谷子秸秆水浸提液对5种作物种子萌发及幼苗生长的化感效应分析
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㊀山东农业科学㊀2024ꎬ56(1):66~73ShandongAgriculturalSciences
㊀DOI:10.14083/j.issn.1001-4942.2024.01.009
收稿日期:2023-02-09
基金项目:国家谷子高粱产业技术体系项目(CARS-06-14.5-A23)ꎻ河北省农林科学院基本科研业务费包干制项目(HBNKY-BGZ-02)ꎻ
河北省杂粮杂豆产业技术体系项目(HBCT2023050101ꎬHBCT2023050202)
作者简介:崔纪菡(1987 )ꎬ女ꎬ山东临沂人ꎬ博士ꎬ从事作物栽培研究ꎮE-mail:cuijihancau@126.com
通信作者:李顺国(1977 )ꎬ男ꎬ河北徐水人ꎬ研究员ꎬ从事谷子栽培与产业经济研究ꎮE-mail:lishunguo76@163.com
赵宇(1979 )ꎬ男ꎬ河南新乡人ꎬ副研究员ꎬ从事作物栽培研究ꎮE-mail:yy056@163.com
谷子秸秆水浸提液对5种作物种子萌发
及幼苗生长的化感效应分析
崔纪菡1ꎬ鲁一薇1ꎬ夏雪岩1ꎬ刘猛1ꎬ刘建军2ꎬ赵宇1ꎬ李顺国1
(1.河北省农林科学院谷子研究所/国家谷子改良中心/河北省杂粮研究实验室ꎬ河北石家庄㊀050035ꎻ
2.河北省杂粮产业技术研究院/河北东粮农业科技股份有限公司ꎬ河北邯郸㊀056000)
㊀㊀摘要:从化感作用角度筛选适宜与谷子[Setariaitalica(L.)Beauv.]进行间套轮作的农作物ꎬ为建立合理
的谷子间套轮作体系提供参考依据ꎮ采用水提法制备谷子根㊁茎㊁叶浸提液ꎬ每种浸提液设4个浓度梯度(5㊁20㊁40㊁100mg mL-1)ꎬ以蒸馏水为对照(CK)ꎬ研究谷子植株三部位浸提液对受体作物绿豆[Vignaradiate(L.)Wilczek]㊁红豆[Vignaangularis(Willd.)OhwietOhashi]㊁玉米(ZeamaysL.)㊁小麦(TriticumaestivumL.)和谷子种子萌发㊁幼苗生长的影响ꎮ结果表明ꎬ谷子根㊁茎㊁叶浸提液对受体作物种子发芽率和幼苗生长均有抑制作用ꎬ叶部浸提液抑制作用最强ꎬ根部浸提液的抑制作用最弱ꎮ随着浸提液浓度增加ꎬ其对受体种子的发芽率和幼苗鲜重㊁根长㊁芽长抑制作用加重ꎮ整体上看ꎬ谷子秸秆浸提液对5种作物种子萌发的抑制作用由小到大排序为绿豆<红豆<小麦<谷子<玉米ꎮ综合来看ꎬ绿豆更适宜与谷子进行间作㊁套作和轮作ꎮ
关键词:谷子ꎻ化感效应ꎻ种子萌发ꎻ幼苗生长ꎻ秸秆浸提液
中图分类号:S314㊀㊀文献标识号:A㊀㊀文章编号:1001-4942(2024)01-0066-08
AllelopathicEffectofAqueousExtractofFoxtailMilletStrawonSeedGerminationandSeedlingGrowthofFiveCrops
CuiJihan1ꎬLuYiwei1ꎬXiaXueyan1ꎬLiuMeng1ꎬLiuJianjun2ꎬZhaoYu1ꎬLiShunguo1
(1.InstituteofMilletCropsꎬHebeiAcademyofAgriculturalandForestrySciences/NationalFoxtailMilletImprovement
Center/MinorCerealCropsResearchLaboratoryofHebeiProvinceꎬShijiazhuang050035ꎬChinaꎻ
2.HebeiAcademyofMiscellaneousGrainIndustryTechnology/HebeiDongliang
AgriculturalTechnologyCo.ꎬLtd.ꎬHandan056000ꎬChina)
Abstract㊀Fromtheperspectiveofallelopathyꎬthecropssuitableforintercroppingwithfoxtailmillet[Setariaitalica(L.)Beauv.]werescreenedtoprovidereferencesforestablishingreasonableintercroppingsys ̄temsforfoxtailmillet.Therootꎬstemandleafextractsoffoxtailmilletwerepreparedbywaterextractionmeth ̄od.Fourconcentrationgradients(5ꎬ20ꎬ40and100mg mL-1)weresetforeachextractwithdistilledwaterasthecontrol(CK).Theeffectsoftheextractsfromthethreepartsoffoxtailmilletplantsonseedgerminationandseedlinggrowthofmungbean[Vignaradiate(L.)Wilczek]ꎬredbean[Vignaangularis(Willd.)OhwietOhashi]ꎬcorn(ZeamaysL.)ꎬwheat(TriticumaestivumL.)andfoxtailmilletwerestudied.Theresults
showedthattheextractsoffoxtailmilletrootsꎬstemsandleaveshadinhibitoryeffectsongerminationrateandseedlinggrowthoftherecipientcrops.Theinhibitoryeffectofleafextractwasthestrongestꎬwhilethatofrootextractwastheweakest.Withtheincreaseofconcentrationꎬtheinhibitionoftheextractsonseedgerminationrateꎬandseedlingfreshweightꎬrootlengthandbudlengthoftherecipientcropswasaggravated.Amongthefivespeciesofcropsꎬtheinhibitoryeffectoffoxtailmilletextractsonseedgerminationwassequencedasmungbean<redbean<wheat<foxtailmillet<corn.Ingeneralꎬmungbeanwasmoresuitableforintercroppingꎬrelayintercroppingandrotationwithfoxtailmillet.
