苹果树和梨树根浸提液对水防风药材种子萌发及幼苗生长的化感效应

known 发布于 2025-07-28 阅读(209)

摘 要:【目的】研究苹果树和梨树根(以下简称苹果根和梨根)浸提液对水防风药材种子萌发及幼苗生长的化感效应,为林药复合种植模式提供理论依据。

【方法】利用培养皿滤纸法分析苹果和梨根不同浓度水浸提液对受体植物种子的萌发、幼苗生长及幼苗鲜重的影响;采用营养钵育苗法,研究苹果根、梨根不同浓度水浸提液对受体植物生理指标的影响。

【结果】(1)苹果根浸提液对水防风种子生长和生理代谢具有明显的化感作用,随着浸提液浓度的增加,水防风种子的发芽率、鲜重和幼苗生长呈现出先增加后下降的趋势。不同浓度的苹果根浸提液对水防风幼苗的可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸、超氧化物歧化酶和过氧化物酶等生化指标亦存在显著差异。(2)梨根浸提液对水防风生长和生理代谢具有明显的化感作用,随着浸提液浓度的增加,水防风种子的发芽率、鲜重和幼苗生长呈现出先增加后下降的趋势。不同浓度的梨根浸提液对水防风幼苗的生理指标亦存在显著差异。(3)对各指标化感效应指数RI取平均值进行综合评价,苹果树和梨根浸提液对水防风生长均起抑制作用,且绝对值RI(梨)>RI(苹果)。

【结论】由于苹果对水防风生长抑制较小,因此在间套种时,可选择与苹果进行间套种。

关键词:苹果;梨;水浸提液;水防风;化感效应

中图分类号:S473 ""文献标志码:A

文章编号:1001-4330(2025)01-0193-09

收稿日期(Received):

2024-07-30

基金项目:

新疆生产建设兵团科技创新人才计划项目(2023CB018)

作者简介:

冯梅(1987-),女,四川蓬溪人,助理研究员, 硕士,研究方向为果树育种及栽培,(E-mail)528186822@qq.com

通信作者:

肖莉娟(1988-),女,甘肃定西人,硕士,助理研究员,研究方向为果树育种及栽培,(E-mail)450932643@qq.com

0 引 言

【研究意义】化感作用是指植物通过产生特定的次生代谢物,释放到外界环境中,通过化学作用对自身或其他植物的生长产生特定影响的现象[1-2],该种影响既有促进作用,也有抑制作用[3]。化感作用是生态系统中一种自然的化学调控机制[4],在植物群落的建成和演替过程中起着不可或缺的作用[5]。近年来,随着农业产业结构的不断调整,新疆生产建设兵团(简称兵团)第一师大力发展经济林,栽培面积逐年增大。然而,经济林的生长周期长、经济效益慢等问题逐渐凸显。实施林(果)粮(药)间作系统是一种高效的土地利用方式[6]。该系统能够协调农林用地之间的矛盾,高效利用各种自然资源,同时有助于提高土地利用率,并起到保护生态环境的作用[7]。此外,林下种植一些短期作物或见效快、收益早的物种,可以实现以短养长的目标,形成短、中、长相结合的优势效应。水防风具有良好的耐阴性和适应性,可在树冠遮蔽下的林下环境中良好生长,同时具有较高的药用价值和市场需求,因此其在林下种植不仅能够提高土地利用效率,还有助于缩短整个产业链的生产周期,形成“以短养长”的优势效应。水防风因其出色的耐阴性和广泛的适应性,能够在果树树冠遮蔽下的林下空间内茁壮成长,且拥有相当高的药用价值和市场需求。因此,将其引入林下种植对提高土地资源的综合利用率有重要意义。【前人研究进展】植物组织浸提液可以对其他植物的种子萌发和植株生长产生显著的化感作用[8-10]。植物间的相互作用已有科学依据[11-14]。【本研究切入点】水浸液法仍然是研究植物间化感效应的最有效途径,需研究苹果树、梨树根不同浓度水浸提液对水防风种子萌发相关指标的影响以及对幼苗生长的化感效应。【拟解决的关键问题】探讨苹果树、梨树对水防风种子的化感作用潜力,分析苹果树、梨树与水防风复合种植的可行性,为充分发挥林药复种植合经营模式提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

