黃 素，李小瓊，周 健，李 潔2，胡小瓊，何友花，阿體阿呷，張 紅，馬丹煒

(1.四川師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610101;2.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)研究所，四川 成都 610066)

辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗生長(zhǎng)和光合特性的化感效應(yīng)

黃 素1，李小瓊*，周 健1，李 潔2**，胡小瓊1，何友花1，阿體阿呷1，張 紅1，馬丹煒**

(1.四川師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610101;2.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)研究所，四川 成都 610066)

為了深入探討辣子草的化感作用機(jī)制，本研究采用盆栽試驗(yàn)，研究了辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗生長(zhǎng)和光合特性的影響。結(jié)果表明：辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗葉面積影響較小，但對(duì)地上部分的高度和生物量積累具有顯著的抑制效應(yīng)，不同處理之間濃度效應(yīng)不明顯。在辣子草水浸提液作用下，蠶豆幼苗葉片的葉綠素含量、實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPsⅡ)以及最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)和蒸騰速率(Tr)等與對(duì)照無(wú)顯著差異，但凈光合速率(Pn)隨著處理濃度的增加而降低，表現(xiàn)出顯著的濃度依賴效應(yīng)，但隨著處理時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，濃度依賴效應(yīng)逐漸減弱。本研究結(jié)果揭示辣子草水浸提液對(duì)光能吸收、電子傳遞等光反應(yīng)過(guò)程影響不明顯，主要是通過(guò)影響CO2同化能力而減少積累有機(jī)物質(zhì)，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)受阻。

辣子草；化感作用；幼苗生長(zhǎng)；光合特性

辣子草(GalinsogaparvifloraCav.)又名向陽(yáng)花、銅錘草、牛膝菊等，為菊科牛膝菊屬的一年生草本植物，原產(chǎn)南美洲[1]。辣子草適應(yīng)能力強(qiáng)，發(fā)生量大，與農(nóng)作物競(jìng)爭(zhēng)資源而抑制農(nóng)作物的生長(zhǎng)，目前已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)20多個(gè)國(guó)家的惡性雜草[2]。1915 年在我國(guó)四川省木里縣和云南省寧蒗縣首次采集到標(biāo)本，隨后在我國(guó)西南、東南地區(qū)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，并向北方迅速擴(kuò)散，現(xiàn)已成為我國(guó)具有嚴(yán)重威脅性的外來(lái)入侵植物[4-5]?；凶饔檬侨肭种参锍晒θ肭值臋C(jī)制之一[6]，擴(kuò)散到新入侵地的入侵植物比原產(chǎn)地的個(gè)體具有更強(qiáng)的化感作用，使其在競(jìng)爭(zhēng)中占有優(yōu)勢(shì)[5]。前人研究發(fā)現(xiàn)[8-12]，辣子草對(duì)多種農(nóng)作物和鄉(xiāng)土植物的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)具有化感抑制效應(yīng)，其水浸提液具有明顯的遺傳毒性和細(xì)胞毒性，可使受體植物的根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)下降，微核率和畸變率增大[13]，葉保衛(wèi)細(xì)胞活性降低，細(xì)胞核出現(xiàn)固縮、 降解或拉長(zhǎng)等典型的凋亡特征[14]。光合作用是植物的基本生理過(guò)程，對(duì)環(huán)境脅迫非常敏感，闡明辣子草化感物質(zhì)對(duì)受體植物光合作用的影響有助于解析其化感作用機(jī)制和入侵機(jī)制，但相關(guān)研究卻鮮有報(bào)道。本研究以蠶豆(ViciafabaL.)為受體，用不同濃度的辣子草水浸提液澆灌其幼苗，定期測(cè)定幼苗的株高、葉面積、生物量、葉綠素含量、氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)，探討辣子草化感作用對(duì)受體植物生長(zhǎng)和光合作用的影響，以期進(jìn)一步揭示辣子草的化感機(jī)制和入侵機(jī)制，為防治辣子草進(jìn)一步蔓延提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

