藜蒿浸提液对番茄、西瓜种子萌发及幼苗生长的影响.pdf

第 10 卷第 2 期湖南生态科学学报Vol.10 No.22 0 2 3 年 6 月Journal of Hunan Ecological ScienceJun.2023收稿日期:2022-11-12基金项目:湖北省自然科学基金计划一般面上项目(2020CFB640);湖北省重点研发计划项目(2021BBA097);湖北省重点研发计划项目(2022BBA0064)。作者简介:为通信作者,戴希刚,博士,副教授,研究方向:园艺植物种质资源及遗传改良与观赏植物应用,E-mail:xg_dai ;何思晓,硕士研究生,研究方向:特色植物资源保护与利用,E-mail:2583484211 。引文格式:何思晓,王玉婕,曾长立,等.藜蒿浸提液对番茄、西瓜种子萌发及幼苗生长的影响J.湖南生态科学学报,2023,10(2):35-40.HE SX,WANG Y J,ZENG C L,et al.The effect of extracts from artemisia selengensis on seed germination and seedling growth of tomato and water-melonJ.Journal of Hunan Ecological Science,2023,10(2):35-40.DOI:10.3969/j.issn.2095-7300.2023.02.005http:/藜蒿浸提液对番茄、西瓜种子萌发及幼苗生长的影响何思晓1,2,王玉婕1,2,曾长立1,2,万何平1,2,谢倩1,2,戴希刚1,2(1.江汉大学 生命科学学院,湖北 武汉 430056;2.湖北省汉江流域特色生物资源保护开发与利用工程技术研究中心,湖北 武汉 430199)摘 要:【目的】研究藜蒿茎叶浸提液对番茄、西瓜这两种常见蔬菜的他感作用及其差异,为藜蒿与西瓜、番茄建立轮作模式提供参考。【方法】采用培养基胁迫试验,以番茄、西瓜种子为受体材料,研究不同浓度的藜蒿浸提液对发芽期和幼苗期生长的影响,并以鲜重、干重和含水量指标评估他感效应。【结果】藜蒿浸提液对番茄与西瓜种子发芽均有显著影响,其他感强度依次为20 g/L 浸提液、80 g/L 浸提液、40 g/L 浸提液、60 g/L 浸提液,且处理组发芽率均高于对照组。浸提液对西瓜种子发芽率和发芽势随着处理浓度呈先增加后降低趋势,并在浓度60 g/L 时均达到峰值。浸提液对番茄幼苗生长整体呈促进作用,对胚根、胚长与株高生长的影响较为显著,其他感促进强度依次为:40 g/L 浸提液、60 g/L 浸提液、80 g/L 浸提液、20 g/L 浸提液。浸提液对西瓜幼苗生长整体呈抑制作用,且随浓度增加而增强。对胚长、茎粗、胚根与株高抑制较为显著,对西瓜幼苗生长的他感抑制强度依次为:80 g/L 浸提液、60 g/L 浸提液、40 g/L 浸提液、20 g/L 浸提液。【结论】藜蒿浸提液对番茄生长有显著促进效果,其中 20 g/L 和80 g/L 藜蒿浸提液最佳,对西瓜芽期与幼苗期均有明显抑制作用,浸提液对番茄种子萌发后期、西瓜种子萌发初期的影响较大。关键词:藜蒿;浸提液;他感作用;种子萌发;幼苗生长中图分类号:S363;S649文献标志码:A文章编号:2095-7300(2023)02-0035-06The Effect of Extracts from Artemisia selengensis on Seed Germinationand Seedling Growth of Tomato and WatermelonHE Sixiao1,2,WANG Yujie1,2,ZENG Changli1,2,WAN Heping1,2,XIE Qian,DAI Xigang1,2(1.School of Life Science,Jianghan University,Wuhan 430056,China;2.Hubei Engineering Research Center forProtection and Utilization of Special Biological Resources in the Hanjiang River Basin,Wuhan 430199,China)Abstract:【Objective】To study the heterosensory effects of Artemisia selengensis stem and leafextracts on two common vegetables,tomato and watermelon,and their differences,in order to provide areference for the establishment of crop rotation patterns between Artemisia selengensis and watermelon andtomato.