以新疆生产建设兵团第一师农业科学研究所12团21连试验地3年生苹果、梨作为供体植物,以采购于甘肃润泽丰泰种业提供的水防风种子为受体植物。

1.2 方 法

1.2.1 苹果和梨根水浸提液的制备

采集苹果根、梨的毛细根,用清水冲洗,自然晾干表面水分后剪成1 cm左右的小段。称取10 g剪好的根放入三角瓶中,加入100 mL蒸馏水后静置24 h(室温20~25℃),经过3层滤纸过滤即得浓度为0.1 g/mL的水浸提液母液,置于4℃冰箱中保存备用。

1.2.2 种子选择与预处理

选取饱满、大小均匀、色泽鲜明,且净度≥80%的水防风种子。将种子在35℃的清水中浸泡24 h,使其充分吸收水分。然后将种子与湿润的沙子(湿度适中)按1∶4~7的比例混合均匀,放入容器中,容器底部应垫上5 cm的湿沙,然后再覆盖上湿沙。将容器放在温度为2~7℃的冰箱中,并定期加水,以避免种子干燥。经过45 d的贮藏后,取出种子催芽,直到种子露白为止。

1.2.3 生物指标测定

将母液用蒸馏水稀释为0.002 5、0.005、0.025和0.05 g/mL 4个浓度梯度,设置蒸馏水为对照组。将以上浓度水浸提液6 mL加入铺有2层滤纸的培养皿中。在滤纸上播撒经过高锰酸钾消毒1 min且已露白的受体植物种子,每皿30粒。每个处理重复3次。在培养箱(温度为25℃)条件下暗培养。每24 h补充1次苹果、梨根水浸提液或蒸馏水。在3 d后观察受体种子萌发率,并记录发芽率。待种子完全发芽后,测定各受体植物的鲜重、芽长和根长。

发芽率=(种子萌发种数/供试种子数)×100%。

1.2.4 育苗与苗期化感试验

试验于2024年7~8月在日光温室内进行,使用专用育苗基质和75穴育苗盘育苗。对预处理好的种子播种,将水防风种子播种在育苗孔中。由于水防风种子较小,苗也较小,因此出苗后进行间苗,二叶期之前进行定苗,每孔留生长一致、分布均匀的幼苗3株。待幼苗长到三叶期以上时进行胁迫处理,分别用浓度为0.002 5、0.005、0.025和0.05 g/mL的苹果、梨根水浸提液进行浇灌处理,蒸馏水作为(CK)。每个处理25穴,重复3次。每24 h进行1次相应的浇灌,直至灌透。

1.2.5 生理指标测定

采样应选在胁迫处理开始后的第4 d开始,样本应从受到处理的叶片(如中部叶片)中选取多个典型位置进行采样,每个处理至少采集3~5片叶子,将采集的叶片用自封袋密封于-80℃超低温冰箱中保存,用于测量SOD活性[15]、丙二醛含量[16]、可溶性蛋白含量[16]、可溶性糖含量[17]、POD活性[18]和CAT活性[19]6个指标。

1.3 数据处理

化感效应指数(response index, RI)[20]RI=T/C-1。其中, T: 处理值; C: 对照值。当RIgt;0时, 化感作用表现为促进; 反之为抑制, RI绝对值表示为化感作用的强弱。

所有数据采用Exce1 2003 和DPS 7.05 进行处理与统计分析。

2 "结果与分析

2.1 种子形态

研究表明,双悬果椭圆形,侧面略扁平,长3.8~5.9 mm,宽1.8~2.3 mm,厚1.0~2.0 mm,表面黑棕色,粗糙,合生面收缩,5条果棱粗钝突出。种子横切面扁,胚乳丰富,灰白色,含油分,胚细小,白色,埋生于种仁基部。千粒重3.85 g。

2.2 苹果根浸提液对水防风生物性状影响

2.2.1 苹果根浸提液对水防风种子萌发及幼苗生长的影响

研究表明,随着苹果根浸提液浓度的增加,水防风种子发芽率、鲜重呈先增加后下降趋势,芽长、根长总体呈增加趋势;不同浓度苹果根浸提液对水防风发芽率呈抑制作用,随着浓度的增加,RI的绝对值逐渐增大,各处理发芽率与CK间存在显著性差异,且各处理间存在显著性差异;不同苹果根浸提液对水防风幼苗鲜重呈促进作用,随着浓度的增加,RI值逐渐增大,各处理鲜重除0.002 5 g/mL外其余的均与CK间存在显著性差异,且各处理间也存在显著性差异;不同苹果根浸提液对水防风幼苗芽长呈促进作用,随着浓度的增加,RI值逐渐增大,芽长在0.05 g/mL处理下与CK间存在显著性差异, 部分处理间存在差异性;不同苹果根浸提液对水防风幼苗根长呈抑制作用,随着浓度的增加,RI绝对值呈先减小后增大,各处理根长与CK间不存在差异性,且各处理间也不存在差异性。表1、图1

