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小飛蓬對(duì)三種雜草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的化感作用

2012-04-29 00:44:03高源朱朝華李雪楓
湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2012年15期
關(guān)鍵詞:化感作用幼苗生長(zhǎng)

高源 朱朝華 李雪楓 等

摘要:以稗草[Echinochloa crusgalli (L.) Beauv.]、鬼針草(Bidens pilosa L.)、含羞草(Mimosa pudica L.)3種雜草種子為受體,以小飛蓬[Conyza canadensis (L.) Cronq.]全株為供體,采用培養(yǎng)皿濾紙培養(yǎng)法研究小飛蓬水提取液的乙酸乙酯、正丁醇和水萃取物對(duì)受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的化感作用。結(jié)果表明,小飛蓬的乙酸乙酯萃取物強(qiáng)烈抑制稗草和鬼針草的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng),且抑制效應(yīng)隨萃取物濃度的升高而提高,高濃度的乙酸乙酯萃取物對(duì)含羞草的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)抑制作用明顯。乙酸乙酯萃取物濃度為0.5 mg/mL時(shí),其對(duì)3種雜草幼苗的根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)和鮮重的抑制作用與對(duì)照組比較就有顯著差異。乙酸乙酯萃取物濃度為2.0 mg/mL時(shí),其對(duì)稗草和鬼針草根長(zhǎng)的化感效應(yīng)指數(shù)(RI)值均為-1.00,對(duì)莖長(zhǎng)的RI值分別為-0.97和-0.78;二者種子的萌發(fā)率平均值分別為3.3%和2.2%。小飛蓬的正丁醇萃取物抑制3種雜草的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng),但比乙酸乙酯萃取物的抑制作用弱。高濃度小飛蓬水萃取物強(qiáng)烈促進(jìn)3種雜草的幼苗生長(zhǎng)。說(shuō)明小飛蓬水提取液中的除草活性物質(zhì)可能存在于乙酸乙酯和正丁醇萃取物中。

關(guān)鍵詞:小飛蓬[Conyza canadensis(L.)Cronq.];化感作用;萃取物;幼苗生長(zhǎng)

中圖分類號(hào):S452文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0439-8114(2012)15-3230-04

Allelopathy of Conyza canadensis on Seed Germination and Seedling Growth of Three Types of Weed

GAO Yuan1,ZHU Chao-hua1,LI Xue-feng1,LEI Zhao-ming2,YU Shu-hua2

(1. College of Environment and Plant Protection, Hainan University, Haikou 570228,China;

2. Test Site of Chinese Academy of Tropical Agricultural Science, Danzhou 571737, Hainan,China)

收稿日期:2012-01-07

基金項(xiàng)目:海南大學(xué)熱帶作物種質(zhì)資源保護(hù)與開發(fā)利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目;海南大學(xué)“211工程”建設(shè)項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介:高源(1986-),男,山東濟(jì)南人,在讀碩士研究生,研究方向?yàn)橹参镌崔r(nóng)藥,(電話)19789181193(電子信箱)gyuan_1986@163.com;

通訊作者,朱朝華(1959-),男,副教授,廣西玉林人,主要從事植物保護(hù)、植物化感作用及雜草學(xué)研究工作,(電話)0898-66192975

(電子信箱)zch200518@21cn.com。

Abstract: Ethyl acetate, butanol and water extracts from Conyza canadensis were used to test their allelopathic effects on the seed germination and seedling growth of three types of weed [Echinochloa crusgalli (L.) Beauv, Bidens pilosa L, and Mimosa pudica L]. The results showed that ethyl acetate extract could strongly inhibited the seed germination and seedling growth of E. crusgalli and B. pilosa. The inhibition increased with the increasing concentration of extract. High concentration of the ethyl acetate extract could effectively inhibit the seed germination and seedling growth of M. pudica L. When the concentration of ethyl acetate reached 0.5 mg/mL, significant differences of seedlings of the 3 species emerged on their root length, stem length and fresh weight compared with the control. When the concentration of ethyl acetate reached 2.0 mg/mL, the respond indexes of allelopathy (RI) of the root length of E. crusgalli and B. pilosa were both -1.00; while the RI of the stem length was -0.97 and -0.78 respectively. The average germination rate of two seeds was 3.3% and 2.2% respectively. The butanol extract could inhibit the seed germination and seedling growth of three weeds, but its inhibition was weaker than the ethyl acetate extract. High concentration of the aqueous extract could effectively promote seedling growth of three weeds. It could be concluded that herbicidal active substances from C. canadensis were probably existing in extracts of ethyl acetate.

