， ， (濱州學院 .山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點實驗室； .生物工程學院， 山東 濱州 256603)

卵葉青蘚水提液對玉米種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

劉俊華a，李玉璽b，李敏b
(濱州學院 a.山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點實驗室； b.生物工程學院， 山東 濱州 256603)

為了解卵葉青蘚可能具有的化感效應(yīng)及其作用機制，以卵葉青蘚配子體水提取液為處理液，以玉米種子為受試對象，通過測定不同濃度梯度卵葉青蘚水提液對受試種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，初步闡明卵葉青蘚可能具有的化感潛能。結(jié)果表明：卵葉青蘚配子體水提液對玉米種子發(fā)芽率有較大影響，且總體趨勢表現(xiàn)為提取液濃度愈高，對其種子萌發(fā)率影響愈大，處理組玉米種子萌發(fā)率顯著低于對照組(plt;0.05)；卵葉青蘚水提液對玉米幼苗生長的影響表現(xiàn)在對苗高與根長的抑制方面。隨著水提液濃度的增高，玉米幼苗根長逐漸變短，在80 mg/mL處理下達到最短，且與對照間差異顯著(plt;0.05)；對玉米幼苗根部發(fā)育狀況有較強的影響，即隨著水提液濃度的提高，生根數(shù)目逐步減少，直至濃度為80 mg/mL時達到最少。實驗中，玉米幼苗鮮重及干重均隨著提取液濃度的升高而減小，尤其是幼苗干重，在提取液濃度達到40 mg/mL時達到最小。隨卵葉青蘚提取液濃度不斷增高，玉米幼苗葉片總?cè)~綠素含量和葉綠素a含量逐步下降，均在80 mg/mL時達到最低，而葉綠素b在5 mg/mL時反而略高于對照組，在10 mg/mL時達到最低。上述結(jié)果表明，卵葉青蘚具有一定的化感潛能。

化感作用； 水提液； 種子萌發(fā)； 幼苗生長； 卵葉青蘚

苔蘚植物是由水生向陸生過渡的一大類群，其物種數(shù)量僅次于種子植物，為植物界中第二大類群[1-3]。苔蘚植物廣布于世界各地，幾乎分布于所有類型的陸地生態(tài)系統(tǒng)中。苔蘚植物雖然結(jié)構(gòu)簡單，沒有真正的根莖葉分化，也缺乏真正的維管組織，但卻能在多種環(huán)境中生存生長，因此其體內(nèi)?？僧a(chǎn)生豐富多樣的次生活性成分，如單萜、三萜、倍半萜、黃酮、長鏈不溶性脂肪酸和甾醇化合物、聯(lián)芐和二聯(lián)芐次生代謝產(chǎn)物等[1-5]，常常作為苔蘚植物特征成分存在，且多種成分具有抑制腫瘤、微生物、寄生蟲、抗氧化等功效。已有研究也表明[3-12]，很多苔蘚植物具有不同程度的生物活性和抑菌作用，或調(diào)節(jié)植物生長的植物生長調(diào)節(jié)劑類似物。日本學者Asakawa曾研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)種苔鮮植物配子體的粗提物或粗提液，均具有抑制維管植物種子萌發(fā)、胚根伸長的作用[5]。

本研究以采自山東省內(nèi)鶴伴山區(qū)常見苔蘚植物卵葉青蘚為供試對象，以玉米種子為生測材料，比較分析了不同濃度卵葉青蘚水提液對玉米種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，以期初步揭示該蘚類物種潛在的化感效應(yīng)。

1 材料與方法

1.1 實驗用材

1.1.1 供試材料

苔蘚植物：卵葉青蘚(Brachytheciumrutabulum)采自山東省濱州市境內(nèi)鶴伴山(海拔450 m處)。

作物種子：玉米(ZeamaysL.)購自濱州市濱城區(qū)種子專賣公司。

1.1.2 實驗器材

儀器設(shè)備：搖床、恒溫箱、離心機、電子天平。

實驗用品：培養(yǎng)皿(90 mm)、量筒、錐形瓶、燒杯、稱量紙、鑷子、研缽等。

1.2 實驗方法

1.2.1 水提液的制備

將采集的新鮮卵葉青蘚配子體，清除泥土、凋落物和雜質(zhì)，先用自來水沖洗干凈，再用蒸餾水沖洗3次，自然陰干后置于45 ℃的恒溫干燥箱內(nèi)烘烤12 h，用研缽進行研磨粉碎，取一定量(8 g)的卵葉青蘚粉末加入一定體積的蒸餾水于錐形瓶中浸泡，輕微的攪拌搖勻，溫度定在30 ℃搖床上，搖床12 h。取出錐形瓶在離心機上離心(3 000 r/min，5 min)，取上清液，殘渣淋洗后離心取上清液，如此重復3次，合并3次取得的上清液即為卵葉青蘚植物配子體的水提液[6]。卵葉青蘚類植物配子體水提液配成5個濃度梯度, 分別為80，40，20，10，5 mg/mL。以蒸餾水做對照。4 ℃冷藏保存，備用。