2.2.2 苹果根浸提液对水防风幼苗生理指标的影响

研究表明,随着苹果根浸提液浓度的增加,水防风幼苗可溶性蛋白、可溶性糖含量呈先增加后减少的趋势,脯氨酸、超氧化物歧化酶、过氧化物酶含量呈先减少后增加的趋势,丙二醛含量呈增加的趋势;不同浓度苹果根浸提液对水防风幼苗可溶性蛋白含量呈先促进后抑制作用,RI值逐渐减小,各处理可溶性蛋白含量与CK间存在显著性差异,且部分处理间存在显著性差异;不同苹果根浸提液对水防风幼苗脯氨酸含量呈先抑制后促进的作用,RI逐渐增加,各处理脯氨酸含量与CK间存在显著性差异,且部分处理间存在显著性差异;不同苹果根浸提液对水防风幼苗可溶性糖含量呈促进作用,RI先增加后减少,各处理可溶性糖含量与CK间存在显著性差异,且各处理间存在显著性差异;不同苹果根浸提液对水防风幼苗丙二醛含量呈促进作用,RI先减少后增加,各处理丙二醛含量除0.0025、0.005g/mL处理外其余的均与CK间存在显著性差异,且部分处理间存在显著性差异;不同苹果根浸提液对水防风幼苗超氧化物歧化酶含量呈先抑制后促进作用,RI先增加后减少,各处理超氧化物歧化酶含量与CK间存在显著性差异,且各处理间存在显著性差异;不同苹果根浸提液对水防风幼苗过氧化物酶含量呈抑制作用,RI逐渐增加,各处理过氧化物酶含量与CK间存在显著性差异,且部分处理间存在显著性差异。表2,图2

2.3 梨根浸提液对水防风生物性状影响

2.3.1 梨根浸提液对水防风种子萌发及幼苗生长的影响

研究表明,随着梨根浸提液浓度的增加,水防风种子发芽率、鲜重、芽长、根长呈先增加后下降趋势;不同梨树根浸提液对水防风种子发芽率呈先促进后抑制作用,RI在0.002 5 g/mL时表现为促进作用,随着浓度的增加呈抑制作用,且RI绝对值逐渐增大,各处理发芽率与CK间存在显著性差异,且部分处理间存在显著性差异;不同梨树根浸提液对水防风幼苗鲜重呈抑制作用,且随着浓度的增加RI绝对值逐渐增大,各处理鲜重除0.05 g/mL外其余的均与CK间存在显著性差异,且部分处理间也存在显著性差异; 不同梨树根浸提液对水防风幼苗芽长呈抑制作用,且随着浓度的增加RI绝对值逐渐增大,各处理芽长与CK间不存在差异性,且各处理间也不存在差异性;不同梨树根浸提液对水防风幼苗根长呈先促进后抑制作用,RI在0.002 5 g/mL时表现为促进作用,随着浓度的增加呈抑制作用,且RI绝对值逐渐增大,各处理根长在0.05 g/mL处理下与CK间存在显著性差异, 各处理间不存在差异性。表3,图3

2.3.2 梨根浸提液对水防风幼苗生理指标影响

研究表明,随着梨根浸提液浓度的增加,水防风幼苗的脯氨酸、过氧化物酶和过氧化物酶含量总体呈递减趋势,可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛含量总体呈增加趋势;不同梨树根浸提液对水防风幼苗可溶性蛋白含量呈先促进后抑制作用,RI≤0.025 g/mL时表现为促进作用,且随着浓度的增加RI绝对值逐渐增大,RI=0.05 g/mL时表现为抑制作用,各处理可溶性蛋白含量与CK间存

在显著性差异, 且各处理间也存在显著性差异;不同梨树根浸提液对水防风幼苗脯氨酸含量呈先抑制后促进的作用,RI≤0.005 g/mL时表现为抑制作用,且随着浓度的增加RI绝对值逐渐减小,RI>0.005 g/mL