Key words: Conyza canadensis; allelopathy; extracts; seedling growth

植物化感作用指各種植物之間存在的一種化學(xué)相互作用,包括促進(jìn)和抑制兩個(gè)方面[1]。至今,植物化感作用研究已成為化學(xué)和生態(tài)學(xué)最活躍的領(lǐng)域之一,而菊科植物的化感作用,特別是化感物質(zhì)在雜草控制和可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)[2]。小飛蓬[Conyza canadensis (L.) Cronq.],別名小白酒草、小蓬草、小飛蓮,俗稱狼尾蒿,為菊科(Compositae)白酒菊屬(Conyza)植物。小飛蓬原產(chǎn)于北美,19世紀(jì)末先后傳入中國(guó)[3]。小飛蓬能產(chǎn)生大量瘦果,蔓延極快,一旦形成種群優(yōu)勢(shì),其他雜草很難生長(zhǎng),是我國(guó)主要惡性雜草之一,已經(jīng)引起相關(guān)研究人員的重視。小飛蓬具有細(xì)胞毒性、抑菌和除草活性[4-7]。高興祥等[5]發(fā)現(xiàn)小飛蓬乙酸乙酯和乙醇提取物對(duì)高粱[Sorghum bicolor (L.) Moench]等4種作物的幼苗具有抑制作用。為了系統(tǒng)研究小飛蓬化感作用和其除草活性潛力,本試驗(yàn)選取的受體植物均來(lái)自野外采集,用小飛蓬乙酸乙酯、正丁醇和水萃取物測(cè)定其對(duì)雜草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響,利用小飛蓬的化感潛力,為開發(fā)新型植物源除草劑和生物防治雜草提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

供體植物小飛蓬植株,化感作用受體植物鬼針草(Bidens pilosa L.)、稗草[Echinochloa crusgalli (L.) Beauv.]和含羞草(Mimosa pudica L.)的種子均采集自中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)場(chǎng)。

1.2方法

1.2.1小飛蓬水提取液各萃取物的制備選取健康的全株小飛蓬洗凈,待其表面水分晾干后,剪成5 cm左右的小段,加入蒸餾水先浸泡48 h,倒出浸泡液,再加入蒸餾水浸泡24 h,期間反復(fù)振蕩,合并兩次的浸泡液連續(xù)抽濾2次,得到的濾液依次用乙酸乙酯和正丁醇萃取,得到乙酸乙酯萃取物、正丁醇萃取物,經(jīng)乙酸乙酯和正丁醇萃取后剩余部分為水萃取物,蒸干后得浸膏。各萃取物及浸膏用丙酮稀釋成2.5、5.0、10.0和20.0 mg/mL萃取液備用。

1.2.2化感活性生物測(cè)定采用種子萌發(fā)法[8]。在直徑9 cm的培養(yǎng)皿中加入1 mL備用萃取液,待溶劑揮發(fā)后加入10 mL蒸餾水,使各萃取液濃度分別達(dá)到0.25、0.5、1.0和2.0 mg/mL,以蒸餾水為對(duì)照(CK),每個(gè)培養(yǎng)皿擺入30粒經(jīng)預(yù)處理的種子,在溫度為(26±1)℃恒溫培養(yǎng)箱中黑暗培養(yǎng),每天調(diào)查種子發(fā)芽數(shù),記錄到第八天。4 d后測(cè)量雜草種子幼苗根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)和鮮重(鮮重為每個(gè)培養(yǎng)皿中30粒種子總重量)。

