郭 英， 向成麗， 葉媛麗， 陳小軍， 鄭 升， 坤旭鋒， 劉華華

(1.綿陽師范學(xué)院城鄉(xiāng)建設(shè)與規(guī)劃學(xué)院， 四川 綿陽 621000；2.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院， 四川 綿陽 621010)

草莓(Fragaria×ananassaDuch.)隸屬薔薇科(Rosaceae)薔薇亞科(Rosoideae)草莓屬(Fragaria)，多年生草本植物，是重要的經(jīng)濟栽培園藝植物之一[1-2]。草莓果實鮮紅而美艷，富含香氣物質(zhì)和維生素；其汁多味美，酸爽可口，營養(yǎng)豐富，素有“水果皇后”之美譽，深受消費者的青睞[3-4]。自20世紀(jì)80年代以來，我國草莓產(chǎn)業(yè)進入規(guī)模化發(fā)展時期，栽種面積逐年擴大，已成為世界草莓生產(chǎn)與消費的第一大國[2]。

隨著交流活動的日益頻繁，因植物入侵而影響農(nóng)、林業(yè)生產(chǎn)已成為各國面臨的生態(tài)問題。原產(chǎn)于美洲的墨西哥、哥斯達黎加一帶的紫莖澤蘭(Eupatoriumadenophorum)由中緬邊境侵入我國的云南境內(nèi)[5]。經(jīng)過幾十年的擴散，現(xiàn)已入侵西南、華南、華東等十余省的山地和良田沃土，而且呈現(xiàn)出由年平均溫度較高和氣候波動性較小的區(qū)域向寒冷、干旱區(qū)域蔓延的趨勢[6-8]。紫莖澤蘭具有較強烈的化感作用，可以通過雨水淋濕而將化感物質(zhì)釋放到河流、土壤中，從而影響周圍植物的生長和發(fā)育[9-12]。目前，紫莖澤蘭對植物的化感作用研究主要集中在水稻[6]、小麥[10]、蠶豆[9]等作物方面，而對草莓的化感作用未見報道。鑒于此，以不同品種的草莓種子為對象，探討紫莖澤蘭浸提液對其種子萌發(fā)和幼苗生長的化感作用，以期為入侵地域的草莓生產(chǎn)與栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

用于試驗的草莓品種為“白雪公主”、“桃熏”、“紅顏”和“甜查理”。其中，前兩者是白肉草莓，后兩者為紅肉草莓。種子從新鮮的草莓果實上取下，用無菌水清洗，而后自然晾干備用。紫莖澤蘭葉片則從四川省樂山市岷江附近的田土周邊采集。

1.2 試驗方法

1.2.1紫莖澤蘭水浸提液的制備

紫莖澤蘭浸提液的制備參照袁馳等[6]的方法，最后將紫莖澤蘭浸提液稀釋成0.25%、1.00%、2.00%、2.5%四個水平備用。

1.2.2草莓種子萌發(fā)和幼苗生長試驗

每個草莓品種共5個處理，即對照(蒸餾水)，浸提液濃度分別為0.25%、1.00%、2.00%、2.50%。每個處理3個重復(fù)，每個重復(fù)50粒種子。將選好的草莓種子整齊地排列在鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，緩緩向培養(yǎng)皿中加入10 mL不同濃度的紫莖澤蘭浸提液[6]。用封口膠將培養(yǎng)皿封好，在25 ℃的恒溫光照培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)。試驗的光照/黑暗周期為：12 h/12 h依次交替，光照強度為2 000 lx。萌發(fā)實驗結(jié)束后，將幼苗栽培于營養(yǎng)缽內(nèi)，每間隔3 d，用相應(yīng)濃度的浸提液澆灌，兩周后采集樣品備測。

1.2.3指標(biāo)測定

每天固定時間，對不同品種的草莓種子萌發(fā)情況進行統(tǒng)計，當(dāng)萌發(fā)停止時，統(tǒng)計種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢[4]。試驗結(jié)束后，采集葉片，用硫代巴比妥酸比色法測定丙二酫(MDA)含量；分別用NBT光還原比色法、愈瘡木酚法、紫外分光光度法檢測SOD、POD、CAT酶的活性[6,11]。