【Method】The medium stress test was used to investigate the effect of different concentrations ofArtemisia selengensis water extract on the growth of germination and seedlings at the germination stage andseedling stage,and the othering effect was assessed by fresh weight,dry weight and water content indexesto investigate the effect of Artemisia selengensis extract on the growth of watermelon and tomato.【Result】Both tomato and watermelon seed germination were significantly affected by the infusion of Artemisia selen-gensis,and the other sensory intensities were in the order of 20 g/L extract,80 g/L extract,40 g/L ex-tract,and 60 g/L extract,and the germination rates of the treated groups were higher than those of thecontrol group.The germination rate and germination potential of watermelon seeds were increased andthen decreased with the treatment concentration,and reached the peak at 60 g/L.The overall growth oftomato seedlings was increased by the extract,and the growth of embryonic root,embryo length and plantheight were more significant,and the other senses were promoted in order of intensity:40 g/L extract,60 g/L extract,80 g/L extract and 20 g/L extract.The extracts showed an overall inhibitory effect on thegrowth of watermelon seedlings and increased with increasing concentration.The inhibition of embryolength,stem thickness,radicle and plant height were more significant,and the other-sense inhibition in-tensity of watermelon seedling growth was in the following order:80 g/L extract,60 g/L extract,40 g/Lextract and 20 g/L extract.