(1.北方民族大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院， 寧夏 銀川 750021;2.天津科技大學(xué)化工與材料學(xué)院， 天津 300457)

醉馬草(Achnatherumintebrians)屬禾本科芨芨草屬植物，主要分布在新疆、內(nèi)蒙、甘肅、寧夏、青海等海拔1 700～4 200 m的地區(qū)，是我國(guó)西北地區(qū)一種危害嚴(yán)重的毒草[1-3]。醉馬草喜陽(yáng)、耐寒、抗霜、耐旱，早春時(shí)節(jié)開始萌發(fā)，大面積群落生長(zhǎng)，根淺、莖長(zhǎng)，一般生長(zhǎng)在陽(yáng)坡、河灘及草場(chǎng)低洼、潮濕、土質(zhì)松軟的土壤。南華山、月亮山等山地牧場(chǎng)地處寧夏南部西吉縣與海原縣的交界處，屬于干旱半干旱氣候類型。這里多有河漫灘地及潮濕松軟的沙壤土，為醉馬草的繁衍提供了適宜條件[4]。

由于醉馬草根系具有很強(qiáng)的柔韌性和生命力，與其他牧草爭(zhēng)奪土壤中的水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致優(yōu)良牧草生長(zhǎng)受限，產(chǎn)量降低，而醉馬草卻在草原上迅速生長(zhǎng)成為優(yōu)勢(shì)種群，致使草地生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)遭到破壞，草場(chǎng)等級(jí)下降，甚至嚴(yán)重退化而形成荒漠化[5-7]。另一方面，醉馬草具有很強(qiáng)的毒性，主要危害馬屬(馬、驢、騾)動(dòng)物，當(dāng)牲畜進(jìn)食鮮草量占其體重的1%時(shí)，很快便表現(xiàn)出口吐白沫、精神萎靡、昏睡、厭食、走路步履蹣跚、左右搖晃等中毒現(xiàn)象，嚴(yán)重者甚至導(dǎo)致死亡[8-10]。因此，在西北地區(qū)如寧夏、內(nèi)蒙古、甘肅、青海、新疆等毒草大面積繁衍的牧場(chǎng)和草場(chǎng)，亟待研發(fā)針對(duì)這些毒草的除草劑品種。

目前已有文獻(xiàn)報(bào)道關(guān)于采用除草劑防除醉馬草的試驗(yàn)，是直接在草場(chǎng)上進(jìn)行的[11-13]，這需要耗費(fèi)一定的人力和財(cái)力，且需噴施一定次數(shù)。另外，隔離區(qū)作為對(duì)照組，雖未直接噴施除草劑，但由于風(fēng)吹雨淋等自然環(huán)境因素，也會(huì)導(dǎo)致部分除草劑漂移或淋溶至其間，給除草活性數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性帶來誤差。因此，如果可以建立針對(duì)醉馬草的科學(xué)有效的實(shí)驗(yàn)室生測(cè)模型，可以使除草活性試驗(yàn)?zāi)軌蛟诠?jié)約成本、節(jié)省時(shí)間的條件下進(jìn)行。因此，本實(shí)驗(yàn)從影響醉馬草種子萌發(fā)的因素考量，研究其種子萌發(fā)的最優(yōu)條件[14-16]，為今后能夠在實(shí)驗(yàn)室條件下人工種植醉馬草，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行除草活性測(cè)試提供足夠的物質(zhì)基礎(chǔ)，為防治草原毒草的研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

本實(shí)驗(yàn)所采用的醉馬草種子于2017年9月采自寧夏固原市西吉縣月亮山，地理位置為東經(jīng)105°37.093′，北緯36°12.002′，海拔2 600 m。將收集到的種子自然晾干，精選大小一致、無(wú)壞損且顆粒飽滿的種子于室溫下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 主要儀器與試劑

數(shù)顯恒溫水浴鍋；培養(yǎng)皿(90 mm)；電子天平；量筒；燒杯；砂紙；放大鏡；濃硫酸(國(guó)產(chǎn)分析純)；去離子水；氯化鈉。

1.3 方 法

采用砂紙打磨處理、硫酸處理、水浴處理、鹽脅迫等不同方法對(duì)醉馬草種子進(jìn)行破除休眠實(shí)驗(yàn)，并對(duì)其進(jìn)行培養(yǎng)，探究不同的處理方法對(duì)醉馬草種子萌發(fā)的影響。

1.3.1發(fā)芽方法

采用培養(yǎng)皿法：將培養(yǎng)皿用70%酒精消毒烘干備用，每個(gè)培養(yǎng)皿放置種子80粒，設(shè)置3個(gè)平行實(shí)驗(yàn)(1#、2#、3#)進(jìn)行對(duì)照。培養(yǎng)時(shí)間為10 d，培養(yǎng)溫度為23 ℃，避光培養(yǎng)，每天及時(shí)為種子補(bǔ)充水分，保持濾紙潤(rùn)濕。

