玉米不同部位水浸提液对绞股蓝种子的化感作用研究

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(重庆旅游职业学院， 重庆 黔江 409000)

绞股蓝(Gynostemmapentaphyllum(Thunb.) Makino)又名七叶胆，有三叶、五叶、七叶和九叶之分，是葫芦科绞股蓝属多年生蔓生草本[1-2]。研究表明，绞股蓝具降血脂、降血压、抗癌、抗衰老等多种功效[3-5]。恩七叶甜绞股蓝是湖北民族学院选育的绞股蓝新品种，在恩施州、渝东南等武陵山区的海拔800～1 100 m山地生长较好[6-7]。

化感作用是植物通过根、茎、叶等器官向环境中释放次生代谢产物并对周围其他植物或者自身产生抑制或促进的作用[8-9]。研究表明，玉米根、茎、叶等对蔬菜[10]、小麦[11]、茎瘤芥[12]等植物都存在抑制或促进的化感作用。绞股蓝是近年来武陵山连片贫困地区助力脱贫攻坚推广的主要经济作物之一，由于种植简单、管理方便、收益良好，故栽培面积在该地区逐年增加。在生产中，恩七叶甜绞股蓝种子常套种在玉米地里，以适应绞股蓝喜阴湿的生长特点，但是实际套种中绞股蓝种子经常出现萌发率低、根系发育不良、幼苗苗小甚至枯萎等现象。此前关于绞股蓝种子萌发的研究，主要集中在破除休眠[13]、温度[14]、光照[15]等方面，而关于玉米对绞股蓝种子萌发的化感作用研究还鲜见报道。

本试验选取适合武陵山区海拔700 m以上生长的西大211玉米为供体，恩七叶甜绞股蓝种子为受体，研究玉米根、秸秆、果穗水浸提液对绞股蓝种子萌发和幼苗生长的影响，探讨玉米对绞股蓝种子的化感作用，以期为提高绞股蓝种子萌发率和减缓套种障碍提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

供体为黔江当地种植的玉米(西大211)，受体为绞股蓝(恩七叶甜)的种子，购于咸丰县武陵生物科技有限公司。

1.2 方 法

1.2.1 玉米根系、秸秆、果穗水浸提液的制备

将健康玉米根、秸秆、果穗洗净，分别自然晾干、粉碎。各取50 g粉末分别加入到1 000 mL锥形瓶中，并加入500 mL蒸馏水，于室温下密封震荡提取48 h。离心后制得3种质量浓度为0.1 g/mL的水浸提母液，将3种待用母液用蒸馏水分别稀释成0.01，0.05，0.1 g/mL，于4 ℃冷藏备用。

1.2.2 种子发芽试验

绞股蓝种子预处理：挑选颗粒饱满、色泽油亮、大小一致的绞股蓝种子用多菌灵消毒5 min，室温下纯净水浸种8 h，用滤纸吸干表面水分，用湿布盖住并置于冰箱冷藏24 h，最后室温阴干备用。

绞股蓝种子发芽试验：利用滤纸培养皿法，把100粒种子放入垫有2层滤纸的培养皿，加入不同浓度不同部位玉米水浸提液2 mL，每个处理重复3次，上盖封口置于25 ℃智能恒温恒湿培养箱培养，无菌蒸馏水为对照。依据滤纸湿度每天补充相同水浸提液，以滤纸周围无水膜为佳，每天计数发芽数。发芽势和发芽率测定参照国家农作物种子检验规程和国际标准的有关规定，于25 ℃恒温箱中萌发7 d时计算发芽势；14 d统计最终发芽率。

发芽势(%)=7 d发芽种子数/供试种子总数×100%；

发芽率(%)=14 d发芽种子数/供试种子总数×100%；

发芽指数=∑(Gt/Dt)(式中：Gt为t天内绞股蓝发芽的总数，Dt为相对萌发天数)；

化感效应指数(RI)=1-C/T(T≥C)或RI=1-C/T(T

当RI≥0时，为促进作用；当RI<0时，为抑制作用，RI绝对值的大小表示化感作用强度[16]。

1.2.3 生理指标测定

绞股蓝出苗12 d后测定相关生理指标。超氧化物歧化酶(SOD)活性测定采用氮蓝四唑光还原法；过氧化物酶(POD)活性测定采用愈创木酚显色法；丙二醛(MAD)质量摩尔浓度测定采用硫代巴比妥酸比色法；可溶性蛋白质量分数测定参照考马斯亮蓝G-250 染色法[17]。