【Conclusion】The growth of tomato was significantly promoted by the infusionof Artemisia selengensis,in which 20 g/L and 80 g/L of Artemisia selengensis infusion were the best,andthe watermelon bud and seedling stages were significantly inhibited by the infusion,and the infusion hada greater effect on the late stage of tomato seed germination and the early stage of watermelon seed germi-nation.Keywords:Artemisia selengensis;aqueous extract;allelopathy;seed germination;seedling growth 他感作用是指某些植物通过根系分泌或枝叶腐化释放化学物质到环境中,对其他植物的细胞生长与分化、呼吸作用、光合作用、酶的合成或功能、激素分泌以及蛋白质代谢等方面产生不同程度的影响1。能够产生他感作用的化学物质被称为他感物质,主要为酚类、萜类和聚乙炔类等次生代谢产物2。他感作用在自然界普遍存在,农业生产上可以利用植物的他感作用特点,采用合理轮作、间作等栽培措施,来提高作物品质与产量3。如魏佩瑶等4采用番茄和玉米套作模式,可以有效降低番茄黄化曲叶病毒病的发病率,还可以促进玉米对磷、钾的吸收,提高玉米产量与经济效益。藜蒿(Artemisia selengensis Turcz.ex Bess.)属菊科蒿属,又名芦蒿、蒌蒿,是一种具有较高食用价值和保健功能的特色蔬菜,备受消费者青睐,广泛分布于我国东北至长江流域,性喜温、耐寒热,抗逆性强5。目前藜蒿的种植已规模化和机械化并实现周年供应。但在实际生产中发现,前茬种植藜蒿容易导致后续种植的作物出现幼苗成活率低、产量低、植株枯萎等现象5。研究表明,藜蒿中含有大量的多酚、类黄酮、挥发油、多糖和萜类等他感物质,并对后续作物产生较强的他感作用6。作为两种最常见的作物,西瓜和番茄在农田种植中经常被用作藜蒿后茬作物,藜蒿西瓜轮作模式使藜蒿、西瓜两种作物产量和经济效益均有明显增加7。然而藜蒿他感物质对其生长的具体影响尚不清楚,因此以藜蒿和常见蔬菜番茄和西瓜为试验材料,研究藜蒿他感物质对西瓜、番茄种子萌发及幼苗生长的影响,讨论藜蒿与西瓜、番茄之间的他感效应,为藜蒿与西瓜、番茄之间建立友好轮作模式提供理论依据。1 材料与方法1.1 试验材料 试验用藜蒿取材于江汉大学湖北省汉江流域特色生物资源保护开发与利用工程技术研究中心试验基地,番茄种子(抗病豫星 4017 大红番茄)和63湖南生态科学学报2023 年 6 月西瓜种子(早佳 8424 麒麟瓜)购买于青岛本科种业有限公司。1.2 试验方法1.2.1 制备不同浓度的藜蒿水浸提液 将新鲜藜蒿茎叶洗净、晾干,称取 100 g 藜蒿茎叶剪碎后放入三角瓶,加入 1 000 mL 蒸馏水,用保鲜膜封口,静置48 h。将浸提液用200 目滤网过滤,滤液置于冰箱中 4 保存备用。用蒸馏水稀释滤液,配成20、40、60 和80 g/L 的藜蒿浸提液,记作 A、B、C、D,并以不含浸提液的蒸馏水为对照(CK),用保鲜膜封口,置于冰箱 4 中保存待用。1.2.2 试验设计将供试西瓜与番茄种子分别经 70%的乙醇消毒 3 min,在蒸馏水下多次清洗后,滤干,在 34 温水中浸种 6 h。将西瓜和番茄试供种子分别放置于铺有两层滤纸培养皿(16 cm)上,各培养皿加入10 mL 不同浓度的藜蒿浸提稀释液,设三次重复。培养皿放在28 人工气候箱中恒温培养,及时补充不同浓度稀释液,保证滤纸湿润。1.2.3 测定项目观察番茄、西瓜种子萌发情况,种子以胚芽萌发超过 2 mm 为发芽标准。以第 4 天和第 7 天的累计发芽种子个数作为计算发芽势和发芽率的依据。发芽势=(第 4 天发芽种子数/供试种子数)100%发芽率=(第 7 天发芽种子数/供试种子数)100%种子萌发第 7 天后,每一处理随机挑取长势相当的 5 株健壮幼苗,分别测定并记录其株高、茎粗、胚根长、胚轴长、鲜重、干重及含水量。参照 Williamson 等8方法计算他感效应指数(RI),以此衡量藜蒿浸提液对供试材料萌发期、幼苗期各项指标的影响。K 为对照组各指标平均值,T为处理组各指标值;当 TK 时,RI=1-K/T;当 T0 表示促进作用,RI0 表示抑制作用,其绝对值表示他感作用的强度,反映他感作用的强弱。1.2.4 数据整理和统计分析利用 Microsoft Excel 2016 和 SPSS 22.0 软件进行数据统计与分析。