許同心, 李 濤, 王浩東, 錢燦燦, 馬江鋒, 楊德松

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院 /新疆綠洲農(nóng)業(yè)病蟲害治理與植保資源利用重點實驗室,新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意義】扁稈荊三棱(Bolboschoenusplaniculmis)隸屬莎草科三棱草屬一年生雜草，在我國大部分地區(qū)均有分布[1,2]，其繁殖方式多樣，主要以球莖或根莖繁殖為主(無性繁殖)，球莖不僅能長成植株，還可生出2～5條根莖，待根莖伸長到一定程度，開始向上彎曲膨大并逐漸形成球莖，之后伸出土表長成新植株，一顆球莖繁殖植株可達(dá)5 336株[3,4]，次以種子繁殖(有性繁殖)，大多生長在水田、湖泊、濕地等潮濕環(huán)境[5,6]。扁稈荊三棱既是濕地恢復(fù)的重要植物[7]，也是危害稻田雜草之一[8]，近些年成為新疆棉田惡性雜草之一，對棉花苗期生長影響嚴(yán)[9,10]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】種子或球莖萌發(fā)是雜草生活史的開始，也是一個復(fù)雜的過程，種子或球莖能否正常萌發(fā)受到諸多外界環(huán)境的直接或間接影響，例如溫度、光照、pH、鹽分濃度、土壤含水量和埋土深度等[11]，通過對外界環(huán)境因子對種子或球莖萌影響的研究，系統(tǒng)了解種子或球莖球莖萌發(fā)特性，可以合理減施除草劑，為農(nóng)田雜草制定更為科學(xué)的綜合防除體系。楊蕊等[12]2018年研究發(fā)現(xiàn)，堿蓬(Suaedasalsa)種子萌發(fā)率隨著埋土深度的增加反而降低，在埋土深度為3 cm時，抑制種子萌發(fā);播娘蒿(Descurainiasophia)種子對照光非常敏感，光照條件下明顯抑制其種子萌發(fā)，黑暗條件下適宜其萌發(fā)[13]?！颈狙芯壳腥朦c】在農(nóng)業(yè)實踐生產(chǎn)中利用農(nóng)業(yè)防除措施，深翻土地，將種子埋入深層或翻出土表見光晾曬，可減少農(nóng)田堿蓬和播娘蒿的發(fā)生基數(shù)，目前對其防除還是以化學(xué)藥劑防除為主[9,14]，防除效果一般，而其他防除方法尚未研究。需系統(tǒng)研究扁稈荊三棱萌發(fā)特性，分析棉田扁稈荊三棱的生物學(xué)特性，進(jìn)一步指導(dǎo)扁稈荊三棱的科學(xué)防除和新型除草劑的研制?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采用培養(yǎng)皿法和盆缽法分析扁稈荊三棱球莖萌發(fā)和出苗的最適環(huán)境條件，記錄球莖萌發(fā)和出苗數(shù)量，計算球莖萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)、平均萌發(fā)時間和啟動萌發(fā)時間，研究扁稈荊三棱球莖休眠特性，為棉田扁稈荊三棱的綜合防除提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 供試球莖及土壤

扁稈荊三棱球莖于2020年6月采集于新疆石河子市三分場二連的一塊棉田；土壤來源于石河子城郊處一塊無使用除草劑且無發(fā)生過扁稈荊三棱農(nóng)田，pH值為8.19，速效鉀含量362.46 mg/kg，速效磷含量41.83 mg/kg，全氮含量為0.87 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量為38.76 g/kg，將土壤與有機(jī)質(zhì)土壤按2:1的比例充分混勻備用。

1.1.2 試劑及儀器

氫氧化鈉、氯化鈉、分析純、2-(N-嗎啡啉)乙磺酸(MES)、4-(2-羥乙基)-1-哌嗪乙磺酸(Hepes)、N-三(羥甲基)甲基甘氨酸(Tricine)