1.3.2種子的前處理方法

分別對(duì)醉馬草種子進(jìn)行以下4種處理：

1) 取砂紙對(duì)種子進(jìn)行打磨。打磨時(shí)以放大鏡觀察種皮的磨損情況，以觀察到表皮有明顯裂紋、種皮磨薄等痕跡為止。將打磨好的種子放置培養(yǎng)皿中培養(yǎng)。

2) 取適量的種子于200 mL燒杯中，使種子分別浸沒于98%、80%、70%、60%、50%、40% 的硫酸中，各濃度分別浸泡10，20，30，40 min。之后用清水沖洗8～10遍，以確保種子表面沒有硫酸殘留。

3) 取醉馬草種子于3個(gè)50 mL燒杯中，設(shè)置水浴溫度梯度為：40，50，60 ℃，水浴加熱1，1.5，2 h。

4) 設(shè)定氯化鈉脅迫的濃度梯度為：25，50，100，150，200 mmol·L-1。將挑選后的種子放于培養(yǎng)皿中加入適量的氯化鈉溶液進(jìn)行培養(yǎng)。

上述處理組均以室溫下蒸餾水浸泡30 min的醉馬草種子為空白對(duì)照，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組均設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)放置80粒種子。

1.3.3數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)方法

通過觀察測(cè)量種子的胚根長(zhǎng)度(mm)，以胚根伸出種皮3 mm為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，間隔24 h觀測(cè)1次，并取出已萌發(fā)種子，連續(xù)觀測(cè)記錄，在第10天計(jì)算種子的發(fā)芽率，在第5天計(jì)算種子的發(fā)芽勢(shì)。用如下公式計(jì)算發(fā)芽率及發(fā)芽勢(shì)：

應(yīng)用SPSS 17.0軟件對(duì)各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，并進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 砂紙打磨對(duì)醉馬草種子萌發(fā)的影響

由表1可知，經(jīng)過砂紙打磨的醉馬草種子的發(fā)芽率僅為77.1%，而對(duì)照的醉馬草種子發(fā)芽率可達(dá)85.4%。且由發(fā)芽勢(shì)可知，經(jīng)砂紙打磨處理的醉馬草種子在發(fā)芽數(shù)達(dá)到最高峰的第5天時(shí)，種子的萌發(fā)率也低于空白對(duì)照。醉馬草種皮相對(duì)于其他草原毒草(如小花棘豆、黃花棘豆)較薄[17]，經(jīng)砂紙打磨后，放大鏡觀察發(fā)現(xiàn)種皮表面有許多破損，甚至傷及內(nèi)部的種胚，導(dǎo)致感染而發(fā)霉。因此，砂紙打磨種皮不利于醉馬草種子萌發(fā)。

表1 砂紙打磨對(duì)醉馬草種子萌發(fā)的影響

處理發(fā)芽率/%發(fā)芽勢(shì)/%砂紙打磨77.156.3對(duì)照(ck)85.461.7

2.2 硫酸處理對(duì)醉馬草種子萌發(fā)的影響

由表2和表3可知，當(dāng)硫酸濃度由40%提高到60%時(shí)，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)在10～30 min內(nèi)隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈遞增趨勢(shì)，但時(shí)間延長(zhǎng)至40 min時(shí)，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)都反而下降。這可能由于隨著硫酸濃度的增大及處理時(shí)間的增長(zhǎng)，對(duì)種皮的腐蝕程度增大，且不同于砂紙打磨；硫酸對(duì)種皮的腐蝕是均勻的使整個(gè)種子外表皮變薄，種子的胚芽易突破種皮而萌發(fā)，因此發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)呈上升趨勢(shì)；但延長(zhǎng)處理時(shí)間至40 min后，取處理后的種子肉眼觀察可見，種子的外表皮腐蝕已較為嚴(yán)重，因此有可能傷及內(nèi)部胚芽，導(dǎo)致種子受損，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均下降。當(dāng)硫酸濃度由60%增大到98%時(shí)，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)隨處理時(shí)間的增長(zhǎng)基本呈遞減趨勢(shì)，甚至出現(xiàn)不發(fā)芽的情況。同樣這也是由于過高濃度的硫酸對(duì)于種皮腐蝕過度，導(dǎo)致種子的胚芽受損而不能正常萌發(fā)。由表2和表3發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的對(duì)比可以看出，隨著硫酸濃度的增大，短時(shí)間的處理(如10 min)，會(huì)提高種子萌發(fā)的速度，即發(fā)芽勢(shì)高于發(fā)芽率，種子的發(fā)芽速度快，但是發(fā)芽率低，也即發(fā)芽后由于高濃度的硫酸使種子表皮破損程度嚴(yán)重，易受感染而致使種子發(fā)霉，從而使種子不再繼續(xù)生長(zhǎng)，最后死亡。因此采用硫酸處理種子必須采用適宜的濃度及控制合適的時(shí)間。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，最適宜的處理方法為：采用50%硫酸浸泡30 min，醉馬草種子的發(fā)芽率可達(dá)99.1%。

