不同浓度香豆素水溶液对黑麦草幼苗的影响

赵润晨，徐军，王婧怡，袁中旭，李琰，邬彩霞

（江苏省扬州大学动物科学与技术学院 扬州市 225009）

我国是农业大国，每年会使用大量的化学试剂防治杂草。近年来，环境问题日益受到人们关注，生物除草剂的应用可有效缓解化学农药造成的环境问题。一些化感物质的作用方式和作用效果和市面上的化学除草剂十分相似，这使得它们有可能在将来成为新的杂草管理的重要手段。近年来，许多科研工作者开展了这方面的研究。王海斌等[1]连续3 a的田间试验发现不同的化感水稻田间的抑草效果85%～92%，虽然相比于用化学除草的产量下降，但产品质量显著提高，成本也大大降低；蚕豆（Vicia faba）植株浸提液能抑制白三叶（Trifolium repens）、紫花苜蓿（Medicago sativa）以及多花黑麦草的发芽和生长[2]；在田间喷洒芥菜（Brassica juncea）的水提物能够显著抑制多种杂草的生长[3]。

黄花草木樨（Melilotus officinalis）是抗逆性很强的豆科牧草，主要分布于东北、华北、西北、西藏、四川及长江流域以南的各个省份，具有很强的化感作用。汪之波[4]等用黄花草木樨水浸提液处理蒲公英（Taraxacum mongolicum）、马齿苋（Portulaca oleracea）及巴天酸膜（Rumex patien-tia） 3种杂草，发现对这3种杂草种子的萌发和萌发后根苗的生长有显著影响；本课题组的前期研究[5]表明，黄花草木樨水浸提液能够显著抑制藜（Chenopodium album）、籽粒苋（Amaranthus hypochondriacus）、车前草 （Plantago asiatica）、稗草（Echinochloa crus-galli）以及山苦荬（Ixeris chinensis）等种子的萌发和幼苗的生长；春、秋季在田间施用黄花草木樨干草粉，发现单位面积杂草数量显著降低，验证了黄花草木樨田间抑草效果。本课题组的前期研究还发现，黄花草木樨的主效化感物质为香豆素[6]。

香豆素作为重要的化感物质拥有很大的化感抑草潜力，是杂草防治的重要研究方向，但目前关于香豆素化感作用的研究主要停留于室内生物检测法。为了贴近生产实践，本次采用盆栽实验，为开发香豆素新型生物除草剂提供一些理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

标准品香豆素购于SIGMA公司。多花黑麦草种子购于百绿集团。盆栽土壤为0～20 cm的表层耕作土壤，采集于扬州大学实验田。栽培容器是直径25 cm、高16.5 cm的塑料花盆。

1.2 试验方法

本实验在扬州大学玻璃温室中进行，将多花黑麦草种子播于塑料花盆中，每盆土质量为3.5 kg。多花黑麦草出土15 d后向土壤均匀浇灌不同浓度香豆素溶液，浓度分别为100 mg/kg、200 mg/kg、500 mg/kg、1 000 mg/kg和2 000 mg/kg（香豆素质量/土壤质量）。处理20 d后采集样品测定各项指标。

1.3 相关指标测定

（1）植株全长：各处理随机取10株完整的多花黑麦草，测定从根基部到植株顶端，每个处理设3次重复[7]。

（2）鲜重：各处理随机取10株完整的多花黑麦草，将根系洗净，用滤纸吸干根系表面的水分后称量，每个处理设3次重复[7]。

（3）干重：将上述植株称完后放入干燥箱在105℃条件下杀青0.5 h，并于75℃条件下烘干至恒重，每个处理设3次重复[7]。

（4）叶绿素：采用95%乙醇浸提法[8]提取，用分光光度计测定叶片叶绿素含量。

（5）可溶性糖：采用蒽酮比色法[7]测定多花黑麦草中可溶性糖（SS）的含量。

（6）脯氨酸：采用茚三酮比色法[7]测定多花黑麦草中脯氨酸（PRO）的含量。

（7）丙二醛：采用硫代巴比妥酸法[9]测定多花黑麦草中丙二醛（MDA）的含量。

1.4 数据统计与分析

实验原始数据的处理采用Excel软件完成，差异显著性分析采用SPSS19软件完成。

2 结果和分析

2.1 香豆素水溶液对多花黑麦草致死率的影响

从图1可以看出，100 mg/kg的致死率为14.29%，200 mg/kg的致死率为34.41%，500 mg/kg的致死率为54.19%，1 000 mg/kg的致死率为74.31%，2 000 mg/kg的致死率为83.81%。致死率随着香豆素浓度的升高而逐渐增加。

图1 香豆素水溶液处理下多花黑麦草致死率的变化

2.2 香豆素水溶液对多花黑麦草植株全长的影响

从图2可以看出，不同浓度香豆素水溶液处理多花黑麦草幼苗后，其长度均随着处理浓度的升高而减小，且长度均与对照组有显著性差异（P＜0.05）。0～200 mg/kg浓度处理下长度植株长度显著性下降（P＜0.05），200～2 000 mg/kg浓度处理下长度虽下降，但差异不显著（P＞0.05）。

图2 香豆素水溶液处理下多花黑麦草植物株长的变化

2.3 香豆素水溶液对多花黑麦草植株鲜重、干重的影响

从图3可以看出，不同浓度香豆素水溶液处理多花黑麦草幼苗后，其鲜重、干重均随着处理浓度的升高而减小，且均显著低于对照组（P＜0.05）。鲜重在100～1 000 mg/kg浓度范围内不存在显著性差异（P＞0.05），但该浓度区间处理显著低于对照，显著高于2 000 mg/kg浓度处理（P＜0.05）；干重在100～500 mg/kg浓度范围内不存在显著性差异（P＞0.05），但该浓度区间处理显著高于1 000 mg/kg和2 000 mg/kg浓度处理。

