瑞香狼毒根提取物对3种作物种子萌发和幼苗生长的化感作用

doi:10.11686/cyxb2020387

摘要/Abstract

摘要：

瑞香狼毒是我国北方草原的主要毒杂草之一，对草原生态影响很大。研究了瑞香狼毒根乙醇提取物对3种禾本科作物种子萌发、幼苗生长及生理生化的影响，为未来合理利用瑞香狼毒资源、开发植物源除草剂提供科学依据。结果表明：瑞香狼毒根乙醇提取物对3种作物种子萌发及生长均有影响。高粱种子萌发不受提取物浓度的影响，发芽率与对照无显著差异；瑞香狼毒根乙醇提取物对小麦、燕麦种子发芽率的影响为“低促高抑”。瑞香狼毒根乙醇提取物对高粱、燕麦幼苗根、茎长度均存在“低促高抑”的浓度效应，而对小麦幼苗的根和茎长呈现抑制作用，提取液浓度升高抑制作用加强。使用瑞香狼毒根乙醇提取液处理后，燕麦、高粱丙二醛含量增加，小麦丙二醛含量变化不明显，在5 mg·mL^-1时显著高于对照。3种作物幼苗中POD活性在不同浓度下均高于对照。瑞香狼毒根乙醇提取液对高粱幼苗SOD活性影响无显著差异，小麦幼苗SOD活性在高浓度下显著高于对照，燕麦幼苗体内SOD活性在0.01 mg·mL^-1处理与对照有显著差异。3种作物幼苗中CAT活性在不同浓度下均低于对照。经综合分析，瑞香狼毒根乙醇提取物对小麦的化感抑制作用最强，其次为燕麦、高粱。

关键词: 瑞香狼毒, 化感作用, 种子萌发, 幼苗生长, 作物

Abstract:

Stellera chamaejasme is one of the main poisonous weeds in the grassland of Northern China， and has a great impact on grassland ecology. The effects of a range of concentrations of ethanol extract from S. chamaejasme root （SCR） on seed germination， seedling growth and physiological and biochemical characteristics of sorghum （Sorghum bicolor）， wheat （Triticum aestivum） and oats （Avena sativa） were studied， in order to provide scientific data to aid in the future development and utilizationof botanical herbicides.SCR did not affect the germination rate of sorghum seed， compared to controls， at any of the concentrations tested. However， in wheat and oats SCR application at different rates induced a “low promotion and high inhibition” germination rate response. SCR also induced a “low promotion and high inhibition” response in root and stem lengths of sorghum and oat seedlings， but it had inhibitory effect root and stem length of wheat seedlings which was stronger at higher concentration of the extract. SCR increased the MDA content of oat and sorghum seedlings， the MDA content of wheat was significantly higher than that of control at 5 mg·mL^-1. The peroxidase activity in seedlings of all three tested crops was higher than that of the controls at some tested concentrations. There was no significant difference in SOD activity of sorghum seedlings treated with SCR， but SOD activity of wheat seedlings was significantly higher than that of controls at high SCR concentration， and SOD activity of oat seedlings with 0.01 mg·mL^-1 SCR treatment was significantly higher from that of controls. The activity of catalase in the seedlings of all three crops was lower than that of the controls at some SCR concentrations. Overall， the inhibition of S. chamaejasme root ethanol extract on wheat was the strongest， followed by oats and sorghum.

Key words: Stellera chamaejasme, allelopathy, seed germination, seedling growth, crops

高玉莲, 常静, 王贻卉, 李锋, 李海平, 马崇勇. 瑞香狼毒根提取物对3种作物种子萌发和幼苗生长的化感作用[J]. 草业学报, 2021, 30(10): 83-91.

Yu-lian GAO, Jing CHANG, Yi-hui WANG, Feng LI, Hai-ping LI, Chong-yong MA. Allelopathic effects of Stellera chamaejasme on seed germination and growth of three crops[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2021, 30(10): 83-91.

