白術(shù)水浸液對(duì)種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的自毒效應(yīng)

王紅佳，薛興華，宋拉拉，李 忠，龔 寧

（1.貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550001；2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院辣椒研究所，貴州貴陽(yáng)550006；3.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550025）

白術(shù)（Atractylodesmacrocephala Koidz）為菊科蒼術(shù)屬多年生草本植物，其干燥根莖是常用的補(bǔ)益類(lèi)中藥，具有健脾益氣、止汗安胎等功效，臨床應(yīng)用廣，市場(chǎng)需求量大，但在栽培過(guò)程中發(fā)現(xiàn)白術(shù)存在嚴(yán)重的連作障礙［1－5］，植物自毒作用是連作障礙產(chǎn)生的重要因子之一。目前關(guān)于白術(shù)自毒作用的研究只有少量報(bào)道，徐建中等通過(guò)測(cè)定白術(shù)苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)判斷不同生育期白術(shù)地上部和地下部水浸液、白術(shù)根系土壤水浸液及有機(jī)溶劑浸提液、根系分泌物對(duì)白術(shù)幼苗的自毒作用［6］。本試驗(yàn)通過(guò)測(cè)定白術(shù)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的十多種相關(guān)指標(biāo)研究白術(shù)植株莖葉和根系水浸液的自毒效應(yīng)，試圖用更多的參數(shù)分析白術(shù)自毒作用機(jī)理，并利用隸屬函數(shù)消除個(gè)別指標(biāo)的片面性，對(duì)不同處理下白術(shù)長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)劣進(jìn)行綜合分析，為解決白術(shù)栽培過(guò)程中的連作障礙問(wèn)題提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2015年9月3日至10月5日在貴州師范大學(xué)花溪校區(qū)生命科學(xué)學(xué)院1505實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，白術(shù)種子購(gòu)買(mǎi)于河北安國(guó)市張步鄉(xiāng)村。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 水浸液的制備 采用隨機(jī)取樣法收集1年生白術(shù)莖葉和根系，參考馬瑞君等的水浸液制備方法［7］：將白術(shù)苗莖葉、根系剪小段，新鮮莖葉加4倍蒸餾水浸提母液，新鮮根系加5倍蒸餾水浸提母液，密封24 h后過(guò)濾，4℃保存?zhèn)溆谩⑶o葉和根系母液稀釋為2、7、12 mg／mL濃度的水浸液。

1.2.2 白術(shù)水浸液處理對(duì)白術(shù)種子萌發(fā)的影響 采用紙床法進(jìn)行生物測(cè)定，每種處理為5個(gè)培養(yǎng)皿，每皿均勻播種20粒大小均一的白術(shù)種子，分別加入不同濃度莖葉和根系水浸液，蒸餾水作對(duì)照，并定時(shí)補(bǔ)充水浸液和蒸餾水，每處理重復(fù)3次。每天觀察記錄種子的發(fā)芽情況，計(jì)算發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)：發(fā)芽率＝（發(fā)芽種子數(shù)／實(shí)驗(yàn)種子總數(shù)）×100%；發(fā)芽勢(shì)＝規(guī)定時(shí)間內(nèi)（5 d）發(fā)芽種子數(shù)／試驗(yàn)種子總數(shù)×100。萌發(fā)的白術(shù)種子中α－淀粉酶和β－淀粉酶活性的測(cè)定采用3，5－二硝基水楊酸法［8］。

1.2.3 白術(shù)水浸液處理對(duì)白術(shù)幼苗生長(zhǎng)的影響 白術(shù)幼苗生長(zhǎng)測(cè)定采用紙杯法［8］：將預(yù)萌發(fā)的種子播種在紙杯中，每處理10杯，每杯10粒，分別加入2 mL不同濃度莖葉和根系水浸液，蒸餾水作對(duì)照，并定時(shí)補(bǔ)充水浸液和蒸餾水，每處理重復(fù)3次。20 d后對(duì)幼苗進(jìn)行生長(zhǎng)測(cè)定。采用2，4－二氯苯酚比色法測(cè)定下胚軸的吲哚乙酸氧化酶（IAAO）活性［9］；采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法進(jìn)行測(cè)定根系活性［10］。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 采用SPSS 17.0和LSD（最小顯著差異法）進(jìn)行單因素分析、顯著性分析，并用隸屬函數(shù)進(jìn)行綜合分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 白術(shù)水浸液處理對(duì)白術(shù)種子萌發(fā)的影響

