小根蒜对花生田3种主要杂草马唐、稗草和反枝苋的化感作用

张悦丽，秦立琴，高兴祥，李美，李新国，孟静静，万书波

（1.山东省农业科学院高新技术研究中心，山东 济南250100；2.山东省作物与畜禽品种改良生物技术重点实验室，山东济南250100；3.农业部黄淮海作物遗传改良与生物技术重点开放实验室，山东 济南250100；4.山东农业大学生命科学学院，山东 泰安271018；5.山东省农业科学院植物保护研究所，山东 济南250100）

花生（Arachishypogaea）是我国的重要经济作物，常年种植面积在4 000万hm2左右，每年因杂草造成的花生减产在15%左右，而目前花生田杂草防除主要依靠化学除草剂，但由此带来的环境毒性、药害问题以及杂草抗药性问题日益突出，而研究化感作用寻求高活性的化感物质进行杂草防除符合可持续农业的发展要求。化感作用是指一种植物或微生物通过产生化学物质，而对其他生物产生的直接或间接的刺激或抑制作用，目前化感作用的研究已成为森林保护、农田杂草控制、增加作物产量、促进环境可持续性发展和控制外来生物入侵的重要途径之一，因此近年来受到世界各国科学家的重视，逐步形成了一个新的研究领域［1－3］。目前，国内学者对紫茎泽兰（Eupatoriumadenophorum）、薇甘菊（Mikaniamicrantha）、黄花蒿（Artemisiaannua）、苍耳（Xanthiumsibiricum）、小飞蓬（Erigeroncanadensis）等植物［4－8］的化感作用进行了深入研究，许多化感活性物质已被或逐步被开发成除草剂，但对小根蒜（Alliummacrostemon）的化感作用未见报道。

小根蒜为百合科葱属多年生草本植物，别名小根菜、野蒜、小么菜，在我国南方、北方均有分布。小根蒜适生能力很强，常生长于山坡、草地以及蔬菜地中，也是部分地区草坪和作物田中的重要杂草，因其是多年生草本植物，具有丰富的地下鳞茎，有很强的生存竞争力。近年来对小根蒜的研究主要集中在药用植物的基础研究方面，据资料报道小根蒜提取物可以抑制血小板聚集、降低血脂、清除自由基等功能［9－12］，也具有广谱的抑菌活性，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、普通变形杆菌、枯草芽孢杆菌等细菌以及根霉、木霉、曲霉等真菌均表现良好的抑制作用［13－15］。本试验研究了小根蒜水浸提液对花生田常见杂草马唐（Digitariasanguinalis）、反枝苋（Amaranthus retroflexus）和稗草（Echinochloacrusgalli）种子萌发及幼苗生长的影响，以期能逐步揭示小根蒜的化感作用，为进一步研究和利用小根蒜次生物质提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 材料

小根蒜采自山东省济南市郊区，化感作用受体杂草种子马唐、稗草和反枝苋采自山东省农科院试验农场花生田。

1.2 浸提液的制备

于2009年8月将小根蒜全株采回，先用清水洗净泥土，室内自然晾干至发脆后，用粉碎机粉碎，过40目筛，称取一定量的粉末加入20倍（G／L）水浸泡，期间间或震荡，72 h后超声波20 min然后抽滤，即得质量浓度为0.050 0 g／m L的小根蒜水浸提液，再稀释成质量浓度为0.025 0，0.012 5 g／m L的浸提液备用。

1.3 化感活性生物测定

采用种子萌发法［16］。将蒸馏水设为对照，在培养皿（d＝9 cm）中加入10 m L不同浓度的小根蒜水浸提液，混合均匀后盖上2层滤纸，然后放入30粒杂草种子。所有处理均重复3次，放在（26±1）℃恒温箱中黑暗培养，每天调查各处理种子发芽数，96 h后分别测量杂草种子的发芽率、幼苗根长和幼苗苗高等数据。