2 结果与分析2.1 藜蒿浸提液对番茄、西瓜种子萌发的影响2.1.1 对番茄种子萌发的影响 由图 1、表 1 可知,在 1%显著性水平下,B、C(40 g/L、60 g/L)处理组对番茄种子发芽率的影响未达到显著差异,在 5%显著性水平下,各处理组与对照组的发芽率差异显著;因此,藜蒿浸提液能够显著提高番茄种子的萌发率,随着处理浓度升高,番茄种子发芽率出现增高、降低、再增高的变化,在浓度为20 g/L 时,RI 值最高,促进作用最强,浸提液浓度为 60 g/L 时,RI 值最低,发芽势与发芽率降至低点,且其中发芽势低于对照组,抑制作用最强。图 1 不同处理下番茄种子萌发情况Figure 1 Tomato seed germination situations under different treatments注:同折线上标注的不同小写字母表示不同处理在 5%水平差异显著;同折线上标注的不同大写字母表示不同处理在1%水平差异显著下同。表 1 不同处理下番茄种子萌发的他感效应指数Table 1 The allelopathic effect index of tomato seedgermination under different treatments处理发芽势 RI/%发芽率 RI/%A2.88(+)6.36(+)B1.94(+)4.63(+)C-0.99(-)0.96(+)D1.94(+)5.50(+)注:(+)表示该处理与对照相比有促进作用,(-)表示该处理与对照相比有抑制作用。下同。2.1.2 对西瓜种子萌发的影响由图 2、表 2 可知,在 1%显著性水平下,仅C(60 g/L)处理组对西瓜种子发芽率的影响未达到显著差异,在 5%显著性水平下,各处理组与对照组73第 10 卷第 2 期何思晓,等:藜蒿浸提液对番茄、西瓜种子萌发及幼苗生长的影响的发芽势差异显著。因此藜蒿浸提液对西瓜种子发芽有显著影响,其发芽率与发芽势随着处理浓度呈先增加后降低趋势,在浸提液浓度为 40 g/L 时,RI 值最高,浓度 60 g/L 80 g/L 时,其 RI 值降低明显,表明较高浓度的藜蒿浸提液会降低西瓜种子的生理活性,西瓜种子对藜蒿浸提液更为敏感。图 2 不同处理下西瓜种子萌发情况Figure 2 Germination of watermelon seeds underdifferent treatments2.2 藜蒿浸提液对番茄、西瓜幼苗生长的影响2.2.1 对番茄幼苗生长的影响由表 3、表 4 可知,随着浸提液浓度升高,番茄幼苗生长整体呈上升趋势,呈显著性。在 5%显著性水平下,仅 20 g/L 处理组对番茄胚轴长度、茎粗的影响未达到显著差异,其他各指标差异显著。随着浸提液浓度升高,番茄幼苗生长整体呈上升趋势,通过鲜重、干重及含水量可知。随着处理浓度增加,幼苗体内的代谢活力呈先升高后降低的趋势,在浸提液浓度为 60 g/L 时达到高点,植株体生长活力最盛。不同浓度藜蒿浸提液对番茄幼苗生长的他感促进强度依次为:40 g/L 提取液、60 g/L提取液、80 g/L 提取液、20 g/L 提取液。表 2 不同处理下西瓜种子萌发的他感效应指数Table 2 The allelopathic effect index of watermelon seedgermination under different treatments处理发芽势 RI/%发芽率 RI/%A-6.67(-)-3.08(-)B6.25(+)2.99(+)C-11.67(-)0.00D-25.00(-)-1.54(-)表 3 不同处理对番茄幼苗生长的影响Table 3 Effects of different treatments on tomato seedling growth处理胚轴长度/mm胚根长度 mm株高/mm茎粗/cm鲜重/mg干重/mg含水量/%CK11.220.54bB4.311.21bA11.441.46cC7.890.084bB16.40.001dD2.00.000 2bB87.571.17cCA11.171.92bB4.941.11aA13.221.11bBC 7.890.019bB17.00.002cC1.90.000 3dC88.510.68bBB13.060.92aAB4.890.19aA13.780.75bBC 8.000.000aA18.00.005bB2.20.000 1aA 87.253.54cBCC13.890.59aAB5.671.26aA15.171.96bB8.000.000aA19.00.001aA2.00.000 2bB89.761.23aAD14.611.80aA6.611.18aA18.671.01aA8.000.000aA17.00.004cC 2.00.000 4cBC 88.402.13bB注:不同小写字母表示表示差异 5%水平显著性;不同大写字母表示差异 1%水平显著性。