全 威，鄭成忠，東保柱，孟煥文，孫瑞鋒，周洪友

（1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 園藝與植物保護學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；2. 內(nèi)蒙古烏蘭察布市農(nóng)林科學研究所，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000；3. 鄂爾多斯市萬通農(nóng)牧業(yè)科技有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

農(nóng)田雜草是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見的有害生物。農(nóng)田雜草與作物爭奪水、肥、光照等自然資源，影響耕地生態(tài)環(huán)境與作物的產(chǎn)量和品質[1]。實際生產(chǎn)中常采用人工除草和化學除草來防除農(nóng)田雜草，但人工除草效率低、費工費力，不符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求?；瘜W除草是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見的除草方式，但除草劑的不合理使用會造成除草劑殘留超標、雜草產(chǎn)生抗性、農(nóng)田生態(tài)破壞等問題[2]，制約著我國農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展，農(nóng)田雜草的綠色防控是亟待解決的問題。近些年，不斷有研究表明，植物化感作用可以影響雜草種子的萌發(fā)和生長，如馬鈴薯（Solanum tuberosum）[3]、 豬 毛 蒿（Artemisia scoparia）[4]、細 葉 旱 芹（Apium leptophyllum）[5]、谷 子（Setaria italica）[6]、小麥（Triticum aestivum）可以顯著抑制野燕麥（Avena fatua）、多年生黑麥草（Lolium perenne）、紅豆草（Onobrychis viciaefolia）、反枝莧（Amaranthus retroflexus）、藜（Chenopodium album）、狗尾草（Setaria viridis）、看麥娘（Alopecurus aequalisSobol.）等種子的萌發(fā)和生長[7]。

化感作用，又被稱為異株克生，指活體植物通過自身根系分泌、雨水淋溶或其他方式釋放到環(huán)境中影響其他植物生存的一類現(xiàn)象[8]?；凶饔贸轂檗r(nóng)田雜草防除提供了新途徑，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也有應用，生產(chǎn)上可通過輪作、間作的方式實現(xiàn)化感作用除草[9]。有化感作用的綠肥植物具有抑制雜草種子萌發(fā)[10]、防治農(nóng)田病蟲害[11?12]、改善土壤及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境等作用[13?14]。BERDJOUR 等[15]發(fā)現(xiàn)，玉米（Zea mays）-大豆（Glycine max）間作可以顯著降低雜草生物量，且隨著間作距離的擴大對雜草生物量的抑制效果降低。有研究發(fā)現(xiàn)，冬羽扇豆（Lupinus albus）與黑小麥（Triticosecale）間作可抑制冬羽扇豆田內(nèi)雜草的發(fā)生[16]。油菜（Brassica napus）作為一種常見的化感綠肥作物，在我國東北、華北、華中等地區(qū)均有分布[17]，對農(nóng)田中病原菌和雜草均有顯著抑制作用。室內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，高濃度的油菜水浸提液可以有效抑制燕麥和向日葵幼苗生長；油菜葉水浸提液能夠延長馬唐（Digitaria sanguinalis）、反枝莧、醴腸（Eclipta prostrata）3 種雜草種子的平均發(fā)芽時間，降低馬齒莧（Portulacae herba）的發(fā)芽率[18]。

雖然利用油菜的化感作用可以防治農(nóng)田有害生物已被證實，但油菜對于常見農(nóng)田雜草的化感效應強弱以及油菜化感作用對雜草生理過程的影響均未見報道。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學生物農(nóng)藥實驗室前期研究表明，不同油菜品種的化感效應不同，飼油二號作為綠肥在田間對雜草的防治效果優(yōu)于其他品種。故擬通過油菜（飼油二號）浸提液處理不同的雜草種子，調查雜草種子發(fā)芽和幼苗生長情況以及雜草幼苗的抗氧化酶活性、丙二醛（MDA）含量，評價油菜對不同種類雜草的化感作用強弱，明確油菜化感作用對雜草生理過程的影響及油菜-燕麥（Avena SativaL）間作在燕麥田內(nèi)的除草效果，以解決化學農(nóng)藥除草帶來的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失、生態(tài)環(huán)境破壞、雜草產(chǎn)生抗藥性等問題，為開發(fā)綠色安全的生物除草劑提供理論基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試油菜品種為飼油二號，供試燕麥品種為白燕二號，供試雜草為反枝莧、狗尾草、藜、野稷（Panicum miliaceum），所有供試種子均由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學農(nóng)藥學研究室提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 油菜浸提液的制備 將成熟期油菜葉片清洗干凈后切成2～3 cm2的小塊，稱取15 g油菜葉片小塊浸泡于100 mL 蒸餾水中避光靜置24 h，期間用玻璃棒攪拌4 次，即為0.15 g/mL 油菜水浸提液，并過0.22 μm的濾膜除雜；用無菌水稀釋成0.10、0.05 g/mL浸提液，備用。

