唐明明 董 楠 梁增輝 張?zhí)旌?李淑梅*
(1信陽(yáng)農(nóng)林學(xué)院農(nóng)學(xué)院/信陽(yáng)市小麥栽培與生理生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南信陽(yáng) 464000;2信陽(yáng)農(nóng)林學(xué)院林學(xué)院,河南信陽(yáng) 464000)
植物化感,即植物化學(xué)他感作用,植物可以通過(guò)產(chǎn)生特定的化學(xué)物質(zhì)來(lái)刺激或抑制其他植物的生長(zhǎng)。這種植物相互作用的方式對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的影響[1]?;形镔|(zhì)主要通過(guò)根系分泌、植物殘?bào)w分解、揮發(fā)、淋溶等方式[2]釋放到環(huán)境中去,從而影響周圍其他植物的生長(zhǎng)。
近幾年,利用植物的化感作用來(lái)進(jìn)行雜草的生物防除成為防除雜草領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。芳香類植物是一類具有大量次生代謝產(chǎn)物的植物類群,可以通過(guò)空氣揮發(fā)、雨水淋溶、植株殘?bào)w分解的方式來(lái)改變伴生物種的生長(zhǎng)微環(huán)境,實(shí)現(xiàn)對(duì)種子萌發(fā)或生長(zhǎng)的抑制。目前,已開展了較多試驗(yàn)來(lái)研究不同種類芳香類植物的化感效應(yīng),以此作為防除雜草的主要途徑。如銀葉鼠尾草產(chǎn)生揮發(fā)性萜類物質(zhì)抑制周圍雜草生長(zhǎng)[3],亞洲百里香莖葉水浸液顯著抑制狗尾草的萌發(fā)和生長(zhǎng)[4],牛至、香蜂花的粉末覆蓋物能夠抑制田間雜草馬齒莧、蒺藜、灰菜的生物發(fā)生量。植物的化感物質(zhì)通常是植物的次生代謝物,毒性低、效率高、易分解,基本上不會(huì)對(duì)環(huán)境和人體造成傷害[3]。羅勒為唇形科羅勒屬一年生草本芳香植物[5],是一種既具有食用和藥用價(jià)值又具有觀賞價(jià)值的芳香植物,原產(chǎn)于亞洲熱帶地區(qū),品種有甜羅勒、紫葉羅勒、肉桂羅勒、檸檬羅勒及非洲藍(lán)羅勒等[6]。研究表明,羅勒浸提液對(duì)青麻、灰菜和矢車菊的生長(zhǎng)具有抑制作用[7],具有開發(fā)新型生物除草劑的潛力。姜男等[8]開展了芳香植物浸提液對(duì)雜草種子萌發(fā)的化感抵制試驗(yàn),結(jié)果顯示,羅勒浸提液對(duì)雜草有明顯的抑制作用。本試驗(yàn)選用羅勒作為材料,探究芳香類植物的化感作用對(duì)雜草的抑制作用以及對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)的影響,以期為生物源除草劑的研制提供試驗(yàn)基礎(chǔ)。
羅勒購(gòu)自網(wǎng)上并經(jīng)鑒定合格。購(gòu)買回來(lái)后對(duì)羅勒表面的泥土和雜物進(jìn)行清除,然后放置于陰涼處陰干備用。小麥品種為白麥207。