1.4 数据统计

式中，C为对照值，T为处理值。RI表示化感作用强度大小，正值表示促进效应，负值表示抑制效应，其绝对值大小反映化感作用的强弱。

式中，Gt为处理的逐日发芽种子数，Gc为对照的逐日发芽种子数，D为相应发芽天数。

幼苗根长和苗高：从每个培养皿中随机挑选10株幼苗进行测量，取平均值。

综合效应（SE）：是指同一处理浓度对同一个受体3个测试项目（萌发率、根长、苗高）的对照抑制百分率的算术平均数。

1.5 数据分析

小根蒜水浸提液对植物种子萌发率、萌发速率影响的数据为3次测定的平均值±标准误；对幼苗生长影响的数据采用SPSS 12.0进行方差分析各参数在不同处理间的差异。

2 结果与分析

2.1 小根蒜水浸提液对3种杂草种子萌发的影响

不同浓度小根蒜水浸提液对3种杂草种子萌发均有较强的抑制作用（图1），且抑制作用的强弱受水提液浓度的变化影响较大，3种受试杂草种子中反枝苋和马唐最为敏感，稗草较不敏感。在0.050 0 g／m L水提液浓度下，反枝苋和马唐种子均不能萌发，稗草种子受水提液的影响较小，萌发率为50.00%；在0.025 0 g／m L下，反枝苋、马唐、稗草的萌发率分别为38.46%，50.00%和85.71%；在0.012 5 g／m L下，反枝苋、马唐、稗草的萌发率分别为69.23%，87.50%和92.86%。

图1 小根蒜水提液对3种杂草种子萌发的影响Fig.1 Effect of water extract from A.macrostemon on seed germination of three weeds

化感效应指数是衡量化感作用强度的重要指标，各浓度水提物对花生田3种主要杂草种子萌发的化感效应指数均不是正值（图2），所以小根蒜对这3种杂草的化感效应均为抑制作用。0.050 0 g／m L的水提液对反枝苋、马唐的化感作用最强，RI值均达到－1.0，对另一种杂草稗草的化感作用较弱，RI值为－0.5；0.025 0 g／m L和0.012 5 g／m L对稗草、马唐和反枝苋的化感作用均为依次增强，｜RI｜值分别为0.14～0.62和0.07～0.31。

在0.012 5 g／m L的小根蒜水浸提液处理下反枝苋的相对发芽速率仅为26.15%，而马唐和稗草的发芽速率分别为52.13%，92.86%；0.025 0 g／m L的小根蒜水浸提液对反枝苋、马唐种子影响最大，发芽速率分别为11.79%，25.53%，另一种杂草稗草种子的发芽速率与空白对照之间无显著性差异；在最高浓度0.050 0 g／m L处理下，所试杂草种子的发芽速率均显著降低，反枝苋、马唐的发芽速率均为0，稗草种子的发芽速率为29.59%。

在3个浓度水浸提液的处理中，反枝苋和马唐的发芽率、发芽速率对化感物质较敏感，稗草较不敏感（图3），但在同一浓度下，受体杂草种子的发芽速率敏感性略强于发芽率的敏感性，表明发芽速率可能是衡量化感作用更敏感的指标，这与前人报道的结果一致［17，18］。

图2 小根蒜水提液对3种杂草种子相对发芽率的化感效应指数的影响Fig.2 The influence of extract from A.macrostemon on the index of allelopathic effect in three weeds

图3 小根蒜水提取液对3种杂草种子相对发芽速率的影响Fig.3 Effect of water extract from A.macrostemon on relative seed germination speed of three weeds

2.2 小根蒜水浸提液对3种杂草幼苗生长的影响

在马唐、稗草和反枝苋这3种杂草中，马唐和反枝苋较为敏感，稗草所受的影响较小（表1）。0.012 5 g／m L小根蒜水浸提液对稗草根长生长影响不明显，对马唐幼苗根长的生长有显著的抑制作用，对反枝苋有极显著抑制作用；0.025 0和0.050 0 g／m L小根蒜水浸提液对反枝苋、马唐幼苗根长均有极显著抑制作用，对稗草幼苗根长的影响为显著抑制作用。