下同。表 4 不同处理下番茄幼苗生长的他感效应指数Table 4 Allelopathic effect index of tomato seedling growth under different treatments处理胚轴长度胚根长度株高茎粗鲜重干重含水量A-0.50%(-)12.81%(+)13.45%(+)0.00%1.37%(+)-5.90%(-)1.01%(+)B14.04%(+)11.82%(+)16.94%(+)1.39%(+)7.47%(+)5.28%(+)0.33%(+)C19.20%(+)23.92%(+)24.54%(+)1.39%(+)14.94%(+)-3.28%(-)2.45%(+)D23.19%(+)34.79%(+)38.69%(+)1.39%(+)1.17%(+)-5.25%(-)0.89%(+)2.2.2 对西瓜幼苗生长的影响由表 5、表 6 可知,藜蒿浸提液对西瓜幼苗生长整体呈抑制作用,且随浓度增加而增强,这与芽期结果一致。在 5%显著性水平下,20 g/L 处理组对西瓜茎粗的影响与 80 g/L 处理组对鲜重的影响未达到显著差异,其他各指标差异显著,随浸提液浓83湖南生态科学学报2023 年 6 月度升高,其中浸提液对胚长、茎粗、胚根与株高抑制显著。通过 RI 值可知,浸提液浓度为 20 g/L 时,幼苗生长活力最盛,为低促高抑。综上所述,不同浓度藜蒿浸提液对西瓜幼苗生长的他感抑制强度依次为:80 g/L 提取液、60 g/L 提取液、40 g/L 提取液、20 g/L 提取液。表 5 不同处理对西瓜幼苗生长的影响Table 5 Effects of different treatments on the growth of watermelon seedlings处理胚轴长度/mm胚根长度/mm株高/mm茎粗/mm鲜重/mg干重/mg含水量/%CK11.531.37aA30.941.37aA21.434.58aA1.160.12bB1430.017bA420.004bB70.643.52bABA10.040.92bB25.572.25bB17.624.29bB1.090.03bB1660.014aA460.003aA72.452.61aAB10.550.63aAB 25.522.17bB16.862.85cB15.642.36aA1240.020dC420.001cB65.515.23cCC1.160.12cC21.732.88cBC0.970.16dC1.010.04cBC1290.015cB420.003bAB 66.964.71cBCD0.1430.017cC14.641.12cC0.1240.020dCD 0.1290.015cC1420.017bA410.002cBC70.504.99cBC表 6 不同处理下西瓜幼苗生长的他感效应指数Table 6 The allelopathic effect index of watermelon seedling growth under different treatments处理胚轴长度胚根长度株高茎粗鲜重干重含水量A-12.92%(-)-17.34%(-)-17.74%(-)-6.13%(-)13.75%(+)8.31%(+)2.38%(+)B-8.46%(-)-17.50%(-)-21.29%(-)-16.48%(-)-13.12%(-)1.01%(+)-6.71%(-)C6.43%(+)-29.77%(-)-27.03%(-)-12.64%(-)-9.60%(-)1.32%(+)-4.98%(-)D-8.81%(-)-52.69%(-)-39.92%(-)-15.13%(-)-0.56%(-)-0.81%(-)0.11%(+)3 讨论与结论藜蒿含有丰富的生物活性物质,目前研究发现藜蒿中有较丰富的多酚类化合物,其次是挥发油、多糖、生物碱和萜类4,其中类黄酮、酚类、生物碱、萜类都为常见的他感物质9,不同植物所受他感作用不同,大体上为“低促高抑”10。多酚类化合物主要为黄酮类化合物与酚酸类化合物11,张健等12利用乙醇和有机溶剂萃取藜蒿,鉴定藜蒿中黄酮类化合物可分7 大类,为芦丁及其异构体、木犀草素及其衍生物、芹菜素及其衍生物、山柰酚及其衍生物、槲皮素及其衍生物、二氢黄酮类和其他黄酮类化合物。