1.2.4數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2016軟件對數(shù)據(jù)進行簡單整理；用SPSS 2.0軟件分析各試驗處理組的差異，并對數(shù)據(jù)進行分析。同時，利用Graph Pad Prism 8.0軟件對相關(guān)數(shù)據(jù)進行作圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 浸提液對不同品種草莓種子萌發(fā)進程的影響

紫莖澤蘭浸提液處理后，不同品種草莓的種子萌發(fā)進程受到了不同程度的抑制。由圖1可看出，“白雪公主”草莓經(jīng)過紫莖澤蘭浸提液處理后，第8天開始萌發(fā)，種子萌發(fā)持續(xù)29 d。ck在第17天就進入萌發(fā)高峰期，在第26天萌發(fā)結(jié)束；而其他處理除了0.25%外，其余處理的種子進入萌發(fā)高峰期均推遲，而且萌發(fā)結(jié)束期也推遲到第29天。“紅顏”草莓在實驗進行到第10天，ck率先萌發(fā)，而其他處理的材料尚未萌發(fā)；第11天，除了2.50%處理外，其他處理的種子也開始萌發(fā)；第12天，高濃度處理組也開始萌發(fā)。同時，ck率先進入萌發(fā)高峰期，且在第30天萌發(fā)結(jié)束；其他處理進入高峰期的時間略有推遲，而且各組進入高峰期的時間也不同，但都在第32天結(jié)束萌發(fā)。“桃熏”草莓在處理的第9天，ck的種子開始萌發(fā)；其他處理大多數(shù)在第10天進入萌發(fā)，而2.50%處理在第11天也進入了萌發(fā)期。同時，ck在第30天萌發(fā)結(jié)束；0.25%處理在第31天萌發(fā)結(jié)束；其余處理均在第33天萌發(fā)結(jié)束?！疤鸩槔怼辈葺畡t在第10天，ck就開始萌發(fā)，而其他處理則在第12、13天才開始進入萌發(fā)。進入萌發(fā)后，ck和低濃度處理組的萌發(fā)速度較快，而高濃度處理組的萌發(fā)相對放緩，尤其是2.50%處理。同時，紫莖澤蘭的處理也使得種子萌發(fā)高峰期和結(jié)束期推遲。在第31天，ck結(jié)束萌發(fā)；0.25%處理則在第34天萌發(fā)結(jié)束，其余處理則在第35天萌發(fā)結(jié)束。

圖1 不同品種草莓的種子萌發(fā)進程Fig.1 Comparison of seed germination process of different strawberry varieties

2.2 浸提液對不同品種草莓種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

種子發(fā)芽率可反映種子的生命活力。試驗結(jié)果表明，在紫莖澤蘭浸提液處理下，不同品種草莓的種子發(fā)芽率與浸提液濃度基本呈負(fù)相關(guān)(表1)?！鞍籽┕鳌痹赾k處理的萌發(fā)率為78.67%，0.25%處理的為73.33%，雖低于ck但差異不顯著；而1.00%、2.00%、2.50%處理的萌發(fā)率分別為63.33%、50.67%、44.67%，較ck降低了15.34、28、34個百分點。“紅顏”在ck處理的萌發(fā)率為70.67%，0.25%處理的為66.00%， 1.00%處理的為56.00%，2.00%處理的為46.67%，2.50%處理的為34.67%。相較于ck，其他處理的草莓種子發(fā)芽率顯著或極顯著降低?！疤已痹赾k處理的發(fā)芽率為71.33%，0.25%處理的發(fā)芽率為67.33%，與ck差異不顯著；1.00%、2.00%和2.50%處理的種子發(fā)芽率分別為54.67%、45.33%和35.33%，均顯著低于ck。而“甜查理”在ck處理的發(fā)芽率為80.67%，其他處理的萌發(fā)率分別為74.67%、59.33%、42.67%以及29.33%。

表1 不同品種草莓種子的發(fā)芽率Table 1 Comparison of germination percentage of strawberry seeds of different varieties

綜合分析紫莖澤蘭浸提液對不同品種草莓的種子萌發(fā)進程和發(fā)芽率的影響發(fā)現(xiàn)(圖1，表1)，不同品種草莓進入萌發(fā)期所需的天數(shù)不同，“白雪公主”在第8天就開始萌發(fā)，而“紅顏”、“桃熏”、“甜查理”分別在第10、9、10天才進入萌發(fā)期；除了“白雪公主”外，浸提液處理均不同程度地延緩草莓種子進入萌發(fā)期。同時，隨著浸提液濃度的提高，不同品種草莓的發(fā)芽率均呈下降趨勢。這表明不同品種的草莓對紫莖澤蘭浸提液化感作用的敏感度有所差異。

