豆素水溶液處理下多花黑麥草可溶性糖含量的變化

2.6 香豆素水溶液對多花黑麥草植株脯氨酸（PRO）的影響

從圖6可以看出，不同濃度香豆素水溶液處理多花黑麥草幼苗后，脯氨酸（PRO）含量均高于對照，其中，低、中濃度（100 mg/kg、200 mg/kg、500 mg/kg）處理與對照有顯著性差異（P＜0.05）。在200 mg/kg濃度處理下，脯氨酸含量達到最大值，而后濃度越高其含量越低。

圖6 香豆素水溶液處理下多花黑麥草PRO含量的變化

2.7 香豆素水溶液對多花黑麥草植株丙二醛（MDA）的影響

從圖7可以看出，不同濃度香豆素水溶液處理多花黑麥草幼苗后，MDA含量整體隨濃度增加呈升高趨勢，中、低濃度（100 mg/kg、200 mg/kg）處理組之間差異不顯著（P＞0.05），中、高濃度（1 000 mg/kg、2 000 mg/kg）處理組之間也不存在顯著性差異（P＞0.05）。與對照組相比，低濃度處理組顯著高于對照組（P＜0.05），與高濃度組相比，低濃度組顯著低于高濃度處理組（P＜0.05）。

圖7 香豆素水溶液處理下多花黑麥草MDA含量的變化

3 結論與討論

本實驗結果表明，在香豆素水溶液處理下，多花黑麥草幼苗根基部呈暗黃色且易斷，葉尖枯黃，隨著濃度的升高，葉片顏色加深，葉基部和葉尖壞死，致死率也逐漸升高，尤其施用中、高濃度時，致死率達到50%以上。可見香豆素對多花黑麥草的作用是由根基部和葉尖向葉片中間擴展，最終葉間部位壞死，植株死亡。植物在逆境脅迫下，碳同化量減少、滲透調節能耗和維持生長能耗增加，使得植株生長量和積累量減少[10]。各個香豆素水溶液均顯著抑制了多花黑麥草的長度、鮮重和干重，這與周珩[11]等研究結果一致。

葉綠素是植物體進行光合作用的重要物質保障，葉綠素的合成是經歷一系列生理生化反應后的重要產物。植物在外界脅迫下，其內部的代謝反應過程會發生改變，光合色素的正常合成也會受到影響，植物組織內部葉綠素的含量也隨之變化。因此，植物體組織中葉綠素含量的高低是判斷植物體生長發育狀況的重要指標[12]。很多實驗表明逆境脅迫會打破植物正常的新陳代謝，導致葉綠素含量下降[13-14]。本實驗結果表明，香豆素水溶液顯著影響了多花黑麥草葉綠素的含量，也證實上述結論。在低濃度條件下，多花黑麥草幼苗具有一定的耐受力，葉綠素含量與對照差異不顯著，當濃度達到500 mg/kg時，葉綠素含量極顯著下降。這可能有三方面的原因：一是香豆素脅迫引起植物體內活性氧的增加，直接破壞了葉綠素分子；二是香豆素導致葉綠素酶活性增強，一定程度上使得葉綠素的分解速度加快；三是香豆素使與葉綠素相關的作用酶受到抑制作用或其中間產物合成減少[15]。

丙二醛（MDA）是膜質過氧化產物，其含量水平表示脂質過氧化程度和膜系統在相應的條件下受到傷害的程度。可溶性糖（SS）和游離脯氨酸（PRO）是植物體內的滲透調節物質，當植物遭受脅迫時，SS和PRO的含量會發生改變。因此，當MDA、SS以及PRO含量出現變化時，表明植物體內膜系統受到一定程度的破壞，植物的代謝系統也會出現紊亂[16]。許多研究表明，植物可通過提高體內SS和PRO含量來抵御逆境脅迫[17-18]。本實驗中，在低濃度香豆素水溶液處理下，多花黑麥草體內SS和PRO含量升高，分別于100 mg/kg和200 mg/kg達到最大值，后隨濃度升高不斷降低，說明多花黑麥草在低濃度處理下具有一定的抵御能力，但中、高濃度處理時，香豆素會破壞這種條件機制，導致SS和PRO含量降低。劉成[19]研究發現，加拿大一枝黃花在蘆葦葉水浸提液處理的過程中，丙二醛含量與蘆葦葉浸提液濃度呈正相關，即其含量的變化隨著濃度的增加而變高。本實驗得出了相似的結果，反映出香豆素使多花黑麥草細胞膜脂質發生過氧化作用，造成MDA含量增加，尤其是中、高濃度處理。