由表1可知，白術(shù)水浸液能降低其種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)，12 mg／mL莖葉和根系水浸液處理使白術(shù)發(fā)芽率極顯著降低，濃度7 mg／mL根系水浸液處理使發(fā)芽勢(shì)極顯著降低。表明白術(shù)水浸液對(duì)其種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)有抑制作用，且中高濃度（7～12 mg／mL）水浸液抑制作用較強(qiáng)。

除12 mg／mL白術(shù)莖葉水浸液處理外，其他水浸液處理對(duì)α－淀粉酶活性的抑制作用均達(dá)到極顯著水平，并有低濃度促進(jìn)、中高濃度抑制的效果；白術(shù)各水浸液處理均使β－淀粉酶活性發(fā)生極顯著變化，其莖葉水浸液有低濃度抑制、高濃度促進(jìn)的效果，根系水浸液處理則均有促進(jìn)效應(yīng)。

表1 白術(shù)水浸液對(duì)白術(shù)種子萌發(fā)的影響

2.2 白術(shù)水浸液處理對(duì)白術(shù)幼苗生長(zhǎng)的影響

表2 白術(shù)水浸液對(duì)白術(shù)幼苗生長(zhǎng)的影響

從表2可以看出，白術(shù)水浸液處理使其幼苗除莖葉質(zhì)量沒(méi)有顯著變化，其株高、根長(zhǎng)、根質(zhì)量、根數(shù)、下胚軸IAAO活性、根系活性和單株質(zhì)量都發(fā)生一定程度的變化。

與對(duì)照組相比，莖葉水浸液處理下白術(shù)根質(zhì)量顯著降低，IAAO活性極顯著上升；2 mg／mL處理下株高顯著降低，根長(zhǎng)、根數(shù)、根系活性顯著下降，單株質(zhì)量沒(méi)有顯著變化；7 mg／mL處理下株高、根數(shù)、單株質(zhì)量沒(méi)有顯著變化，極顯著降低白術(shù)的根長(zhǎng)和根系活性；12 mg／mL處理顯著降低單株質(zhì)量，極顯著降低株高根長(zhǎng)、根質(zhì)量、根數(shù)和根系活性。結(jié)果表明，高濃度莖葉水浸液對(duì)白術(shù)的抑制作用較大。

與對(duì)照組相比，根系水浸液處理下白術(shù)幼苗的根質(zhì)量、根數(shù)、單株質(zhì)量沒(méi)有顯著變化；2 mg／mL處理下株高顯著升高，根長(zhǎng)、IAAO活性沒(méi)有顯著變化，根系活性極顯著降低；7 mg／mL處理下株高沒(méi)有顯著變化，IAAO活性顯著升高，根長(zhǎng)極顯著降低，根系活性極顯著升高；12 mg／mL處理下株高、根長(zhǎng)、IAAO活性沒(méi)有顯著變化，根系活性極顯著升高。結(jié)果表明，白術(shù)對(duì)莖葉水浸液的生理響應(yīng)強(qiáng)于根系水浸液。

2.3 白術(shù)水浸液處理下白術(shù)種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的受害系數(shù)α值

