百部乙醇提取物对黄豆和黄瓜种子萌发与幼苗生长的影响

韩俊艳, 杨诗博, 贾琼琳, 董 爽, 何 丹, 周立颖

(沈阳大学 城市有害生物治理与生态安全辽宁省重点实验室, 辽宁 沈阳 110044)

由于化学农药对环境的破坏与对人类健康的危害,其使用越来越受到限制,开发生物农药成了当前植保研究的热点.植物源农药是利用植物次级代谢产物而制成的生物制剂[1],作用机理复杂,害虫对其不易产生耐药性,并且主要成分来源于植物,易降解,环境友好,是农药开发的重要方向[2].开发植物源农药不但要考虑其对害虫的杀灭活性,同时也要考虑其是否会对害虫寄主植株产生影响.

百部(Stemonajaponica)又名婆妇草、野天门冬,为百部科(Stemonaceae)百部属 (Stemona)植物[3],是传统药用植物,具有润肺止咳、杀虫灭虱等药理作用[4-7].近年研究发现,百部在农业生产的病虫害防治方面具有研究价值,其主要活性成分为百部碱型、百部叶碱型、百部新碱型等[8-9].百部含有的生物碱是百部作为植物源农药开发的基础,目前很多学者对百部科植物的研究主要集中在生物碱[10-11]本身.陈旭东[12]的杀虫实验证明了百部生物碱对多种害虫的虫卵、幼虫、成虫具有良好的触杀作用.马珂[13]从百部的茎和叶中分离出5 种新的生物碱,经体内外杀虫实验验证均具有不同程度的杀虫作用.本实验室的试验研究发现,百部乙醇提取物对二斑叶螨(Tetranychusurticae)雌成螨有很强的杀螨活性.崔春权等[14]将复方百部霜和阳性对照伊维菌素进行杀螨作用对比,试验证明复方百部霜接近2 g·L-1伊维菌素杀螨作用.

黄豆和黄瓜是易受虫害影响的作物,开发百部类植物源农药应考虑对寄主作物的影响.本试验用百部乙醇提取物处理黄豆与黄瓜2种植物,通过对其种子的萌发和幼苗的生长的测定,探讨百部乙醇提取物对植物种子萌发及幼苗生长的影响.本试验的结果对于开发百部植物源农药具有参考价值.

1 材料与方法

1.1 供试材料

黄豆、黄瓜植物种子在种子公司购买.

百部(Stemonajaponica)由沈阳大学城市有害生物治理与生态安全重点实验室提供.

1.2 试验方法

1.2.1 百部提取物的制备

采用溶剂浸提法获得百部乙醇提取物,即将百部清理干净,经阴干、粉碎后称取一定质量的百部干粉置于磨口锥形瓶中,按1∶50的比例在瓶中加入乙醇,常温下3次浸泡(每次3～5 d)后提取、抽滤、合并浸提液.将浸提液减压浓缩置于室内通风处,待乙醇自然挥发后得到膏状提取物,放入4 ℃冰箱中密封保存.

1.2.2 百部乙醇提取物对植物种子萌发影响的测定

选取颗粒饱满、大小均一、形态完整的黄豆和黄瓜种子,用质量分数为0.3%的高锰酸钾溶液进行消毒10 min ,经蒸馏水冲洗3次后置于蒸馏水中浸泡12 h[15],作为试验对照组;再分别用不同质量浓度的百部乙醇提取物(0.25、0.50、0.75、1.00 g·L-1)对2种供试种子浸泡1 h,与蒸馏水浸泡种子对照[16].浸种后将种子捞出,分别放于底部铺有双层滤纸和棉花的直径为12 cm的培养皿中,吸取配制好的提取液各5 mL,对照组加入等体积蒸馏水,各质量浓度3次平行重复,每次重复各用50粒种子.将所有组放入温度为26 ℃、相对湿度为80%的智能人工气候箱中培养,光照时间16 h,黑暗时间8 h,每隔12 h进行一次补湿.每天对发芽的种子数(胚根长出种皮1 mm即为萌发)进行记录.黄豆种子培养4 d后进行发芽势的统计,第10 d进行发芽率、发芽指数和活力指数的计算;黄瓜种子培养3 d 后统计发芽势,第7 d计算发芽率、发芽指数和活力指数.发芽率、发芽势、发芽指数及活力指数的计算公式[17]如下:

式中:Rg为发芽率;N0为结束发芽时发芽种子数;N为测试种子总数;Eg为发芽势;n为规定天数内的发芽数;Ig为发芽指数;Gt为培养t天后的发芽数;Dt为培养发芽天数;Iv为活力指数;S为根鲜重.