1.3數(shù)據(jù)分析

萌發(fā)率=(發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù))×100%

化感效應(yīng)指數(shù)(RI):RI=1-C/T(T≥C),或者RI=T/C-1(T<C)

公式中,C為對(duì)照值,T為處理值。RI表示化感作用強(qiáng)度大小,正值表示促進(jìn)效應(yīng),負(fù)值表示抑制效應(yīng),其絕對(duì)值大小反映化感作用的強(qiáng)弱。

小飛蓬水浸提液對(duì)雜草種子萌發(fā)率影響的數(shù)據(jù)為3次測(cè)定的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤;對(duì)幼苗生長(zhǎng)影響的數(shù)據(jù)采用SAS軟件9.1版進(jìn)行方差分析,處理間的差異顯著性用Duncan氏法分析。

2結(jié)果與分析

2.1小飛蓬水提取液各萃取物對(duì)雜草種子萌發(fā)的影響

小飛蓬的乙酸乙酯萃取物對(duì)3種雜草種子萌發(fā)均有很強(qiáng)的抑制作用,但是由于3種雜草種子隸屬于不同科屬,表現(xiàn)出的受抑制程度也不同。稗草和鬼針草種子在乙酸乙酯萃取物中萌發(fā)率受抑制程度較含羞草強(qiáng),抑制萌發(fā)的程度隨著濃度的增大而增強(qiáng),在最高濃度2.0 mg/mL下稗草、鬼針草和含羞草的萌發(fā)率分別為3.3%、2.2%和18.7%,低濃度下的含羞草種子萌發(fā)率與對(duì)照相比差異不顯著。

小飛蓬的正丁醇萃取物對(duì)于3種雜草種子的萌發(fā)具有抑制作用,抑制萌發(fā)的程度隨著濃度的增大而增強(qiáng)(圖2)。3種雜草中稗草最為敏感,在濃度為2.0 mg/mL下萌發(fā)率為16.8%;鬼針草和含羞草在低濃度的正丁醇萃取物中萌發(fā)率與對(duì)照相比差異不顯著,在2.0 mg/mL下的萌發(fā)率分別為43.3%和41.1%(圖2)。

小飛蓬的水萃取物對(duì)3種雜草種子的萌發(fā)率影響情況見圖3,依次經(jīng)過(guò)乙酸乙酯和正丁醇萃取過(guò)的水提取液對(duì)雜草種子萌發(fā)率的影響不顯著。

2.2小飛蓬水提取液各萃取物對(duì)雜草幼苗生長(zhǎng)的影響

小飛蓬不同濃度的乙酸乙酯和正丁醇萃取物中,3種雜草幼苗的根莖長(zhǎng)RI值均為負(fù)值,所以這兩種萃取物的化感效應(yīng)均為抑制作用,其中乙酸乙酯萃取物的化感效應(yīng)強(qiáng)于正丁醇萃取物的化感效應(yīng),并隨著濃度的增加化感作用依次增強(qiáng)(表1)。在0.5 mg/mL乙酸乙酯萃取物中,3種雜草的根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)與對(duì)照相比差異顯著;在2.0 mg/mL下化感效應(yīng)達(dá)到最大,稗草、鬼針草和含羞草根長(zhǎng)的RI值分別為-1.00、-1.00和-0.15,莖長(zhǎng)的RI值分別為-0.92,-0.78和-0.70,乙酸乙酯萃取物對(duì)含羞草根的化感效應(yīng)較弱。雜草幼苗在水萃取物中的生長(zhǎng)情況基本表現(xiàn)為低濃度輕微抑制高濃度促進(jìn),在濃度為1.0和2.0 mg/mL下雜草幼苗的根莖長(zhǎng)RI值都為正值,在2.0 mg/mL下促進(jìn)效果顯著。

