香根草地上部分水浸液对几种植物种子萌发和幼苗生长的影响

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(1.贵州大学动物科学学院，　贵阳 550025；2.贵州大学山地植物资源保护与种质创新省部共建教育部重点实验室，　贵阳 550025)

香根草(VetiveriazizanioidesL.)是禾本科岩兰属多年丛生的草本植物，它具有耐强酸、强碱、重金属、贫瘠等性能，生长繁殖快，根系发达，生长年限长，能适应各种土壤环境。有研究表明，香根草对土壤改良、重金属以及其他污染物的生态恢复有显著作用[1]。香根草根茎叶中含有大量的挥发性物质，其中存在较多萜类物质，而萜类物质是常见的化感物质[2]，常常通过淋溶、分泌、挥发和植物残体分解等途径进入植物生长环境[3-4]，进而影响周围的植物生长。也有研究表明，香根草根中含有的“香气”挥发性物质可能也是化感作用的源头[5]。由此可见，香根草存在化感作用的潜力。郑珉姣[6]对香根草化感作用的研究表明，香根草地上部分浸提液中所含的一些化感物质会对受体植物的生长造成一定的影响，例如香根草地上部分浸提液所含的水杨酸，会影响钾离子的吸收，从而影响植物幼苗的生长。但是目前对于香根草的研究大多集中在其对基质的改良作用和矿山植被恢复方面，而对于香根草化感作用的研究相对较少。

本研究选取生长于煤矸石山上的香根草地上部分为供体材料，以一年生黑麦草(LoliummultiflorumL.)、空心菜(IpomoeaaquaticaF.)和白芸豆(PhaseolusvulgarisL.)为受体材料，研究不同浓度香根草地上部分水浸提液对3种受体植物种子的萌发和幼苗生长的影响，旨在提高对香根草化感作用的认识，了解其对周围其他植物生长的影响，为种植香根草改良后的煤矸石山基质复垦提供理论参考。

1　材料与方法

1.1　试验材料

以2016年3月底采集的香根草地上部分为供体材料，以一年生黑麦草、空心菜和白芸豆为受体植物。3种受体植物均为贵州草地畜牧业和循环农业发展的常见种。供试植物种子均购买于市场。试验前进行过受体植物种子萌发预实验，发芽率均在80%以上。

1.2　试验方法

1.2.1香根草地上部分浸提液的制备

将在野外采集的香根草地上部分自然风干后，剪成长1～2 cm的小段。称取剪成段的香根草地上部分75 g，加入1 500 mL蒸馏水浸泡48 h，双层纱布过滤后即得浓度为50 g/L的香根草地上部分浸提液，放入冰箱中冷藏备用[8]。试验时取母液用蒸馏水稀释成相应浓度，分别是母液原液(50 g/L)、1∶3(12.5 g/L)、1∶7(6.25 g/L)。

表1香根草地上部分水浸提液对3种植物幼苗生长的影响

作物浸提液浓度(g/L)发芽率(%)发芽势(%)根长(cm)苗高(cm)一年生黑麦草ck96.33±1.53a96.33±1.53a6.59±0.77a12.25±0.49a6.2598.00±2.00a97.33±1.15a6.09±0.45a11.43±0.42b12.599.33±1.15a98.00±2.00a5.91±0.26a11.25±0.30b5097.33±1.15a96.00±2.00a4.68±0.88b11.13±0.40b白芸豆ck99.33±1.15a99.33±1.15a7.75±0.66b23.25±0.88b6.2599.00±1.73a96.00±1.73ab7.92±0.78b23.54±0.52b12.597.33±2.52a93.33±2.89b9.58±0.83a24.46±0.71b5096.33±1.53a92.67±2.52b10.30±0.67a29.17±0.62a空心菜ck100.00±0.00a100.00±0.00a4.60±0.88a4.04±0.31a6.2595.33±1.15b92.67±3.06b3.08±0.64b4.25±0.82a12.593.33±3.06b91.67±5.86b3.12±0.19b4.79±0.64a5089.33±2.31c88.00±2.00b3.94±0.83ab4.88±0.38a

注：表中同列不同字母之间表示差异性显著(p<0.05)。

1.2.2植物种子萌发试验

种子处理：挑选籽粒饱满的一年生黑麦草、空心菜和白芸豆种子，先用30%的H2O2消毒10 min，然后用蒸馏水冲洗3次，放入冰箱备用。

土壤处理：将试验用土晒干，研磨，用筛子筛去较大的石块及杂草等，装入内径为10 cm，高为8.5 cm的塑料盆内，用蒸馏水润湿。

播种处理：将前1 d处理好的种子进行播种，每种受体植物设置3个浓度梯度，1个空白对照，每个浓度3个重复，3种受体植物共计36盆，放置于温室进行培养，平均室温为25 ℃，培养过程中，每天早晨按不同浓度(50，12.5，6.25 g/L)的处理浇灌浸提液5～10 mL，以蒸馏水浇灌作为空白对照组。