图/表 7

表1 瑞香狼毒根乙醇提取物对3种作物种子发芽的影响

Table 1 Effects of ethanol extracts from S. chamaejasme root on seed germination of three crops

浓度 Concentration （mg·mL^-1）	发芽率Germination percentage （%）
浓度 Concentration （mg·mL^-1）	高粱Sorghum	小麦Wheat	燕麦Oat
CK	97.78±1.11a	83.33±5.09ab	65.56±5.88ab
0.01	95.56±1.11a	92.22±2.22a	72.22±2.94a
0.5	96.67±1.93a	88.89±2.22ab	67.78±9.49a
2.5	96.67±1.93a	86.67±1.93ab	64.45±2.22ab
5	96.67±3.33a	75.55±2.22bc	58.89±6.19ab
10	94.44±1.11a	78.89±4.84ab	57.78±2.22ab
25	95.56±1.11a	62.22±9.09c	48.89±4.01b

图1 瑞香狼毒根乙醇提取物对3种作物根茎长的影响

Fig.1 Effects of ethanol extract from S. chamaejasme root on root and stem length of three crops

表2 瑞香狼毒根提取物对3种作物的化感综合效应

Table 2 Allelopathy of S. chamaejasme root extract on three crops

受试作物 Test crop	化感综合效应指数Synthetical effect of allelopathy （SE）						平均 Average	排名 Ranking
受试作物 Test crop	0.01 （mg·mL^-1）	0.5 （mg·mL^-1）	2.5 （mg·mL^-1）	5 （mg·mL^-1）	10 （mg·mL^-1）	25 （mg·mL^-1）	平均 Average	排名 Ranking
小麦Wheat	-0.11	-0.03	-0.07	-0.25	-0.40	-0.59	-0.24	1
燕麦Oat	0.15	0.06	-0.08	-0.22	-0.38	-0.51	-0.16	2
高粱Sorghum	0.04	0.02	-0.15	-0.22	-0.26	-0.35	-0.15	3

图2 瑞香狼毒根乙醇提取物对3种作物丙二醛含量的影响

Fig.2 Effect of ethanol extract from S. chamaejasme root on malondialdehyde （MDA） content in three crops

图3 瑞香狼毒根乙醇提取物对3种作物过氧化物酶活性的影响

Fig.3 Effect of ethanol extract from S. chamaejasme root on peroxidase （POD） activity in three crops

图4 瑞香狼毒根乙醇提取物对3种作物超氧化物歧化酶活性的影响

Fig.4 Effect of ethanol extract from S. chamaejasme root on superoxide dismutase （SOD） activity in three crops

图5 瑞香狼毒根乙醇提取物对3种作物过氧化氢酶活性的影响

Fig.5 Effect of ethanol extract from S. chamaejasme root on catalase （CAT） activity in three crops

