密花香薷水浸提液对其种子萌发及幼苗生长的自毒作用

陈 雅，张宇翔，郭良芝，2，3，魏有海，2，3*

(1.青海大学农林科学院，青海 西宁 810016； 2.青海省农业有害生物综合治理重点实验室，青海 西宁 810016；3.农业农村部西宁作物有害生物科学观测实验站，青海 西宁 810016)

密花香薷(ElsholtziadensaBenth.)为唇形科香薷属，一年生草本，全国多地均有分布[1]。在以往的研究中，密花香薷被当作一种田间优势杂草，主要生长于燕麦田、小麦田中[2-3]，在田间不易防除，对农作物的危害极大。近些年来，密花香薷的经济价值逐渐被人们重视，研究表明密花香薷是一种经济价值较高的芳香植物及蜜源植物[4]，也具备一定的药用价值，具有利尿消肿与发汗解暑的功效。在某些地区密花香薷代替香薷入药，也可作为一种具有特色的藏药全草入药，对胃病、疥疮、梅毒性喉炎治疗具有较好的疗效[5]。

肖云星等[6]对高原草甸中密花香薷的根际土壤进行分析，发现密花香薷对其根际土壤内细菌的菌落结构存在一定的影响，并且在密花香薷所侵入的斑块中发现，其对豆科植物存在排斥的现象。邓建梅等[7]研究表明，密花香薷对油菜、燕麦、狗尾草等产生不同程度的抑制效果。后源等[8]研究发现，密花香薷对甘肃马先蒿有明显的抑制作用，说明密花香薷具备一定的化感潜力。自毒作用是指植物通过自身挥发、雨雾淋溶、残体分解等途径产生次生代谢产物，逐渐积累在其生长环境中，从而对同种植物产生一定程度的抑制作用，是化感作用的一种特殊表现形式[9]。密花香薷逐渐被人们重视，但目前的研究侧重于对密花香薷精油保健功能的研究[10-12]，随着对密花香薷经济价值研究的深入，密花香薷栽培管理的研究迫在眉睫，而密花香薷的自毒作用是影响栽培管理的重要因素。本文将模拟雨雾淋溶对密花香薷成熟植株的叶、茎、根制备水浸提液，将水浸提液作为密花香薷种子萌发水源，分析其对密花香薷种子萌发及幼苗生长的自毒作用。该结果可为密花香薷的栽培管理提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供体植物密花香薷，2019年8月采集于青海大学农林科学院(101°45′E，36°45′N，海拔2 293 m)蚕豆试验田，将田间成熟期的密花香薷连根挖出，抖净泥土放入塑封袋中带回实验室进行清洗。受体植物密花香薷成熟种子于2019年9月在大通县城关镇西关村(101°33′E，37°02′N，海拔2 288 m)采集。

1.2 试验方法

1.2.1 密花香薷营养器官水浸提液制备 将洗净后的密花香薷晾干水分，将叶、茎、根分别剪成2 cm小段，放置在80 ℃烘箱内进行烘干，再放入研磨机内粉碎，过60目筛。称取各供试器官50 g粉末，加蒸馏水于振荡器内振荡48 h，然后用3层纱布进行2～3次粗过滤，再将粗提液用滤纸过滤3次，最后加入蒸馏水定容至500 mL，即得密花香薷叶、茎、根3个器官的母液(100 mg/mL)。将其放入4 ℃的冰箱中冷藏待用。试验时用蒸馏水将密花香薷叶、茎、根水浸提液分别稀释到0.5、1、5、10、25、50 mg/mL。

1.2.2 密花香薷种子发芽试验 采用纸培法，将不同浓度各营养器官的水浸提液作为种子发芽试验所需的水源。选取直径为90 mm的培养皿，在皿底铺垫两层滤纸，将不同浓度的水浸提液取5 mL加入培养皿内，培养皿中放入30粒成熟饱满的密花香薷种子，以加入5 mL的蒸馏水作为对照(CK)，每个处理3次重复。将培养皿放入人工气候箱内(25±1)℃恒温培养，光周期为12 h光照、12 h黑暗[13]，每隔24 h记录种子发芽数，保持滤纸湿润，7 d后结束发芽试验。14 d后测量胚根、胚芽长度，并用滤纸吸干水分测得鲜重。