Keywords㊀FoxtailmilletꎻAllelopathiceffectꎻSeedgerminationꎻSeedlinggrowthꎻStrawextract
㊀㊀植物化感作用是指植物通过根系分泌㊁茎叶挥发㊁雨水淋溶㊁残体分解等途径释放化学物质到环境中ꎬ从而抑制或促进周围其他植物(或微生物)生长发育的现象ꎬ可分为他毒和自毒两种[1]ꎮ化感物质的收集方法有水蒸气蒸馏法㊁溶剂浸提法㊁培养吸附法和厌氧腐解法等ꎮ种子萌发是植物生命周期中的关键环节[2-3]ꎬ因此ꎬ供体对受体植物种子萌发和幼苗生长的影响是研究植物化感作用最重要的测定方法之一[4-6]ꎮ化感物质对种子萌发表现为促进还是抑制ꎬ与化感物质种类㊁浓度以及供受体种类有很大关系[7-9]ꎮ
自20世纪90年代以来ꎬ中国农业普遍采用秸秆还田的耕作方式ꎬ秸秆就地还田成为解决秸秆综合利用问题的最重要手段和途径[10]ꎮ秸秆还田可以有效改善土壤理化和生物性状ꎬ提高土壤有机质含量㊁培肥土壤地力ꎬ既保障了农田持续生产ꎬ又减少了环境污染[11-12]ꎮ但秸秆自身含有多种具有生物活性的化感物质ꎬ这些物质释放到农田中会对种子萌发和幼苗生长产生化感作用[13]ꎮ研究表明ꎬ利用农作物间的化感作用原理合理安排轮作㊁间套作等栽培模式可以达到减轻病虫害㊁提高作物产量和品质的效果ꎬ是解决连作障碍最简单有效的方法之一[14]ꎮ
近年来ꎬ有不少研究人员针对还田秸秆的化感作用进行过深入研究ꎬ主要集中在水稻㊁小麦和玉米等大宗作物上ꎬ对谷子[Setariaitalica(L.)Beauv.]的研究相对较少ꎮ谷子是我国北方地区主要的粮食作物之一ꎬ栽培历史悠久ꎬ具有耐瘠㊁抗旱等特性ꎬ其籽粒具有丰富的营养价值和较高的经济价值ꎬ对调节构建合理的膳食结构和农业种植结构能起到重要作用ꎮ谷子适生区域狭窄ꎬ人工栽培连作障碍现象严重ꎬ栽培1~2年后需要
换地栽培ꎬ严重影响了其产业化发展ꎮ我国谷子
主要产区的种植模式包括谷子搭配小麦轮作ꎬ搭
配玉米㊁豆类轮作或间套作等ꎮ一些研究表明ꎬ谷
子秸秆中的化感物质对下茬小麦㊁玉米㊁谷子自身
以及杂草的生长均存在着显著的化感作用[15-16]ꎮ以往研究对于认识和利用谷子秸秆化感效应提供
了重要参考ꎬ但这些研究源自不同研究体系ꎬ所以
谷子对小麦㊁玉米等作物的化感强弱尚不能进行
比较和排序ꎮ为此ꎬ本研究以绿豆[Vignaradiate(L.)Wilczek]㊁红豆[Vignaangularis(Willd.)OhwietOhashi]㊁玉米(ZeamaysL.)㊁小麦(Tritic ̄umaestivumL.)和谷子为受体ꎬ研究谷子不同部位浸提液对这5种作物种子萌发和幼苗生长的影响ꎬ以探明谷子化感物质主要存在的部位ꎬ明确谷子它毒和自毒作用的强弱ꎬ从化感作用角度评价㊁筛选与谷子进行间套轮作的农作物ꎬ为合理间套轮作提供理论参考ꎮ
1㊀材料与方法
1.1㊀供试材料
试验于2020年10月在河北省农林科学院谷
子研究所进行ꎮ供试谷子品种为汇华金米(河北
省农林科学院谷子研究所和邢台自然农庄共同选
育)ꎬ玉米㊁绿豆和红豆品种分别为冀玉18㊁冀绿9802和冀红17(河北省农林科学院粮油作物研究所选育)ꎬ小麦种子来源于市场ꎬ无详细品种信息ꎮ
1.2㊀试验方法
1.2.1㊀谷子根、茎和叶浸提液的制备㊀将成熟期健康谷子的根㊁茎㊁叶各部位分开ꎬ阴干粉碎后分
76
㊀第1期㊀㊀㊀㊀㊀崔纪菡ꎬ等:谷子秸秆水浸提液对5种作物种子萌发及幼苗生长的化感效应分析