1.2.3测定项目与方法

1) 幼苗形态指标的测定：每24 h观察、统计种子发芽数，种子发芽以胚根突破种皮≥1 mm为标准，计算种子的发芽率和发芽势。在相同处理的每盆植株中选择10棵来测量其根长、苗高作为一个重复，并计算每个重复中幼苗的平均根长和平均苗高。

发芽势(%)=第7天发芽的种子数/供试种子总数×100%

发芽率(%)=第14天发芽的种子数/供试种子总数×100%

2) 幼苗生理指标的测定：叶绿素和丙二醛(MDA)含量均采用分光光度法测定[9-10]；根系活力采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法测定[11]。

1.3　数据统计处理方法

数据采用SPSS 17.0软件进行统计分析，采用单因素方差分析进行显著性分析，并用Duncan方法进行多重比较。利用Microsoft Excel 2013软件进行数据制图。

2　结果与分析

2.1　香根草水浸液对3种受体植物种子萌发和幼苗生长的影响

香根草地上部分水浸液对受体植物的发芽及幼苗生长的影响见表1。由表1可知，水浸液对一年生黑麦草的发芽率和发芽势无明显影响(p>0.05)。随着水浸液浓度的升高，一年生黑麦草的根长和苗高都呈降低趋势，表明水浸液对其根长和苗高有抑制作用。在浓度为50 g/L时，根长相较于ck，6.25，12.5 g/L均存在差异显著(p<0.05)，其余浓度间差异均不显著(p>0.05)；苗高相较于ck均存在差异显著(p<0.05)，其余各浓度间差异均不显著(p>0.05)。

白芸豆的发芽率和发芽势随着水浸液浓度的升高呈降低趋势，但各处理间发芽率差异不显著(p>0.05)，发芽势在12.5，50 g/L浓度处理下与ck差异显著(p<0.05)。其根长和苗高随水浸液浓度的升高，呈现升高趋势，表明水浸液对白芸豆的根长和苗高有促进作用，12.5，50 g/L浓度处理下的根长相较于ck和6.25 g/L浓度存在显著差异(p<0.05)，50 g/L浓度处理下的苗高相较于其余各浓度间存在差异显著(p<0.05)。

空心菜的发芽率和发芽势随着水浸液浓度的升高而降低，其在6.25、12.5 g/L浓度处理下的根长相较于ck呈降低趋势，且差异显著(p<0.05)，50 g/L浓度与其余各浓度间差异均不显著(p>0.05)；苗高随着水浸液浓度的升高有少许增加，但各处理间差异不显著(p>0.05)。

2.2　香根草水浸液对3种受体植物幼苗生理指标的影响

2.2.1香根草水浸液对3种受体植物幼苗叶绿素含量的影响

从图1可看出，3种受体植物幼苗的叶绿素含量均随水浸液浓度的增加而降低(p<0.05)，50 g/L浓度处理下的叶绿素含量显著低于ck(p<0.05)。白芸豆和空心菜的幼苗中叶绿素含量在12.5 g/L浓度处理下较6.5 g/L和50 g/L有小幅度的增加，但仅空心菜12.5 g/L浓度处理和50 g/L浓度处理差异显著(p<0.05)。

图1　香根草地上部分水浸提液对3种植物幼苗叶绿素含量的影响

2.2.2香根草水浸液对3种受体植物幼苗丙二醛(MDA)含量的影响

由图2可知，一年生黑麦草的MDA含量在ck和12.5 g/L浓度处理与水浸液浓度为6.25 g/L和50 g/L处理间差异显著(p<0.05)。水浸液对白芸豆的MDA含量影响差异不显著(p>0.05)，但与ck组相比均有所增加。空心菜的MDA含量除ck外，各浓度间呈上升趋势，其中6.25 g/L浓度与ck，12.5，50 g/L浓度处理间均存在显著差异(p<0.05)，水浸液浓度为50 g/L时，MDA含量最高，说明空心菜在此浓度细胞受损程度最大。

图2　香根草地上部分水浸提液对3种植物幼苗丙二醛含量的影响

2.2.3香根草水浸液对3种受体植物幼苗根系活力的影响

由图3可知，一年生黑麦草的根系活力随着水浸液浓度的升高而降低，在浓度6.25，12.5，50 g/L处理下与ck均存在显著性差异(p<0.05)，但3个浓度间差异不显著(p>0.05)。白芸豆的根系活力随着水浸液浓度的升高而升高， 50 g/L浓度处理与ck，6.2，12.5 g/L处理均存在显著性差异(p<0.05)。在水浸液浓度为6.25 g/L时，空心菜的根系活力最低，但与ck差异不显著(p>0.05)。随着水浸液浓度的升高，空心菜的根系活力也逐渐升高。

图3　香根草地上部分水浸提液对3种植物幼苗根系活力的影

3　讨　论

3.1　香根草水浸液对3种植物幼苗生长的影响

香根草因根茎叶中含有常见的化感物质，如萜类等，这些化感物质在自然条件下会通过淋溶、挥发等方式进入土壤，当这些化感物质积累到一定的程度，就会影响周围的植物生长，促进或抑制某种植物的生长[12-13]。本试验中，香根草地上部分水浸液浓度对一年生黑麦草的发芽率及发芽势、白芸豆的发芽率无明显影响，但对空心菜的发芽率和发芽势有显著抑制作用，其原因可能是不同受体植物种子在萌发过程中对水浸液中的化感物质的敏感程度或耐受性不同，从而产生不同的化感效应，对受体植物的萌发产生不同的影响。李惠敏等对紫茎泽兰化感作用的研究结果表明，豆科与葫芦科植物对紫茎泽兰化感作用的敏感程度有差异[14]，这与本试验结果相似。

