黄顶菊浸提液对5种作物种子萌发和幼苗生长的化感效应

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(1.河南科技学院， 河南 新乡 453003； 2.现代生物育种河南省协同创新中心， 河南 新乡 453003)

黄顶菊[Flaveriabidentis(L.)Kuntze]为菊科堆心菊族黄菊属一年生杂草，原产于南美洲，冠有“生态杀手”之名，对植被地有极大的破坏性。具有适应能力强、生长速度快、根系发达、种子量大、繁殖力强、分泌化感物质等特点[1-3]。2001年在衡水湖畔首次发现，近年来在河北邯郸、邢台、衡水、沧州、石家庄、保定等地以及天津市不同程度发生，呈现出以河北省中南部为中心向周边其他省市扩散的趋势[4-6]。2009年6月，许桂芳等[7]首次在河南新乡学院附近发现黄顶菊幼苗，并呈现出迅速蔓延的趋势。调查表明，从地理角度来看，大有由北向南入侵之势，一旦黄顶菊由北向南席卷中原地区，大面积侵入农田，对本地物种的正常生长和农业生产必然造成不可估量的损失[7]。

化感作用被认为是外来植物成功入侵新生境的潜在机制之一[8-9]。化感作用是由供体植物分泌到环境中的次生代谢物(化感物质)介导的对自然和农业生态系统产生影响的现象[10]。化感物质是植物经茎叶挥发、茎叶淋浴、根系分泌及植物残株的分解等途径向环境中释放出的化学物质,并对周围植物的生长和发育产生影响[11]。研究发现，不同靶标材料对黄顶菊化感物质的敏感性程度也不同，表现出种间差异的特征[12]。周文杰等研究表明，不同浓度的黄顶菊水浸提液对绿豆种子发芽率及幼苗的根长、茎长及生物量均可以产生不同程度的抑制作用，且均表现出浸提液浓度与抑制程度正相关关系[13]。张风娟等研究表明，黄顶菊所含的化感物质对白菜和水稻可以产生不同程度的化感效应[14]；李香菊等研究了29种植物种子与黄顶菊的化感作用，发现黄顶菊对其发芽及胚根伸长均有不同程度的抑制作用[15]。尽管有人研究过黄顶菊对多种受体植物的化感作用，但黄顶菊与生菜、春菜、芥兰和小麦新品种百农207之间的化感作用的研究尚未见报道。本实验选取本地常见作物生菜、春菜、芥兰、小麦为材料，研究黄顶菊对这几种作物的种子萌发和幼苗生长的影响，以期阐明黄顶菊的化感作用以及本地作物对黄顶菊的化感响应，进而选出抗化感能力较强的作物品种，为降低黄顶菊的危害以及更好地防除黄顶菊提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

黄顶菊的种子和新鲜茎杆于2016年10月采自河南省新乡市红旗区。生菜、芥兰和春菜的种子来自于新乡农科所。2个小麦品种周麦18和百农207来自河南科技学院小麦研究中心，其中百农207是河南科技学院近年选育的新品种，2013年通过国家农作物品种审定委员会审定。

1.2 黄顶菊种子水浸提液制备

准确称量100 g经过自然风干与除杂的完全成熟的新鲜黄顶菊种子，置于广口瓶中，加入1 000 mL蒸馏水，置于4 ℃冰箱中浸泡48 h，过滤后定容，得澄清的水浸提液1 L，以此为原液(10% FW)备用。黄顶菊茎杆粉碎后做相同处理制得0.1 g/mL的黄顶菊茎杆浸提液原液。调节各浓度浸提液pH值与蒸馏水一致(pH=6.58)，冷藏(4 ℃)备用。

1.3 测定指标与方法

分别挑取形态、大小一致的生菜、芥兰和春菜种子(经发芽测定，发芽率均在90%以上)，分装于规格相同(直径8 cm)、洁净的培养皿中，每培养皿均匀分装15粒种子。将黄顶菊种子水浸提液原液配制成0.02 g/mL、0.04 g/mL、0.06 g/mL和0.08 g/mL等4个不同的处理浓度，蒸馏水(0 g/mL)为对照，每个处理重复3次，每只培养皿添加10 mL浸提液(约淹没种子1/3)。置于室温(20 ℃)、自然光照射、相对湿度75%的条件下进行发芽实验，每隔24 h统计每皿的发芽数，待各培养皿发芽数不变时，计算相应的发芽率。从每只培养皿中挑出10株幼苗，测量每株芽的根长、茎长。

