长喙韭浸提液对叶用莴苣种子萌发化感作用的研究

巴依牙·托列吾汗　迪丽热巴·莫合太江　林辰壹　阿布都外力·阿依甫

摘    要：為了探讨长喙韭根际土和不同部位凋落物对叶用莴苣种子萌发的影响，以国内仅分布于新疆的葱属植物长喙韭（Allium saxatile M. Bieb.）为材料，采用培养皿滤纸法研究长喙韭根际土、凋落叶、花葶和果皮不同部位不同浓度水浸提液对叶用莴苣种子萌发的影响，对种子萌发和幼苗生长指标进行比较，并对长喙韭不同部位不同浓度水浸提液对种子萌发和生长进行综合化感效应指数和主成分分析。根际土水浸提液浓度为20 mg·mL时综合化感效应指数为0.128，凋落叶、花葶和果皮浓度分别为20 mg·mL、30 mg·mL、30 mg·mL时综合化感效应指数分别为-0.231、-0.192、-0.845，化感强弱D值由高到低为：果皮>花葶>凋落叶；根际土表现为化感促进作用，而其他部位均表现为化感抑制作用，野生韭菜长喙韭是具有一定化感作用的，为栽培生产中合理选择间套作时期提供了指导。

关键词：长喙韭；浸提液；叶用莴苣；种子萌发；化感作用

中图分类号：S647; S633         文献标识码：A            DOI 编码：10.3969/j.issn.1006－6500.2023.09.001

Study on the Chemosensitizing Effect of Allium saxatile Extract on Seed Germination of Lactuca sativa L.

BAYIYA Tuoliewuhan， DILIREBA Mohetaijiang， LIN Chenyi， ABUDUWAILI Ayifu

（College of Horticulture， Xinjiang Agricultural University， Urumqi， Xinjiang 830052，China）

Abstract： To investigate the effects of rhizosphere soil and different parts of the apoplastic material of Allium saxatile on seed germination of Lactuca sativa L. Using Allium saxatile M. Bieb. as material， we used the Petri dish filter paper method to study the effects of different concentrations of aqueous extracts from different parts of the rhizosphere soil， wilted leaves， scape and pericarp of Allium saxatile on seed germination of Lactuca sativa L. and to compare the indexes of seed germination and seedling growth. The effects of different concentrations of aqueous extracts on seed germination and seedling growth were compared， and a comprehensive chemosensory effect index and principal component analysis were carried out for different parts of the Allium saxatile. The comprehensive allelopathic effect index was 0.128 with a concentration of 20 mg·mL of the rhizosphere soil water extract. Moreover， the allelopathic effect indices were -0.231， -0.192 and -0.845 on wilted leaves， scape， and pericarp， respectively， when the concentrations were 20 mg·mL， 30 mg·mL， and 30 mg·mL with D values indicating that allelopathic strength and weakness decreased in the order： pericarp>scape>wilted leaves. The rhizosphere soil exhibited allelopathic promotion， whereas the other plant parts showed allelopathic inhibition. Moreover， wild leeks with Allium saxatile demonstrated certain allelopathic effects， which provided guidance for selecting a suitable intercropping period during cultivation and production.

Key words： Allium saxatile M. Bieb.; leachate; Lactuca sativa L.; seed germination; chemosensory effect

植物通过淋溶、挥发、凋落物分解、根部分泌等途径将产生的化感物质释放到环境中从而对邻近植物产生有益或有害的影响[1]。化感效应广泛存在于生态系统之中，对于植被更新和持续发挥土地生产力具有重要意义[2]。很多作物表现出的化感作用为建立间套作制度、改善土壤生态环境、降低作物发病率，以及提高土壤养分吸收等方面起到了积极作用[3]。

长喙韭（Allium saxatile M. Bieb）在国内仅分布于新疆天山和阿尔泰地区，生长在山地砾石坡地环境[4]；国外分布于中亚、西伯利亚和欧洲[5]，是重要的观赏植物资源，用于景观设计或鲜切花等[6]。长喙韭是新疆干旱半干旱特殊环境下生长的葱蒜类蔬菜资源，满足了人们对高品质功能性植物资源不断增长的消费需求，其栽培面积亟需扩大。长喙韭多年生的特点导致土壤中会累计根系分泌物，同时完成年生活史后植株周围会形成一定量凋落物，具备产生化感作用的物质基础[7]。因此，需要明确栽培过程中长喙韭与其他作物的生长作用关系。