别称取200g放入锥形瓶中ꎬ加2000mL蒸馏水后置于(20ʃ1)ħ㊁160r min-1的振荡培养箱(型号:HY-10)中振荡浸泡1hꎬ再放置在超声波清洗仪中进行超声震荡30minꎬ静置分层后将上层浑浊液过滤后离心ꎬ得到浓度为100mg mL-1的清澈母液ꎮ用蒸馏水将母液稀释为5㊁20㊁40mg mL-1共3个浓度的浸提液ꎬ对照(CK)为蒸馏水ꎬ所有液体保存于4ħ冰箱中备用ꎮ
1.2.2㊀种子萌发与相关指标测定㊀将用75%酒精消毒3min后的种子放入垫有2层灭菌滤纸㊁直径为12cm的培养皿中ꎬ绿豆㊁红豆和玉米每皿放20粒ꎬ小麦和谷子每皿放30粒ꎬ再分别加入4个浓度(5㊁20㊁40㊁100mg mL-1)的浸提液5mLꎬ对照(CK)加蒸馏水ꎬ裹上保鲜膜后放入植物培养箱中培养ꎮ植物培养箱设定白天温度为25ħ㊁湿度70%㊁光照强度4000lx(12h)ꎬ黑夜温度为25ħ㊁湿度80%㊁光照强度0lx(12h)ꎬ每天适当补充相应浓度的浸提液以保持滤纸湿润并记录种子萌发数量ꎬ6d后结束试验ꎮ每个处理重复3次ꎮ
另将培养至露白的种子放在直径12cm的培养皿中ꎬ加入浸提液10mLꎬ充分润湿滤纸ꎬ绿豆㊁红豆和玉米每皿放20粒ꎬ小麦和谷子每皿放30粒ꎬ重复3次ꎬ培养条件同前ꎬ7d后移出幼苗测量各项指标ꎮ利用根系扫描系统(型号:WinRHI ̄ZOTRON2012)获取全部萌发幼苗的根长和芽长ꎬ获得总根长㊁总芽长ꎬ总根长和总芽长除以相应的株数获得单株根长和单株芽长ꎮ
1.2.3㊀指标计算公式㊀发芽率(%)=发芽种子数/供试种子数ˑ100ꎻ变化率或抑制率(%)=(1-浸提液处理的指标数值/CK指标数值)ˑ100㊀ꎮ1.3㊀数据处理与分析
采用DPS数据处理系统对种子发芽率和幼苗根长㊁芽长㊁鲜重等指标进行数据处理和多因素(品种㊁浸提部位㊁浓度)方差分析ꎮ
2㊀结果与分析
2.1㊀谷子不同部位浸提液对受体种子萌发的影响由表1可知ꎬ谷子根㊁茎㊁叶浸提液对受体种子的发芽率均有抑制作用ꎬ3个部位中ꎬ茎浸提液
对玉米的抑制作用最强ꎬ叶浸提液对谷子自身的
抑制作用最强ꎬ根浸提液对玉米的抑制作用最强ꎮ
总的来说ꎬ茎㊁叶浸提液的抑制作用高于根浸提
液ꎮ
浸提液的浓度对受体种子的发芽率存在抑制
差异ꎮ低浓度的浸提液对绿豆和红豆的发芽率无
显著影响ꎬ高浓度的浸提液显著或极显著抑制绿
豆和红豆的萌发ꎻ低浓度的浸提液对玉米㊁谷子㊁
小麦的发芽抑制有显著影响ꎬ高浓度的浸提液抑
制作用更明显ꎬ多为极显著影响ꎮ所有浸提液处
理中ꎬ5种作物种子皆在100mg mL-1浸提液浓度下发芽率最低ꎮ浸提液对受体种子萌发的影响不
都是负面或者无影响ꎬ较低浓度浸提液提高发芽
率的现象也有出现ꎬ如5㊁20mg mL-1浓度的根浸提液相比CK分别提高小麦和玉米种子的发芽
率ꎬ即出现 低浓度促进高浓度抑制 的双重效
应ꎮ
浸提液对种子萌发的影响还与种子本身的种
类有关ꎮ以发芽率为考量ꎬ浸提液对绿豆和红豆
萌发的抑制作用远低于玉米㊁小麦和谷子ꎬ不同部
位浸提液(100mg mL-1)作用下绿豆㊁红豆的发芽率分别为73.3%~95.0%㊁51.7%~90.0%ꎬ玉米㊁小
麦和谷子的发芽率仅为18.3%~26.7%㊁17.8%~47.8%和1.1%~56.7%ꎮ本研究中ꎬ谷子根浸提液对5种作物种子萌发的抑制作用排序为红豆<绿豆<谷子<小麦<玉米ꎬ谷子茎浸提液对5种作物种子萌发的抑制作用排序为绿豆<红豆<谷子<玉米<小麦ꎬ谷子叶浸提液对5种作物种子萌发的抑制作用排序为绿豆<红豆<小麦<谷子<玉米ꎮ由上可知ꎬ谷子浸提液对豆科作物种子萌发的抑制作用小ꎬ对谷子自身的抑制主要来源于叶部ꎬ对玉米㊁小麦种子萌发具有明显的抑制作用ꎮ2.2㊀谷子不同部位浸提液对受体作物幼苗生长的影响