参考文献 36

1	Shi Z C. Important poisonous plants of China grassland. Beijing： China Agriculture Press， 1997： 141-143.
	史志诚. 中国草地重要有毒植物. 北京：中国农业出版社， 1997： 141-143.
2	Liu X， Guan H R， Wang T S， et al. ScPNP-A， a plant natriuretic peptide from Stellera chamaejasme， confers multiple stress tolerances in Arabidopsis. Plant Physiology and Biochemistry， 2020， 149： 132-143.
3	Li Y Y， Dong S K， Liu S L， et al. The interaction between poisonous plants and soil quality in response to grassland degradation in the alpine region of the Qinghai-Tibetan Plateau. Plant Ecology， 2014， 215（8）： 809-819.
4	Zhou S Q， Huang Z J， A R. Preliminary study on the allelopathy of Stellera chamaejasme. Chinese Journal of Grassland， 1998（4）： 52-55.
	周淑清，黄祖杰，阿荣. 狼毒异株克生现象的初步研究. 中国草地学报， 1998（4）： 52-55.
5	Wang F S， He Y T， Shi P L， et al. Stellera chamaejasme as an indicator for alpine meadow degradation on the Tibetan Plateau. Chinese Journal of Applied and Environmental Biology， 2016， 22（4）： 567-572.
	王福山，何永涛，石培礼，等. 狼毒对西藏高原高寒草甸退化的指示作用. 应用与环境生物学报， 2016， 22（4）： 567-572.
6	Cheng W， Zhong B， Xu L Y， et al. Allelopathic effects of root aqueous extract of different age of Stellera chamaejasme on four common plants in alpine meadow of Tibet Plateau. Ecological Science， 2017， 36（4）： 1-11.
	程巍，仲波，徐良英，等. 不同年龄瑞香狼毒的根水提液对青藏高原高寒草甸4种常见植物的化感作用. 生态科学， 2017， 36（4）： 1-11.
7	Wang H， Ma Q C， Geng P S， et al. Progress on Stellera chamaejasme in natural grasslands. Progress in Veterinary Medicine， 2015， 36（12）： 154-160.
	王欢，马青成，耿朋帅，等. 天然草地瑞香狼毒研究进展. 动物医学进展， 2015， 36（12）： 154-160.
8	Guo Y Z， Zhang R H， Sun T， et al. Harm，control and comprehensive utilization of poisonous weeds in natural grasslands of Gansu Province. Acta Agrestia Sinica， 2017， 25（2）： 243-256.
	郭亚洲，张睿涵，孙暾，等. 甘肃天然草地毒草危害、防控与综合利用. 草地学报， 2017， 25（2）： 243-256.
9	Zhang B C， Bai X F， Gu L H， et al. Study on allelopathy and natural degeneration phenomena of artificial grassland on alpine meadow. Acta Ecologica Sinica， 1989， 9（2）： 115-120.
	张宝琛，白雪芳，顾立华，等. 生化他感作用与高寒草甸上人工草场自然退化现象的研究. 生态学报， 1989， 9（2）： 115-120.
10	Wang W T， Wang S F， Zhang W. Prediction of the potential geographical distribution of Stellera chamaejasme under climate change in China based on maximum entropy method. Journal of Plant Protection， 2019， 46（1）： 136-141.
	王文婷，王淑璠，张炜. 基于最大熵方法的未来气候变化下狼毒在中国潜在分布的预测. 植物保护学报， 2019， 46（1）： 136-141.
11	Ji L P. Analysis on nutritional components of Stellera chamaejasme L. and alleiopathic effects on Medicago sativa L.. Xian： Northwest University， 2016.
	季丽萍. 瑞香狼毒营养成分分析及对紫花苜蓿的化感作用. 西安：西北大学， 2016 .
12	Guo H R， Cui H Y， Jin H， et al. Potential allelochemicals in root zone soils of Stellera chamaejasme L.and variations at different geographical growing sites. Plant Growth Regulation， 2015， 77（3）： 335-342.
13	Liu Y J， Meng Z J， Dang X H， et al. Allelopathic effects of Stellera chamaejasme on seed germination and seedling growth of alfalfa and two forage grasses. Acta Prataculturae Sinica， 2019， 28（8）： 130-138.
	刘雅婧，蒙仲举，党晓宏，等. 狼毒浸提液对3种牧草种子萌发和幼苗生长的影响. 草业学报， 2019， 28（8）： 130-138.
14	Zeng R S. A review of biometric methods in allelopathy research. Chinese Journal of Applied Ecology， 1999， 10（1）： 123-126.
	曾任森. 化感作用研究中的生物测定方法综述. 应用生态学报， 1999， 10（1）： 123-126.
15	Liu L H. Poisonous plant resources of Inner Mongolia and two species of poisonous plants allelopathy research. Hohhot： Inner Mongolia Agricultural University， 2016.
	刘利红. 内蒙古有毒植物资源及两种有毒植物的化感作用研究. 呼和浩特：内蒙古农业大学， 2016.
16	Mu X Q， He H H， Dong Z G. Effects of water extract of two weeds on seed germination and seedling growth of different wheat varieties. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica， 2008， 28（6）： 1165-1171.
	慕小倩，何红花，董志刚. 2种杂草水提液对小麦种子萌发及幼苗生长的影响. 西北植物学报， 2008， 28（6）： 1165-1171.
17	Williamson G B， Richardson D. Bioassays for allelopathy： Measuring treatment responses with independent controls. Journal of Chemical Ecology， 1988， 14（1）： 181-187.
18	Li H S. Principles and techniques of plant physiological biochemical experiment. Beijing： Higher Education Press， 2000.
	李合生. 植物生理生化实验原理和技术. 北京：高等教育出版社， 2000.
19	Bais H P， Vepachedu R， Gilroy S， et al. Allelopathy and exotic plant invasion： from molecules and genes to species interactions. Science， 2003， 301（5638）： 1377-1380.