1.3 数据分析

发芽率[14]=(第7天时种子发芽数量/30)×100%

发芽势[14]=(第4天时种子发芽数量/30)×100%

发芽速率[15]=∑[(GS/DS)]×100%

式中:GS为第S日时的种子发芽率，DS为对应的发芽天数。

发芽抑制率[16]=(未发芽数量/CK的发芽数量)×100%

发芽指数[14]=∑(Gt/Dt)

式中:Gt为第t日时种子的发芽数，Dt为对应的发芽天数。

种子活力指数[14]=∑[(Gt/Dt)]×Sx

式中：Sx为幼苗平均总长度。

化感响应指数(response index，RI)[17]=1-C/I

式中：C为对照数值，I为处理数值。当RI<0时，表示抑制作用；RI>0时，表示促进作用。RI的绝对值大小代表化感作用的强弱，相当于抑制率。

综合化感效应指数(Synthesis effect，SE)为供体植物密花香薷对受体植物密花香薷各处理化感响应指数RI的算数平均值[18]。

采用Excel 2013进行数据整理及作图，采用SPSS 19.0进行显著性分析，采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 密花香薷不同营养器官水浸提液对其种子发芽率及发芽速率的影响

由图1a可知，随着密花香薷不同营养器官水浸提液浓度的增加，种子发芽率的抑制效果越显著。当叶、茎、根3种水浸提液浓度为0.5 mg/mL时，其发芽率分别较对照72.22%降至62.22%、55.56%、56.67%；当叶、茎、根3种水浸提液浓度达到本试验所设置的最高浓度50 mg/mL时，其发芽率分别降至4.44%、6.67%、33.33%，总体来看，3种水浸提液对密花香薷种子发芽率的抑制效果表现为叶>茎>根。由图1b可知，密花香薷水浸提液对其种子的发芽速率均呈现抑制作用，其趋势与种子发芽率基本一致，即随着水浸提液浓度的增加，对其种子发芽速率的抑制效果越显著。当叶、茎、根3种水浸提液浓度为0.5 mg/mL时，其发芽速率由对照0.42分别降至0.29、0.32、0.33；当叶、茎、根3种水浸提液浓度达到本试验所设置的最高浓度50 mg/mL时，其发芽速率分别骤降至0.004、0.02、0.11，总体抑制效果也表现为叶>茎>根。

图1 不同营养器官的不同浓度水浸提液下密花香薷种子发芽率及发芽速率的变化Fig.1 Variations of seed germination rate and germination rate of Elsholtzia densa Benth.under different concentrations of water extract from different vegetative organs

2.2 密花香薷不同营养器官水浸提液对其种子萌发指标的影响

种子萌发指标是测定化感作用时最常用的指标之一。由表1可知，随着叶、茎、根3种水浸提液浓度的增加，密花香薷发芽势显著降低，发芽抑制率则显著升高。当叶、茎、根3种水浸提液浓度为0.5 mg/mL时，发芽势分别降至62.22%、55.56%、56.67%，发芽抑制率分别为13.86%、23.09%、21.55%；当叶、茎、根3种水浸提液浓度达到本试验设置的最高浓度50 mg/mL时，发芽势较对照降低96.92%、90.76%、64.61%，发芽抑制率分别达到93.85%、90.77%、53.85%。总体来看，3种水浸提液对种子发芽势的抑制和对种子发芽抑制率的效果最好的是叶水浸提液，其次为茎水浸提液，根水浸提液最弱。

表1 密花香薷种子发芽势与发芽抑制率的变化

由图2a和图2b可知，密花香薷不同营养器官水浸提液对种子发芽指数和活力指数的影响趋势大体一致，均有抑制作用，且随着水浸提液浓度的增加，抑制效果越显著。当叶、茎、根3种水浸提液浓度为0.5 mg/mL时，种子发芽指数较对照分别下降16.27%、23.64%、16.38%，种子活力指数较对照分别下降27.23%、35.29%、35.08%；当叶、茎、根3种水浸提液浓度达到50 mg/mL时，种子发芽指数较对照分别下降98.19%、94.00%、71.21%，种子活力指数较对照分别下降99.78%、98.47%、83.66%。总体上，密花香薷不同营养器官水浸提液对其种子发芽指数和活力指数影响最强的是叶水浸提液，其次为茎水浸提液，根水浸提液最弱。