1.2.2 油菜浸提液對4種雜草種子萌發(fā)的化感作用測定 采用培養(yǎng)皿濾紙法進行種子萌發(fā)試驗，分別用75%乙醇和3%次氯酸鈉溶液對4 種雜草種子進行表面消毒。將一層滅菌濾紙平鋪于無菌、直徑120 mm 的培養(yǎng)皿內(nèi)，并分別取0.05、0.10、0.15 g/mL油菜浸提液10 mL 潤濕，之后放上100 粒雜草種子，將培養(yǎng)皿放入（25±1）℃智能人工培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)。此后，每隔24 h，分別加入相應質量濃度的油菜浸提液3 mL。每個質量濃度重復3 次，以無菌水為對照（CK）。每天觀察發(fā)芽情況（萌發(fā)標準：胚根長度突破種子1 mm），至連續(xù)2 d種子萌發(fā)數(shù)量無變化為止。同時，計算發(fā)芽率（Germination rate）、發(fā)芽勢（Germination potential）、發(fā) 芽 指 數(shù)（Germination index，GI）和活力指數(shù)（Vigor index，VI）。

發(fā)芽率=（發(fā)芽的種子數(shù)÷供試總種子數(shù)）×100%；

發(fā)芽勢=（種子萌發(fā)最活躍時期發(fā)芽數(shù)÷供試總種子數(shù)）×100%；

GI=∑（Gt/Dt），Gt為第t天種子的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應的天數(shù)；

VI=S×GI，S為種苗生長量（長度或質量）。

待發(fā)芽試驗結束后，每處理取10株長勢良好的雜草幼苗，用游標卡尺和天平分別測量4 種雜草幼苗的胚軸長、胚根長、鮮質量和干質量。

化感效應指數(shù)：參照WILLIAMSON 等[19]的方法計算化感效應指數(shù)（Response index，RI）。

RI=1-C/T（T≥C）或RI=T/C-1（T

式中，C為各指標的對照值；T為各指標的處理值；當RI>0為促進，RI<0為抑制，絕對值的大小表示作用強度大小。

化感綜合效應指數(shù)（SE）反映化感效應的強弱，指同一處理下對同一受體各測試項目化感效應指數(shù)（RI）的算術平均值。

SE=（RI發(fā)芽率+RI發(fā)芽勢+RI發(fā)芽指數(shù)+RI活力指數(shù)+RI胚根長+RI胚軸長+RI苗鮮質量+RI苗干質量）/8。

1.2.3 雜草幼苗抗氧化酶活性測定 取營養(yǎng)期的幼苗，參照沙俊濤等[20]的方法提取酶液。過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）活性均采用Sinobestbio 公司試劑盒測定，具體方法參照說明書。MDA 含量測定采用硫代巴比妥酸（Thiobarbituric acid，TBA）法[21]進行。

1.2.4 油菜-燕麥間作對燕麥田雜草發(fā)生的影響及防效調查 2021 年分別在位于內(nèi)蒙古烏蘭察布的集寧農(nóng)科院和位于呼和浩特的內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學新校區(qū)農(nóng)場進行油菜-燕麥間作試驗。間作試驗設置為3 壟燕麥（間距25 cm）與3 壟油菜（間距75 cm）間作，于燕麥苗期、抽穗期、成熟期采用五點取樣方法調查間作田（處理）與單作田（對照）雜草的種類、密度，并計算株防效、鮮質量防效（每個點按0.5 m×0.5 m的樣方面積設定）。

田間密度（MD）=調查田塊的平均密度（株/m2）之和/總調查田塊數(shù)；

株防效=（對照組株數(shù)-處理組株數(shù)）/對照組株數(shù)×100%；

鮮質量防效=（對照組雜草鮮質量-處理組雜草鮮質量）/對照組雜草鮮質量×100%[22]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