时表现为促进作用,且随着浓度的增加RI绝对值逐渐增大,各处理脯氨酸含量与CK间存在显著性差异, 且部分处理间也存在显著性差异;不同梨树根浸提液对水防风幼苗可溶性糖含量呈先促进后抑制作用,RI≤0.002 5 g/mL时表现为促进作用,RI>0.002 5 g/mL时表现为抑制作用,且随着浓度的增加RI绝对值逐渐减小,各处理可溶性糖含量与CK间存在显著性差异, 且各处理间也存在显著性差异;不同梨树根浸提液对水防风幼苗丙二醛含量呈促进的作用,RI先增加后减少,各处理丙二醛含量除0.05 mmol/L外其余的均与CK间存在显著性差异,且部分处理间也存在显著性差异。不同梨树根浸提液对水防风幼苗超氧化物歧化酶含量呈先促进后抑制作用,RI的绝对值呈先减少后增加,各处理超氧化物歧化酶含量除0.005 mmol/L外其余的均与CK间存在显著性差异, 且各处理间存在显著性差异。不同梨树根浸提液对水防风幼苗过氧化物酶含量呈抑制作用,RI绝对值先增加后减少,各处理过氧化物酶含量与CK间存在显著性差异, 且部分处理间也存在显著性差异。表4,图4

2.4 相关性

2.4.1 苹果根浸提液浓度与水防风种子萌发、幼苗生长间的相关性

研究表明,发芽率、根长、根芽比、可溶性蛋白、可溶性糖与苹果根浸提液浓度呈负相关,与鲜重、芽长、芽/根相对抑制率、脯氨酸、丙二醛、超氧化物歧化酶、过氧化物酶呈正相关,其中与芽长呈显著正相关,与根相对抑制率、丙二醛呈极显著正相关。表5

2.4.2 梨树根浸提液浓度与水防风种子萌发、幼苗生长间的相关性

研究表明,发芽率、鲜重、芽长、根长、可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛、超氧化物歧化酶与梨树根浸提液浓度呈负相关,其中,与发芽率、根长、超氧化物歧化酶呈显著/极显著负相关;与根芽比、芽/根相对抑制率、脯氨酸、过氧化物酶呈正相关,其中与脯氨酸呈显著正相关。表6

2.5 化感效应评价

研究表明,苹果树、梨树根浸提液对水防风生长起抑制作用,绝对值RI(梨)>RI(苹果),其中在0.025 g/mL苹果树根浸提液处理下呈促进作用。表7

3 讨 论3.1

化感物质收集时,通常使用水作为抽提溶剂在常温条件下进行[21],这可以模拟化感物质进入环境的形式,更准确地解释化感现象。因此,在自然条件下,用水作为浸提剂来提取苹果树和梨树根中的化感潜力物质,探讨不同浓度苹果树和梨树水提液对水防风种子萌发和幼苗生长的化感作用,是比较合理的。在自然环境中,植物间的化感作用主要通过影响受试植物种子萌发和幼苗生长来体现[7,22]。因此,研究采用水提法提取苹果树和梨树根中的化感潜力物质。

3.2

化感物质具有一定的选择性、专一性和浓度效应,其浓度是影响化感效应强度的关键因素。当浓度达到一定临界值时,化感物质会产生抑制作用;低于该临界值时,化感物质对受体种子的萌发或幼苗的生长可能不会产生明显的抑制作用,甚至有促进作用[23]。供体植物浸提液对受体植物的化感影响通常呈现低促高抑的双重效应[24-25]。研究发现,苹果树根浸提液对水防风种子的发芽率、幼苗根长具有抑制作用,但对幼苗鲜重和芽长有促进作用;梨树根浸提液对水防风种子的发芽率、幼苗根长的影响呈先促进后抑制的趋势,对幼苗鲜重和芽长具有抑制作用。这表明植物的化感作用不仅与供体植物的种类有关,还与受体植物对化感物质的敏感程度有关。此外,不同组织器官对化感物质的敏感度也存在差异。这些现象可能是植物在长期演化过程中进化出的抵御外界逆境的反应。在油茶[26]、枸杞[27]、棉花[28]等物种的研究中也有类似发现。这些研究结果进一步证实了植物化感作用的复杂性。

3.3

化感物质对细胞膜和细胞质的功能具有深远影响,能够改变细胞的渗透性和细胞膜的功能,进而导致细胞质渗漏,引发细胞死亡,最终导致组织丧失某些功能。研究表明,随着苹果、梨树根浸提液浓度的增加,水防风幼苗的可溶性蛋白、可溶性糖和丙二醛含量总体呈上升趋势。这些物质的变化可能反映了细胞在应对苹果、梨树根浸提液时产生的反应,以及细胞对环境变化的适应性调整。此外,脯氨酸含量的总体下降趋势可能表明苹果、梨树根浸提液对防风幼苗的影响不同于其他化感物质。脯氨酸通常在细胞受到胁迫时增加,但随着浸提液浓度的增加,其含量减少,浸提液的作用方式和机制与其他化感物质有所不同。3.4