其中木犀草素和芹菜素是被研究较多的黄酮类他感物质,姚华等13研究表明木犀草素和芹菜素通过破坏水华鱼腥藻的光合系统、细胞膜及抗氧化酶合成来抑制其生长,且随浓度升高,抑制效果更明显。藜蒿中酚酸类化合物有绿原酸、新绿原酸、咖啡酰奎宁酸、香豆酰奎尼酸,其中绿原酸可抑制种子萌发所需关键酶-磷酸化酶的合成。吴立洁等14研究发现土壤中的酚类物质丁香酸和香草酸含量在 5 mg/kg 以上就达到对三七他感抑制浓度,降低其根系活力,破坏根组织,造成植株生长不良现象。孙菲等15利用水蒸气蒸馏及GC-MS 分析鉴定出云南藜蒿中挥发油含 46 种化合物,主要成分有烯烃、萜类、芳香化合物、醇、醛和酯等。其中萜类可抑制植物生长和种子发芽。庞晨等16利用藜蒿浸提液通过 HPLC-MS 分析藜蒿生物碱中有活性成分丹参二醌类和萘啶酸类,在植物细胞中,生物碱可通过插入 DNA、影响蛋白质合成和破坏细胞膜来抑制植物生长17。不同植株对生物碱他感效应是不同的,如熊鑫等18在对番茄的研究中发现苦豆子中的生物碱浓度在 166.5 mg/L 以下,对番茄生长发育有显著促进作用。因他感物质的溶解性不同,不同溶剂浸提液感化效应各异,黄雨清等19在对藜蒿的研究中发现用甲醇作溶剂的藜蒿提取物对生菜和紫花苜蓿种子的萌发和幼苗生长抑制作用显著,他感活性最高,其次是水浸提液,乙酸乙酯最低,由于3 种溶剂极性差异,表明藜蒿的他感物质具有较大的水溶性,表明田间环境下藜蒿主要通过根系分泌或淋溶方式释放他感物质。在田间环境下,作物种子萌发及幼苗生长状况对产量有较大的影响,本研究发现藜蒿浸提液对番茄、西瓜萌发期和幼苗期的影响存在多个方面的差异。藜蒿浸提液对西瓜种子萌发初期的影响较大,且对胚根的影响要大于对胚轴的影响。而对番茄幼苗,则是对胚轴的影响要大于胚根,对番茄的影93第 10 卷第 2 期何思晓,等:藜蒿浸提液对番茄、西瓜种子萌发及幼苗生长的影响响主要表现在种子萌发后期,其可促进番茄幼苗生长,而对西瓜幼苗生长有明显抑制作用,这是由于西瓜根、茎、叶残体及根系分泌物会对自身种子萌发与胚根生长有明显抑制作用20。李雪枫等21研究发现西瓜浸提液(陕农 9 号)显著促进绿豆、萝卜、黄瓜、花豆与辣椒地上部及根生长,而抑制黄瓜、辣椒、莴苣的种子萌发。这说明同一植物的他感物质对不同作物及其不同部位的他感效应不同。低浓度(20 g/L)和高浓度(80 g/L)的藜蒿浸提液对番茄生长为促进效果。这与刘建新等22对黄瓜番茄他感效应研究不一致,黄瓜水浸液对番茄生长为显著抑制,主要是黄瓜茎叶中的生物碱、酚类、有机酸等可诱发番茄幼苗内代谢失调,影响光合作用,从而抑制植株生长,同样与苗朔等23对苦瓜浸提液对番茄生长研究有相同的结果,其原因是他感效应并非单一物质作用,而是多种他感物质共同作用结果。庄宇等24对“瓜、棉、豆”套作体系研究表明不同浓度棉花根部浸提液对西瓜生长为“低促高不抑制”,本研究发现藜蒿浸提液对西瓜芽期与幼苗期均有明显抑制。因此在藜蒿、番茄、西瓜轮作时,应当利用他感效应,利用藜蒿浸提液对番茄生长的促进作用来提高生产经济效益,有关藜蒿浸提液中他感物质的分离鉴定、各他感物质的作用机制有待于进一步研究。参考文献:1 蒋智林,杨丽萍,申科,等.4 种菊科入侵植物叶水浸提液对狗牙根种子萌发的化感作用J.西南农业学报,2020,33(12):2943-2947.2 FU J T,ZHAO X,WANG L Y,et al.Antioxidant activitiesand Allelopathic Potential of Chonemorpha splendens Chunet Tsiang Stem Methanol ExtractJ.Chemistry and Biodi-versity,2022,19(4):1-15.https:/doi.org/10.1002/cbdv.202100973.3 BITCHAGNO G T M,EL BOUHSSINI M,MAHDI I,et al.Toward the Allelopathy of Peganum sp.and Related ChemicalConstituents in Agriculture J.Frontiers in Plant Science,2022,12:1-14.https:/doi.org/10.3389/fpls.2021.796103.4 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