應用SPSS 25.0 軟件進行單因素方差分析（One?way ANOVA），Duncan’s 法進行多重比較。采用Graphpad 9.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 油菜浸提液對4種雜草種子萌發(fā)的影響

油菜浸提液處理后，4 種雜草種子的各項萌發(fā)指標如圖1 和圖2 所示。由圖1 和圖2 可知，隨著處理后時間的增加，在中質量濃度（0.10 g/mL）和高質量濃度（0.15 g/mL）油菜浸提液處理下，反枝莧與野稷種子萌發(fā)均受到飼油二號浸提液的顯著抑制（P<0.05），而狗尾草、藜種子的發(fā)芽率則分別于處理后第2、3 天開始顯著低于無菌水處理（CK）（P<0.05），且4種雜草種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均受到抑制且差異顯著（P<0.05）。在低質量濃度（0.05 g/mL）處理下，僅反枝莧在處理第1、3、4天，野稷在處理第1、2、3 天以及藜在處理第6、7 天的發(fā)芽率受到顯著抑制（P<0.05）；同時，在0.05 g/mL 油菜浸提液處理下，狗尾草的活力指數(shù)以及反枝莧、野稷的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均顯著低于CK（P<0.05），而藜種子的萌發(fā)對0.05 g/mL 飼油二號浸提液不敏感?？傮w上，0.10、0.15 g/mL 油菜浸提液對4種雜草的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)均有抑制作用。

圖1 油菜浸提液對4種雜草種子發(fā)芽率的影響Fig.1 Effects of rape water extract on germination rate of four weeds seed

圖2 油菜浸提液對4種雜草種子發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的影響Fig.2 Effects of rape water extract on germination potential，germination index and vigor index of four weeds seed

2.2 油菜浸提液對4種雜草生長的影響及其化感作用

由表1 和圖3 可知，反枝莧胚軸長在0.10、0.15 g/mL 油菜浸提液處理下與CK 差異顯著；胚根長在0.05、0.10、0.15 g/mL 油菜浸提液處理下均與CK 差異顯著；鮮質量僅在0.15 g/mL油菜浸提液處理下與CK 差異顯著；不同質量濃度飼油二號浸提液對反枝莧干質量的影響未達顯著水平。狗尾草的胚軸長、胚根長、鮮質量、干質量在油菜浸提液3個質量濃度處理下均呈下降趨勢且與CK 差異顯著。藜的胚軸長和胚根長均受到低、中、高質量濃度油菜浸提液的顯著抑制，胚根長所受抑制作用與浸提液質量濃度呈正相關。相反，藜的鮮質量受低質量濃度浸提液處理促進且與CK 差異顯著，而0.10 g/mL 浸提液處理則會顯著抑制藜的鮮質量，0.15 g/mL 油菜浸提液處理下其鮮質量與CK 差異不顯著，藜干質量4個處理之間差異不顯著。野稷干質量在低質量濃度浸提液處理下增加，但與CK 無顯著差異，在中、高質量濃度油菜浸提液下呈下降趨勢且與CK差異顯著，其余生長指標所受抑制程度均隨油菜浸提液質量濃度升高而增加。

圖3 油菜浸提液對4種雜草幼苗生長各指標化感抑制指數(shù)的影響Fig.3 Effects of rape water extract on RI of growth indexes of four weeds seedling

表1 油菜浸提液對4種雜草幼苗生長的影響Tab.1 Effects of rape water extract on seedling growth of four weeds

2.3 油菜浸提液對4種雜草的綜合化感效應

如表2 所示，3 個質量濃度油菜浸提液對4 種雜草的綜合化感作用均表現(xiàn)為抑制。油菜浸提液對反枝莧、狗尾草、藜的綜合化感效應隨著質量濃度升高而增強；對野稷的綜合化感效應隨質量濃度升高呈先升高后降低的趨勢，0.05、0.10、0.15 g/mL油菜浸提液對野稷的綜合化感效應指數(shù)分別為-0.075、-0.400、-0.238。在供試質量濃度下，油菜浸提液對4種雜草的綜合化感效應大小為狗尾草>野稷>藜>反枝莧。

表2 油菜浸提液對4種雜草幼苗的綜合化感效應Tab.2 Allelopathy of rape water extract on four kinds of weed seedlings