1.2.4 幼苗生长情况测定

14 d种子萌发试验结束后，随机选取10株统计幼苗的苗长和根长。

数据采用Excel软件统计，利用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 玉米不同部位水浸提液对绞股蓝种子发芽势、发芽率的影响

由表1可知，玉米不同部位水浸提液对绞股蓝种子的发芽势、发芽率、发芽指数存在不同化感作用且差异显著。根系水浸提液对绞股蓝种子的发芽势、发芽率表现出“低促高抑”的双重效应，水浸提液浓度在0.01 g/mL时表现出促进作用，发芽率为84.42%，与对照比较差异显著，而发芽势差异不显著，根系水浸提液浓度为0.05，0.1 g/mL时，则表现出抑制作用，且随着浓度增大抑制作用增强；而玉米秸秆、果穗水浸提液对绞股蓝种子的发芽势、发芽率存在明显抑制作用，随玉米秸秆、果穗水浸提液质量浓度的增加，抑制作用逐渐增强。水浸提液浓度在0.1 g/mL时，玉米不同部位抑制作用都达到最强，抑制作用依次为秸秆>根系>果穗，玉米秸秆、根系、果穗的发芽率分别为41.45%、48.35%、60.36%。

表1 玉米不同部位水浸提液对绞股蓝发芽势、发芽率的影响

部位浓度(g/mL)发芽势(%)发芽率(%)发芽指数(%)无菌蒸馏水(ck)053.43±1.24a81.56±2.46a13.64±0.08a0.0153.58±1.05a84.42±1.54a14.41±0.35a根系0.0536.52±2.43b62.33±2.25b9.24±0.48b0.126.76±1.86c48.35±1.24c7.56±0.13c0.0147.31±0.93a66.52±1.13a10.32±0.05a秸秆0.0536.34±0.66b56.37±2.70b8.03±0.43b0.115.08±1.32c41.45±2.04c6.84±0.24c0.0152.34±1.55a76.52±2.23a11.53±0.65a果穗0.0547.45±1.43b70.47±2.57b11.04±0.73ab0.125.64±1.07c60.36±2.23c8.27±0.35b

注：同列小写字母表示在0.05水平上的差异显著。下同。

2.2 玉米不同部位水浸提液对绞股蓝幼苗生长的影响

由表2可知，不同浓度的玉米根系、秸秆、果穗的水浸提液对绞股蓝幼苗生长指标影响程度不同。玉米根系、秸秆、果穗对绞股蓝根的生长都表现出低浓度促进效应，水浸提液浓度为0.01 g/mL时，玉米根系、秸秆、果穗水浸提液比对照组根长分别增加了25.28%、7.87%、14.04%；但是高浓度(0.05，0.1g/mL)显著抑制绞股蓝根长生长。水浸提液浓度为0.1 g/mL时，玉米根系、秸秆、果穗水浸提液比对照组根长分别减少了19.67%、35.39%、29.21%。玉米根系水浸提液对绞股蓝的苗长无显著影响。秸秆与果穗在低浓度(0.01g/mL)苗长无显著影响，但是高浓度(0.05，0.1 g/mL)显著抑制苗长的生长。当浓度达到0.1 g/mL时，秸秆和果穗水浸提液对绞股蓝的苗长抑制率分别为38.58%、25.98%。

2.3 玉米不同部位水浸提液对绞股蓝幼苗生理活性的影响

2.3.1 玉米不同部位水浸提液对绞股蓝幼苗SOD、POD酶活性的影响

由表3可知，玉米不同部位水浸提液对绞股蓝种子SOD、POD酶活性表现出低质量浓度促进，高质量浓度抑制。根系、秸秆、果穗水浸提液在0.01 g/mL时，对绞股蓝种子的SOD、POD酶活性促进作用显著，POD酶活性分别比对照组提高了15.51%、13.80%、13.36%，SOD酶活性分别比对照组提高了13.05%、13.46%、10.54%；而随着水浸提液质量浓度的增大，开始显现出抑制作用，在0.05 g/mL时，POD、SOD酶活性显著降低，在0.1 g/mL时达到最大抑制作用，根系、秸秆、果穗水浸提液处理的绞股蓝幼苗的POD酶活性分别降低了47.58%、54.57%、50.74%，SOD酶活性分别降低了60.90%、65.59%、56.97%。以上表明，玉米不同部位水浸提液在低质量浓度能促进绞股蓝幼苗根系酶活性，高质量浓度会降低根系酶活性。