蠶豆種子(成胡14#)購(gòu)買(mǎi)于成都市龍泉驛區(qū)大面鎮(zhèn)種子市場(chǎng)；供體植物辣子草采集于四川師范大學(xué)成龍校區(qū)；供試土壤取自四川師范大學(xué)成龍校區(qū)生物園，類型為黃壤。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 辣子草水浸提液的制備 采集辣子草地上部分用蒸餾水洗凈置于通風(fēng)處陰干后，剪碎，按1∶20的比例加入蒸餾水，混勻后置于恒溫?fù)u床中，25 ℃、120 r/min震蕩48 h后，4層紗布過(guò)濾2次，得到質(zhì)量濃度為50 mg/mL的辣子草水浸提液母液，4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 材料培養(yǎng)及其化感脅迫處理 材料培養(yǎng)：選取顆粒飽滿、大小均一的蠶豆種子， 用0.5 %的KMnO4浸泡15 min，蒸餾水清洗干凈，置于25 ℃暗培養(yǎng)箱中24 h，轉(zhuǎn)移至盛有石英砂的白瓷盤(pán)中催芽48～72 h，待種子露白后播種于盛有土壤的花盆中(盆高6.8 cm，直徑7.6 cm)，每盆1粒種子。

化感脅迫處理：取辣子草水浸提液母液配制成12.50和25.00 mg/mL的處理液，待蠶豆生長(zhǎng)1周后，將種植有蠶豆的花盆隨機(jī)分為3組，每組10盆。分別將12.50和25 mg/mL的處理液澆灌到花盆中，每周澆灌1次，每次20 mL，共處理4次，以蒸餾水作對(duì)照。

1.2.3 參數(shù)測(cè)定 株高測(cè)定：每周定期用尺子測(cè)量1次幼苗地上部分高度，每處理測(cè)量10株。

葉面積測(cè)定：處理結(jié)束后，每株選取頂端第2層的1片葉片，采用AM300葉面積測(cè)定儀測(cè)其葉面積，每處理測(cè)定10株。

生物量測(cè)定：處理結(jié)束后，剪取蠶豆幼苗地上部分稱鮮重后，置于烘箱中烘干至恒重，然后稱取干重，每處理測(cè)定10株。

葉綠素含量的測(cè)定：處理結(jié)束后，每處理稱取0.2 g蠶豆新鮮葉片置于研缽中，加入少量石英砂和CaCO3以及85 %丙酮2 mL，充分研磨，然后加入適量的80 %丙酮反復(fù)清洗研缽，過(guò)濾，將濾液定容至20 mL后，充分混勻，在646和663 nm測(cè)定吸光值。根據(jù)公式計(jì)算葉綠素的含量(mg/g)。

C=8.05×A663+20.29×A646

葉綠素含量=C×V×N/W×1000

式中，C為葉綠素濃度(mg/L)，V為溶液體積(mL)，N為稀釋倍數(shù)，W為葉片的鮮重(g)。

氣體交換參數(shù)測(cè)定：每周定期選取每株幼苗頂端第2層的1片葉片，采用TPS-2便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定凈光合速率和蒸騰速率，每處理測(cè)定10株。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)：每周定期選取幼苗頂端第2層的1片葉片，暗處理30 min后，采用FMS-2便攜式熒光測(cè)定儀測(cè)定葉片實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPsⅡ)和最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)，每處理測(cè)定10株。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS17.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析,并用Duncan法進(jìn)行多重比較(LSD)，Microsoft Excel 2007作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗生長(zhǎng)的影響

辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗地上部分的生長(zhǎng)具有抑制效應(yīng)并具有時(shí)間依賴效應(yīng)(圖1)。處理第1周株高與對(duì)照差異不顯著，當(dāng)處理時(shí)間延長(zhǎng)到第2周和第3周時(shí)，處理組的株高明顯小于對(duì)照組(P<0.05)，但隨著處理時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)(第4周)，對(duì)照組和處理組之間的株高沒(méi)有明顯差異；圖1顯示，兩個(gè)處理組之間的株高在不同處理時(shí)間段都沒(méi)有顯著的差異(P>0.05)。

不同字母表示不同處理間在0.05水平上的顯著差異性；下同Different letters above the bars indicate significant differences among treatments at the P< 0.05 level. The same as below圖1 辣子草水浸提液對(duì)蠶豆植株高度的影響Fig.1 Effects of the aqueous extracts from Galinsoga parviflora Cav. on the plant heights of Vicia faba seedling