1.2 方 法

1.2.1 儲存方式對扁稈荊三棱球莖休眠解除的影響

對新采收的扁稈荊三棱球莖洗凈曬干，分別用5種方式儲存：(1)4℃冰箱干燥儲存；(2)溫室干燥儲存；(3)利用0.5 %次氯酸鈉消毒后置于水中浸泡儲存；(4)放入5～10 cm土層中保存；(5)-20℃冰箱儲存。每隔10 d從各個處理中取出部分球莖進(jìn)行萌發(fā)試驗，共3次。采用培養(yǎng)皿法測定萌發(fā)率，將扁稈荊三棱球莖放置在鋪有定性濾紙鋪直徑為12 cm的培養(yǎng)皿中，每皿均勻放置15顆球莖，放入25～30℃、光周期為L∶D =12∶12、光照強(qiáng)度為8 000 lx的培養(yǎng)箱中，每個處理3次重復(fù)，試驗進(jìn)行2次，每次試驗觀察15 d，計算球莖的萌發(fā)率。扁稈荊三棱球莖萌發(fā)率以胚根或胚芽鞘伸出表面2 mm視為萌發(fā)，萌發(fā)率在60%以上，球莖解除休眠。

1.2.2 扁稈荊三棱球莖吸水率測定

取10顆扁稈荊三棱球莖稱重記為m1，而后放入燒杯中，加蒸餾水200 mL，置于30℃培養(yǎng)箱，第2、4、12、24、48、72、96 h分別取出球莖，用吸水紙將球莖表面水分吸干后稱重記為m2，記錄各個時間段稱量數(shù)據(jù)，計算球莖吸水率，重復(fù)3次，最終計算平均值。

1.2.3 扁稈荊三棱球莖萌發(fā)條件

1.2.3.1 溫度對扁稈荊三棱萌發(fā)影響

對已解除休眠的球莖用5 %次氯酸鈉消毒30 s后，用蒸餾水清洗3次，均勻撒入鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中15顆球莖，放入培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)箱溫度分別設(shè)置為10、15、20、25、30和35℃。每個處理3次重復(fù)，試驗2次，每次試驗連續(xù)觀察15 d，計算扁稈荊三棱球莖萌發(fā)率、初始萌發(fā)時間、平均萌發(fā)時間、萌發(fā)指數(shù)。

1.2.3.2 光照對扁稈荊三棱球莖萌發(fā)影響

每個溫度加入一組用不透光的黑布包裹的黑暗處理，每個處理3次重復(fù)，試驗共進(jìn)行兩次，連續(xù)記錄15 d，每天記錄扁稈荊三棱球莖萌發(fā)情況。

1.2.3.3 pH對扁稈荊三棱球莖萌發(fā)影響

將解除休眠的扁稈荊三棱球莖放置于pH為5、6、7、8、9的緩沖液中。按照Chauhan[15]方法，制備pH為5和6的緩沖液用2 mmol/L的2-(N-嗎啡啉)乙磺酸和1 mmol/L的氫氧化鈉配制；pH為7和8的緩沖液用2 mmol/L的4-(2-羥乙基)-1-哌嗪乙磺酸(Hepes)和1 mmol/L的氫氧化鈉配制；pH為9的緩沖液用2 mmol/L的N-三(羥甲基)甲基甘氨酸和1 mmol/L氫氧化鈉配制，以純水(pH為7.2)為對照，每個處理3個重復(fù)，置于培養(yǎng)箱中萌發(fā)，連續(xù)觀察15 d球莖萌發(fā)情況并記錄。

1.2.3.4 鹽分脅迫對扁稈荊三棱球莖萌發(fā)影響

利用氯化鈉配制鹽分為25、50、75、100、125、150 mmol/L鹽溶液，將已解除休眠的球莖放入不同濃度的鹽溶液中進(jìn)行培養(yǎng)，每個處理3次重復(fù)，每個重復(fù)15顆球莖，觀察15d球莖萌發(fā)數(shù)。

1.2.3.5 土壤濕度對扁稈荊三棱球莖萌發(fā)影響

取備好土壤，風(fēng)干后放入110℃烘箱中，1 h烘干至恒重除去土壤中水分，并殺死土壤中原有的雜草種子，稱取烘干土壤200 g于塑料盆缽中，加水配制成含水量0 %、10 %、20 %、30 %、40 %、50 %、60 %的5種土壤處理，每個盆缽中播種扁稈荊三棱球莖15個，用保鮮膜封住盆口，防治水分蒸發(fā)，每個處理重復(fù)3次，20 d后記錄萌發(fā)球莖數(shù)，計算萌發(fā)率。

1.2.3.6 土壤深度對扁稈荊三棱球莖萌發(fā)影響

1.2.4 計算

萌發(fā)率(%)=萌發(fā)球莖數(shù)/供試球莖數(shù)×100%。

(1)

(2)

萌發(fā)指數(shù)：供試球莖發(fā)芽整齊程度的指標(biāo)；n表示萌發(fā)持續(xù)時間(d)。

(3)

式中Ni表示第i天球莖萌發(fā)數(shù)，Di表示相應(yīng)的萌發(fā)時間(d)。

球莖吸水率=(m2-m1)/m1.