表3 玉米不同部位水浸提液对绞股蓝幼苗生理活性的影响

部位浓度(g/mL)过氧化物氧化酶活性[μg/(g·min)]超氧化物歧化酶活性(μg/(g·min)]MAD含量(mol/g)可溶性蛋白质量分数(mg/g)无菌蒸馏水(ck)0143.57±2.45a388.62±1.25a0.0121±0.002a15.85±0.25a0.01145.84±3.34a396.74±2.36a0.0128±0.001c12.33±0.14a根系0.0594.63±2.58b378.41±3.73b0.0152±0.001b10.45±0.32b0.145.26±3.42c334.12±2.52c0.0206±0.002a8.57±0.36c0.01143.38±1.55a418.24±3.11a0.0134±0.001c11.81±0.53a秸秆0.05104.27±2.58b385.53±2.65b0.0163±0.001b9.35±0.22b0.165.23±3. 43c336.86±2.42c0.0236±0.001a7.13±0.31c0.01143.75±2.84a407.48±3.15a0.0133±0.001c12.46±0.33a果穗0.0596.45±2.31b365.62±2.33b0.0155±0.001b9.56±0.47b0.150.72±2.56c328.62±2.44c0.0194±0.001a7.26±0.54c

表2 玉米不同部位水浸提液对绞股蓝苗长、根长的影响

部位浓度(g/mL)苗长(cm)根长(cm)无菌蒸馏水(ck)01.27±0.36a1.78±0.25a0.011.28±0.05a2.23±0.12a根系0.051.30±0.24a1.54±0.23b0.11.26±0.35a1.43±0.14c0.011.27±0.04a1.92±0.03a秸秆0.051.07±0.16b1.37±0.41b0.10.78±0. 13c1.15±0.04c0.011.28±0.27a2.03±0.13a果穗0.051.05±0.33ab1.47±0.27b0.10.94±0.21b1.26±0.14c

2.3.2 玉米不同部位水浸提液对绞股蓝幼苗MAD含量的影响

由表3可知，玉米不同部位水浸提液对绞股蓝幼苗MAD含量的影响表现出不同的促进作用。随着根系、秸秆、果穗水浸提液浓度的增加，MAD在幼苗中含量也增加，且与对照组呈现显著差异，这表明随着玉米水浸提液质量浓度的增加，对幼苗的细胞膜损伤程度也逐渐增加。在0.1 g/mL时玉米根系、秸秆、果穗处理的绞股蓝MAD含量均达到最大，比对照组MAD含量分别增加了70.25%、95.04%、60.33%，其中玉米秸秆水浸提液使绞股蓝幼苗中MAD含量增加最多，对幼苗影响最大。

2.3.3 玉米不同部位水浸提液对绞股蓝幼苗可溶性蛋白质量分数的影响

由表3可知，绞股蓝幼苗可溶性蛋白质量分数随玉米不同部位水浸提液浓度增大而持续降低，且与对照组相比差异显著，这表明随着玉米水浸提液质量浓度的增加，幼苗对环境的适应性、抗性逐渐降低。在0.1 g/mL时，玉米根系、秸秆、果穗处理的绞股蓝可溶性蛋白含量均最少，比对照组可溶性蛋白质量分数分别降低了45.93%、55.02%、54.20%。

2.4 玉米不同部位水浸提液对绞股蓝化感效应的综合影响

由表4可知，玉米不同部位对绞股蓝同一指标的化感作用不同，同一部位水浸提液对绞股蓝不同指标的化感作用也不同。玉米根系水浸提液浓度在0.01 g/mL时，对种子的发芽势、发芽率、发芽指数、苗长、根长、POD活性、SOD活性、MAD含量化感效应指数均为正数，表现为化感促进作用；在浓度为0.05，0.1 g/mL时，对发芽势、发芽率、发芽指数、根长、POD活性、SOD活性化感效应指数均为负数，表现为化感抑制作用。玉米秸秆、果穗水浸提液浓度为0.01 g/mL时，对根长、POD活性、SOD活性、MAD含量化感效应表现为促进作用；在浓度0.05 g/mL、0.1 g/mL时，对发芽势、发芽率、发芽指数、苗长、根长、POD活性、SOD活性化感效应表现为化感抑制作用。