20	Yao S K， Li F L， Peng L N， et al. A study of the allelopathic effect of extracts from different parts of Iva xanthiifolia on five Brassicaceae species. Acta Prataculturae Sinica， 2018， 27（9）： 56-66.
	姚树宽，李凤兰，彭丽娜，等. 假苍耳不同部位水浸提液对五种十字花科植物化感作用的研究. 草业学报， 2018， 27（9）： 56-66.
21	Niakan M， Saberi K. Effects of eucalyptus allelopathy on growth characters and antioxidant enzymes activity in phalaris weed. Asian Journal of Plant Sciences， 2009， 8（6）： 440-446.
22	Hager H A. Differential effects of typha litter and plants on invasive Lythrum salicaria seedling survival and growth. Biological Invasions， 2004， 6（4）： 433-444.
23	Wan F， Liu W， Guo J， et al. Invasive mechanism and control strategy of Ageratina adenophora （Sprengel）. Science China Life Sciences， 2010， 53（11）： 1291-1298.
24	Feng N. Study on the allelopathy and function of plant-derived pesticide in leaves of Stellera chamaejasme L. Harbin： Northeast Normal University， 2003.
	冯娜. 瑞香狼毒叶化感作用及其植物源农药功能研究. 哈尔滨：东北师范大学， 2003.
25	Huang Y M， Zhang Y X， Liu Q L， et al. Research on allelopathy of aqueous extract from Tagetes patula to four garden plants. Acta Prataculturae Sinica， 2015， 24（6）： 150-158.
	黄玉梅，张杨雪，刘庆林，等. 孔雀草水浸提液对4种园林植物化感作用的研究. 草业学报， 2015， 24（6）： 150-158.
26	Turk M A， Tawaha A M. Allelopathic effect of black mustard （Brassica nigra L.） on germination and growth of wild oat （Avena fatua L.）. Crop Protection， 2003， 22（4）： 673-677.
27	Chon S U， Choi S K， Jung S， et al. Effects of alfalfa leaf extracts and phenolic allelochemicals on early seedling growth and root morphology of alfalfa and barnyard grass. Crop Protection， 2002， 21（10）： 1077-1082.
28	Liu C， Chen X D， Wu M， et al. Allelopathic effects of Phragmites communis leaves on the growth and physiobiochemical characteristics of Solidago canadensis. Acta Prataculturae Sinica， 2014， 23（3）： 182-190.
	刘成，陈晓德，吴明，等. 芦苇叶片化感作用对加拿大一枝黄花生长及生理生化特性的影响. 草业学报， 2014， 23（3）： 182-190.
29	Huang J B， Hu T X， Wu Z L， et al. Effects of decomposing leaf litter of Juglans regia on growth and physiological characteristics of Triticum aestivum. Acta Ecologica Sinica， 2014， 34（23）： 6855-6863.
	黄建贝，胡庭兴，吴张磊，等. 核桃凋落叶分解对小麦生长及生理特性的影响. 生态学报， 2014， 34（23）： 6855-6863.
30	Cao C Y， Fu Y， Wang W X， et al. Inhibition influence of extraction liquids from Stellera cdhamaejasme root on seed germination. Journal of Northeastern University （Natural Science）， 2007， 28（5）： 729-732.
	曹成有，富瑶，王文星，等. 瑞香狼毒根提取液对植物种子萌发的抑制作用. 东北大学学报（自然科学版）， 2007， 28（5）： 729-732.
31	Yang L G. Clonal selection among/within provenance/families， cutting propagation and cold hardness analysis on Plataus occidentalis L. introduced from United States of America. Nanjing： Nanjing Forestry University， 2006.
	杨立国. 一球悬铃木无性系选育及相关性状分析研究. 南京：南京林业大学， 2006.
32	Li X， Yue H， Wang S， et al. Research of different effects on activity of plant antioxidant enzymes. China Journal of Chinese Materia Medica， 2013， 38（7）： 973-978.
	李璇，岳红，王升，等. 影响植物抗氧化酶活性的因素及其研究热点和现状. 中国中药杂志， 2013， 38（7）： 973-978.
33	Li X， Yang S Y， Shen H M， et al. Allelopathy and its mechanism of extract solution of Oxytropis ochrocephala on Avena sativa. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica， 2011， 31（7）： 1367-1375.
	李翔，杨顺义，沈慧敏，等. 黄花棘豆水提液对燕麦的化感作用及其机理研究. 西北植物学报， 2011， 31（7）： 1367-1375.
34	Zhao X M， Wang J， Mo J J， et al. Allelopathic effects of leaf-stem litter water aqueous extracts of three plant species on tobacco seedlings. Acta Prataculturae Sinica， 2016， 25（9）： 37-45.
	赵新梅，王军，莫静静，等. 三种作物茎叶枯落物水浸液对烟草幼苗生长的化感效应. 草业学报， 2016， 25（9）： 37-45.
35	Yang S S， Wang Q， Hu T X， et al. Physiological responses to allelopathy of decomposing Cinnamomum septentrionale leaf litter of three crops （corn，cucumber， and cowpea）. Chinese Journal of Applied and Environmental Biology， 2018， 24（2）： 292-298.
	杨珊珊，王茜，胡庭兴，等. 3种农作物（玉米、黄瓜、豇豆）对银木凋落叶化感作用的生理响应. 应用与环境生物学报， 2018， 24（2）： 292-298.
36	Zhang J Y， Zhou Z Z， Ye X X. Allelopathic potential of Carex thunbergii against three Poaceae species. Acta Prataculturae Sinica， 2020， 29（3）： 103-111.
	张金羽，周忠泽，叶晓馨. 陌上菅对三种禾本科植物的化感潜势研究. 草业学报， 2020， 29（3）： 103-111.