小麦幼苗的化感实验，首先挑选大小一致饱满的周麦18和百农207的种子进行催芽。露白后，选取5粒萌发一致的种子，播种在统一规格的育苗钵(直径10 cm)中，每只育苗钵装入等量的营养土。将黄顶菊茎杆浸提液原液配制成0.01 g/mL、0.025 g/mL、0.05 g/mL和0.075 g/mL 4个不同的处理浓度，蒸馏水(0 g/mL)为对照，每个处理重复3次。播种后，每个育苗钵都添加相应浓度的浸提液100 mL(能使土壤充分浸湿)，置于室温自然光照射相对湿度75%条件下进行幼苗生长实验。每隔3 d，补充等量的相应浓度的浸提液。进行统一管理，20 d后，测定每个处理小麦幼苗的株高、同一叶位的叶长以及最大根长。

1.4 数据处理

在每个浓度中选取15株幼苗，测量根长、芽长，并计算出发芽率和化感抑制率，求平均值。发芽率(%)=正常发芽的种子数/供试种子总数×100%，化感效应指数(response index,RI)采用Williamson等[16]的方法进行计算：RI=1-C/T(T≥C)，或者RI=C/T-1(T

表1 黄顶菊种子浸提液对生菜、春菜、芥兰的化感效应

受体处理浓度(g/mL)发芽率(%)RI最长根长(mm)RI茎长(mm)RISE生菜ck93.33a0.0052.87a0.0027.60a0.000.000.0284.44ab-0.1038.87b-0.2624.40a-0.12-0.16 0.0482.22ab-0.1213.40c-0.7518.00b-0.35-0.41 0.0680.00ab-0.145.67d-0.8913.20c-0.52-0.52 0.0860.00b-0.362.20d-0.964.40d-0.84-0.72春菜ck100.00a0.0035.80a0.0023.07b0.000.00 0.02100.00a0.0028.53b-0.2030.47a0.320.04 0.0493.33a-0.077.67c-0.799.80c-0.58-0.48 0.0691.11a-0.103.33d-0.916.53c-0.72-0.58 0.0884.44a-0.161.40d-0.960.60d-0.97-0.70 芥兰ck95.56a0.0039.60a0.0018.13a0.000.00 0.0293.33ab-0.0236.73a-0.0714.73ab-0.19-0.09 0.0488.89abc-0.0711.33b-0.7111.07bc-0.39-0.39 0.0677.78bc-0.195.00c-0.879.47cd-0.48-0.51 0.0875.56c-0.211.80c-0.955.47d-0.70-0.62

注：不同小写字母表示在p=0.05水平上有显著性差异。下同。

2 结果与分析

2.1 黄顶菊种子浸提液对生菜、春菜、芥兰的化感影响

2.1.1 黄顶菊种子水浸提液对生菜、春菜、芥兰种子发芽率的影响

如表1可知，黄顶菊种子浸提液对生菜、春菜、芥兰种子的发芽率均表现出了不同程度的抑制作用，且抑制作用随着浓度的增大而增强，除春菜外，其他2种对不同浓度的黄顶菊浸提液处理与对照(ck)表现出显著性差异(p<0.05)。其中，生菜对黄顶菊种子浸提液最为敏感，在浸提液浓度较低的情况下即表现出明显的抑制作用，且随着浸提液浓度的增加而抑制作用增强；对春菜而言，低浓度(0.02 g/mL)的浸提液对其不产生抑制作用，只有在较高浓度情况下，才逐渐表现出抑制作用，RI的绝对值也相对较小；芥兰的对照发芽率高达95.56%，不同浸提液浓度处理下发芽率范围为75.56%～93.33%。综合比较来看，3种种子发芽率对黄顶菊种子浸提液的敏感程度依次为：生菜>芥兰>春菜。

2.1.2 黄顶菊种子水浸提液对生菜、春菜、芥兰幼苗最长根长的影响

如表1所示，黄顶菊种子水浸提液对生菜、春菜、芥兰幼苗根长的影响很大，且随着浸提液浓度的增加，根长越来越短。除了在0.02 g/mL时，芥兰的根长与对照相比没达到显著差异外，生菜、春菜的根长在所有处理浓度下与对照相比都表现出显著性差异(p<0.05)，在0.08 g/mL浓度处理下，生菜、春菜、芥兰的根长分别为2.20，1.40 mm和1.80 mm，此时的RI的绝对值都达到最大值，分别为0.96、0.96和0.95。