1.2.2 種子萌發(fā)實驗

取30個培養(yǎng)皿(90 mm)，于每皿中各放入2 層濾紙，經(jīng)高壓滅菌后實驗組分別加入不同濃度卵葉青蘚水提取液15 mL，對照組也加入同等體積蒸餾水。挑選飽滿、大小均勻的玉米種子300粒，在自來水下沖洗3次后，于清水中浸泡24 h，再用蒸餾水沖洗3次，然后每個培養(yǎng)皿中均勻地放入12 粒玉米種子，每個濃度梯度3個重復，室溫條件下(25±3)℃連續(xù)培養(yǎng)5 d，每隔24 h補加2 mL提取液用來彌補提取液的損失[16]。在第5天測量胚根和胚芽的總生長量、鮮重、干重。每隔24 h在相同的時間段查看玉米等植物種子的發(fā)芽粒數(shù)，連續(xù)發(fā)芽數(shù)不再增加視為發(fā)芽實驗結(jié)束。相應(yīng)的所有實驗均設(shè)置3次重復，種子萌發(fā)實驗結(jié)束時，用20 cm直尺測出玉米種子的胚芽、胚根的長，用電子天平稱胚根、幼苗的鮮重和干重，整理數(shù)據(jù)并計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢[12]。

發(fā)芽率(%)=5 d內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。

發(fā)芽勢(%)=3 d內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。

1.2.3 生理指標的測定

按照《國際種子發(fā)芽規(guī)程》(ISTA 1996) 每天統(tǒng)計種子的發(fā)芽數(shù)(胚根突出種皮的長度為種子長度的一半即為發(fā)芽的種子)，計算出種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率，并且每24 h測量1次種子胚芽和胚根的生長量，再記下生根數(shù)目，第6天測量胚芽和胚根的總生長量、鮮重、干重[8]。

1.2.4 數(shù)據(jù)的分析與統(tǒng)計

本實驗中，所有處理組均設(shè)3個重復，數(shù)據(jù)取平均值(±標準差)；實驗數(shù)據(jù)均在Windows 8.0系統(tǒng)下，以Excel 2007進行整理匯總及初步處理，并運用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件包進行One-way ANOVA差異性檢驗和Pearson相關(guān)性分析；圖表制作利用Excel 2007完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 卵葉青蘚水提液對玉米種子發(fā)芽率的影響

從圖1可知，卵葉青蘚配子體水提液對玉米種子發(fā)芽率有較大影響，且總體趨勢表現(xiàn)為提取液濃度愈高，對其種子萌發(fā)率影響愈大。所有濃度的提取液對玉米種子萌發(fā)均有抑制作用，除20 mg/mL條件下對其抑制效應(yīng)不明顯外，其余濃度處理下，玉米種子萌發(fā)率顯著低于對照組(plt;0.05)，且組間也具有一定的差異性，尤其在10 mg/mL和80 mg/mL濃度處理下對玉米種子萌發(fā)抑制作用最強。

如圖1所示，卵葉青蘚水提液各濃度處理對玉米種子萌發(fā)影響(促進或抑制作用)未表現(xiàn)出如通?；凶饔盟哂械牡痛俑咭忠?guī)律，而是單一的抑制作用，雖然濃度效應(yīng)不夠明顯(0～10 mg/mL為一個作用區(qū)間，20～80 mg/mL為另一個作用區(qū)間)，但在10 mg/mL時即已對玉米種子萌發(fā)表現(xiàn)出強烈的抑制作用，表明卵葉青蘚配子體水提液中可能含有能夠抑制玉米種子萌發(fā)的成分(或成分組合)。