圖2 辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗葉面積的影響Fig.2 Effects of the aqueous extracts from Galinsoga parviflora on the leaf areas of Vicia faba seedling

圖2顯示，經(jīng)辣子草水浸提液處理4周后，蠶豆幼苗的葉面積隨著水浸提液濃度增大逐漸縮小，但在不同處理之間無(wú)顯著差異(P>0.05)。

據(jù)圖3可見(jiàn)，辣子草水浸提液顯著降低了蠶豆幼苗地上部分的生物量(P<0.05)。與對(duì)照相比，處理組蠶豆幼苗地上部分的鮮重和干重均不同程度地降低，但不同處理間的鮮重和干重均無(wú)顯著差異(P>0.05)。

2.2 辣子草水浸提液對(duì)蠶豆光合特性的影響

隨著辣子草水浸提液濃度增加，蠶豆幼苗葉綠素葉片葉綠素含量逐漸降低(圖4)，但與對(duì)照相比，其降低的程度并未達(dá)到顯著程度(P>0.05)。

由圖5可見(jiàn)，與對(duì)照相比，辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)和實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPsⅡ)均未造成顯著影響。

與對(duì)照相比，在辣子草水浸提液作用下，蠶豆幼苗的凈光合速率發(fā)生了顯著變化(圖6)，表明辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗光合作用具有一定顯著的影響(P<0.05)。其中，處理初期幼苗的凈光合速率隨著處理濃度的增加而降低，表現(xiàn)出顯著的濃度依賴效應(yīng)，但隨著處理時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，這種效應(yīng)逐漸濃度依賴效應(yīng)減弱。

圖4 辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗葉綠素含量的影響Fig.4 Effects of the aqueous extracts from Galinsoga parviflora on the chlorophyll content of Vicia faba seedling

2.3 辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗蒸騰速率的影響

與對(duì)照相比，在辣子草水浸提液作用下，蠶豆幼苗的蒸騰速率發(fā)生了不同程度的變化(圖7)。但經(jīng)顯著性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種變化沒(méi)有達(dá)到顯著程度(P>0.05)。

3 討 論

3.1 辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗生長(zhǎng)的影響

化感物質(zhì)可以通過(guò)改變受體植物的水分吸收、激素代謝、呼吸作用、光合作用、酶功能、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及基因表達(dá)等多種生理過(guò)程，從而抑制了植物生長(zhǎng)[15-16]。酚酸類化感物質(zhì)肉桂酸和咖啡酸能對(duì)萵苣(Lactucasativa)幼苗根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)及鮮重產(chǎn)生明顯的抑制作用；入侵植物腫柄菊(Tithoniadiversifolia) 葉片凋落物水提液對(duì)高丹草(Sorghumsudanense)幼苗根長(zhǎng)和黑麥草(Loliumperenne)幼苗莖高有顯著的抑制作用[17]；本研究結(jié)果表明，不同濃度辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗的株高以及地上部分的鮮重和干重均產(chǎn)生了顯著的抑制效應(yīng)，但對(duì)葉面積影響不大。這一結(jié)果與其他學(xué)者的研究結(jié)果基本類似[8-12]。

A為鮮重，B為干重A is fresh weight； B is dry weight圖3 辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗地上部分生物量的影響Fig.3 Effects of the aqueous extracts from Galinsoga parviflora Cav. on the above-ground biomass of Vicia faba seedling

圖5 辣子草水浸提液對(duì)蠶豆葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm(左)和ΦPsⅡ(右)的影響Fig.5 Effects of the aqueous extracts fromGalinsoga parviflora on the Fv/Fm(left) and ΦPsⅡ(right)of Vicia faba seedling