1.2.3 幼苗根长和鲜重的测定

在直径为12 cm的培养皿中铺上2层滤纸,各加入不同质量浓度的百部提取物溶液10 mL,将10粒胚根突破种皮1 mm的植物种子放入其中,每个处理重复3次,对照组加入等体积质量浓度为1%的酒精溶液,放到智能人工气候箱中培养,培养箱的设置同1.2.2所述,及时补充蒸馏水,保持滤纸湿润,待长至2片叶时喷施对应质量浓度的百部提取物,2 d后再重复喷施1次.4 d后分别测定黄豆幼苗的茎和根的长度及鲜干重,8 d后测定黄瓜幼苗的茎和根的长度及鲜干重.

1.2.4 幼苗叶绿素质量分数的测定

利用萌发试验中的幼苗继续在智能人工气候箱培养,6 d后取下叶片测定叶绿素质量分数.叶绿素提取采用乙醇丙酮混合液法[18-20],称取质量为0.2 g的幼叶,剪成2 mm宽的细丝,无损地放到具塞三角瓶中,并加入12 mL乙醇、丙酮等量混合液.在室温下,光线较暗处进行提取[21],至叶片完全变白时为止,以乙醇、丙酮等量混合液为空白对照组,用722 S分光光度计检测样品提取液在663、645 nm处的光密度,并记录数据.计算公式如下:

式中:Ca、Cb和C总分别为叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素的质量浓度,mg·mL-1;D(663)、D(645)分别为波长663、645 nm处的光密度;W为叶绿素质量分数,mg·g-1;C为叶绿素的质量浓度,mg·mL-1;V为定容体积,mL;M为样品鲜重,g.

上述测得数据均采用SSPS 17.0软件进行实验数据的统计分析,用Tukey test进行组间的比较.

2 结果与分析

2.1 百部乙醇提取物对植物种子萌发的影响

2.1.1 对黄豆种子萌发的影响

从表1数据可以看出,当百部乙醇提取物质量浓度为0.25 g·L-1时,与对照组相比,百部乙醇提取物对黄豆的发芽势、发芽率、发芽指数与活力指数没有显著影响,但随着百部乙醇提取物质量浓度的升高,黄豆的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均出现降低的趋势.说明高质量浓度百部乙醇提取物对黄豆种子的发芽和提高发芽能力及活力有一定的影响.

表1 百部乙醇提取物对黄豆种子萌发的影响Table 1 Impacts of Stemona japonica extract on soybean germination

注: 表中同列相同字母表示差异不显著,不同字母表示差异显著(p<0.05).

2.1.2 对黄瓜种子萌发的影响

从表2数据可以看出,0.25 g·L-1百部乙醇提取物对黄瓜的发芽率、发芽指数和活力指数均无显著性影响, 对黄瓜的发芽势有一定的影响, 当百部乙醇提取物质量浓度为0.50和0.75 g·L-1时影响较显著. 当百部乙醇提取物质量浓度为0.50与0.75 g·L-1时,发芽率、发芽指数和活力指数均高于对照组. 当百部乙醇提取物质量浓度达到1.00 g·L-1时, 与对照组相比表现为抑制作用, 但抑制作用不显著, 说明低质量浓度百部乙醇提取物能促进黄瓜发芽, 高质量浓度会抑制其发芽.

表2 百部乙醇提取物对黄瓜种子萌发的影响Table 2 Impacts of Stemona japonica extract on cucumber germination

注: 表中同列相同字母表示差异不显著,不同字母表示差异显著(p<0.05).