(4)

式中m1為球莖初始質(zhì)量，m2為球莖吸水2、4、12、24、48、72、96 h后球莖質(zhì)量。

2002年7月，我國實施了《轉(zhuǎn)基因食品衛(wèi)生管理辦法》，該法律法規(guī)規(guī)定了轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全監(jiān)管的一系列制度。對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全監(jiān)管的一系列制度進(jìn)行了詳細(xì)、明確的規(guī)定。但隨著2007年《新資源食品管理辦法》的施行，這部對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全監(jiān)管具有重要意義的部門規(guī)章被廢止。使得我國沒有專門的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品標(biāo)識立法。轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品標(biāo)識管理過程中只能適用其他相關(guān)、相近的法律法規(guī)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Spss20.0軟件和Excel 2019軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，利用Duncan法分析顯著性。利用Sigma Plot 12.5數(shù)據(jù)處理軟件對扁稈荊三棱球莖萌發(fā)曲線擬合。

鹽分脅迫對扁稈荊三棱球莖萌發(fā)率的影響擬合公式[16]為：

G=Gmax/(1+(x/x50)Grate)x100%.

(5)

其中，G為鹽濃度為x時扁稈荊三棱球莖的萌發(fā)率；Gmax為最大萌發(fā)率；x50為抑制中濃度；Grate為方程斜率。

2 結(jié)果與分析

2.1 儲存方式對扁稈荊三棱球莖休眠解除影響

研究表明，室溫水儲條件對扁稈荊三棱球莖休眠解除效果最好，隨著儲存時間的延長，其萌發(fā)率逐漸增高，在室溫水儲30 d，萌發(fā)率高達(dá)88.89%，與其他儲存條件呈顯著差異；土壤層積與室溫干儲兩個儲存條件對扁稈荊三棱球莖休眠解除效果一般，儲存30 d后萌發(fā)率分別為62.22 %和51.11 %；-20℃干儲條件對扁稈荊三棱球莖休眠解除效果最差，儲存前10 d內(nèi)萌發(fā)率為4.44 %，隨后儲存20 d、30 d，扁稈荊三棱球莖均未能萌發(fā)。圖1

圖1 不同儲存方式下扁稈荊三棱球莖休眠解除變化

2.2 扁稈荊三棱球莖吸水率的測定

研究表明，扁稈荊三棱球莖對吸水量呈現(xiàn)出一個逐漸上升趨勢，第1 d吸水速度較快，達(dá)到了球莖干重的35.56%，其中在0～2 h吸水速度最快，隨后球莖吸水速度有所放緩，浸種72 h，吸水率達(dá)到63.23%，球莖開始露芽，球莖吸水基本進(jìn)入停滯期，球莖吸水量達(dá)到球莖重量的2/3時，扁稈荊三棱胚根從球莖表面伸出，達(dá)到萌發(fā)所需水量。圖2

圖2 扁稈荊三棱球莖吸水率變化

2.3 扁稈荊三棱球莖萌發(fā)條件

2.3.1 溫度和光照對扁稈荊三棱球莖萌發(fā)影響

研究表明，在光照條件下，溫度在25和30℃時扁稈荊三棱球莖萌發(fā)率在70%以上，顯著高于其他溫度，其中30℃萌發(fā)率最高為82.22 %，而在35℃時，球莖萌發(fā)率明顯下降，在25～30℃是扁稈荊三棱球莖萌發(fā)的適宜溫度，其中30℃為最適萌發(fā)溫度，之后隨溫度的升高抑制球莖的萌發(fā)。在10℃時扁稈荊三棱球莖不能萌發(fā)，15℃時僅有極少部分球莖萌發(fā)，扁稈荊三棱球莖萌發(fā)初始溫度為15℃；黑暗處理與光照處理球莖萌發(fā)趨勢相同，有無光照對扁稈荊三棱球莖萌發(fā)無影響。圖3