由表3可知，白術(shù)水浸液處理使其大多數(shù)種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的α值大于0，說(shuō)明白術(shù)存在一定的自毒作用。白術(shù)種子下胚軸IAAO活性變化幅度最大，且α值均大于0，推測(cè)IAAO對(duì)白術(shù)水浸液反應(yīng)較為敏感；2 mg／mL根系水浸液使株高、根長(zhǎng)、根質(zhì)量、淀粉酶活性、單株質(zhì)量的α值小于0，說(shuō)明低濃度根系水浸液沒(méi)有產(chǎn)生自毒作用，可能產(chǎn)生積極保護(hù)作用。但白術(shù)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的各項(xiàng)指標(biāo)既有發(fā)生正向變化，也有發(fā)生負(fù)向變化，難以對(duì)白術(shù)水浸液產(chǎn)生的效應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，因此采用隸屬函數(shù)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行處理，綜合評(píng)價(jià)不同濃度莖葉和根系水浸液對(duì)白術(shù)產(chǎn)生的自毒效應(yīng)。

表3 白術(shù)水浸液處理下各指標(biāo)的α值

2.4 白術(shù)水浸液對(duì)白術(shù)種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)影響的綜合評(píng)價(jià)

各項(xiàng)指標(biāo)均從不同角度反映白術(shù)自身毒害作用的程度，但各指標(biāo)對(duì)白術(shù)影響程度不一致，難以直接對(duì)白術(shù)的影響進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，因此用隸屬函數(shù)進(jìn)行綜合分析，在綜合受害指標(biāo)D值計(jì)算時(shí)引入指標(biāo)權(quán)數(shù)，排除個(gè)別指標(biāo)的片面性［11］（表4、表5）。

表4 白術(shù)各水浸液處理各指標(biāo)的Uij值及指標(biāo)權(quán)數(shù)

表5 白術(shù)各水浸液處理各指標(biāo)的Yij值及綜合D值

由表5計(jì)算的D值可知，白術(shù)水浸液處理下白術(shù)長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)劣的綜合排序?yàn)? mg／mL根系水浸液 ＞蒸餾水（CK）＞12 mg／mL根系水浸液 ＞7 mg／mL根系水浸液 ＞7 mg／mL莖葉水浸液＞2 mg／mL莖葉水浸液＞12 mg／mL莖葉水浸液。由上述D值排序可見(jiàn)，莖葉水浸液的毒害作用＞根系水浸液的毒害作用，其中12 mg／mL莖葉水浸液的毒害作用最大；除2 mg／mL根系水浸液處理的D值大于對(duì)照外，其余各處理D值均小于對(duì)照。說(shuō)明白術(shù)莖葉水浸液和高濃度的根系水浸液對(duì)自身有一定的毒害作用，推測(cè)低濃度的根系水浸液可以誘導(dǎo)自身發(fā)揮保護(hù)作用，或者產(chǎn)生的毒害物質(zhì)沒(méi)有達(dá)到自毒作用的臨界濃度。

3 討論與結(jié)論

自毒作用指植物通過(guò)向環(huán)境中釋放化學(xué)物質(zhì)對(duì)同種植物產(chǎn)生直接或間接的有害作用，是一種特殊的化感作用［12］。測(cè)定種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)是研究化感和自毒作用常用的生物測(cè)定方法［13－17］。本研究測(cè)定了發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、株高、根長(zhǎng)、根數(shù)、根質(zhì)量、莖葉質(zhì)量、單株質(zhì)量、α－淀粉酶活性、β－淀粉酶活性、下胚軸IAAO活性、根系活性12項(xiàng)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)這些指標(biāo)既有正向變化也發(fā)生負(fù)向變化，難以全面準(zhǔn)確判斷白術(shù)水浸液對(duì)自身毒害作用程度，因此利用隸屬函數(shù)綜合分析白術(shù)的自毒效應(yīng)，用表述長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)劣的D值進(jìn)行排序。本研究D值排序?yàn)?mg／mL根系水浸液＞蒸餾水（CK）＞12mg／mL根系水浸液 ＞7 mg／mL根系水浸液 ＞7 mg／mL莖葉水浸液 ＞2 mg／mL莖葉水浸液 ＞12 mg／mL莖葉水浸液。除2 mg／mL根系水浸液處理的D值大于對(duì)照，其余各處理值均小于對(duì)照，說(shuō)明白術(shù)莖葉水浸液和中高濃度的根系水浸液處理對(duì)白術(shù)種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)有抑制作用，存在一定的自毒效應(yīng)；低濃度根系水浸液處理對(duì)白術(shù)種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)表現(xiàn)出促進(jìn)作用，即高抑制、低促進(jìn)濃度效應(yīng)，類(lèi)似植物生長(zhǎng)素的“兩重性”［18］。這與前人在當(dāng)歸［19］、黃芪［20］、苜蓿［21－23］等研究結(jié)果一致，但也有一些作物研究結(jié)果不同，如王廣印等研究辣椒植株水浸液對(duì)辣椒種子萌發(fā)自毒作用發(fā)現(xiàn)辣椒具有自毒作用，且隨水浸液濃度增大作用增強(qiáng)，但沒(méi)表現(xiàn)出有高抑制、低促進(jìn)效應(yīng)［24］。推測(cè)白術(shù)低濃度根系水浸液產(chǎn)生的毒害作用沒(méi)有達(dá)到產(chǎn)生自毒作用的臨界濃度，在白術(shù)自身可調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)，并積極誘導(dǎo)了自我保護(hù)作用。