注：圖中小寫字母不同代表組間差異顯著。下同。圖1 卵葉青蘚水提液對玉米種子發(fā)芽率的影響

2.2 卵葉青蘚水提液對玉米幼苗生長的影響

玉米幼苗生長階段易受外部環(huán)境因素的影響，如水分、營養(yǎng)狀況以及土壤理化性質(zhì)等。從圖2可看出，卵葉青蘚水提液對玉米幼苗生長有較為明顯的影響，突出表現(xiàn)在對苗高與根長的抑制方面。如圖2所示，隨著水提液濃度的增高，玉米幼苗根長逐漸變小，在80 mg/mL處理下達到最小，且與對照間差異顯著(plt;0.05)。不同于根長的變化，玉米幼苗地上部分(苗高)生長雖然也受卵葉青蘚水提液的影響，但變化趨勢不明顯，且僅在10 mg/mL濃度下受到顯著抑制，而在其他濃度處理下變化不顯著。

從卵葉青蘚水提液對玉米幼苗生長的總體情況不難看出，玉米幼苗根部生長對卵葉青蘚水提液處理條件比地上部分更加敏感，且表現(xiàn)出的濃度效應(yīng)也更強。

對如玉米一類的單子葉植物而言，根系發(fā)育情況對幼苗生長有重要影響。而在幼苗期，生根數(shù)目及主根長度是幼苗活力水平的重要表征之一。由圖3可知，卵葉青蘚水提液對玉米幼苗根部發(fā)育狀況有較強的影響，即隨著水提液濃度的提高，生根數(shù)目逐步減少，直至濃度為80 mg/mL時達到最少?？傮w而言，在中高濃度處理下，玉米幼苗根數(shù)與對照間具有顯著差異。

圖2 卵葉青蘚水提液對玉米幼苗生長的影響

圖3 卵葉青蘚水提液對玉米幼苗生根情況的影響

2.3 卵葉青蘚水提液對玉米幼苗生物量的影響

在玉米幼苗階段，衡量其生長狀況除用高度(長度)指標外，生物量也是常用指標之一。從圖4、圖5可知，在卵葉青蘚水提液處理下，玉米幼苗鮮重及干重均隨著提取液濃度的升高而減小，尤其是幼苗干重，在提取液濃度達到40 mg/mL時達到最小。相對于幼苗根部，玉米地上部分生物量變化對卵葉青蘚提取液處理條件更為敏感。玉米幼苗鮮重與提取液濃度相關(guān)性水平最高，當提取液濃度達到40 mg/mL時，幼苗總鮮重達到最低。

圖4 卵葉青蘚水提液對玉米幼苗鮮重的影響

圖5 卵葉青蘚水提液對玉米幼苗干重的影響

2.4 卵葉青蘚水提液對玉米幼苗葉片葉綠素含量的影響

光合色素含量高低對植物幼苗葉片的光合能力，以及幼苗生長速率有重要影響。從圖6可知，隨著卵葉青蘚提取液濃度的不斷增高，玉米幼苗葉片總?cè)~綠素含量和葉綠素a含量逐步下降，均在80 mg/mL時達到最低，而葉綠素b在5 mg/mL時反而略高于對照組，在10 mg/mL時達到最低。另通過相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)玉米幼苗葉片總?cè)~綠素含量和葉綠素a含量對提取液濃度變化更為敏感(圖7)。

圖6 卵葉青蘚水提液對玉米幼苗葉片葉綠素含量的影響

圖7 卵葉青蘚水提液濃度與葉綠素含量的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

卵葉青蘚配子體水提液對玉米種子發(fā)芽率有較大影響，且總體趨勢表現(xiàn)為提取液濃度愈高，對其種子萌發(fā)率影響愈大，處理組玉米種子萌發(fā)率顯著低于對照組(plt;0.05)，且組間也具有一定的差異性；卵葉青蘚水提液各濃度處理對玉米種子萌發(fā)影響(促進或抑制作用)未表現(xiàn)出如通?；凶饔盟哂械牡痛俑咭忠?guī)律，而是單一的抑制作用。

卵葉青蘚水提液對玉米幼苗生長有較為明顯的影響，突出表現(xiàn)在對苗高與根長的抑制方面。隨著水提液濃度的增高，玉米幼苗根長逐漸變小，在80 mg/mL處理下達到最小，且與對照間差異顯著(plt;0.05)；對玉米幼苗根部發(fā)育狀況有較強的影響，即隨著水提液濃度的提高，生根數(shù)目逐步減少，直至濃度為80 mg/mL時達到最少。在卵葉青蘚水提液處理下，玉米幼苗鮮重及干重均隨著提取液濃度的升高而減小，尤其是幼苗干重，在提取液濃度達到40 mg/mL時達到最小。