進一步橫向比較發(fā)現(xiàn)(圖1，表1)，ck處理時，發(fā)芽率最高的是“甜查理”，而后是“白雪公主”>“桃熏”>“紅顏”，萌發(fā)率依次為80.67%、78.67%、71.33%和70.67%。然而，隨著浸提液濃度的提高，不同品種種子對其化感作用響應(yīng)程度不同。當(dāng)處理液濃度為2.50%時，種子發(fā)芽率最高的是“白雪公主”，為44.67%，最低的是甜查理，僅為29.33%。此時，相對于ck，“白雪公主”的種子萌發(fā)率降低了34個百分點，“紅顏”和“桃熏”均降低36個百分點，而“甜查理”則降低了51.34個百分點。這說明“甜查理”對紫莖澤蘭的化感作用最為敏感。

而在紫莖澤蘭浸提液的處理下，草莓種子的發(fā)芽勢也呈現(xiàn)出與發(fā)芽率類似的趨勢，即發(fā)芽勢與浸提液濃度呈現(xiàn)一定程度的負(fù)相關(guān)(表2)。在ck處理下，發(fā)芽勢最高的是“甜查理”，為62.00%；最低的是“紅顏”和“桃熏”，均為50.70%。隨著處理液濃度的提高，發(fā)芽勢越來越低。當(dāng)處理液濃度為2.00%時，“紅顏”的發(fā)芽勢最高，為37.30%，接下來是“白雪公主”>“桃熏”>“甜查理”，分別為36.00%、34.70%和32.70。當(dāng)處理液濃度為2.50%時，“白雪公主”的發(fā)芽勢最高，為32.70%，最低的是“甜查理”，僅為20.70%。經(jīng)過紫莖澤蘭浸提液的處理，“甜查理”的發(fā)芽勢降低最大。這進一步表明，“甜查理”品種對紫莖澤蘭的化感作用最為敏感。

表2 不同品種草莓種子的發(fā)芽勢Table 2 Comparison of germination potential of strawberry seeds of different varieties

2.3 紫莖澤蘭浸提液對不同品種草莓幼苗MDA含量和抗氧化酶活性的影響

紫莖澤蘭浸提液脅迫處理下，不同品種草莓的MDA含量隨著浸提液濃度的提高而增大，均顯著高于ck；而SOD、POD、CAT等抗氧化酶的活性則呈先增后降的趨勢，各個水平處理下的抗氧化酶活性都顯著高于ck(表3)。在2.50%浸提液處理下，各品種草莓的MDA含量最高的是“甜查理”，最低的是“白雪公主”，分別為11.15 nmol·mg-1和8.53 nmol·mg-1，較ck增加了5.85個和3.76個百分點。這表明在供試的材料中，“甜查理”品種的細(xì)胞膜受到損傷的程度最大，而“白雪公主”品種最小[6]。SOD酶的活性，“白雪公主”、“紅顏”兩個品種在2.00%浸提液處理下，其活性最強，分別為11.18 U·mg-1和12.51 U·mg-1；“桃熏”、“甜查理”兩個品種則在1.00%浸提液處理時，其活性達到最高，分別為13.28 U·mg-1和13.44 U·mg-1。POD酶的活性，“白雪公主”、“桃熏”兩個品種在1.00%浸提液處理下，其活性最強(14.53 U·mg-1和15.66 U·mg-1)；“紅顏”品種在2.00%浸提液處理時的活性為14.23 U·mg-1；“甜查理”品種則在0.25%浸提液處理時，其活性達到最高，為12.57 U·mg-1。而不同品種草莓的CAT酶活性則與SOD呈現(xiàn)出類似的趨勢。橫向比較分析發(fā)現(xiàn)，在試驗同一處理水平下，“甜查理”的MDA含量相對要高于其他品種；而抗氧化酶系統(tǒng)的活性也較其他品種先達到最大值。這進一步表明“甜查理”品種受到紫莖澤蘭的抑制作用較為強烈。

表3 不同品種草莓幼苗MDA含量和抗氧化酶活性Table 3 Comparison of MDA content and antioxidant enzyme activity in different strawberry seedlings