3.2 辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗光合特性的影響

光合作用是植物生長(zhǎng)的基本物理-化學(xué)過(guò)程，涉及多種復(fù)雜的生理生化過(guò)程，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)受到影響均都有可能抑制植物的光合作用。許多環(huán)境因素都會(huì)影響到植物的光合作用，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，植物釋放到環(huán)境中的化感物質(zhì)，對(duì)受體植物的光合作用過(guò)程具有較大的影響[18]?；忻{迫對(duì)受體植物的光合速率具有明顯的抑制效應(yīng)[19-20]。Huang et al.[21]研究表明，香樟(CinnamomumseptentrionaleHand.-Mazz)落葉水浸提液導(dǎo)致巨桉(Eucalyptusgrandis)幼苗凈光合速率顯著降低，幼苗生長(zhǎng)受到明顯抑制。本研究結(jié)果表明，在辣子草水浸提液作用下，雖然幼苗葉片的葉綠素含量、實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPsⅡ)以及最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)等光合作用參數(shù)以及蒸騰速率變化不明顯，但凈光合速率卻顯著被抑制，尤其是在處理初期階段，這種抑制效應(yīng)最為明顯。由此可見(jiàn)，辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗光能吸收、電子傳遞等光反應(yīng)過(guò)程影響不大，其抑制蠶豆幼苗生長(zhǎng)的原因可能是降低了受體同化CO2的能力，進(jìn)而導(dǎo)致生物量減少，植物生長(zhǎng)受阻。

圖6 辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗凈光合速率(Pn)的影響Fig.6 Effects of the aqueous extracts from Galinsoga parviflora on the net photosynthetic rate (Pn) of Vicia faba seedling

4 結(jié) 論

辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗生長(zhǎng)具有顯著的化感抑制效應(yīng)。在辣子草水浸提液作用下，蠶豆幼苗的葉面積、葉片葉綠素含量、實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPsⅡ)、最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)和蒸騰速率(Tr)等參數(shù)變化不大，而凈光合速率和有機(jī)物質(zhì)積累量顯著減少，地上部分生長(zhǎng)受到抑制。本研究結(jié)果表明，辣子草水浸提液對(duì)受體植物的光能吸收、電子傳遞等光反應(yīng)過(guò)程影響不大，其抑制植物生長(zhǎng)受阻的主要原因是降低了CO2同化能力，從而導(dǎo)致有機(jī)物質(zhì)積累量減少。

圖7 辣子草水浸提液對(duì)蠶豆幼苗蒸騰速率(Tr)的影響Fig.7 Effects of the aqueous extracts of Galinsoga parviflora on the transpiration rate (Tr) of Vicia faba seedling

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(責(zé)任編輯 李 潔)

AllelopathicEffectofAqueousExtractfromGalinsogaparvifloraonSeedlingGrowthandPhotosynthesisofViciafaba

HUANG Su1, LI Xiao-qiong*, ZHOU Jian1, LI Jie2**， HU Xiao-qiong1, HE You-hua1, Ati Aga1, ZHANG Hong1, MA Dan-wei**

(1.College of Life Science, Sichuan Normal University, Sichuan Chengdu 610101, China;2.Agricultural Information and Rural Economy Institute of Sichuan Academy of Agricultural Sciences，Sichuan Chengdu 610066，China)

To explore the effect ofGalinsogaparvifloraCav., an invasive plant on seedling growth and photosynthetic physiological characteristics of broad bean (ViciafabaL.), the pot experiments were conducted to study the effects of plant heights, leaf areas, biomass, chlorophyll contents, chlorophyll fluorescence parameters and gas exchange parameters of broad bean seedlings. The resulta showed that，after treating with the aqueous extracts ofG.parviflora, the results showed that leaf areas had little change, and the plant heights and the biomass were dramatically inhibited by the aqueous extracts in a time-dependent but not concentration-dependent manner. And net photosynthetic rate (Pn) were decreased markedly(P<0.05). The chlorophyll contents, chlorophyll fluorescence parameters (ΦPsⅡ andFv/Fm) and transpiration rates (Tr) were not inhibited by the aqueous extracts ofG.parviflorasignificantly(P>0.05). These results suggested that the aqueous extracts ofG.parviflorainhibited the growth of recipient plants by inhibiting the ability of assimilation of CO2and reducing the biomass.

GalinsogaparvifloraCav.; Allelopathy; Seedling growth; Photosynthesis characteristics

1001-4829(2017)3-0542-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.3.010

S451

A

2016-08-15

四川省教育廳一般項(xiàng)目( 16ZB0058)；四川師范大學(xué)第十二批學(xué)生科研創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目

黃 素(1993-)，女，貴州安順人，碩士生，主要從事細(xì)胞生物學(xué)研究，* 為并列第一作者， **為通訊作者，E-mail: danwei10ma@ 163.com。