本實驗中，隨卵葉青蘚提取液濃度不斷增高，玉米幼苗葉片總?cè)~綠素含量和葉綠素a含量逐步下降，均在80 mg/mL時達到最低，而葉綠素b在5 mg/mL時反而略高于對照組，在10 mg/mL時達到最低。另外，通過對水提液濃度與葉綠素含量間進行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，玉米幼苗葉片總?cè)~綠素含量和葉綠素a含量對提取液濃度變化更為敏感。

3.2 討 論

植物化感作用(Allelopathy)，又稱為植物他感作用(也稱作植物克生作用)，通常指(供體)植物通過產(chǎn)生特定的化學物質(zhì)釋放到外界環(huán)境中，并通過一定的化學作用表現(xiàn)出對鄰近的其他植物(受體)，以及自身的生長產(chǎn)生特定影響的現(xiàn)象[13-15]，這種影響作用包括促進和抑制2個方面。化感作用廣泛存在于自然生態(tài)系統(tǒng)中，并且受到越來越多的關(guān)注?；诨行?yīng)原理所開展的針對植物-植物間相互作用的研究，也日益受到國內(nèi)外學者的重視。本研究所用供體材料為黃河三角洲地區(qū)廣泛分布的苔蘚物種——卵葉青蘚，該物種在我國中醫(yī)藥典籍中無藥用記載，但作為青蘚科青蘚屬代表物種之一，可作為研究材料用以闡明苔蘚植物化感潛能及其作用機制。

作為高等植物中的最原始類群, 苔蘚植物廣泛分布于世界各地, 因其具有特殊的生物學和生態(tài)學特性，使苔蘚植物對外界環(huán)境尤其是不良環(huán)境的適應(yīng)性遠強于維管植物。國內(nèi)有關(guān)苔蘚植物化感作用的研究，相較于國外而言仍處于起步階段，還需廣大科學工作者共同努力開展系統(tǒng)深入地研究，才有望在此領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)較大突破。

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Research on the Effects of the Extraction ofBrachytheciumrutabulumon Maize Seed Germination and Seedling Growth

LIUJunhuaa,LIYuxib,LIMinb
(a.Shandong Provincial Key Laboratory of Eco-Environmental Science for Yellow River Delta;b.School of Bioengineering,Binzhou University,Binzhou Shandong 256603,China)

In order to investigate the allelopathic effects and action mechanism of the moss speciesBrachytheciumrutabulum,the effects ofB.rutabulumgametophyte aqueous extracts on seeds germination,seedlings growth of Mayze were studied.The results showed that the aqueous extracts ofB.rutabulumhad strongly effects on the germination of Mayze seeds,and the inhibitory levels increased with the concentrations increasing of aqueous extract.There was significant differences in germination rates of Mayze seeds among the treatment groups and controled group (plt;0.05),and the inhibition effects were obvious both on seedling hight and on root length of Maize.The roots length had been inhibited by the aqueous extract ofB.rutabulum,and roots length reached the least level at the concentration of 80 mg/mL,and the same changing trends had been also found at the aspect of inhibited effects on root numbers of Mayze.Further more,the seedlings biomass of Mayze,including fresh weight and dry weight,decreasing with the aqueous extract concentration increased,and had been inhibited strongly at the extracts concentration of 40 mg/mL and 80 mg/mL.The chlorophyll content of Maize leaves decreased gradually with the increasing of aqueous extract concentration,and the contents of chlorophyll a and chlorophyll b reached the least level seperately at the concentration of 80 mg/mL and 10 mg/mL.Based on above analysises,the aqueous extract of B. rutabulum had certainly allelopathic potential effects on other vascular plants.

Allelopathy; Aqueous extract; Seed germination; Seedling growth;Brachytheciumrutabulum

2016-12-28

濱州市科技發(fā)展計劃項目(2014 ZC 0309)；山東省高等學?？萍加媱濏椖?J 08 LD 51)；濱州學院科研基金項目(BZXYL 1503)；濱州學院國家級大學生創(chuàng)新訓練計劃項目(201610449053)資助。

劉俊華(1980—)，男，山東高唐人；碩士，講師，主要從事植物生態(tài)學研究；E-mail:iujh1980@126.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.05.015

Q 948.12； S 513

A

1001-4705(2017)05-0015-05