表2 不同濃度硫酸處理不同時(shí)間對(duì)醉馬草種子發(fā)芽率的影響

硫酸濃度/%發(fā)芽率/%10min20min30min40min9830.4Ce0Df0Df0Df8037.9BCd0Df0Df0Df7044.6BCc0Df0Df0Df6092.5Ab98.3Aa97.9Aa90.1Ab5098.3Aa98.3Aa99.1Aa92.5Ab4097.5Aa97.3Aa97.5Aa91.3Ab

注：表中上標(biāo)不同大寫字母表示差異極顯著(p<0.01 )，不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05 )。下同。

表3 不同濃度硫酸處理不同時(shí)間對(duì)醉馬草種子發(fā)芽勢(shì)的影響

硫酸濃度/%發(fā)芽勢(shì)/%10min20min30min40min9856.4Ce5.8Df0Eg0Eg8060.4Cd9.6Df0Eg0Eg7081.6Bc0Eg0Eg0Eg6083.7Bc93.3Aa92.9Aa90.1Ab5090.0Ab95.0Aa94.1Aa91.3Aa4085.4ABb86.6ABb87.5ABb86.6ABb

2.3 熱水浸種處理對(duì)醉馬草種子萌發(fā)的影響

如表4所示，當(dāng)熱水浸種的水浴溫度為40 ℃時(shí)，醉馬草種子的發(fā)芽率隨時(shí)間的延長(zhǎng)呈遞減趨勢(shì)，且最高發(fā)芽率僅為53.8%，遠(yuǎn)低于空白對(duì)照。當(dāng)熱水浸種的溫度高于40 ℃時(shí)，種子發(fā)芽率僅為2.2%。不同于小花棘豆、黃花棘豆等其他草原毒草，在60～70 ℃的熱水中浸種會(huì)提高種子的發(fā)芽率[18]，醉馬草種子在同樣的溫度下已經(jīng)失活。這是由于醉馬草的種皮較薄，熱水浸種時(shí)，高溫將種子的蛋白質(zhì)破壞，致使種子死亡，沒有生命跡象。因此，熱水浸種后種子不發(fā)霉也不發(fā)芽。

表4 熱水浸種對(duì)醉馬草種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的影響

溫度/℃ 發(fā)芽勢(shì)/% 發(fā)芽率/% 1h1.5h2h1h1.5h2h4047.925.011.753.841.714.6506.7002.20060000000

2.4 氯化鈉脅迫對(duì)醉馬草種子萌發(fā)的影響

由表5可知，隨著氯化鈉溶液濃度的升高，醉馬草種子的發(fā)芽率逐漸降低。當(dāng)氯化鈉溶液的濃度為100 mmol·L-1時(shí)，發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率明顯降低，種子萌發(fā)受到抑制。這說明高濃度的氯化鈉溶液對(duì)醉馬草種子的萌發(fā)起抑制作用。當(dāng)氯化鈉濃度低于50 mmol·L-1時(shí)，種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率與空白對(duì)照相比有較明顯的提高。因此，低濃度氯化鈉脅迫可以促進(jìn)醉馬草種子的萌發(fā)。

表5 氯化鈉脅迫對(duì)醉馬草種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的影響

氯化鈉濃度/(mmol·L-1)發(fā)芽勢(shì)/%發(fā)芽率/%ck61.785.42585.495.45079.690.010040.058.815026.340.020025.032.8

3 結(jié)論與討論

本實(shí)驗(yàn)比較了砂紙打磨、硫酸處理、熱水浸種和鹽脅迫這4種常用的方法對(duì)醉馬草種子萌發(fā)的影響。結(jié)果表明，無(wú)任何前處理，只采用清水培養(yǎng)的醉馬草種子的發(fā)芽率為85.4%，采用砂紙打磨和熱水浸種處理后，醉馬草種子的發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率均低于清水培養(yǎng)的空白對(duì)照。采用低濃度的氯化鈉脅迫，可以提高醉馬草種子的發(fā)芽率至95.4%。采用硫酸處理，也可以提高醉馬草種子的發(fā)芽率，但要選擇合適的濃度和處理時(shí)間。用濃度高于60%的硫酸處理，會(huì)使醉馬草種子發(fā)霉、腐爛，不利于種子的生長(zhǎng)。通過實(shí)驗(yàn)表明，采用50%硫酸浸泡30 min，醉馬草種子的發(fā)芽率可提高至99.1%。