[1]	赵欣桐, 陈晓东, 李子吉, 张巨明, 刘天增. 植物内生肠杆菌对狗牙根耐盐性的调控研究[J]. 草业学报, 2021, 30(9): 127-136.
[2]	包赛很那, 王向涛, 武俊喜, 苗彦军, 贾祥, 田彦婷. 苗期劲直黄芪根浸提液对8种西藏野生植物化感作用的研究[J]. 草业学报, 2021, 30(5): 211-220.
[3]	王晓娇, 蔡立群, 齐鹏, 王雅芝, 陈晓龙, 武均, 张仁陟. 培肥措施对旱地农田土壤CO₂排放和碳库管理指数的影响[J]. 草业学报, 2021, 30(2): 32-45.
[4]	丛一鸣, 高小叶, 侯扶江. 黄土高原-青藏高原过渡带农户生产系统的能量平衡分析——以“通渭-渭源-夏河”样带为例[J]. 草业学报, 2020, 29(9): 5-19.
[5]	牛欢欢, 王森森, 贾宏定, 陈桂华. 光叶紫花苕子浸提液对4种牧草种子萌发过程的化感作用[J]. 草业学报, 2020, 29(9): 161-168.
[6]	李凤兰, 武佳文, 姚树宽, 赵梓颐, 赵潇璨, 贺付蒙, 朱元芳, 石奇海, 周磊, 徐永清. 假苍耳不同部位水浸提液对5种土著植物化感作用的研究[J]. 草业学报, 2020, 29(9): 169-178.
[7]	崔雪莲, 夏超. 外源脱落酸对醉马草内生真菌共生体幼苗建植过程的影响[J]. 草业学报, 2020, 29(7): 70-80.
[8]	梁军, 全小龙, 张杰雪, 史惠兰, 段中华, 乔有明. 3种禾草水提取液对其种子发芽和幼苗生长的潜在化感作用[J]. 草业学报, 2020, 29(7): 81-89.
[9]	王桔红, 史生晶, 陈文, 李云, 崔现亮. 鬼针草与含羞草化感作用及其入侵性的研究[J]. 草业学报, 2020, 29(4): 81-91.
[10]	张金羽, 周忠泽, 叶晓馨. 陌上菅对三种禾本科植物的化感潜势研究[J]. 草业学报, 2020, 29(3): 103-111.
[11]	黄勇, 郭猛, 张红瑞, 周艳, 李贺敏, 高致明, 王盼盼. 盐胁迫对石竹种子萌发和幼苗生长的影响[J]. 草业学报, 2020, 29(12): 105-111.
[12]	王桔红, 史生晶, 陈文, 甘桂媚, 陈赛娜, 李张伟. 枯草芽孢杆菌和3种放线菌对盐胁迫下鬼针草和鳢肠种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 草业学报, 2020, 29(12): 112-120.
[13]	马婷燕, 李彦忠. 32个紫花苜蓿品种的种带真菌种类及致病性研究[J]. 草业学报, 2020, 29(12): 131-139.
[14]	王晓娇, 齐鹏, 蔡立群, 陈晓龙, 谢军红, 甘慧炯, 张仁陟. 培肥措施对旱地农田产量可持续性及土壤有机碳库稳定性的影响[J]. 草业学报, 2020, 29(10): 58-69.
[15]	赵建华, 孙建好, 陈亮之. 三种豆科作物与玉米间作对玉米生产力和种间竞争的影响[J]. 草业学报, 2020, 29(1): 86-94.