由表2可知ꎬ与对照相比ꎬ随着茎浸提液浓度
的增大(5~100mg mL-1)ꎬ其对红豆㊁绿豆㊁玉米㊁谷子和小麦幼苗鲜重的抑制作用呈波动式增强ꎻ茎浸提液对绿豆㊁红豆㊁小麦和玉米幼苗鲜重皆为
86㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第56卷㊀
㊀㊀表1㊀谷子浸提液对5种作物种子萌发的影响
作物种类浸提液浓度/
(mg mL-1)根浸提液
发芽率/%抑制率/%
茎浸提液
发芽率/%抑制率/%
叶浸提液
发芽率/%抑制率/%
红豆0(CK)96.7Aa98.3Aa98.3Aa
5100.0Aa-398.3Aa098.3Aa0
20100.0Aa-396.7Aa296.7Aa2
40100.0Aab-391.7Aa796.7Aa2
10090.0Ab751.7Bb4770.0Bb29
绿豆0(CK)100.0Aa100.0Aa100.0Aa
5100.0Aa0100.0Aa0100.0Aa0
20100.0Aa0100.0Aa0100.0Aa0
40100.0Aa0100.0Aa098.3Aa2
10090.0Ab1095.0Ab573.3Bb27
玉米0(CK)88.9Aa97.8Aa91.1Aa
583.3Aa685.6Aab1286.7Aab5
2095.6Aa-886.7Aab1175.6Ab17
4082.2Aa780.0ABb1885.6Aab6
10026.7Bb7018.3Bc8120.3Bc78
谷子0(CK)68.9Aa75.6ABab86.7Aa
565.6Aa585.6Aa-1382.2Aab5
2065.6Aa581.1ABa-760.0Abc31
4072.2Aa-565.6Bb1366.7Ac23
10056.7Ab1827.8Cc631.1Bd99
小麦0(CK)54.4Aab54.4Aa44.4Aa
566.7Aa-2342.2Aab2250.0Aa-13
2043.3Ab2047.8Aa1245.6Aa-3
4043.3Ab2030.0ABbc4527.8Bb37
10047.8Ab1217.8Bc6725.6Bb42㊀㊀注:同列数据后不同大㊁小写字母分别表示不同浓度处理在0.01和0.05水平上差异显著ꎬ下同ꎮ
㊀㊀表2㊀不同处理下5种作物幼苗鲜重的变化率
作物种类谷子浸
提部位
不同浓度处理鲜重变化率/%
5
mg mL-1
20
mg mL-1
40
mg mL-1
100
mg mL-1
红豆根-1.75Aa1.85Aa-2.24Aa-17.04Bb茎-2.33Aa-3.01Aa-13.77Aa-27.93Bb
叶-11.09Aa-20.59Bb-21.21Cc-29.55Dd
绿豆根-0.54Aa-3.26Aa1.49Aa-25.37Ab茎-5.11Aa-8.52Aa-18.48Ab-59.24Bc
叶-16.11Aa-27.11Aab-47.51Aab-70.68Ab
玉米根-2.62Aab4.27Aa-9.02Aab-17.49Ab茎-0.91Aa-4.37ABa-23.92BCb-37.89Cb
叶5.33Aa-21.42Bb-23.90BCb-37.21Cc
谷子根7.41Aa14.81Aa22.22Aa-14.81Aa茎37.93Bb48.28Aa0Aa-51.72Cc
叶18.75ABab-12.50Aa-34.38BCb-71.88Cc
小麦根23.87Aa-7.16Aab-16.18Ab-6.90Aab茎-10.07Aa-7.38Aa-28.41ABb-47.20Bc