采用水浸提取法提取羅勒浸提液,設(shè)置0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5% 5 個(gè)質(zhì)量濃度梯度。用不同濃度的羅勒浸提液處理小麥種子,每種濃度的處理進(jìn)行3次重復(fù),每次重復(fù)50粒種子,以蒸餾水作為對(duì)照。將被處理過(guò)的種子置于25 ℃培養(yǎng)箱中進(jìn)行12 h光照、12 h黑暗交替培養(yǎng),發(fā)芽過(guò)程中適當(dāng)補(bǔ)充對(duì)應(yīng)處理液以保持相對(duì)濕度,每天定時(shí)定量加入相應(yīng)濃度的浸提液保持種子的生長(zhǎng)需求。培養(yǎng)7 d后,每個(gè)重復(fù)各隨機(jī)選擇10株幼苗進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。
1.3.1SOD 活性值測(cè)定采用淡藍(lán)四唑(NBT)法[9]。取0.05 mol/L 的PBS(pH 7.8)1.50 mL 放入10.00 mL的離心管中,分別依次加入蒸餾水0.25 mL、核黃素0.30 mL、Met 0.30 mL、NBT 0.30 mL、EDTANa20.30 mL,一共2.95 mL;向其中2個(gè)離心管中加入0.05 mL(V1)PBS(pH 7.8),一支離心管放入暗室(A1),另一支進(jìn)行光照(A2);向其余的離心管中加入0.05 mL(V1)的原始純酶溶液(A3),并進(jìn)行光照(時(shí)間15~20 min、溫度25~30 ℃、功率15 W 熒光燈);當(dāng)溶液由透明變成藍(lán)色后停止光照。然后在560 nm 波長(zhǎng)下測(cè)定。用(A1)對(duì)分光光度計(jì)進(jìn)行調(diào)零校正,A2為試驗(yàn)對(duì)照,根據(jù)以下公式計(jì)算。
1.3.2POD 活性值測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定POD 活性[9]。取5.00 mL(V)PBS(pH6.0)加入28 uL愈創(chuàng)木酚,然后水浴加熱攪拌加速充分溶解,等冷卻到室溫25 ℃后,加入0.019 mL 30%的H2O2,均勻混合后放置在棕色瓶中(避光),保存在冰箱中(溫度4 ℃)備用;取2 只石英比色皿,一只比色皿加入2.95 mL反應(yīng)液和0.05 mL(V1)原酶液,另一只比色皿中加入2.95 mL 反應(yīng)液和0.05 mL(V1)PBS(pH 6.0)作為對(duì)照;在470 nm波長(zhǎng)下測(cè)定3 min(t),時(shí)間間隔為20 s/次,根據(jù)以下公式計(jì)算。
式(2)中:ΔA470為3 min內(nèi)吸光度的變化。
1.3.3地上部生物量測(cè)定用尺子測(cè)量每株小麥幼苗的高度,尺子的精度為1 mm;秤完鮮重后,將其置于烘箱中150 ℃殺青30 min,再將溫度切換到75 ℃下直到恒重后稱取干重。
使用Excel 2010 進(jìn)行作圖和作表,利用SPSS 23.0軟件對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析。
隨著羅勒浸提液濃度升高,小麥苗高的生長(zhǎng)呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)(圖1)。與清水對(duì)照處理相比,2.5%的羅勒浸提液顯著降低了小麥苗高34.3%(P<0.05);0.5%和1.0%低濃度的羅勒浸提液對(duì)小麥苗高有促進(jìn)作用但差異不顯著;1.5%和2.0%的羅勒浸提液處理下小麥苗高雖有降低趨勢(shì)但與對(duì)照差異不顯著。1.0%羅勒浸提液處理下小麥苗高顯著高于1.5%、2.0%和2.5%羅勒浸提液處理的小麥苗高,分別提高了25.1%、42.7%和64.2%(P<0.05)。
圖1 不同濃度羅勒浸提液對(duì)小麥苗高的影響