植物不同器官浸提液產(chǎn)生自毒效應(yīng)的程度不同［25－28］。本研究表明，濃度相同時(shí)，白術(shù)不同部位水浸液產(chǎn)生的自毒效果不同，即白術(shù)莖葉水浸液的自毒作用大于根系水浸液的自毒作用，這與徐建中研究的結(jié)果［6］類(lèi)似。榮思川等在紫花苜蓿自毒效應(yīng)研究中也發(fā)現(xiàn)葉和莖浸提液對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的自毒效果大于根浸提液［23］。馬瑞君等通過(guò)不同發(fā)育期地上部和根部水浸液對(duì)其種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)進(jìn)行自毒作用研究也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)歸地上部綜合自毒效應(yīng)強(qiáng)于根部［7］。張新慧等發(fā)現(xiàn)，蒙古黃芪植株不同部位水浸液自毒效應(yīng)是莖＞葉＞根［20］。也有結(jié)果顯示，地黃［29］、馬鈴薯［25］根系自毒作用大于葉。還有結(jié)果表明，藿香不同部位水浸提液對(duì)其幼苗的自毒作用強(qiáng)弱為葉＞根＞莖［26］。說(shuō)明自毒效應(yīng)與植物種類(lèi)、植物不同部位以及自毒物質(zhì)濃度有關(guān)。本研究結(jié)果表明，白術(shù)莖葉自毒效應(yīng)大于根系，自然栽培條件下，白術(shù)莖葉水溶性自毒物質(zhì)很可能通過(guò)雨水、噴霧等方式淋溶浸入土壤并產(chǎn)生自毒作用。建議在白術(shù)栽培過(guò)程中采用根系滴管灌溉方式，設(shè)置合理的排水措施，及時(shí)清理殘根落葉，從而減少白術(shù)的自毒作用，緩解白術(shù)的連作障礙。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉英慧，趙來(lái)順.白術(shù)根腐病研究初報(bào)［J］.中草藥，1990（6）：32－33.

［2］楊 潔，方成武.中藥白術(shù)的質(zhì)量研究現(xiàn)狀與展望［J］.中國(guó)當(dāng)代醫(yī)藥，2010，17（1）：5－7.

［3］潘秋祥，潘顯能，袁伯新，等.“連作”生物有機(jī)肥在白術(shù)重茬中的應(yīng)用效果［J］.河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，12（5）：57，59.

［4］徐建中，孫乙銘，王志安，等.白術(shù)—玉米輪作對(duì)白術(shù)植株生長(zhǎng)及產(chǎn)量影響研究［J］.中國(guó)現(xiàn)代中藥，2012，14（2）：40－42.

［5］Song R，Deng K，Zhu X Q，et al.Analysis of the causes of continuous cropping obstacles for Atractylodes macrocephala Koidz in Pingjiang County and its control methods［J］. Agricultural Science ＆Technology，2015，16（3）：462－466.