叶-1.80Aa-15.68Aab-25.96ABbc-43.70Bc㊀㊀注:同行数据后不同大㊁小写字母分别表示不同浓度处理在0.01和0.05水平上差异显著ꎬ下同ꎮ抑制效应ꎬ对小麦幼苗鲜重具有较强的抑制效应ꎻ低浓度茎浸提液(5㊁20㊁40mg mL-1)对受体谷子幼苗鲜重具有更为明显的促生效果ꎮ高浓度叶浸提液(100mg mL-1)对绿豆和谷子幼苗的抑制效果最强ꎬ分别低于对照70.68%和71.88%ꎮ5mg mL-1低浓度根浸提液处理较对照提高小麦幼苗鲜重23.87%ꎮ
对比表2和表3数据可以看出ꎬ谷子茎浸提液对幼苗根长的抑制效应强于对幼苗鲜重的抑制效应ꎮ由表3可知ꎬ整体上看ꎬ叶浸提液对5种受体作物幼苗根长的影响强于根㊁茎浸提液ꎮ与对照相比ꎬ浓度为100mg mL-1时ꎬ叶浸提液和茎浸提液对5种作物幼苗根长的抑制效应达到97.17%~100%ꎬ根浸提液对红豆㊁绿豆㊁玉米和谷子幼苗根长的抑制效应达到55.56%~61.63%ꎬ对小麦幼苗根长的抑制效果较低ꎬ仅为2.75%ꎮ低浓度茎浸提液对玉米(5mg mL-1)㊁小麦(5㊁20㊁40mg mL-1)幼苗根长均有促生效应ꎬ对绿豆和
96
㊀第1期㊀㊀㊀㊀㊀崔纪菡ꎬ等:谷子秸秆水浸提液对5种作物种子萌发及幼苗生长的化感效应分析
㊀㊀表3㊀不同处理下5种作物幼苗根长的变化率
作物种类
谷子
浸提部位
不同浓度处理根长变化率/%
5
mg mL-1
20
mg mL-1
40
mg mL-1
100
mg mL-1
红豆根0Aa0Aa-19.14Bb-55.56Cc茎-5.19Aa-9.91Aa-40.57Bb-97.17Cc
叶-5.24Aa-15.72ABb-26.20Bc-97.82Cd
绿豆根11.56Aa1.36ABab-8.16Bb-61.22Cc茎-12.26Aa-23.11Aa-57.08Bb-100Cc
叶-3.30Aa-22.17Bb-99.06Cc-100Cc
玉米根-18.51ABb3.84Aa-31.83BCb-61.63Cc茎12.07Aa-18.72ABab-45.32BCb-99.51Cc
叶19.47Aa-55.26Bb-60.26BCb-98.68Cc
谷子根47.41Aa31.03ABa37.93Aa-59.48Bb茎-8.50Aa-7.84Aa-9.15Aa-100Bb
叶9.86ABa20.42Aa-54.23BCb-100Cc
小麦根35.69Aa16.86Aa-5.10Aa-2.75Aa
茎32.33Aa10.90Aa30.45Aa-99.25Bb
叶-2.68Aa-1.00Aa1.00Aa-99.67Bb
红豆皆为抑制效应ꎮ
对比表2~表4数据可知ꎬ谷子根㊁茎㊁叶浸提液对幼苗芽长的抑制效应轻于对鲜重和根长的抑制ꎮ从表4中可知ꎬ与对照相比ꎬ浓度为100
mg mL-1时ꎬ叶浸提液和茎浸提液对受体作物红豆㊁绿豆幼苗芽长的抑制效应达到91.30%~100%ꎬ对玉米㊁谷子和小麦幼苗芽长的抑制效果较弱ꎻ根浸提液对红豆㊁绿豆和谷子幼苗芽长有促进作用ꎬ对玉米㊁小麦幼苗芽长表现为抑制ꎮ低浓度茎浸提液(5㊁20mg mL-1)对5种受体作物幼苗芽长有促进或轻微抑制效应ꎬ5mg mL-1根㊁叶浸提液对红豆㊁玉米和谷子幼苗芽长有促进效果ꎮ2.3㊀作物种类㊁浸提部位和浸提液浓度对作物萌发生长的影响