图3 香豆素水溶液处理下多花黑麦草鲜重、干重的变化

2.4 香豆素水溶液对多花黑麦草植株叶绿素的影响

从图4可以看出，不同浓度香豆素水溶液处理多花黑麦草幼苗后，叶绿素含量随浓度升高呈下降趋势，低浓度（100 mg/kg、200 mg/kg） 叶绿素含量与对照的差异不显著（P＞0.05），在中、高浓度（500 mg/kg、1 000 mg/kg、2 000 mg/kg）处理下叶绿素含量显著降低（P＜0.05）。

图4 香豆素水溶液处理下多花黑麦草叶绿素含量的变化

2.5 香豆素水溶液对多花黑麦草植株可溶性糖（SS）的影响

从图5可以看出，不同浓度香豆素水溶液处理多花黑麦草幼苗后，SS含量呈先升高后降低趋势，低、中浓度（100 mg/kg、200 mg/kg、500 mg/kg）处理下，SS含量与对照组差异显著（P＜0.05），高浓度（1000mg/kg、2000 mg/kg）处理下与对照差异不显著。其中，100mg/kg浓度处理下SS含量达到最大值。

图5 香豆素水溶液处理下多花黑麦草可溶性糖含量的变化

2.6 香豆素水溶液对多花黑麦草植株脯氨酸（PRO）的影响

从图6可以看出，不同浓度香豆素水溶液处理多花黑麦草幼苗后，脯氨酸（PRO）含量均高于对照，其中，低、中浓度（100 mg/kg、200 mg/kg、500 mg/kg）处理与对照有显著性差异（P＜0.05）。在200 mg/kg浓度处理下，脯氨酸含量达到最大值，而后浓度越高其含量越低。

图6 香豆素水溶液处理下多花黑麦草PRO含量的变化

2.7 香豆素水溶液对多花黑麦草植株丙二醛（MDA）的影响

从图7可以看出，不同浓度香豆素水溶液处理多花黑麦草幼苗后，MDA含量整体随浓度增加呈升高趋势，中、低浓度（100 mg/kg、200 mg/kg）处理组之间差异不显著（P＞0.05），中、高浓度（1 000 mg/kg、2 000 mg/kg）处理组之间也不存在显著性差异（P＞0.05）。与对照组相比，低浓度处理组显著高于对照组（P＜0.05），与高浓度组相比，低浓度组显著低于高浓度处理组（P＜0.05）。

图7 香豆素水溶液处理下多花黑麦草MDA含量的变化

3 结论与讨论

本实验结果表明，在香豆素水溶液处理下，多花黑麦草幼苗根基部呈暗黄色且易断，叶尖枯黄，随着浓度的升高，叶片颜色加深，叶基部和叶尖坏死，致死率也逐渐升高，尤其施用中、高浓度时，致死率达到50%以上。可见香豆素对多花黑麦草的作用是由根基部和叶尖向叶片中间扩展，最终叶间部位坏死，植株死亡。植物在逆境胁迫下，碳同化量减少、渗透调节能耗和维持生长能耗增加，使得植株生长量和积累量减少[10]。各个香豆素水溶液均显著抑制了多花黑麦草的长度、鲜重和干重，这与周珩[11]等研究结果一致。

叶绿素是植物体进行光合作用的重要物质保障，叶绿素的合成是经历一系列生理生化反应后的重要产物。植物在外界胁迫下，其内部的代谢反应过程会发生改变，光合色素的正常合成也会受到影响，植物组织内部叶绿素的含量也随之变化。因此，植物体组织中叶绿素含量的高低是判断植物体生长发育状况的重要指标[12]。很多实验表明逆境胁迫会打破植物正常的新陈代谢，导致叶绿素含量下降[13-14]。本实验结果表明，香豆素水溶液显著影响了多花黑麦草叶绿素的含量，也证实上述结论。在低浓度条件下，多花黑麦草幼苗具有一定的耐受力，叶绿素含量与对照差异不显著，当浓度达到500 mg/kg时，叶绿素含量极显著下降。这可能有三方面的原因：一是香豆素胁迫引起植物体内活性氧的增加，直接破坏了叶绿素分子；二是香豆素导致叶绿素酶活性增强，一定程度上使得叶绿素的分解速度加快；三是香豆素使与叶绿素相关的作用酶受到抑制作用或其中间产物合成减少[15]。

丙二醛（MDA）是膜质过氧化产物，其含量水平表示脂质过氧化程度和膜系统在相应的条件下受到伤害的程度。可溶性糖（SS）和游离脯氨酸（PRO）是植物体内的渗透调节物质，当植物遭受胁迫时，SS和PRO的含量会发生改变。因此，当MDA、SS以及PRO含量出现变化时，表明植物体内膜系统受到一定程度的破坏，植物的代谢系统也会出现紊乱[16]。许多研究表明，植物可通过提高体内SS和PRO含量来抵御逆境胁迫[17-18]。本实验中，在低浓度香豆素水溶液处理下，多花黑麦草体内SS和PRO含量升高，分别于100 mg/kg和200 mg/kg达到最大值，后随浓度升高不断降低，说明多花黑麦草在低浓度处理下具有一定的抵御能力，但中、高浓度处理时，香豆素会破坏这种条件机制，导致SS和PRO含量降低。刘成[19]研究发现，加拿大一枝黄花在芦苇叶水浸提液处理的过程中，丙二醛含量与芦苇叶浸提液浓度呈正相关，即其含量的变化随着浓度的增加而变高。本实验得出了相似的结果，反映出香豆素使多花黑麦草细胞膜脂质发生过氧化作用，造成MDA含量增加，尤其是中、高浓度处理。