［6］徐建中，王志安，孫乙銘，等.白術(shù)自毒作用研究［J］.中國(guó)現(xiàn)代中藥，2011，13（11）：25－27，48.

［7］馬瑞君，惠繼瑞，朱 慧，等.當(dāng)歸營(yíng)養(yǎng)期的化感作用［J］.中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，16（6）：1483－1488.

［8］李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2000：169－172.

［9］劉 萍，李明軍.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2007：144－147.

［10］張志良.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)［M］.北京：高等教育出版社，1990：59－64.

［11］周廣生，周竹青，朱旭彤.用隸屬函數(shù)法評(píng)價(jià)小麥的耐濕性［J］.麥類(lèi)作物學(xué)報(bào)，2001，21（4）：34－37.

［12］王 強(qiáng)，阮 曉，李兆慧，等.植物自毒作用及針葉林自毒研究進(jìn)展［J］.林業(yè)科學(xué)，2007，43（6）：134－142.

［13］黎韻琪，李 明，唐 ，等.穿心蓮營(yíng)養(yǎng)體的化感自毒作用研究［J］.北方園藝，2014（21）：157－160.

［14］楊瑞秀.甜瓜根系自毒物質(zhì)在連作障礙中的化感作用及緩解機(jī)制研究［D］.沈陽(yáng)：沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014：19－21.

［15］吳 娜.入侵植物加拿大一枝黃花根系活性物質(zhì)的化感效應(yīng)及其機(jī)理研究［D］.鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2016：12－14.

［16］許可成.麻花秦艽化感作用及其抗氧化活性的研究［D］.蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014：18－21.

［17］鮑紅春.沙芥化感作用的研究［D］.呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015：18－19.

［18］李主平.生長(zhǎng)素生理作用的“低濃度”與“高濃度”的界定［J］.生物學(xué)教學(xué)，2009，34（9）：47.

［19］Zhang X H，Zhang E H，F(xiàn)u X Y，et al.Autotoxic effects of Angelica sinensis（Oliv.）Diels［J］.Allelopathy Journal，2010，26（1）：1－11.

［20］張新慧，郎多勇，陳 靖，等.蒙古黃芪植株水浸液的自毒作用研究［J］.中藥材，2014，37（2）：187－191.

［21］袁 莉，魯為華，于 磊.紫花苜蓿生長(zhǎng)前期各部位提取液對(duì)種子萌發(fā)的自毒作用［J］.中國(guó)草地學(xué)報(bào)，2007，29（5）：111－114.

［22］寇建村，楊文權(quán)，馮桂麗，等.不同苜蓿品種根、莖、葉水提液化感作用研究［J］.草地學(xué)報(bào)，2008，16（1）：70－75.

［23］榮思川，王美寧，向素梅，等.不同紫花苜蓿品種植株浸提液對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的自毒效應(yīng)［J］.草原與草坪，2016，36（4）：6－15.

［24］王廣印，韓世棟，謝玉會(huì)，等.辣椒植株水浸液對(duì)辣椒和番茄種子萌發(fā)的自毒作用［J］.華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2009，24（3）：123－127.

［25］萬(wàn)年鑫，袁繼超，何 衛(wèi)，等.馬鈴薯不同器官浸提液的自毒作用［J］.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2016，42（4）：411－418.

［26］薛 啟，王康才，梁永富，等.藿香不同部位浸提液對(duì)其種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的化感作用［J］.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，40（4）：611－617.

［27］馬紅梅，趙培芳.靈芝連作障礙下的自毒作用［J］.北方園藝，2016（6）：133－136.

［28］周秀梅，王玉杰，李保印，等.木香薷水浸液對(duì)其種子萌發(fā)的自化感效應(yīng)［J］.北方園藝，2016（15）：62－66.

［29］劉紅彥，王 飛，王永平，等.地黃連作障礙因素及解除措施研究［J］.華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2006，21（4）：131－132.