本研究以叶用莴苣（Lactvca sativa L.）作为验证长喙韭化感作用的受体材料，叶用莴苣生长周期短、喜凉耐阴适宜于间套作，是研究化感作用的模式材料。将长喙韭植株根际土以及凋落叶、花葶和果皮的不同质量浓度的水浸提液作用于叶用莴苣种子，比较分析不同处理水浸提液对叶用莴苣种子的综合化感效应，掌握长喙韭和叶用莴苣之间的化感作用关系，以其明确长喙韭在田间生态环境条件下化感作用特点。本研究对进一步建立长喙韭间套作、轮作倒茬的健康栽培制度建立、扩大种植面积具有指导意义。

1 材料与方法

1.1 供试材料

2021年10月在种植基地（87.20° E，43.54° N）分别采集长喙韭叶、花葶和果皮的凋落物，以及根系5～10 mm的根际土备用。

選择颗粒饱满、完全成熟且大小基本一致的叶用莴苣‘翠绿’种子（新疆天地禾种业有限公司生产），用质量体积分数为0.1%NaClO溶液消毒20 min，经蒸馏水、无菌水冲洗，滤纸吸干表面水分待用。1.2 浸提液制备和种子处理将根际土和不同部位凋落物分别进行粉碎后按样品干质量 ∶ 溶剂体积=1∶10比例与无菌水混合，室温下浸提48 h，过滤后4 000 r·min离心10 min，获得质量浓度100 mg·mL的长喙韭水浸提液，并用无菌水将各浸提液分别稀释成10 mg·mL、20 mg·mL、30 mg·mL质量浓度的工作液，以无菌水（0 mg·mL）为对照。采用培养皿滤纸法[8]，每皿分别加入不同浓度的工作液7 mL，均匀摆放25粒种子，每个处理设置4个重复，用封口膜封口，置于CXZ型智能光照培养箱。按照国际种子规程设置温度（20±2） ℃，黑暗条件下发芽，4 d测发芽势，7 d测发芽率。

1.3 指标测定

当胚根或胚轴突破种皮1～2 mm计为发芽种子。每个培养皿随机挑选5株用电子天平（0.1 mg）称量芽苗鲜质量、根鲜质量；用电子游标卡尺（0.01 mm）测定芽苗长度、幼苗根长。发芽率（计数天数为7 d）、发芽势（以发芽试验规定期限的发芽率，计数天数为4 d）、发芽指数、活力指数计算公式如下：

发芽率=（发芽种子总数/供试种子总数）×100%                 （1）

发芽势=（发芽种子总数/供试种子总数）×100%                    （2）

发芽指数（GI）=∑（Gt/Dt）（3）

式中，Dt为发芽日数；Gt是与Dt相对应的每天发芽种子数与发芽日数。

活力指数=GI×S（4）

式中，GI为发芽指数；S为芽生长势（平均鲜质量）。

参照Williamson等[9]的计算化感效应指数（Response

Index，RI）以及相对促进（抑制）率和综合化感效应指数[10]。

化感效应指数RI = T/C-1（5）

式中，C为对照值；T为处理值；RI > 0为促进作用，RI < 0为抑制作用，其绝对值的大小代表化感作用强度和化感作用类型。

相对促进（抑制）或增加（降低）=（处理组平均值－对照组平均值）/对照组平均值×100%（6）

式中，正值表示促进，负值表示抑制。

综合化感效应指数=供体植物对同一受体植物的各项指标RI的算术平均值（7）

1.4 数据分析

Microsoft Excel 2010数据整理、绘制图形，SPSS 27.0进行单因素方差分析（one-way ANOVA）、Duncan’s新复极差法多重比较、主成分分析及隶属函数分析[11]，数据用平均值±SD表示。

2 结果与分析

2.1 长喙韭根际土水浸提液对叶用莴苣种子萌发的影响

由表1可知，10 mg·mL处理浓度显著促进叶用莴苣活力指数、芽苗鲜质量、芽苗长度和根长度，分别比对照相对增加19.35%、13.34%、9.45%和6.46%；20 mg·mL浓度下显著促进叶用莴苣种子的活力指数、芽苗鲜质量、芽苗长度和根长度，比对照相对增加33.87%、28.06% 、20.73%、17.35%；30 mg·mL 浓度下显著促进叶用莴苣种子的活力指数、芽苗鲜质量，分别比对照相对增加12.90%、18.31%，而芽苗长度和根长度间无显著性差异；与对照相比，不同浓度根际土水浸提液对叶用莴苣发芽率、发芽势、发芽指数、根鲜质量均无显著性差异（P>0.05）。