作物种类㊁浸提部位和浸提液浓度三因素对各个指标均值的影响及差异分析结果见表5ꎮ可知ꎬ作物种类影响自身的萌发生长ꎬ不同作物的发芽率㊁鲜重㊁根长和芽长差异极显著ꎮ不同浸提部位对作物萌发生长的影响不同ꎬ与其他部位相比ꎬ叶部浸提液对所有指标的抑制作用最大ꎬ根部浸提液对除芽长外的所有指标的抑制作用最小ꎮ随着浸提液浓度增加ꎬ种子发芽率和幼苗鲜重随之下降ꎬ其中CK发芽率和幼苗鲜重最高ꎬ100mg mL-1浸提液浓度下两者值最低ꎻ随着浸提液浓度增加ꎬ根长和芽长值呈现先上升后下降趋势ꎬ5mg mL-1浸提液浓度下根长和芽长值最大ꎬ100mg mL-1浸提液浓度下最小ꎮ
㊀㊀表4㊀不同处理下5种作物幼苗芽长的变化率
作物种类浸提部位
不同浓度处理芽长变化率/%
5
mg mL-1
20
mg mL-1
40
mg mL-1
100
mg mL-1红豆根21.64Bb9.70BCbc-8.21Cc66.42Aa
茎3.73Aa-16.15Bb-21.74Bb-91.30Cc
叶22.65Aa-20.99Bb-30.39Bb-95.03Cc
绿豆根-16.05Bb3.09ABa4.32ABab24.69Aa
茎-3.70Aa-5.09Aa-31.48Bb-100Cc
叶-21.92ABb-4.57Aa-33.79Bb-100Cc玉米根14.47Aa-5.26Bb5.26ABa-67.76Cc茎11.11Aa5.56Aa-5.56Aa-12.50Aa
叶11.49Aa4.05Aa-6.08Aa-45.27Bb谷子根10.64Aa-3.55Aa-3.55Aa14.18Aa
茎-7.04Aa-7.75Aa13.38Aa7.75Aa
叶0.74Aab18.52Aa-4.44Ab-96.30Bc小麦根-22.88BCbc11.81Aa5.17ABab-48.34Cc茎24.72Aab12.55Aab41.33Aa-7.01Ab
叶-9.72Bb-6.58ABb22.57Aa-54.23Cc㊀㊀表5㊀作物种类㊁浸提部位和浸提液浓度整体上㊀㊀对作物种子萌发与幼苗生长的影响类别因子发芽率/%鲜重/g根长/cm芽长/cm作物种类红豆92.2Bb9.5Bb14.9Cc13.8Cc
绿豆97.1Aa6.4Cc12.6CDc15.7Bb
玉米83.8Cc26.0Aa28.7Aa13.9Cc
谷子64.1Dd0.3Ee11.7Dd13.4Cc
小麦42.7Ee3.5Dd25.6Bb28.0Aa浸提部位根80.0Aa10.0Aa20.4Aa17.0ABab
茎74.8Bb9.1Bb18.6ABb17.5Aa
叶73.1Bb8.4Cc17.1Bb16.5Bb
浸提液浓度/
(mg mL-1)
0(CK)83.7Aa10.4Aa24.2ABab18.6Aa
582.96Aab10.2Aa25.8Aa18.8Aa
2079.6ABb9.6Bb22.2Bb18.6Aa
4076.0Bc8.5Cc17.2Cc18.4Aa
10057.6Cd7.0Dd4.1Dd10.4Bb2.4㊀影响作物种子萌发和幼苗生长的多因素方差分析
对作物种类㊁浸提部位和浸提液浓度三因素下的各个指标进行方差分析ꎬ结果见表6ꎮ就独立影响而言ꎬ作物种类㊁浸提液部位和浸提液浓度各自显著或极显著影响种子发芽率和幼苗鲜重㊁根长和芽长ꎮ就交互影响而言ꎬ作物种类㊁浸提部位和浸提液浓度的交互作用也显著或极显著影响
07㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第56卷㊀
种子发芽率和幼苗鲜重㊁根长和芽长ꎮ各因素中ꎬ作物种类对种子发芽率(F=9.37)和芽长(F=