表4 玉米不同部位水浸提液对绞股蓝化感效应的综合影响

从绞股蓝发芽势、发芽率、发芽指数来看，玉米秸秆、果穗水浸提液都存在抑制作用，且秸秆的作用最强，而根系低浓度(0.01 g/mL)可以促进绞股蓝种子的萌发，高浓度(0.05，0.1 g/mL)同样存在抑制作用；从苗长、根长来看玉米根系、秸秆、果穗水浸提液在低浓度(0.01 g/mL)都可促进幼苗的发育，高浓度(0.05，0.1 g/mL)存在抑制作用，且秸秆的抑制作用最强；从幼苗的生理活性指标看，低浓度(0.01 g/mL)都可促进幼苗细胞POD、SOD的活性，高浓度(0.05，0.1 g/mL)存在抑制作用，MAD含量都随玉米水浸提液浓度升高而升高，可溶性蛋白质量分数都随玉米水浸提液浓度升高而降低，化感抑制作用随玉米水浸提液浓度升高而增强；从化感综合效应看，低浓度(0.01 g/mL)的玉米根系、果穗水浸提液可以促进绞股蓝种子及幼苗生长，且根系此时的综合化感效应为0.38，促进作用最强。在高浓度(0.05，0.1 g/mL)时玉米各部位都表现为化感抑制作用，相同浓度下抑制综合效应依次为秸秆>果穗>根系。

3 讨 论

武陵山地区，玉米常和大豆、马铃薯等耐阴作物间作套种，这样既可以充分利用光照，又可以充分利用土地资源。近年来，为了助力武陵山区攻坚脱贫，已将驯化的当地喜阴耐湿植物绞股蓝与玉米进行间作套种。而前人研究发现，玉米土壤中含有大量异羟肟酸物质、香豆素类等抗性物质，对小麦、大豆等其他植物的发芽及幼苗生长有抑制或毒害作用[18-19]。本研究发现，低浓度的玉米根系水浸提液能促进绞股蓝种子的萌发，高浓度的玉米不同部位的水浸提液都抑制绞股蓝种子萌发。原因可能是玉米根系分泌的化感物质在低浓度能活化绞股蓝种子的酶系统，打破种子的休眠，促进营养物质分解和胚芽生长，提高发芽率。随着玉米水浸提液浓度的增加，可能抑制绞股蓝种子酶系统反应，抑制胚芽生长，进而抑制了幼苗的生长发育，这表明玉米不同部位不同浓度的水浸提液对绞股蓝种子的萌发影响差别较大。

绞股蓝幼苗生长受到抑制时，植株内部一些酶的活性会发生变化。POD、SOD等抗氧化酶可保护幼苗免受过量自由基伤害，其活性的高低在一定程度上反映逆境胁迫对植株的伤害大小。研究表明，玉米长期种植会积累的大量酚酸类物质促使抗氧化酶活性降低，进而导致自由基过量积累，对根系造成伤害[20]。本试验结果显示，玉米不同部位高浓度(0.05，0.1 g/mL)水浸提液对幼苗根系保护性酶活性均显著低于对照组，可能是由于玉米水浸提液中酚酸类物质的大量积累，破坏了幼苗细胞内SOD、POD酶的功能，对根系造成胁迫作用，使绞股蓝幼苗的生长发育受到抑制。

目前，本试验只在室内分析了玉米不同部位水浸提液对绞股蓝种子萌发及幼苗生长的影响，得出低浓度(0.01 g/mL)的根系水浸提液会促进绞股蓝种子的萌发，而绞股蓝在套种时，其化感作用会受到玉米生长时期、光照、土壤等影响，后期将模拟田间种植，进一步研究和分析玉米不同生长期化感物质进入土壤环境后对绞股蓝种子萌发的影响。