2.2 长喙韭凋落叶水浸提液对叶用莴苣种子萌发的影响

由表1可知，10 mg·mL浓度下显著抑制叶用莴苣发芽势、发芽指数、活力指数和根长度，分别比对照相对减少6.25%、25.57%、8.06%、26.44%，而对根鲜质量和芽苗长度间无显著性差异；随着浓度的升高显著抑制叶用莴苣种子的发芽势、发芽指数、活力指数、根鲜质量、芽苗长度和根长度，20 mg·mL浓度下分别比对照相对减少 10.42%、29.69%、22.58%、22.04%、47.80%、56.82%；30 mg·mL-1浓度下分别比对照相对减少 4.16%、36.40%、25.81%、21.86%、 53.85%、59.07%。与对照相比，不同浓度凋落叶水浸提液对叶用莴苣发芽率无显著性差异，而显著促进芽苗鲜质量（P<0.05）。

2.3 长喙韭凋落花葶水浸提液对叶用莴苣种子萌发的影响

由表1可知，10 mg·mL浓度下显著抑制叶用莴苣发芽指数、活力指数、芽苗长度和根长度，分别比对照相对减少35.81%、33.87%、17.64%、20.75%，而对于发芽势和芽苗鲜质量无显著性差异（P>0.05）；随着浓度的升高显著抑制叶用莴苣发芽势、发芽指数、活力指数、芽苗长度和根长度，20 mg·mL浓度下分别比对照相对减少8.33%、45.23%、29.03%、22.04%、25.80%，30 mg·mL浓度下分别比对照相对减少12.50%、51.06%、29.03%、23.45%、30.33%；显著促进芽苗鲜质量，20 mg·mL浓度下比对照相对增加29.27%；30 mg·mL浓度下比对照相对增加45.08%。与对照相比，不同浓度凋落花葶水浸提液对叶用莴苣发芽率和根鲜质量无显著性差异（P>0.05）。

2.4 长喙韭凋落果皮水浸提液对叶用莴苣种子萌发的影响

由表1可知，与对照相比，10 mg·mL浓度下显著抑制叶用莴苣发芽指数、根鲜质量、芽苗长度和根长度，分别比对照相对减少为16.66%、80.51%、72.03%、80.57%，而对于发芽率、发芽势、活力指数和芽苗鲜质量无显著性差异；20 mg·mL浓度下显著抑制叶用莴苣发芽指数、活力指数、芽苗鲜质量、根鲜质量、芽苗长度和根长度，分别比对照相对减少为32.27%、45.16%、18.65%、87.25%、89.90%、96.22%，而对于发芽率和发芽势无显著性差异；30 mg·mL浓度下极显著抑制种子萌发及幼苗生长，种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、芽苗鲜质量、根鲜质量、芽苗长度和根长度，分别比对照相对减少62.89%、89.58%、90.48%、93.55%、44.91%、100%、94.26%、100%；随着凋落果皮水浸提液浓度升高抑制种子萌发及幼苗生长，高浓度凋落果皮水浸提液完全抑制根的生长（P<0.05）。

2.5 不同部位水浸提液对叶用莴苣的化感效用指数

基于不同部位不同浓度水浸提液对叶用莴苣种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、芽苗鲜质量、根鲜质量、芽苗长度、根长度8个指标RI值综合分析结果。由图1所示，根际土不同浓度的水浸提液对叶用莴苣种子萌发及幼苗生长具有促进作用，当浓度为20 mg·mL时促进作用最强，呈现“低促高抑”的趋势。凋落叶、花葶和果皮水浸提液对叶用莴苣种子都具抑制作用，随着处理浓度升高呈现出抑制作用逐渐增强的变化趋势，其抑制作用表现为果皮大于花葶和凋落叶，当果皮水浸提液浓度为30 mg·mL时，抑制根的生长（图2）。

2.6 主成分分析

由表2可知，将8个性状指标利用主成分分析，根据特征值大于1的原则，提取2个主要成分并转换成2个综合指标。其中，第1个主成分累计贡献率75.876%、第2个主成分累计贡献率89.297%。根据各性状的特征向量形成各主成分方程式：

CI=0.846 X+0.861X+0.851X+0.935X+0.777 X+0.895 X+0.902 X+0.893 X

CI=0.475 X+0.442 X+0.368 X+0.135 X-0.265 X-0.369 X-0.380 X-0.384 X

由各性狀的特征向量可知，第1主成分中活力指数和芽苗长度的系数较大，第2主成分中发芽率和发芽势系数较大，可见活力指数、芽苗长度、发芽率、发芽势可以作为不同部位不同浓度水浸提液条件下叶用莴苣各性状鉴定的指标。