圖3 不同溫度和光照下扁稈荊三棱球莖萌發(fā)變化

2.3.2 pH對扁稈荊三棱球莖萌發(fā)的影響

研究表明，pH在5～9內(nèi)扁稈荊三棱球莖均能萌發(fā)，萌發(fā)率在70 %～90 %，其中pH為8時，萌發(fā)最高為88.89 %，pH為5時萌發(fā)率最低為71.11 %，與對照呈現(xiàn)顯著性差異，扁稈荊三棱球莖萌發(fā)不受pH的限制，球莖更適合在堿性或中性條件下萌發(fā)。圖4

圖4 不同pH對扁稈荊三棱球莖萌發(fā)變化

2.3.3 鹽分對扁稈荊三棱球莖萌發(fā)的影響

研究表明，NaCl濃度在0～25 mmol/L，對扁稈荊三棱球莖萌發(fā)無影響，萌發(fā)率均高于80%，之后隨著NaCl濃度的升高，扁稈荊三棱球莖萌發(fā)率逐漸降低，鹽分脅迫與扁稈荊三棱球莖萌發(fā)率擬合方程為G=82.09/(1+(x/102.34)3.49) 100%(R2=0.98)，當(dāng)萌發(fā)率為50%時，NaCl濃度為90.1 mmol/L，當(dāng)NaCl濃度為150 mmol/L時，球莖萌發(fā)為13.33%，即使在高鹽濃度下扁稈荊三棱球莖也能萌發(fā)，其耐鹽程度較高。圖5,表1

表1 不同處理下扁稈荊三棱球莖萌發(fā)變化

圖5 不同鹽分脅迫對扁稈荊三棱球莖萌發(fā)變化

2.3.4 土壤濕度對扁稈荊三棱球莖萌發(fā)影響

研究表明，土壤含水量在0～60 %，扁稈荊三棱球莖出苗率隨土壤含水量的增加而逐漸升高，土壤濕度在10 %～20 %，扁稈荊三棱出苗率在24.44 %～42.22 %；當(dāng)土壤含水量超過50 %時，扁稈荊三棱球莖出苗率達(dá)到最高，均在70 %以上，各處理之間并無顯著性差異，扁稈荊三棱是一種喜濕植物，易在潮濕的環(huán)境中萌發(fā)生長，但在干旱條件下仍能出苗，具有較強(qiáng)的耐旱性。圖6

圖6 不同土壤含水量下扁稈荊三棱球莖出苗變化

2.3.5 埋土深度對扁稈荊三棱球莖萌發(fā)的影響

研究表明，埋土深度在5 cm～25 cm范圍內(nèi)，出苗率呈現(xiàn)出現(xiàn)上升后下降的趨勢，擬合方程為y= 0.034 1x3- 1.952 4x2+ 29.83x- 53.778(R2= 0.998 5)埋土深度在5 cm～10 cm時，扁稈荊三棱球莖出苗率呈上升趨勢，在10 cm時出苗率達(dá)到最大，為82.22%，隨后在10～25 cm出苗率迅速下降，在25 cm時，出苗率最小為4.44%，說明埋土深度在5～15 cm之間為扁稈荊三棱球莖更易出苗，而埋土深度超過15 cm，抑制其出苗，超過25 cm時幾乎不出苗。圖7

圖7 不同埋土深度下扁稈荊三棱球莖萌發(fā)變化

3 討 論

3.1扁稈荊三棱的防除方式關(guān)鍵是阻斷其繁殖，相對于種子繁殖，球莖繁殖控制難度更大。新疆土壤鹽堿化程度較高[17]。大多數(shù)種子具有休眠特性，是種子和球莖對外界惡劣環(huán)境條件適應(yīng)的一種生理反應(yīng)，也是物種長期進(jìn)化過程的結(jié)果[18-20]。從球莖吸水特性研究中，其在72 h吸水率達(dá)到63.23%，且開始萌發(fā)，扁稈荊三棱球莖沒有明顯的物理休眠，在自然狀態(tài)下可以吸水萌發(fā)。但雜草種子及球莖休眠特性的存在，不利于農(nóng)田雜草科學(xué)防除，了解扁稈荊三棱球莖解除休眠具對其防除具有生產(chǎn)實踐意義。高溫相比較低溫更容易解除種子休眠[21,22]，早熟禾、藜、狗尾草等雜草種子在高溫下才能解除休眠[23-25]。