367.95)的影响较大ꎬ浸提部位对幼苗鲜重(F=6.91)的影响较大ꎬ浸提液浓度对根长(F=127.34)的影响最大ꎮ三因素的交互作用对种子发芽率(F=127.34)㊁幼苗鲜重(F=368.81)的影响最大ꎬ浸提部位和浸提液浓度的交互作用对根长(F=6.91)和芽长(F=27.00)的影响较大ꎮ
㊀㊀表6㊀影响作物种子萌发和幼苗生长的
多因素方差分析
指标变异来源平方和自由度均方F值P值发芽率区组因子0.020.05.450.95作物种类(A)9.142.39.37<0.001
浸提部位(B)0.220.15.62<0.001
浸提液浓度(C)2.140.52.69<0.001
AˑB0.180.01.090.01
AˑC0.7160.0103.13<0.001
BˑC0.580.17.68<0.001
AˑBˑC0.6320.0127.34<0.001幼苗鲜重区组因子1.720.93.710.53作物种类(A)18055.544513.96.63<0.001
浸提部位(B)94.1247.16.91<0.001
浸提液浓度(C)368.2492.02.43<0.001
AˑB172.2821.51.25<0.001
AˑC325.01620.367.32<0.001
BˑC60.687.615.28<0.001
AˑBˑC87.3322.7368.81<0.001单株根长区组因子59.6229.81.090.34作物种类(A)11227.942807.0103.13<0.001
浸提部位(B)418.32209.17.68<0.001
浸提液浓度(C)13864.443466.1127.34<0.001
AˑB808.38101.03.71<0.001
AˑC2886.116180.46.63<0.001
BˑC1503.98188.06.91<0.001
AˑBˑC2115.93266.12.43<0.001单株芽长区组因子18.529.21.950.15作物种类(A)6960.241740.1367.95<0.001
浸提部位(B)36.1218.13.820.02
浸提液浓度(C)2429.74607.4128.45<0.001
AˑB564.2870.514.91<0.001
AˑC1000.51662.513.22<0.001
BˑC1021.48127.727.00<0.001
AˑBˑC1733.43254.211.45<0.001㊀㊀注:P<0.01和P<0.05分别表示差异达到极显著和显著水平ꎮ3㊀讨论
3.1㊀谷子不同部位的化感效应
化感效应的强度与来源部位有关ꎮ郑阳霞等[17]研究表明西瓜的茎叶浸提液对自身种子萌发生长的抑制效应高于根浸提液ꎮ燕麦根浸提液
对垂穗披碱草种子萌发的综合化感效应强于茎叶
浸提液[18]ꎮ章黎黎等[19]在玉米植株浸提液的研究中ꎬ认为玉米茎叶浸提液的抑制作用最强ꎬ根浸
提液的抑制作用最弱ꎮ王宁等[20]的研究也表明ꎬ小麦不同部位相同质量浓度浸提液对节节麦幼苗的化感抑制作用强弱为茎叶ȡ根ꎮ以上研究明确了化感的重要部位在于秸秆ꎬ但没有探明叶部和茎部的化感效应排序ꎮ本研究中ꎬ谷子根㊁茎㊁叶浸提液对受体作物种子的萌发和幼苗生长均存在抑制作用ꎬ叶浸提液的抑制作用最强ꎬ茎浸提液其次ꎬ根浸提液最弱ꎮ因此ꎬ在实际生产中ꎬ降低谷子叶的还田比例是降低化感毒害的有效措施ꎮ3.2㊀不同浸提液浓度的化感效应
本研究中出现的 高抑低促 效应ꎬ即高浓度
的谷子茎浸提液对绿豆㊁红豆㊁玉米㊁小麦和谷子
的抑制作用最大ꎬ部分低浓度茎浸提液处理则表
现为促进生长作用ꎬ这与大多数利用水浸提液法