由表3可知，根际土水浸提液浓度为20 mg·mL的隶属函数值U（CI1）最大，为1.000；果皮水浸提液浓度为30 mg·mL的隶属函数值U（CI1）最小，为0.000；果皮水浸提液浓度为10 mg·mL的隶属函数值U（CI）最大，为1.000；果皮水浸提液浓度为30 mg·mL的隶属函数值U（CI）最小，为0.000。结合各指标权重计算D值并进行排序，各处理综合分析值由高到低为：根际土（20 mg·mL）>根际土（10 mg·mL）>根际土（30 mg·mL）>CK（0 mg·mL）>凋落叶（10 mg·mL）>花葶（10 mg·mL）>凋落叶（30 mg·mL）>果皮（10 mg·mL）=凋落叶（20 mg·mL）>花葶（20 mg·mL）>花葶（30 mg·mL）>果皮（20 mg·mL）>果皮（30 mg·mL）。

3 讨论与结论

3.1 长喙韭根际土化感作用

本研究通过研究长喙韭根际土和不同部位凋落物水浸提液对叶用莴苣种子萌发的影响，发现长喙韭根际土对叶用莴苣种子萌发和幼苗生长具有促进作用，而凋落叶、花葶和果皮均具有抑制作用，其中果皮浸提液對种子萌发和幼苗生长的抑制最强。本研究首次验证了长喙韭具有化感作用。

研究表明，植物根际土对另一种植物种子萌发起到促进或者抑制的作用[12]，呼木吉勒图等[13]研究发现冷蒿根际土的浸提液抑制5种紫花苜蓿品种种子萌发，且随着浸提液浓度升高，其抑制作用也在加强，李欣欣等[14]发现毛竹根际土浸提液对杉木种子萌发具有促进作用，其中低浓度的促进作用十分显著。而本研究中长喙韭根际土对叶用莴苣种子萌发具有促进作用，呈现“低促高抑”的趋势，而其它部位的浸提液均呈现抑制作用，说明了不同部位表现出不同的特点，不同部位化感物质种类和浓度存在差异。

3.2 长喙韭凋落叶、花葶和果皮的化感作用

多种葱属植物均表现出一定的化感能力，蒙古韭全株水浸提液促进萝卜的单株根质量和可溶性蛋白含量[15]；香葱全株低浓度水浸提液促进草莓种子发芽，高浓度水浸提液促进草莓生长和果实品质[16]；低浓度的实葶葱凋落叶片抑制叶用莴苣种子萌发[17]；本研究材料长喙韭的凋落叶在10 mg·mL浓度下抑制了叶用莴苣种子的萌发，长喙韭在这种低浓度下产生的化感作用特点和作用效果与实葶葱凋落叶相似。本研究结果还证实，长喙韭的花葶水浸提液和果皮浸提液也是产生化感作用的重要部位，这在以往的研究中常被忽视[15-17]。

从化感表现来看，长喙韭30 mg·mL的果皮浸提液处理下的叶用莴苣种子萌发后子叶正常展开，但是胚轴生长受到抑制，出现影响主根和侧根生长的“抑根”现象，这与水杉凋落物水浸提液抑制种子主根生长的表现一致[18]，这种对受体材料地上部和地下部器官形成的机制有待进一步探讨。植物含有特定的生理活性物质，以次生代谢物质的形式分布在不同器官，研究表明不同的植物种类和不同部位的化感类型不同[19]，例如三七和人参根均能分泌化感物质，其化感能力强，同时根部多糖含量高，表现出化感能力和成分存在一定的关系[20]。本研究长喙韭凋落叶、花葶和果皮的化感能力存在差异，这种差异是否意味着长喙韭不同部位的功能成分也存在差异有待进一步证实。

本研究将8个性状分为2个主成分，活力指数和发芽率的累计方差贡献率大于85%，达到了89.35%，可将活力指数和发芽率作为今后长喙韭的化感作用综合评价的参考指标。同时，通过计算各指标的综合评价排序进一步验证长喙韭的根际土和不同部位凋落物化感作用与化感效应指数一致，化感效应指数的计算指标也能准确评价化感作用强弱。本研究长喙韭根际土和不同部位凋落物水浸提液对叶用莴苣种子的化感作用有所差异，根际土水浸提液促进种子萌发和幼苗生长，建议在实际生产中长喙韭与叶用莴苣间套作时掌握好播种时机，及时清理田园避免凋落叶、成熟的花葶和果皮产生的化感抑制作用，影响间套作植物的生长。

通过不同部位水浸提液对叶用莴苣种子萌发综合化感效应指数和主成分分析得知，长喙韭根际土、凋落叶、花葶和果皮的水浸提液具有化感作用，根际土表现为化感促进作用，而其他部位均表现为化感抑制作用，抑制强弱D值由高到低为：果皮>花葶>凋落叶。

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