2.3 水浸提液对密花香薷种子萌发指标的化感响应指数(RI)及综合化感响应指数(SE)的影响

由表2可知，不同浓度的叶、茎、根3种水浸提液处理下，各指标RI值均为负值，表明对密花香薷种子萌发存在抑制作用，即自毒作用[13]。随着3种水浸提液浓度的增加，RI绝对值增大，说明自毒作用随水浸提液浓度的升高而增强。3种水浸提液浓度达到本试验所设置的最高浓度50 mg/mL时，叶、茎、根3种水浸提液处理下发芽参数的综合化感效应指数(SE)分别为-61.04、-14.42、-2.09，由绝对值大小可知，自毒作用强弱顺序为叶>茎>根。

表2 密花香薷种子各发芽参数的化感响应指数(RI)及综合化感效应指数(SE)的影响

2.4 密花香薷不同营养器官水浸提液对其幼苗生长的影响

在用叶、茎、根不同浓度的水浸提液处理密花香薷过程中发现，当水浸提液浓度增加至25 mg/mL时，培养皿中密花香薷出现叶片颜色变暗淡，茎部纤细，根腐烂、发霉等现象。由表3可知，叶、茎、根3种水浸提液对密花香薷苗高、根长、鲜重均存在一定的抑制作用，且随着水浸提液浓度的增加，抑制作用越显著。对照根长为8.88 cm，当叶、茎、根3种水浸提液浓度为0.5 mg/mL时，对幼苗根长的影响较小，较对照分别减少0.53、0.53、0.83 cm；随着水浸提液浓度的不断增加，其对根长的抑制效果就越显著，当叶、茎、根3种水浸提液浓度达到50 mg/mL时，根长较对照分别减少8.25、7.15、4.97 cm。对照苗高为3.68 cm，当叶、茎、根3种水浸提液浓度为0.5 mg/mL时，其苗高较对照分别减少1.09、1.33、1.38 cm；当叶、茎、根3种水浸提液浓度达到50 mg/mL时，其苗高较对照分别减少3.51、2.35、0.56 cm。叶、茎2种水浸提液对幼苗鲜重的抑制效果较明显，当叶、茎2种水浸提液浓度为0.5 mg/mL时，鲜重分别降至90、120 mg；当叶、茎2种水浸提液浓度为50 mg/mL时，鲜重分别降至20、60 mg。可见，密花香薷不同营养器官水浸提液对其幼苗生长的影响趋势与对其种子萌发的影响趋势相一致，即叶水浸提液对幼苗生长的抑制效果最强，茎次之，根最弱。

表3 密花香薷幼苗生长各指标的影响

3 讨论与结论

由于化感物质在其营养器官中所储存的数量不一致，因此供体植物不同营养器官对受体植物的化感作用存在一定的差异。本试验通过自制的密花香薷叶、茎、根3种水浸提液对密花香薷种子萌发指标和幼苗生长的影响进行研究，得出叶的化感自毒作用最强，茎次之，根最弱。刘勇等[13]在研究头花蓼水浸提液的化感自毒作用时得出相似的结果。程晓月等[19]在探究密花香薷对垂穗披碱草化感作用时得出，密花香薷各器官的水浸提液抑制作用为叶>茎>根，本试验也得出一致的结论，可以推测出密花香薷内主要储存化感物质的部位为密花香薷的叶片。

不同浓度叶、茎、根3种水浸提液对密花香薷种子萌发及幼苗生长产生一定的抑制作用，且随着浓度的增加，抑制作用越显著。当密花香薷叶、茎、根3种水浸提液浓度达到本试验所设置的最高浓度50 mg/mL时，发芽率分别降至4.44%、6.67%、33.33%，发芽速率分别骤降至0.004、0.02、0.11，发芽势较对照分别降低96.92%、90.76%、64.61%，发芽抑制率分别达到93.85%、90.77%、53.85%，种子发芽指数较对照分别下降98.19%、94.00%、71.21%，种子活力指数较对照分别下降99.78%、98.47%、83.66%。当密花香薷水浸提液的浓度高于25 mg/mL时，密花香薷幼苗产生不同程度的烂根、倒伏、叶片变色等自毒现象，且密花香薷水浸提液浓度达到试验所设置的最高浓度50 mg/mL时，幼苗生长的受抑制现象最为明显。

综上所述，密花香薷存在自毒作用，密花香薷化感物质主要存在于叶部，其次是茎部，根部最少。随着水浸提液浓度的不断增加，其对密花香薷的种子及幼苗生长的影响就越显著，当水浸提液浓度达到50 mg/mL时，抑制效果最明显。所以在密花香薷种植时，应当避免连作，正确进行轮作，并及时对密花香薷周边掉落的叶片进行清理。