研究作物化感作用的结果相似ꎮ董淑琦等[15]研究了谷子叶和茎的浸提液对玉米幼苗生长的影响ꎬ也获得一致的结论ꎮ秸秆浸提液存在的 高抑低促 的化感现象ꎬ原因可能是其影响了受体作物的生理生化反应[21]ꎮ王园园等[16]研究了谷子茎秆浸提液对自身幼苗生长的自毒作用ꎬ结果表明ꎬ随着浸提液浓度的增加ꎬ谷子幼苗相关酶(SOD㊁POD)活性表现出先增加后降低趋势ꎮ谷子秸秆浸提液还会影响作物的光合和荧光特征ꎬ研究表明ꎬ高浓度的谷子秸秆浸提液使小麦的叶绿素荧光参数明显下降ꎬ叶片发生光抑制ꎬPSⅡ复合体受到损害[15]ꎮ当谷子秸秆水浸提液浓度较低时ꎬ玉米的叶绿素荧光参数Fv/Fm㊁Y(Ⅱ)和ETR得到提升ꎬ促进玉米生长[22]ꎮ在秸秆还田试验中ꎬ当秸秆还田量达到4000kg hm-2㊁秸秆长度缩短到1cm时ꎬ即可检测出秸秆对根围土壤细菌多样性㊁碳水化合物代谢㊁氨基酸代谢和能量代谢通路上的相关基因表达的化感抑制效应[23]ꎮ以上研究表明ꎬ过量秸秆还田存在化感抑制风险ꎮ3.3㊀不同受体作物的化感反应
轮作和间套作是避免和减少连作障碍发生及
土传病害的一种传统而有效的农业种植模式ꎬ有
利于提高农业生态系统的生产力[24]ꎮ研究谷子
17
㊀第1期㊀㊀㊀㊀㊀崔纪菡ꎬ等:谷子秸秆水浸提液对5种作物种子萌发及幼苗生长的化感效应分析
浸提液对5种作物化感效应的影响ꎬ可为谷子连作障碍机制研究和建立合理轮作㊁间套作制度提供一定的参考ꎮ利用作物间化感互作的特点ꎬ有助于提出作物间作及轮作的最佳作物种类ꎮ本研究中ꎬ谷子根浸提液对5种作物种子萌发的抑制作用排序为红豆<绿豆<谷子<小麦<玉米ꎬ谷子茎浸提液对5种作物种子萌发的抑制作用排序为绿豆<红豆<谷子<玉米<小麦ꎬ谷子叶浸提液对5种作物种子萌发的抑制作用排序为绿豆<红豆<小麦<谷子<玉米ꎮ
3.4㊀秸秆化感效应的应用与化学消减
利用植物化感作用防治农田杂草ꎬ可以达到减少化学除草剂使用㊁减轻环境压力㊁降低生产成本㊁增加作物产量等目的ꎮ化感抗性水稻材料在不使用除草剂条件下对杂草的控制作用可达80%~90%ꎬ作物产量与化感潜力呈极显著正相关[25]ꎮ曹鹏[26]研究证实了谷子秸秆浸提液对4种杂草生长的化感作用ꎬ杂草的种子发芽率㊁根长㊁根鲜重随稀释倍数增加呈先上升后下降趋势ꎮ当谷子秸秆还田量达到4000㊁8000㊁12000kg hm-2时ꎬ杂草株防效分别为6.0%㊁22.7%㊁31.1%ꎬ鲜重防效分别为7.3%㊁20.8%㊁35.1%ꎬ还田秸秆量越高杂草防效越高ꎮ
利用化学手段能够减轻或者消除化感毒害ꎮ李逢雨等[27]用1mg L-1赤霉素浸泡小麦种子30min能够降低稻草浸提液对小麦种子萌发的抑制作用ꎮ与此类似ꎬ60mg L-1赤霉素处理能够缓解高浓度人参株体浸提液对桔梗种子萌发的抑制作用[28]ꎮ以上研究结果为后期研究解决秸秆化感作用和连作障碍等难题提供了参考方向ꎮ
4㊀结论
谷子根㊁茎㊁叶浸提液对绿豆㊁红豆㊁小麦㊁玉米和谷子自身发芽率和生长均有抑制作用ꎬ叶部浸提液抑制作用最强ꎬ根部浸提液的抑制作用最弱ꎮ随着浸提液浓度的提升ꎬ浸提液对受体种子的发芽率㊁幼苗鲜重㊁根长和芽长抑制作用加剧ꎮ谷子秸秆浸提液对红豆和绿豆的化感负面效应最弱ꎬ对谷子和玉米的化感负面效应最强ꎮ综合来看ꎬ绿豆更适宜与谷子进行间作㊁套作和轮作ꎮ鉴于冬小麦+夏玉米/夏谷子是华北夏谷种植区的常见模式ꎬ根据本研究结果ꎬ建议在小麦+夏玉米/夏谷子种植模式中ꎬ适当引入绿豆或者红豆进行轮作倒茬或者间作改良ꎬ以达到减轻或者消除化感效应的目的ꎮ
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㊀第1期㊀㊀㊀㊀㊀崔纪菡ꎬ等:谷子秸秆水浸提液对5种作物种子萌发及幼苗生长的化感效应分析。