3 討 論

大部分入侵植物是通過向周圍環(huán)境釋放化感物質(zhì)來抑制或縮小周圍植物、微生物乃至動物的生長發(fā)育和活動范圍，進而占據(jù)周圍環(huán)境的資源和空間，最終形成優(yōu)勢的種群[6]。紫莖澤蘭的結(jié)實量巨大，種子輕小，通常借助自然因素或人類活動而向異地擴散，而人為活動、交通網(wǎng)絡(luò)是影響紫莖澤蘭擴散傳播的主導(dǎo)因素，氣象因子是影響紫莖澤蘭定植的關(guān)鍵[13,15]。該植物可通過分泌或釋放羥基澤蘭酮等化感物質(zhì)，達到改善周圍土壤微環(huán)境的目的，最后影響當(dāng)?shù)仄渌参锏姆N子萌發(fā)、植株生長發(fā)育，使之形成優(yōu)勢群落[13-14]。

紫莖澤蘭浸提液處理可以抑制植物種子的萌發(fā)，降低發(fā)芽率、發(fā)芽勢等。馬金虎等[11]研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度紫莖澤蘭提取物對稗草、灰綠藜和反枝莧等3種常見的田間雜草種子萌發(fā)有不同程度的抑制作用。林琦等[16]研究發(fā)現(xiàn)，紫莖澤蘭抑制了慈竹種子的萌發(fā)，影響了其幼苗生長。曹子林等[17-18]研究紫莖澤蘭對藍桉、杉木種子萌發(fā)特性和幼苗的影響時，發(fā)現(xiàn)不同處理對杉木種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽速率、萌發(fā)指數(shù)，幼苗的胚根長、胚軸長、鮮重、干重等均有顯著的影響，各萌發(fā)特性和幼苗指標(biāo)均與處理濃度呈極顯著負(fù)相關(guān)。本實驗結(jié)果也表明，供試的草莓品種在紫莖澤蘭化感作用下，種子的萌發(fā)進程、發(fā)芽率、發(fā)芽勢都受到了抑制。進一步表明紫莖澤蘭對種子萌發(fā)有抑制作用。同時，不同品種的植物，其對紫莖澤蘭的耐受性也有較大差異。本試驗表明，4個草莓品種的種子對紫莖澤蘭的化感作用敏感度不同，其中“甜查理”的發(fā)芽進程、發(fā)芽率和發(fā)芽勢受到影響最大。袁馳等[6]在研究紫莖澤蘭水浸提液對不同品種水稻種子萌發(fā)特性影響時，也發(fā)現(xiàn)不同濃度的水浸提液處理后，不同品種水稻種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)顯著降低；浸提液對水稻種子萌發(fā)的抑制強度因基因型不同而有所差異，內(nèi)5優(yōu)306受抑制最大，內(nèi)5優(yōu)39次之，內(nèi)7優(yōu)39最小。張子龍等[19]研究三七水浸提液對不同品種玉米的化感作用也表明，不同品種植株對處理液的敏感度有較大差異。

在逆境脅迫下，植物通過調(diào)控基因表達，改變代謝強度或路徑來應(yīng)對不利的環(huán)境因素。受脅迫時，植物可以通過調(diào)整抗氧化酶系統(tǒng)(SOD、POD與CAT)的活性，從而清除過量的氧自由基和MDA，最終實現(xiàn)自我的保護。孫娜娜[20]研究發(fā)現(xiàn)，紫莖澤蘭提取物脅迫下，可導(dǎo)致黃瓜幼苗根系細(xì)胞發(fā)生氧化脅迫，SOD、POD、CAT、APX、AsA、MDA的活性和含量逐漸升高。本試驗也得到類似的結(jié)果，即MDA的含量與紫莖澤蘭浸提液濃度呈顯著正相關(guān)；SOD、POD、CAT等抗氧化酶的活性則隨著浸提液濃度的提高而呈先升后降的趨勢，但試驗組的抗氧化酶活性均顯著高于ck。綜合種子的萌發(fā)特性，幼苗的MDA含量，幼苗的SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性可表明，“甜查理”品種對紫莖澤蘭的化感作用最為敏感，而“白雪公主”品種的耐受性最強。本研究為草莓新品種培育親本的選擇和生產(chǎn)栽培提供了借鑒和參考。