小根蒜水浸提物对杂草幼苗茎长的影响结果显示（表2），质量浓度为0.012 5 g／m L的小根蒜水浸提液对稗草、马唐幼苗茎长的影响均为显著抑制作用，对反枝苋显示出极显著抑制作用；0.025 0和0.050 0 g／m L小根蒜水浸提液对反枝苋、马唐幼苗茎长均有极显著抑制作用，对稗草幼苗茎长的影响为显著抑制作用。

结果显示（表1，2）：小根蒜水浸提液对反枝苋幼苗生长的抑制作用最强，其次为马唐，对稗草的抑制作用相对较弱；在对同一种受体植物幼苗根长和茎长的比较也可以看出，水浸提液对根长生长的影响明显强于对茎长生长的影响，在0.025 0 g／m L浓度下，对反枝苋和马唐的根长生长完全抑制，而不能完全抑制茎长的生长，这与前人研究结果一致［17，18］，这可能与幼根最先接触化感物质有关。

表1 不同含量小根蒜水浸提液对杂草幼苗根长的影响Table 1 Effect of aqueous extract of C.canadesis on root length of plants

2.3 小根蒜水浸提液对3种杂草的综合效应（SE）

不同质量浓度小根蒜水浸提液对植物影响的综合效应（SE，表3）显示，在试验所设浓度下，小根蒜水浸提液对3种受体杂草反枝苋、马唐和稗草均有较强的抑制生长作用，其中反枝苋和马唐的抑制作用较强。在试验浓度下，反枝苋和马唐受到的抑制作用较强，SE值在57.86%～100%之间，而稗草受到的影响较弱，SE值在11.11%～50.79%之间。

表2 不同含量小根蒜水浸提液对杂草幼苗茎长的影响Table 2 Effect of aqueous extract of C.canadesis on seedling height of plants

表3 不同含量小根蒜水浸提液对杂草的综合效应（SE）Table 3 Synthetic effect of aqueous extract of C.canadesis on plants（SE）

3 讨论

近年来，化感作用的研究越来越受到重视，许多化感物质已被或者逐步被开发成除草剂使用，在多枝桉（Eucalyptusviminalis）等植物油中存在的桉树脑是多种植物产生的单萜类化合物，目前用于稻田防除稗草已推广应用［19］；20世纪80年代从高粱（Sorghumvulgare）根中提取的糖甙氰酸酯和酚酸化感物质对许多阔叶和禾本科杂草有强烈的抑制生长作用，现已完成了化感物质化学结构式的人工合成并制成了Pesta制剂，对绿色狗尾草（Setariaviridis）等杂草种子的萌发抑制率达9%以上［20］。本研究结果表明，小根蒜水浸提液对花生田常见杂草马唐和反枝苋种子的发芽率、发芽速率和幼苗的生长均具有较强的抑制生长作用，对稗草的影响略小，说明小根蒜对周围植物的生长具有明显的化感作用潜力。这种化感潜力将严重影响植物对地上和地下资源的竞争能力，导致植物吸水、吸肥、争取阳光的能力降低，这也许是小根蒜具有较强竞争生存能力的原因之一，深入研究这些化感活性物质，为开发花生田新的天然除草剂提供理论基础。

植物的化感物质都是次生物质，植物产生和释放化感物质的理论基础是植物的次生代谢。植物化感物质是由酚类、类萜、含氮化合物以及聚乙炔和香豆素类次生物质。目前普遍的化感物质分类主要是4类：酚类、萜类、糖苷类及生物碱类［21，22］，其中酚类和生物碱类水溶性较强。本研究表明，对花生田杂草反枝苋、马唐发芽及生长产生较强抑制作用的物质是小根蒜水浸提液，说明小根蒜化感物质可能是水溶性强的酚类或生物碱类。

本试验所用的浸提液仅仅是小根蒜全株的粗提物，另外试验通过培养皿法进行，光、温度和水分条件保持一致，避免了自然条件下各种因素的干扰，结果虽能较好的反映小根蒜的化感作用强弱，但是在自然条件下，化感物质的释放与积累受到很多环境条件的制约，如降水量、土壤对化感物质的抑制作用等［23－29］。小根蒜化感物质的具体成分及其化感物质究竟通过什么途径抑制了植物的生长还有待进一步研究。

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