2.4 油菜浸提液對4種雜草幼苗抗氧化酶活性及MDA含量的影響

由圖4 可見，經(jīng)0.05、0.10、0.15 g/mL 油菜浸提液處理后，反枝莧幼苗SOD、POD 活性與CK 相比無顯著差異，但CAT 活性顯著升高。在0.10、0.15 g/mL 油菜浸提液處理下，狗尾草幼苗SOD、POD 活性顯著降低（P<0.05），但0.10 g/mL 浸提液處理下CAT 活性與CK 無顯著差異。在各濃度油菜浸提液處理下，藜幼苗的SOD、POD、CAT活性均較CK顯著降低，且CAT 活性降幅最大。在0.10、0.15 g/mL 油菜浸提液處理下，野稷幼苗POD 活性顯著降低，而CAT 活性在3 個質量濃度浸提液處理下均較CK 顯著升高，且在0.15 g/mL浸提液處理下野稷SOD活性較CK 顯著升高。經(jīng)0.10、0.15 g/mL 油菜浸提液處理后，4 種雜草幼苗MDA 含量均顯著升高，以藜升高趨勢最為明顯；經(jīng)0.05 g/mL 油菜浸提液處理后，僅藜MDA含量較CK 顯著上升，其他雜草MDA 含量與CK 相比無顯著變化。以上結果表明，油菜浸提液對于不同雜草的化感效應不同，藜受油菜浸提液影響最為顯著。

圖4 油菜浸提液對4種雜草幼苗抗氧化酶活性及MDA含量的影響Fig.4 Effects of rape water extract on the antioxidant acitivity malondialdehyde content of four weeds seedling

2.5 油菜-燕麥間作對燕麥田雜草發(fā)生的影響及防治效果

2.5.1 燕麥單作田雜草發(fā)生情況 由表3可知，集寧農(nóng)科院與內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學新校區(qū)農(nóng)場燕麥單作田雜草種類繁多，且以反枝莧、藜、狗尾草、野稷及稗草為主，其中，反枝莧與狗尾草發(fā)生最嚴重，在集寧農(nóng)科院的平均密度分別達到43.20、63.20株/m2，在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學新校區(qū)農(nóng)場的平均密度分別為12.16、8.64株/m2。

表3 間作模式下燕麥田內(nèi)雜草發(fā)生情況Tab.3 Investigation on weed occurrence of oat field in two locations under intercropping mode

2.5.2 油菜-燕麥間作的防治效果 由表3、表4 可知，油菜-燕麥間作后，集寧農(nóng)科院與內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學新校區(qū)農(nóng)場燕麥田內(nèi)的雜草種類、數(shù)量及鮮質量均降低。集寧農(nóng)科院試驗地燕麥單作田內(nèi)，雜草密度為171.20 株/m2，而油菜-燕麥間作田雜草密度顯著降低為80.00株/m2（P<0.05），株防效達到53.27%；同時，雜草鮮質量由燕麥單作田（77.90 g/m2）顯著減少至38.37 g/m2（P<0.05），鮮質量防效達到50.74%。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學新校區(qū)農(nóng)場試驗地燕麥單作田雜草密度為31.20株/m2，而油菜-燕麥間作田雜草密度降低為15.68 株/m2（P<0.05），株防效達到49.74%；同時，雜草鮮質量由燕麥單作田（123.81 g/m2）顯著減少至64.15 g/m2（P<0.05），鮮質量防效達到

表4 間作模式下燕麥田內(nèi)雜草防治效果Tab.4 Investigation on weed control effect of oat field in two locations under intercropping mode

48.19%。

3 結論與討論

植物化感作用在自然界廣泛存在。植物化感物質濃度不同，對其周圍受體的生長和發(fā)育產(chǎn)生的影響也不同[23]。姚樹寬等[24]研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度假蒼耳浸提液處理對油菜、白菜、蘿卜種子萌發(fā)率的影響均表現(xiàn)為低促高抑，但對芥菜種子萌發(fā)率表現(xiàn)為化感抑制效應。此外，鄭曦等[25]發(fā)現(xiàn)，楊柳樹浸提液質量濃度低于25 g/L 時對小麥品種濟麥22 種子的萌發(fā)起促進作用。本研究發(fā)現(xiàn)，在0.10、0.15 g/mL油菜浸提液處理下，4 種雜草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)都受到顯著抑制，且4 種雜草種子的發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)所受抑制程度隨油菜浸提液質量濃度升高而增強；低質量濃度（0.05 g/mL）對于一些雜草的萌發(fā)無顯著影響，與前人研究中“低促高抑”的現(xiàn)象不同[26]，原因可能是化感物質的濃度、種類及環(huán)境條件和受體植物不同，具體原因仍需進一步研究確定。