2.2 百部乙醇提取物对植物幼苗生长的影响

2.2.1 对黄豆幼苗生长的影响

从表3数据可以看出,与对照组比较,百部乙醇提取物对黄豆的茎长、根长均无明显影响;在百部乙醇提取物质量浓度为0.75和1.00 g·L-1时,茎鲜重与干重均有下降趋势,表明高质量浓度百部乙醇提取物对茎生长有一定抑制作用;同时在1.00 g·L-1质量浓度下,根鲜重与干重也有下降趋势,表明高质量浓度下,百部对根也有一定抑制作用.值得注意的是,在较低的质量浓度0.25 g·L-1,百部组根干重与鲜重都高于对照组,说明在低质量浓度下百部提取物有一定壮根作用.

表3 百部乙醇提取物对黄豆幼苗生长的影响Table 3 Impacts of Stemona japonica extract on soybean seedling growth

注: 表中同列相同字母表示差异不显著,不同字母表示差异显著(p<0.05).

百部提取物对继续生长的黄豆幼苗叶绿素的影响如图1所示,与对照组比较,随着百部乙醇提取物质量浓度的升高,黄豆的叶绿素a的质量分数有增加趋势,在1.00 g·L-1时达到顶峰,而对叶绿素b没有明显影响,因而对总叶绿素的影响趋势与叶绿素a趋势相同.

图1百部乙醇提取物对黄豆幼苗叶绿素的影响

Fig.1ImpactsofStemonajaponicaextractonthechlorophyllofsoybeanseedlings

注:、△与对照组比较差异显著(p<0.05).

2.2.2 对黄瓜幼苗生长的影响

从表4数据可以看出,百部乙醇提取物在较低质量浓度下对黄瓜的茎长有一定刺激生长作用,但不具有显著差别.对根长、根的干鲜重和茎的干鲜重均无显著性影响,表明百部乙醇提取物对黄瓜幼苗生长的影响很小.

对继续生长的黄瓜幼苗叶绿素影响如图2所示,与对照组比较,百部乙醇提取物处理组叶绿素a和叶绿素总量的质量分数有增加趋势,但不具有显著差异(p< 0.05),对叶绿素b几乎没有影响.

表4 百部乙醇提取物对黄瓜幼苗生长的影响Table 4 Impacts of Stemona japonica extract on cucumber seedling growth

注: 表中同列相同字母表示差异不显著,不同字母表示差异显著(p<0.05).

图2百部乙醇提取物对黄瓜幼苗叶绿素的影响

Fig.2ImpactsofStemonajaponicaextractonthechlorophyllofsoybeancucumberseedlings

3 结论与讨论

植物间存在的相互作用称为化感作用,是指植物通过向环境释放特定的次生物质从而对邻近其他植物(含微生物及其自身)生长发育产生的有益和有害影响[22-25].化感作用具有多种作用方式,如对不同植物、植物的不同器官,在不同质量浓度下,其产生的作用也不同,通常表现为低质量浓度时发挥促进作用,高质量浓度时发挥抑制作用[26].

在本研究设定的质量浓度范围内,百部乙醇提取物对黄豆种子萌发没有促进作用,对幼苗茎、根长度无明显影响,但能使根重增加,叶绿素a增加;对黄瓜萌发有促进作用,幼苗茎长增加,叶绿素增加,在百部乙醇提取物高质量浓度(1.00 g·L-1)时对黄豆和黄瓜种子萌发与幼苗生长均有抑制作用,这与朱艳霞[27]的研究结果相似.百部乙醇提取物对不同种子萌发和生长的影响表现出复杂的作用方式,这符合植物间化感作用的特点.

现代农业离不开农药,化学农药占主要地位,但易产生耐药性,在保护作物的同时也会破坏环境[28],在实际应用中越来越受限制.研究和开发高效、低毒和对环境友好的植物源农药具有重要意义[2].本试验只研究了百部乙醇提取物对植物种子萌发和幼苗生长的影响,这2个阶段仅是植物生长的前期过程,而对于农作物来说,开花和结果时期也很重要,研究百部作为植物源农药的开发时还需对植物开花和结果时期的影响进行研究,这需要大量的田间试验结果.

综上所述,百部乙醇提取物对黄豆和黄瓜种子的萌发和生长影响复杂.提示在开发百部类植物源农药时应考虑对种子萌发与幼苗生长的影响.