2.1.3 黄顶菊种子水浸提液对生菜、春菜、芥兰种子幼苗茎长的影响

如表1所示，除春菜在0.02 g/mL浸提液处理下，与对照相比有促进茎长生长的作用之外，其他不同浓度处理的浸提液处理与对照相比均表现出抑制作用。在较低浓度(0.02 g/mL和0.04 g/mL)时，浸提液处理对茎长影响比较大的是芥兰，RI值分别为-0.19和-0.39。在较高浓度(0.06 g/mL和0.08 g/mL)时，浸提液处理对茎长影响最大的是春菜，RI值分别为-0.72和-0.97。总体来看，随着浸提液浓度的增大，种子幼苗茎长呈递减趋势，且在0.04，0.06 g/mL和0.08 g/mL浓度处理下，3种种子的茎长与对照相比都有显著性差异(p<0.05)。

表2 黄顶菊茎杆浸提液对2种小麦品种的化感效应

小麦品种处理浓度(g/mL)株高(cm)RI叶长(cm)RI最长根长(cm)RISE周麦18ck30.13a0.0023.63a0.0031.63a0.000.00 0.0128.00ab-0.0720.38ab-0.1423.50ab-0.26-0.16 0.02526.63ab-0.1219.75ab-0.1621.25b-0.33-0.20 0.0525.33b-0.1618.83b-0.2018.00b-0.43-0.26 0.07524.17b-0.2017.67b-0.2517.67b-0.44-0.30百农207ck29.00a0.0022.38a0.0042.25a0.000.00 0.0128.00a-0.0321.67a-0.0341.00a-0.03-0.03 0.02527.63ab-0.0519.75a-0.1237.25a-0.12-0.10 0.0526.25ab-0.0919.13a-0.1524.38b-0.42-0.22 0.07523.43b-0.1917.50b-0.2223.93b-0.43-0.28

2.1.4 黄顶菊种子水浸提液对种子的化感综合效应(SE)

由表1可知，除在0.02 g/mL浓度浸提液处理下，春菜的发芽率、根长和茎长的化感综合效应指数(SE)为正值外，其他处理下，生菜、芥兰种子的化感综合效应指数(SE)均小于零。SE为负值，就说明黄顶菊化感效应均表现为抑制作用。从抑制的程度来看，抑制作用的大小随浸提液浓度的增大而增强。在较低浸提液浓度(0.02 g/mL和0.04 g/mL)时，对浸提液处理最敏感的是生菜；在较高浓度(0.06 g/mL和0.08 g/mL)时，对浸提液处理最敏感的是春菜。综合来看，3种种子对浸提液处理的敏感程度依次为生菜>春菜>芥兰。

2.2 黄顶菊茎杆浸提液对2种小麦幼苗的化感效应

2.2.1 黄顶菊茎杆浸提液对小麦株高的影响

由表2可知，黄顶菊茎杆浸提液对2种小麦的株高均表现为抑制效应，随着浸提液浓度的增加，小麦幼苗的株高逐渐降低。其中，在较低浓度(0.01 g/mL和0.025 g/mL)时，周麦18和百农207的株高，虽然与对照相比都受到抑制，但未达到显著性差异水平。在较高浓度(0.05 g/mL和0.075 g/mL)时，周麦18和百农207的株高都进一步降低。其中，周麦18的株高与对照相比都达到显著性差异，而百农207的株高，只有在最高处理浓度0.075 g/mL时达到显著性差异。说明周麦18的株高与百农207的相比，更易受到浸提液的影响。从RI值上来看，RI值都小于0，说明黄顶菊茎杆浸提液对2种小麦的株高均表现为抑制效应；株高的RI值的绝对值都随着浸提液浓度的增加而增大，说明浸提液浓度越高对株高的抑制作用越大。