植物幼苗生长常常被认为是衡量化感效应最灵敏的指标之一[15]。高浓度水浸液对一年生黑麦草的根长及苗高、空心菜的根长显示有一定的抑制作用，但对白芸豆的根长和苗高呈显著的促进作用，其原因可能是一年生黑麦草和空心菜的根长对水浸液中的化感物质较为敏感，耐受性低，白芸豆的根长对其耐受性高，其根的生长未受到水浸液中化感物质的胁迫，从而提高了根系的吸水吸肥能力[16]，进而促进了植物幼苗的生长。张琪等在2种坡地绿化植物化感作用的生物测定研究中发现，香根草叶片浸提液对大豆和小麦的生长有抑制作用[17]，但董沁方对百合植株水浸液化感作用的研究则表明具有一定的促进作用[18]。

3.2　香根草水浸液对3种植物幼苗生理活性的影响

叶绿素是能够直接反应光合作用效率和植物同化能力大小的色素，它是植物光合作用中的关键色素，同时也是影响光合作用的主要因素[19]。叶绿素含量的高低决定了植物利用光能制造有机物的能力[20]。有些化感物质可以降低植物叶片中的叶绿素含量，从而降低光合作用效率[21]。本试验中，香根草水浸液对3种受体植物叶绿素含量的影响均比较明显，随着水浸液浓度的升高，3种受体植物的叶绿素含量整体呈减少趋势，基本低于ck，可推测受体植物幼苗体内叶绿素合成受阻，进而表明香根草水浸液会降低其叶绿素含量，抑制光合效率，降低其植物同化能力，影响植株正常生长[22-23]。这与刘成等[24]的研究结果相似，其研究结果表明，叶绿素含量随着芦苇叶片水浸液浓度的升高而降低。

MDA是在植物受到胁迫或者衰老时体内产生的膜脂过氧化物，它会破坏细胞膜的结构从而造成细胞损伤，其含量的高低在一定程度上能表示组织细胞受损程度，还能表示植物在逆境条件下的反应强弱[25]。MDA含量常用来反映植物细胞受损的严重程度[26-27]。本试验中，香根草地上部分水浸液对白芸豆的MDA含量无明显影响，可能是其对香根草化感物质耐受性较大或是因为水浸液中所含的化感物质的量太少，不至对其造成伤害。一年生黑麦草的MDA含量随着水浸液浓度的升高而降低，其原因可能是水浸液对一年生黑麦草的膜质过氧化受到了一定的抑制，水浸液未对一年生黑麦草幼苗细胞造成损伤，这与张敏等[28]对紫茎泽兰叶片化感作用的研究结果相似。空心菜的MDA含量随着水浸液浓度的升高呈先减少后增加的趋势，说明水浸液中的化感物质破坏了空心菜体内活性氧的产生和清除的动态平衡，积累的活性氧加大了其细胞膜脂过氧化程度[29]，对其细胞损伤程度较大，从而影响其正常生长。欧俊[30]在空心莲子草不同部位水浸液对黄瓜种子萌发及根系细胞膜透性的影响的研究中表明，空心莲子草水浸液使受体植物根系的丙二醛含量增加，这与本实验的研究结果相似。

根系是植物从土壤中吸收营养物质及水分的器官，根系活力就是根系生长的活力水平以及它的生长状况，它能够反映植物根系生长情况和地上部分的营养状况[31]。一年生黑麦草的根系活力随着水浸液浓度的升高整体呈下降趋势，表明香根草地上部分水浸液对其根系活力具有抑制作用，这可能是因为水浸液对其根系活力的化感胁迫作用较强，伤害了植株根系，减少了植株对养分和水分的吸收，进而影响其幼苗的正常生长[32]，这与张汝民等[33]的研究结果相似。但白芸豆和空心菜的根系活力则随着水浸液浓度的升高整体呈上升趋势，说明香根草地上部分水浸液可能对白芸豆和空心菜的根系活力具有一定促进作用，其原因可能是水浸液中的化感物质能够促进其根系的生长，从而促进根系更好的对外界的养分和水分的汲取，这与杨平[34]对小麦根系浸提液化感作用研究的结果相似。

4　结　论

1) 香根草地上部分水浸液对3种受体植物均有一定程度的化感作用，因其受体植物种类不同，产生不同的化感效应。其中水浸液对一年生黑麦草的生长表现出了较明显的抑制作用，而对白芸豆和空心菜的生长却有一定的促进作用。

2) 白芸豆和空心菜对香根草地上部分水浸液中化感物质的耐受性较高，有利于在利用香根草改良后的基质上生长，在今后的复垦选种过程中可优先考虑。