一些化感植物的根系分泌物還會對受體的生長產(chǎn)生一定的影響。楊柳青等[27]發(fā)現(xiàn)，一定濃度實葶蔥根系分泌物促進駱駝蓬幼苗的生長和干質量積累，對雀麥則表現(xiàn)為抑制作用。李茹等[28]研究了油菜品種史立豐對雜草千金子（Leptochloa chinensis）的化感作用，結果發(fā)現(xiàn)，0.10 g/mL 油菜秸稈水浸提液能夠顯著抑制千金子幼苗的根長和芽長，且化感抑制指數(shù)達到-0.99。李淑英等[18]研究表明，油菜葉水提液濃度越高，對反枝莧根長和苗高的抑制能力越強。本研究中，3 種質量濃度油菜浸提液處理后，狗尾草與藜幼苗的胚軸長與胚根長均較CK 顯著降低；反枝莧與野稷幼苗胚根長顯著降低，而胚軸長只在0.10、0.15 g/mL 浸提液處理下受到顯著抑制。并且，經(jīng)0.15 g/mL 浸提液處理后，除藜幼苗鮮、干質量以及反枝莧幼苗干質量與CK 差異不顯著外，狗尾草和野稷幼苗的鮮質量和干質量均顯著降低。以上研究結果表明，油菜浸提液能夠不同程度地抑制4 類雜草受體的生長發(fā)育，利用油菜化感作用除草是一種可行的方法。通過油菜與各類作物輪作，將油菜作為綠肥來防除田間雜草，是農(nóng)田雜草綠色防控的一種有效手段。然而，油菜對于各類作物的化感作用強弱以及是否影響作物產(chǎn)量和品質，仍需進一步研究。

SOD、POD、CAT 是植物體內(nèi)幾種主要的抗氧化酶，植物受損傷時可清除體內(nèi)多余的活性氧，減輕活性氧對植物的損傷[29]。本研究發(fā)現(xiàn)，與CK 相比，油菜浸提液處理后藜的SOD、POD、CAT活性均顯著降低，狗尾草的SOD、POD 活性顯著下降，野稷的POD 活性降低，證明油菜浸提液處理抑制了雜草的抗氧化酶活性，致使雜草幼苗受到不同程度的活性氧損傷。MDA 含量作為脂質過氧化指標，反映植物對逆境的耐受程度。本研究結果發(fā)現(xiàn)，在中（0.10 g/mL）、高（0.15 g/mL）質量濃度油菜浸提液處理下，反枝莧、狗尾草、藜和野稷雜草幼苗體內(nèi)MDA 含量隨油菜浸提液濃度升高均顯著增加，高質量濃度浸提液使植物體內(nèi)的膜脂被氧化，造成植物細胞膜系統(tǒng)受到損傷。張如義等[30]研究發(fā)現(xiàn)，香樟凋落葉浸提液處理能夠顯著提高小白菜、萵苣、茄子葉片的MDA 含量，與本研究結果一致。以上結果表明，油菜化感作用能夠改變雜草的抗氧化酶活性、破壞膜的完整性，從而抑制雜草幼苗的生長。

間作是綠色農(nóng)業(yè)的一種雜草防除方法[31]。一方面，間作植物可以爭奪雜草的資源和生態(tài)位，另一方面，間作植物可能分泌化感物質達到抑制雜草的目的[32]。SALAU 等[33]發(fā)現(xiàn)，南瓜與木薯間作可以抑制木薯田內(nèi)70%～100%的雜草生長。間作可以改善土壤微生物的多樣性[34]，促進間作作物化感物質的分泌，并增強間作作物與雜草的相互作用，從而達到除草的目的[35]。本研究發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)試驗中油菜浸提液能抑制北方燕麥田4種常見雜草的萌發(fā)及生長；2 個地點的田間試驗證明，油菜-燕麥間作體系對燕麥田間雜草的防治效果也很明顯?？梢?，通過油菜與燕麥間作，利用油菜的化感作用抑草，是一種切實可行的燕麥田除草方法。以上研究為綠色防控農(nóng)田雜草提供了新思路，其他油菜品種與作物間作能否有效控制田間雜草仍需進一步研究。