氧化还原反应是生物体内一种重要的化学反应机制,其最终结果会产生活性氧(ROS)。ROS在植物体内起着关键作用,参与信号转导途径和防御系统等。然而,过度积累的ROS会对细胞产生毒害作用,并最终导致细胞死亡。研究表明,随着苹果、梨树根浸提液浓度的增加,水防风幼苗的过氧化物酶和过氧化物酶含量总体呈递减趋势。随着浸提液浓度的增加,苹果、梨树产生的氧化还原反应的最终结果可能减少了ROS的产生,从而降低了ROS的积累。通过降低ROS的产生,植物可以保护自己免受自由基的损害,从而避免由于氧化应激引发的细胞损伤和死亡。

4 结 论

苹果和梨树根浸提液对水防风生长及其生理代谢具有显著的化感效应。不同浓度的浸提液对水防风生长指标的作用存在浓度依赖性差异。在0.05 g/mL的苹果根浸提液作用下,水防风的发芽率相对抑制率(RI)约为-0.6,表现出抑制作用;鲜重相对促进率约为0.3,表现出促进作用;芽长相对促进率约为0.5,表现出促进作用;而根长相对抑制率约为-0.2,表现出抑制作用。在相同浓度的梨根浸提液作用下,水防风的发芽率、鲜重、芽长和根长的相对抑制率分别为-0.8、-0.7、-0.4和-0.6,均表现出抑制作用。苹果树和梨树根浸提液均对水防风生长产生抑制效应,其中梨树根浸提液的抑制效果强于苹果树根浸提液(绝对值RI(梨)>RI(苹果))。在0.025 g/mL的苹果树根浸提液处理下,水防风的生长反而呈现出促进作用。

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Study of the allelopathic effects of apple and pear root extracts

on the seed germination and seedling growth of Ostericum aquaticum

FENG Mei, CAO Yajun, XIAO Lijuan, WANG Huaqiang,

ZHANG Feng, CHEN Gang, HUANG Peng,WANG Yongming,Diliyaer Kaisaier

(Xinjiang Production and Construction Corps First Division Agricultural Science Resarch Institute Institute of Agricultural Sciences of the 1st Division of XPCC,Aral Xinjiang 843300, China)

Abstract:【Objective】 To clarify the allelopathic effects of apple and pear root extracts on the seed germination and seedling growth of Ostericum aquaticum, and to provide a theoretical basis for the agroforestry intercropping system.

【Methods】" The effects of different concentrations of aqueous extracts from apple and pear roots on the seed germination, seedling growth, and fresh weight of the receptor plant were studied using the petri dish paper method. The nutrition pot seedling method was used to study the effects of different concentrations of aqueous extracts from apple and pear roots on the physiological indicators of the receptor plant.

【Results】 (1) The apple root extract exhibited a significant allelopathic effect on the growth and physiological metabolism of Ostericum aquaticum seeds. With the increase of extract concentration, the germination rate, fresh weight, and seedling growth of Ostericum aquaticum initially increased and then decreased. There were also significant differences in biochemical indicators such as soluble protein, soluble sugar, proline, superoxide dismutase, and peroxidase in the seedlings under different concentrations of apple root extract. (2) The pear root extract had a significant allelopathic effect on the growth and physiological metabolism of Ostericum aquaticum. Similar to the apple root extract, with the increasing concentration of pear root extract, the germination rate, fresh weight, and seedling growth of Ostericum aquaticum showed an initial increase followed by a decrease. There were also significant differences in the physiological indicators of the seedlings under different concentrations of pear root extract. (3) By taking the average of the allelopathic effect index RI for each indicator for a comprehensive evaluation, it was concluded that both apple and pear root extracts inhibited the growth of Ostericum aquaticum, with the absolute value RI (pear) gt; RI (apple).

【Conclusion】" Because apple has little inhibition on the growth of Ostericum aquaticum, interplanting with apple can be considered when interplanting.

Key words: apple; pear; aqueous extract; Ostericum aquaticum; allelopathic effect

Fund projects:Science and Technology Innovation Talent Program Project XPCC (2023CB018)

Correspondence author:XIAO Lijuan (1988-), female, from Dingxi, Gansu, Masters degree, assistant researcher fellow, research direction: fruit tree breeding and cultivation techniques,(E-mail) 450932643@qq.com

标签:  幼苗 

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