小飛蓬各萃取物對(duì)雜草幼苗鮮重的影響情況見表2,在設(shè)定的4個(gè)濃度下,雜草幼苗的鮮重在乙酸乙酯和正丁醇萃取物中的RI值全部為負(fù)值,說(shuō)明這兩種萃取物的化感效應(yīng)為抑制作用,并隨著濃度的增大化感效應(yīng)逐漸增強(qiáng),0.5 mg/mL乙酸乙酯萃取物對(duì)雜草幼苗鮮重的抑制作用顯著,在2.0 mg/mL下達(dá)到最強(qiáng),稗草、鬼針草和含羞草鮮重的RI值分別為-0.48、-0.44和-0.29。雜草幼苗的鮮重在水萃取物中表現(xiàn)出低濃度抑制高濃度促進(jìn),在最大濃度2.0 mg/mL下的稗草、鬼針草和含羞草鮮重的RI值分別為0.26、0.43和0.28,促進(jìn)效果與對(duì)照相比差異顯著。

3討論

菊科是被子植物中最大的一個(gè)科,約有1 000個(gè)屬,粗略統(tǒng)計(jì)約有37個(gè)屬存在化感作用,顯示出菊科植物在化感機(jī)理研究及化感物質(zhì)開發(fā)上的重要性[2]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)菊科植物化感研究重點(diǎn)放在入侵性強(qiáng)的雜草上,例如紫莖澤蘭(Eupatorium adenophorum Sprengel)[9,10]、薇甘菊(Mikania micrantha H.B.K)[11]、勝紅薊(Ageratum conyzoides L.)[12]和豚草(Ambrosia artemisiifolia L.)[13]等,而小飛蓬是我國(guó)分布最廣的菊科入侵物種之一,廣泛分布于東北、華北、華東和華中地區(qū)的果園、桑園、茶園等,也發(fā)生在路邊、宅旁及廢棄地[14]。因此,研究小飛蓬對(duì)雜草的化感作用,為綜合防治田間雜草、開發(fā)新型生物除草劑提供理論依據(jù)具有重要意義。

本試驗(yàn)采用蒸餾水直接提取小飛蓬后依次用乙酸乙酯和正丁醇萃取得到各萃取物浸膏,直接用乙酸乙酯和正丁醇依次萃取得到萃取物浸膏的最高設(shè)定濃度為100.0 mg/mL[5],是本試驗(yàn)最高設(shè)定濃度2.0 mg/mL的50倍,說(shuō)明采用先水提取再萃取的方法能更好地獲得小飛蓬內(nèi)除草活性物質(zhì)。受體植物均為在野外采集的雜草種子培養(yǎng)獲得,有很強(qiáng)的抗逆性,更能體現(xiàn)出小飛蓬化感活性的強(qiáng)弱。

初步研究結(jié)果表明,小飛蓬的3種萃取物中乙酸乙酯和正丁醇萃取物對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)具有抑制作用,前者的抑制作用更強(qiáng)。當(dāng)乙酸乙酯萃取物濃度達(dá)到2.0 mg/mL,雜草幼苗明顯變黃、卷曲、生長(zhǎng)緩慢。低濃度的乙酸乙酯萃取物對(duì)稗草和鬼針草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響與對(duì)照相比差異顯著,但對(duì)豆科雜草含羞草的化感效應(yīng)較弱,在高濃度下對(duì)含羞草的化感效應(yīng)也要弱于稗草和鬼針草。朱朝華等[15]研究發(fā)現(xiàn)小飛蓬水提取液對(duì)綠豆[Vigna radiate (L.) Wilclzek]的種子萌發(fā)率和萌發(fā)速率抑制效果不顯著,由此可見,小飛蓬對(duì)豆科類植物的化感作用較弱。水萃取物對(duì)雜草幼苗生長(zhǎng)表現(xiàn)出低濃度抑制高濃度促進(jìn)的效果,經(jīng)過(guò)乙酸乙酯和正丁醇萃取后的水萃取物中化感活性物質(zhì)的含量已經(jīng)很少,可能含有一些易溶于水的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),在高濃度下促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)效果明顯。

小飛蓬水提取液乙酸乙酯萃取物具有很強(qiáng)的化感效應(yīng)和除草活性潛力,但是還需要通過(guò)研究其活性成分和田間藥效試驗(yàn),才能確定其除草活性物質(zhì)是否能開發(fā)成新型除草劑。

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