低濃度的羅勒浸提液能夠促進(jìn)小麥幼苗的鮮重積累(圖2)。與清水對(duì)照處理相比,0.5%、1.0%和1.5%的羅勒浸提液處理小麥種子,對(duì)小麥苗鮮重積累產(chǎn)生促進(jìn)作用,尤其是1.0%羅勒浸提液處理下的小麥幼苗鮮重達(dá)到最大值,顯著增加了36.1%(P<0.05);2.0%和2.5%羅勒浸提液對(duì)小麥幼苗鮮重積累產(chǎn)生了抑制作用,但無(wú)明顯差異。1.0%羅勒浸提液處理的小麥幼苗鮮重顯著高于2.0%和2.5%羅勒浸提液處理的小麥幼苗鮮重,分別提高了53.3%和78.3%(P<0.05)。
圖2 不同濃度羅勒浸提液對(duì)小麥苗鮮重的影響
高濃度的羅勒浸提液會(huì)抑制小麥幼苗的干重積累(圖3)。與清水處理相比,2.0%和2.5%羅勒浸提液顯著抑制小麥苗干重,抑制效果分別達(dá)到27.6%和48.6%(P<0.05);而0.5%、1.0%和1.5%濃度的羅勒浸提液對(duì)小麥幼苗干重?zé)o顯著性影響。與2.0%羅勒浸提液處理相比,2.5%羅勒浸提液處理下小麥幼苗干重顯著降低了29.1%(P<0.05)。
圖3 不同濃度羅勒浸提液處理對(duì)小麥苗干重的影響
隨著羅勒浸提液濃度升高,小麥幼苗POD 活性呈現(xiàn)先減弱后增強(qiáng)的趨勢(shì)(圖4)。0.5%、1.0%、1.5%羅勒浸提液處理小麥幼苗的POD 活性,與清水處理相比分別下降了16.0%、44.8%和33.6%;2.0%和2.5%羅勒浸提液處理小麥幼苗的POD 活性值分別提升了22.4%和12.8%。與1.0%羅勒浸提液處理相比,2%羅勒浸提液處理下小麥幼苗的POD活性顯著增加121.7%(P<0.05)。
隨著羅勒浸提液濃度升高,小麥幼苗SOD 活性呈現(xiàn)先降低再升高趨勢(shì)(圖5)。與清水處理相比,0.5%和1.0%羅勒浸提液處理小麥幼苗的SOD 活性分別降低了45.6%和46.4%,差異不顯著;1.5%的羅勒浸提液處理小麥幼苗的SOD 活性值增加了46.5%,無(wú)明顯差異;2.0%和2.5%羅勒浸提液處理小麥幼苗的SOD 活性顯著提高了249.6%和270.0%(P<0.05)。
圖5 不同濃度羅勒浸提液對(duì)SOD活性的影響
不同濃度的羅勒浸提液對(duì)小麥幼苗的苗高、鮮重和干重表現(xiàn)為“低促高抑”效應(yīng),其中0.5%和1.0%羅勒浸提液對(duì)小麥地上部生物量具有化感促進(jìn)作用,且1.0%的羅勒浸提液的化感促進(jìn)作用最明顯。1.5%、2.0%和2.5%羅勒浸提液對(duì)小麥地上部生物量有不同程度的抑制作用,其中2.5%羅勒浸提液具有最明顯的化感抑制作用,這與前人的研究結(jié)果一致[3,10]。
不同濃度的羅勒浸提液對(duì)小麥幼苗中SOD、POD 活性的影響表現(xiàn)出低濃度下降,高濃度上升的特點(diǎn)。在1.0%羅勒浸提液處理下,小麥幼苗中SOD和POD 的活性均達(dá)到最弱,當(dāng)羅勒浸提液濃度開始逐漸增加后,SOD 和POD 活性也隨之不斷增強(qiáng)。在植物中存在一些化感物質(zhì)會(huì)破壞細(xì)胞膜功能,可能會(huì)影響受體植物的保護(hù)酶,導(dǎo)致活性氧的增加[10-11]。因此,可以推測(cè)羅勒浸體液中可能存在一些多酚類化合物,低濃度時(shí)影響小麥幼苗生長(zhǎng)過(guò)程中活性氧的產(chǎn)生與消除,導(dǎo)致小麥幼苗中的SOD和POD活性下降;高濃度時(shí)小麥幼苗體內(nèi)的保護(hù)酶活性受到了影響,致使小麥幼苗中活性氧增加,為了保護(hù)自身不受危害,小麥幼苗中的SOD和POD活性升高。這一點(diǎn)還需要進(jìn)一步研究。