3.2適宜的溫度、充足的水分是種子和球莖萌發(fā)過程必不可少的環(huán)境條件，扁稈荊三棱是喜濕喜溫的植物。從球莖吸水特性研究中，其在72 h吸水率達(dá)到63.23 %，且開始萌發(fā)，扁稈荊三棱球莖沒有明顯的物理休眠，在自然狀態(tài)下可以吸水萌發(fā)。在15℃是其球莖萌發(fā)的初始溫度，25～30℃為最適萌發(fā)溫度，之后隨著溫度的升高，其球莖萌發(fā)受到抑制，與藨草屬的另一種植物海三棱藨草(Scirpusmariqueter)球莖萌發(fā)有著相同的趨勢[26]，但扁稈荊三棱比棉田其他雜草馬齒莧(Portulacaoleracea)、田旋花(ConvolvulusarvensisL.)等適應(yīng)溫度范圍更窄[27,28]，夏季溫度過高會抑制其球莖萌發(fā)，這會減少扁稈荊三棱對農(nóng)作物的危害。扁稈荊三棱球莖萌發(fā)不受光照影響，光照與黑暗條件下均能萌發(fā)，且在不同溫度下萌發(fā)率相近，這與棉田雜草蒼耳(Xanthiumstrumarium)的萌發(fā)有相似的特性[29]。大多數(shù)雜草種子萌發(fā)對酸堿度條件在pH為4～10，適應(yīng)性較為廣泛[30,31]，扁稈荊三棱球莖具有相同的特性，本試驗中其球莖在pH為5～9均能萌發(fā)，因此在新疆鹽堿化程度較高的地方仍可正常，表明酸堿度不能成為扁稈荊三棱球莖萌發(fā)和繁殖的控制條件之一；而高鹽分條件下可抑制扁稈荊三棱球莖萌發(fā)，隨著NaCl濃度增大，球莖萌發(fā)率逐漸降低，當(dāng)鹽分150 mmol/L時，球莖萌發(fā)率低至13.33 %，較高鹽分可以抑制球莖吸水從而抑制其萌發(fā)，與田旋花、馬齒莧、蒼耳種子在鹽分脅迫條件下萌發(fā)具有相同趨勢；扁稈荊三棱球莖在土壤含水量為60 %萌發(fā)率最高，而在土壤含水率為0時不萌發(fā)，扁稈荊三棱是喜濕植物，這與他常發(fā)生在水田、河岸、濕地特點相吻合，而新疆屬于干旱少雨地區(qū)，但由于新疆早期種植水稻，加之棉田膜下滴灌為其提供了高溫濕潤的環(huán)境，為其萌發(fā)創(chuàng)造了較好的條件，成為新疆棉田常見雜草之一[9,32]；扁稈荊三棱球莖在土層25 cm仍能發(fā)芽，間接證明其球莖萌發(fā)不受光照限制，由于扁稈荊三棱是喜濕植物，土壤表面受太陽直射含水率低，致使球莖萌發(fā)個數(shù)較少。扁稈荊三棱球莖在土層10～15 cm時為最適萌發(fā)土壤深度，萌發(fā)率最高，高于15 cm或低于10 cm都會降低球莖萌發(fā)率，扁稈荊三棱發(fā)生量與其球莖在土壤中的垂直分布量有著密切關(guān)系，將土層中分布在5 cm～15 cm的球莖深翻至土層30 cm以下讓其休眠或者翻至土表層晾干使球莖失去水分無法萌發(fā)。

4 結(jié) 論

扁稈荊三棱已經(jīng)在新疆大部分棉田發(fā)生，對棉花苗期生長和后期產(chǎn)量造成了嚴(yán)重影響，但未有棉田專用除草劑防除扁稈荊三棱，使其防除難度加重。扁稈荊三棱球莖萌發(fā)不受pH的限制；NaCl濃度在0～25 mmol/L時，萌發(fā)率在80%以上，隨著濃度的增大，扁稈荊三棱球莖萌發(fā)逐漸降低，在NaCl濃度為150 mmol/L時，球莖萌發(fā)率僅為11.11%，在高鹽濃度下，扁稈荊三棱球莖仍能萌發(fā)；隨著土壤濕度的增加，其發(fā)芽率隨之增大；埋土深度10 cm時發(fā)芽率最大，為82.22%，扁稈荊三棱一般處于土層10 cm。扁稈荊三棱喜溫濕且耐受性強(qiáng)，屬于棉田惡性雜草。