2.2.2 黄顶菊茎杆浸提液对小麦叶长和根长的化感效应

黄顶菊茎杆浸提液对小麦叶长和根长的化感效应与株高相似，对2种小麦的叶长和根长均表现为抑制效应，随着浸提液浓度的增加，小麦幼苗的叶长和根长逐渐变短。其中，周麦18的叶长在处理浓度为0.05 g/mL和0.075g/mL时，与对照相比有显著性差异(p<0.05)；百农207的叶长虽随着处理浓度增加也变短，但与对照相比并没有达到显著性差异(p<0.05)。黄顶菊浸提液对根长的化感效应：周麦18的根长在处理浓度为0.025 g/mL、0.05 g/mL和0.075 g/mL时，与对照相比都有显著性差异(p<0.05)；百农207的根长在处理浓度为0.05 g/mL和0.075 g/mL时，与对照相比才有显著性差异(p<0.05)。由此可知，2种小麦的叶长和根长都受到黄顶菊浸提液的抑制，但抑制程度不同，周麦18比百农207更敏感一些。

2.2.3 黄顶菊种子水浸提液对2种小麦的化感综合效应(SE)

由表2可知，黄顶菊茎杆浸提液对2种小麦的化感综合指数(SE)均为负数，即对2种小麦的株高、叶长、根长均起抑制作用。随着浸提液浓度的增加，SE的绝对值逐渐增大，说明浸提液对2种小麦的株高、叶长、根长的抑制作用也逐渐增大。周麦18对黄顶菊茎杆浸提液的化感效应更敏感。也就是说，百农207较耐受一些。

3 结论与讨论

黄顶菊是近年来在我国新出现的入侵植物，目前在河南省的黄河及沿岸地区(包括安阳市、濮阳市、新乡市、郑州市等)入侵比较严重，且有由北向南蔓延的趋势，对入侵地的粮食生产和生态环境造成严重的危害。因此，研究黄顶菊化感作用对作物的危害，以及作物对黄顶菊的化感作用的响应，能更好地减少和预防黄顶菊的危害。由试验结果可知，黄顶菊种子浸提液使生菜、春菜、芥兰的发芽率降低，根长和茎长变短；黄顶菊茎杆浸提液使小麦的茎长、叶长和根长缩短。这表明黄顶菊的确存在化感抑制物质，且随着黄顶菊浸提液浓度的增加化感的抑制效应增强。

在以生菜、春菜、芥兰种子为受体的试验中，随着黄顶菊种子浸提液浓度的增加，对生菜、春菜、芥兰种子化感的抑制效应也逐渐增强。这与代磊等[17]的研究结果一致。除了春菜在0.02 g/mL浸提液处理下，发芽率和茎长没受到抑制外，其他2种种子在不同的浸提液浓度处理下，根长、茎长和发芽率的化感效应指数(RI)和化感综合效应指数(SE)都为负值，说明黄顶菊对3种种子的萌发和幼苗的生长整体表现出抑制作用。从RI和SE值大小来看，根长、茎长和发芽率对浸提液的化感效应有强弱之分，敏感度依次为：根长>茎长>发芽率。黄顶菊浸提液对种子幼苗根长和茎长的影响高于对发芽率的影响，说明种子在不同生长时期对化感物质的敏感程度不同，可能是化感物质通过快速改变细胞膜透性和降低酶活性，抑制分生组织细胞分裂的结果。这与芦站根等[18]的研究结果相似。

生菜、春菜、芥兰3种种子的萌发和幼苗生长对黄顶菊浸提液的化感效应的敏感程度不同，依次为生菜>春菜>芥兰。所以在黄顶菊入侵严重且防除困难的地区，在针对这3种蔬菜的选择上，应以生菜为首选。

黄顶菊茎秆浸提液对百农207和周麦18小麦的根长、茎长、叶长都有抑制效应，且随着浸提液浓度增加，抑制程度增强。方差分析结果(表2)表明，在0.01 g/mL和0.025 g/mL处理浓度时，周麦18的株高和叶长与对照相比都没达到显著性差异(p>0.05)；在0.01 g/mL 0.025 g/mL和0.05 g/mL处理浓度时，百农207的株高和叶长与对照相比未达到显著性差异(p>0.05)。说明根长更易受到浸提液的化感作用的影响。黄顶菊浸提液对幼苗根长的化感效应强于茎长，这很有可能是在种子萌发过程中，其胚根首先接触到黄顶菊种子中的化感物质，化感物质通过抑制细胞的分裂和伸长，抑制胚根生长，从而影响了根系活力和幼苗的生长，这与张风娟等[14]和任艳萍等[19]的研究结果相似。2种小麦对黄顶菊浸提液的敏感程度也不同，从RI和SE值可知，周麦18更易受到黄顶菊浸提液的化感作用的影响，说明百农207抗化感能力更强，更能适应本地区的小麦生产。